配电系统对高压开关元件及成套设备的要求

1、配电系统对高压开关元件及成套设备的要求,PDS-CB,2,前言,1.内容及课时按排,2.讲课特点,3.讲义、参考书,4.对学员的要求,PDS-CB,3,配电系统对高压开关元件及 成套设备的要求 (讲课大纲) 一. 电力系统 基础知识 二. 配电系统对高压开关的要求 三. 配电系统对高压成套设备及其他高压元件 的要求,2/21/2021,PDS-CB,4,一. 电力系统基础知识 (1). 电力系统的组成与功能; 配电系统的主要功能, 重要性; (2). 电气参数 和主要电力设备 (发电机, 变压器); (3). 电能的特点;电能质量及其控制. (4). 我国电力工业的发展,2/21/2021,P

2、DS-CB,5,二. 配电系统对高压开关的要求 (1).断路器,负荷开关在电力系统中的作用 (2).配电系统中的短路 (3).配电系统中的各种电压 (4).高压开关中的绝缘,2/21/2021,PDS-CB,6,三. 配电系统对高压成套设备及其他高压元件的要求 (1). 几种高压成套设备在配电系统中的作用 (2). 高压成套设备中的几种主接线 (3). 其他高压元件: 电压互感器, 电流互感器, 避雷器, 熔断器, 隔离开关等的功用和主要性能,2/21/2021,PDS-CB,7,参考书 1。高压断路器原理和应用 清华大学 徐国政, 张节容, 钱家骊, 黄瑜珑 2。电力工程 西安交通大学 尹克

3、宁 3。电工学 (上册, 电工技术) 秦曾煌 4。电路 西安交通大学 邱关源 5。电力系统基础 华北电力学院 杨以涵 6。发电厂电气部分 华中工学院 范锡普 7。水电站电气部分 河海大学 季一峰,2/21/2021,PDS-CB,8,一. 电力系统基础知识 (1). 电力系统的组成与功能; 配电系统的主要功能, 重要性; (2). 主要电力设备 (发电机, 变压器); (3). 电能的特点; 电能质量及其控制. (4). 我国电力工业的发展,2/21/2021,PDS-CB,9,1-1. 电力系统 的组成和 功能 配电系统的主要功能,1-2. 电力设备和 电气参数 (发电机, 变压器等,1-3

4、.电能的特点; 电能质量要求,1-4.我国电力工业的发展,2/21/2021,PDS-CB,10,1-1. 电力系统的 组成和功能,1-1-1 电能的产生、传输与使用 电力系统的 组成 电力系统的功能,1-1-2 配电系统的 重要性 配电系统的 主接线,2/21/2021,PDS-CB,11,1-1-1. 电能的产生、传输与使用,2/21/2021,PDS-CB,12,2/21/2021,PDS-CB,13,电力系统的 组成,2/21/2021,PDS-CB,14,2/21/2021,PDS-CB,15,电力系统示意图,2/21/2021,PDS-CB,16,供电特点： 稳定电压和频繁，随时供

5、应 电力负荷变动巨大 不间断供电 兼供有功及无功功率,2/21/2021,PDS-CB,17,以经济成本发电，对环境影响很小。 以最高效率可靠地向用户提供电压和频率稳定的电能,电力系统的功能,2/21/2021,PDS-CB,18,配电系统的 重要性,1。直接影响客户用电,2。设备价格与技术提高,3。可靠性及自动化要求增加,配电系统,2/21/2021,PDS-CB,19,配电系统的主接线,1. 放射形线路,2. 环形线路,3. 网格形线路,2/21/2021,PDS-CB,20,1. 放(辐)射形配电系统,简单, 成本低, 易于扩建发展,线路简单可靠性高 (,2/21/2021,PDS-CB

6、,21,放射型配电系统(农村或居民区,典型的配电系统 (工业地区,2/21/2021,PDS-CB,23,2. 环形配电系统,比同回路数 单, 双母线少一台断路器 不用操作隔离开关 一路检修需开断两台断路器 任何母线或断路器故障都不会导致其他线路停电 有较高的可靠性和灵活性,2/21/2021,PDS-CB,24,3. 网格形配电系统,2/21/2021,PDS-CB,25,1-2-1 电力系统的主要电气参数,电力系统中四个重要参数: 电流 I, 电压 U(包括幅值和相位), 有功功率 P 无功功率 Q,1-2. 电力设备和 电气参数,2/21/2021,PDS-CB,26,电压 Voltag

