配电系统对高压开关元件及成套设备的要求课件

配电系统对高压开关元件及成套设备的要求1/6/2024PDS-CB2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1/6/2024PDS-CB3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1/6/2024PDS-CB4一.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;1/6/2024PDS-CB5二.

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1/6/2024PDS-CB6三.

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1/6/2024PDS-CB7参考书

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1/6/2024PDS-CB8一.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;1/6/2024PDS-CB9

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.电能的特点;电能质量要求1-4.我国电力工业的发展1/6/2024PDS-CB101-1.

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;1/6/2024PDS-CB111-1-1.电能的产生、传输与使用输电系统及配电系统电气负荷(用户)发电厂电能的传输与分配

机械能转变为电能

电能转变为机械能及其他能1/6/2024PDS-CB121/6/2024PDS-CB13电力系统的组成发电厂输电系统配电系统用户1/6/2024PDS-CB14断路器输电线,母线(三相)变压器隔离开关同歩发电机,发电厂1/6/2024PDS-CB15电力系统示意图发电厂变电站1/6/2024PDS-CB16供电特点：稳定电压和频繁，随时供应电力负荷变动巨大不间断供电兼供有功及无功功率1/6/2024PDS-CB17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1/6/2024PDS-CB18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1/6/2024PDS-CB19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1/6/2024PDS-CB201.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(?)1/6/2024PDS-CB21G10.1km2.6km0.4kmT4:500kVA*(10.6km)F7Ar8.22.6kmT7:50kVA*(15.8km)Ar7PEAdistributionnetwork

T6:50kVA(13.2km)Ar6F6F2T5:100kVA(10.5km)Ar5F7F10.3km0.2kmAr8.1Ar4F8F4放射型配电系统(农村或居民区)典型的配电系统(工业地区)1/6/2024PDS-CB232.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1/6/2024PDS-CB243.网格形配电系统1/6/2024PDS-CB251-2-1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

1/6/2024PDS-CB26

电压Voltage V;

电流Current I;

频率Frequencyf=

/2

;

功率PowerS=P+jQ

P-

有功功率

Q-无功功率

阻抗

ImpedanceZ=R+jX;（阻抗）

1/6/2024PDS-CB27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)

1/6/2024PDS-CB28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

1/6/2024PDS-CB29U=RIIR?1/6/2024PDS-CB30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。1/6/2024PDS-CB31RLEKCEULiLUL=Ee-t/Ti=I(1–e-t/T

)T=L/R1/6/2024PDS-CB32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。1/6/2024PDS-CB33RLEKC1/6/2024PDS-CB34RKECE/RUCiCUC=E(1-e-t/T)i=E/R

e-t/T

T=RC1/6/2024PDS-CB35

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)

1/6/2024PDS-CB36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.

1/6/2024PDS-CB37发电机与发电厂1/6/2024PDS-CB38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1/6/2024PDS-CB39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1/6/2024PDS-CB40同步发电机的等值回路XdE1/6/2024PDS-CB41发电机的短路阻抗1/6/2024PDS-CB42Xd

发电机阻抗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1/6/2024PDS-CB43系数：断路器开断时间:8cycle(0.16s),系数为1;

断路器开断时间:3

cycle(0.06s),系数为1.2;

断路器开断时间:

2cycle(0.04s),系数为1.4;断路器开断时间与开断短路电流的关系1/6/2024PDS-CB44变压器与变电站1/6/2024PDS-CB45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1/6/2024PDS-CB461/6/2024PDS-CB47TransformerE1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad变压器的等值回路1/6/2024PDS-CB48r1X1a2rLa2XLa2r2a2X2E1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad变压器的等值回路a=U1/U2

=I2/I1a2=Z1/Z21/6/2024PDS-CB49r1X1a2rLa2XLa2r2a2X2a2rLa2XLXe变压器的等值回路1/6/2024PDS-CB50开断空载变压器时的过电压1/6/2024PDS-CB51CBGiL

CiC

LS

LuCuL开断空载变压器时的过电压1/6/2024PDS-CB52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、水泥杆塔1/6/2024PDS-CB531/6/2024PDS-CB54110

kV220

kV10

kV变电站典型布置1/6/2024PDS-CB55XL2XL4XL3XL1MIMIMIIMII110kV10kVB1B2FD地区变电站主接线1/6/2024PDS-CB56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,1/6/2024PDS-CB571-1-1.