7、eV; 电流 CurrentI; 频率 Frequency f = /2; 功率 Power S = P + j Q P - 有功功率 Q - 无功功率 阻抗 Impedance Z = R + j X; （阻抗,2/21/2021,PDS-CB,27,电力线路的三亇主要电气参数: R 电阻 - 欧姆 ( ) L - 电感 - 亨利 (H) (感抗 L) C - 电容 - 法拉 (F) (容抗 1/ C,2/21/2021,PDS-CB,28,电阻 R (Resistance,2. 只有电流流过，电阻上才会有压降 U = IR,电流流过电阻，就会发热，损耗能量 P = I2R,2/21/202

8、1,PDS-CB,29,2/21/2021,PDS-CB,30,电感 L (Inductance,1. 电感不消耗能量，当交流电流过电感时，有压降，压降 (阻抗)与频率有关 (L)。 2. 电感是储能元件：当流过电流时储存磁场能量 3. 向电感线圈施加电压时，电流不能突变。 当开断带电的电感线圈时会向电容释放能量，产生过电压,2/21/2021,PDS-CB,31,UL= E e-t/T i = I(1 e-t/T ) T = L / R,2/21/2021,PDS-CB,32,电容 C (Capacitance,电容也是储能元件。 向电容施加电压时，电容上的电压不能突变。建立电压需要一定的时

9、间。建立电场能量： 3. 开断电容会释放能量，将电场能量变为磁场能量。也会引起过电压,2/21/2021,PDS-CB,33,2/21/2021,PDS-CB,34,UC= E(1 - e-t/T) i = E/R e-t/T T = RC,2/21/2021,PDS-CB,35,1-2. 电力设备和 电气参数 1-2-2. 主要电力设备发电机 - 产生电力 (三相交流电或直流电) 变压器 改变电压 (升压变压器及降压变压器,2/21/2021,PDS-CB,36,断路器 - 开, 合正常负荷及开断故障电流; 电压、电流互感器 测量电压, 电流; 提供保护信息; 输, 配电线路 传送及分配电力

10、,2/21/2021,PDS-CB,37,发电机 与 发电厂,2/21/2021,PDS-CB,38,同歩发电机什么是同歩?发电机发电原理: 电、 磁、力 的关系右手定则: 要发电要有磁, 有力,发电机,2/21/2021,PDS-CB,39,磁从哪里获得: 磁石, 励磁机-由电产生(电磁铁原理 ) 力从哪里获得: 火电厂: 烧煤,烧油, 烧气 核电厂: 核反应:(裂变) 水电厂: 水的位能变成动能 风力发电: 风能,2/21/2021,PDS-CB,40,同步发电机的等值回路,2/21/2021,PDS-CB,41,发电机的短路阻抗,2/21/2021,PDS-CB,42,X d 发电机阻抗

11、,Xd 发电机暂态阻抗,Xd” 发电机超暂态阻抗,发电机短路阻抗和短路电流,2/21/2021,PDS-CB,43,系数： 断路器开断时间: 8 cycle (0.16 s), 系数为 1; 断路器开断时间: 3 cycle (0.06 s), 系数为 1.2; 断路器开断时间: 2 cycle (0.04 s), 系数为 1.4,断路器开断时间与开断短路电流的关系,2/21/2021,PDS-CB,44,变压器 与变电站,2/21/2021,PDS-CB,45,变压器,怎样改变电压 电 磁 电 激磁电流提供(产生)输出电压 额定输入电流提供输出电流,2/21/2021,PDS-CB,46,2

12、/21/2021,PDS-CB,47,Transformer,变压器的等值回路,2/21/2021,PDS-CB,48,变压器的等值回路,a = U1 / U2 = I2 / I1 a2 = Z1 / Z2,2/21/2021,PDS-CB,49,变压器的等值回路,2/21/2021,PDS-CB,50,开断空载变压器时的过电压,2/21/2021,PDS-CB,51,开断空载变压器时的过电压,2/21/2021,PDS-CB,52,变电站,变电站的组成: 变压器, 断路器, 隔离开关, 接地开关，负荷开关, 熔断器, 电压互感器, 电流互感器, 避雷器 母线：硬母线、软母线 杆塔：铁塔、水泥

13、杆塔,2/21/2021,PDS-CB,53,2/21/2021,PDS-CB,54,变电站 典型布置,2/21/2021,PDS-CB,55,地区变电站主接线,2/21/2021,PDS-CB,56,输电线路,杆塔: 铁塔, 水泥柱杆, 木杆 绝缘子: 悬式, 针式, 柱式(棒式), 合成绝缘子 导线: 电缆: 油纸绝缘, 交联聚乙烯,2/21/2021,PDS-CB,57,1-1-1. 输电系统的电压等级电力系统电压等级与传送功率, 传送距离功率损耗, 电压降,2/21/2021,PDS-CB,58,传输功率 P = UI 送电电压 降 U = IR 线路损耗 P = I2R,I 送电电流

14、 R 导线电阻,提高送电电压、减少电流 能降低损耗 电压过高可能投资太大,2/21/2021,PDS-CB,59,国家标准中有有关输配电线路电压等级与电器设备的额定电压的规定,2/21/2021,PDS-CB,60,2/21/2021,PDS-CB,61,影响选择电压等级的影响因素:*降低线路上的电能损耗*减少导体成本(小直径);*增加送电距离和功率;#增加送电线路投资(铁塔及绝缘子较大);#增加电力设备的投资(提高设备绝缘);# 增加变电站成本(空间构架,2/21/2021,PDS-CB,62,500 kV 线路通常每串需要 24 - 27 片标准悬式绝缘子. 每片绝缘子重约 5 kg. 每

15、串绝缘子重约100 多公斤,400kV铁塔高约 50m, 宽约 20m 750kV铁塔高约 40m, 宽约 43m,变压器的重量和体积按其额定电压的三次方增加,2/21/2021,PDS-CB,63,额定电压与传输功率、传送距离间的关系,2/21/2021,PDS-CB,64,1-3.电能的特点; 电能质量要求 对电能质量的要求: 电压 : (5 - 10)% 额定电压; 频率 : (0.2 - 0.5)Hz 额定值 (50 or 60 Hz); 波形 : ; 正弦波 （谐波,2/21/2021,PDS-CB,65,经济发展与电气化 - 对电能量的需求: 工业 （包括交通); 商业 ; 居住

16、. 对电能质的要求: - 电压 , 频率, 谐波; 可靠性,2/21/2021,PDS-CB,66,负荷的改变: 照明; ?马达; ? 家用电器: 收音机, TV, 录放机, ? 空调 或 取暖器 ; ?计算机, 数字设备; - 敏感负荷,2/21/2021,PDS-CB,67,电源波形,2/21/2021,PDS-CB,68,2/21/2021,PDS-CB,69,1-4. 中国电力工业发展,2/21/2021,PDS-CB,70,2/21/2021,PDS-CB,71,GDP (at Current Price) Growth Rate in China, 1991 - 2001,2/21

17、/2021,PDS-CB,72,Distribution of Major Sources and Load Centers,2/21/2021,PDS-CB,73,1997,2/21/2021,PDS-CB,74,2/21/2021,PDS-CB,75,The Share Rate of Power Generation in China, 1998,16.85,81.82,1.23,2/21/2021,PDS-CB,76,2/21/2021,PDS-CB,77,Up to end of 2001The total Capacity Installation: 3.3860 108 kWTh

18、e total Generation in 2001: 14839 108 kwh,2/21/2021,PDS-CB,78,2/21/2021,PDS-CB,79,Up to end of 2000 more than 70 Thermal Power Plants with over 1000 MW capacity around China are on operation. Two Nuclear Thermal Power Plants Typical units are: 300 MW; 600 MW; 800 MW,2/21/2021,PDS-CB,80,Hydro-Power P

19、lants Distribution in China,2/21/2021,PDS-CB,81,Up to end of 2000 more than 17 Hydro Power Stations with over 1000 MW capacity around China are on operation. Typical units are: 300 MW; 550 MW. Including two Pumped Storage Stations,2/21/2021,PDS-CB,82,Nuclear Power Station in China,秦山 first unit 300

20、MW in 1994 大亚湾 two units 900 MW in 1994 秦山 second unit 600 MW in 2002 岭澳(Guangdong) first unit 900 MW in 2002 Total Installation (end 0f 2002): 3600 MW New Units on Constriction: 岭澳 second phase 900 MW in 2002 田湾 (连云港) Total Installation (2005): 8550 MW,2/21/2021,PDS-CB,83,2/21/2021,PDS-CB,84,Distri

21、bution of Electric Power Systems in China before 2000,2/21/2021,PDS-CB,85,2/21/2021,PDS-CB,86,HVDC Connection (Back-to-back) between Networks,2/21/2021,PDS-CB,87,2/21/2021,PDS-CB,88,2/21/2021,PDS-CB,89,A hydroelectric plant may combine other objectives as a multi-purpose project: 1. Flood control; 洪水控制 2. Irrigation; 灌溉3. Public water supply; 供水4. Navigation; 航运5. Aquiculture. 水产,2/21/2021,PDS-CB,90,2/21/2021,PDS-CB,91,View of Gezhouba Hydro-Power Station (246.5 kW,2/21/2021,PDS-CB,92,The Location before Project Construction,2/21