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1/6/2024PDS-CB58传输功率

P=UI送电电压降U=IR线路损耗P=I2RI–送电电流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1/6/2024PDS-CB59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

输配电线路电压等级(kV)3610203566110220330500750电器设备的额定电压(kV)3.67.2122440.572.51262523635508001/6/2024PDS-CB60LinesStep-upTransformerStep-downTransformerLoad1.1UN1.05UNUN

UN

1/6/2024PDS-CB61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);1/6/2024PDS-CB62500kV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5kg.每串绝缘子重约100多公斤.400kV铁塔高约50m,宽约20m750kV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1/6/2024PDS-CB63额定电压与传输功率、传送距离间的关系额定电压(kV)传输功率

(kW)传送距离(km)6100

12004

1510200

2,0006

20352,000

10,00020

5011010,000

50,00050

150220100,000

500,000100

300500200,000

1,000,000200

6001/6/2024PDS-CB641-3.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(50or60Hz);波形

:;正弦波（谐波）

1/6/2024PDS-CB65

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.

对电能质的要求:-

电压

,

频率,

谐波;

可靠性.

1/6/2024PDS-CB66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。

1/6/2024PDS-CB67电源波形1/6/2024PDS-CB681/6/2024PDS-CB691-4.中国电力工业发展1/6/2024PDS-CB70GDP(atCurrentPrice)andGDPPerCapita

inChina,1990-20017.0%1/6/2024PDS-CB71GDP(atCurrentPrice)GrowthRate

inChina,1991-20011/6/2024PDS-CB72DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhan1/6/2024PDS-CB73InstallationincludingNuclear2100MW.)InstallationinChina,1949-1997Hydro-PowerThermalPower19971/6/2024PDS-CB74PowerGenerationinChina,1949-1997ThermalgenerationIncludingNuclear:138TWh143TWh144TWhHydro-PowerThermalPower1/6/2024PDS-CB75TheShareRateofPowerGeneration

inChina,1998(16.85%)(81.82%)(1.23%)1/6/2024PDS-CB76ElectricityInstallationandGenerationinChina(1993-2001)1/6/2024PDS-CB77Uptoendof2001

ThetotalCapacityInstallation:

3.3860108kW

ThetotalGenerationin2001:

14839108kwh1/6/2024PDS-CB78ThermalPowerPlantsDistributioninChina1/6/2024PDS-CB79Uptoendof2000morethan70ThermalPowerPlantswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.TwoNuclearThermalPowerPlantsTypicalunitsare:300MW;600MW;800MW.1/6/2024PDS-CB80Hydro-PowerPlantsDistributioninChina1/6/2024PDS-CB81Uptoendof2000morethan17HydroPowerStationswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.Typicalunitsare:300MW;550MW.IncludingtwoPumpedStorageStations1/6/2024PDS-CB82NuclearPowerStationinChina秦山firstunit300MWin1994大亚湾twounits900MWin1994秦山secondunit600MWin2002岭澳(Guangdong)firstunit900MWin2002

TotalInstallation(end0f2002):3600MWNewUnitsonConstriction:岭澳secondphase900MWin2002田湾(连云港)

TotalInstallation(2005):8550MW1/6/2024PDS-CB83DistributionofElectricPowerSystemsinChinabefore1976NWPNNEPNECPNNCPNSWPNSCPN1/6/2024PDS-CB84DistributionofElectricPowerSystemsinChinabefore2000NEPNNCPNNWPNECPNCCPNXJPGXZPGGZPGHNPGGZPGGXPGFJPGCQPGSDPGSCPGYNPG1/6/2024PDS-CB85DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingMajorLoadCenter1/6/2024PDS-CB86HVDCConnection(Back-to-back)betweenNetworks1/6/2024PDS-CB87LoadCenterandHVDCLinesinChinaBeijingGuangzhou,HongKongWuhanShanghaiHVDConConstructionCompletedHVDC1/6/2024PDS-CB88DiagramofPowerfromMajorSourcestoLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhanPowerfromW.toE.1/6/2024PDS-CB89Ahydroelectricplantmaycombineotherobjectivesasamulti-purposeproject:

1.

Floodcontrol;洪水控制

2.

Irrigation;灌溉

3.

Publicwatersupply;供水

4.

Navigation;航运

5.Aquiculture.水产1/6/2024PDS-CB90LocationMapofThreeGorgesDamGezhoubaHydro-powerStation1/6/2024PDS-CB91ViewofGezhoubaHydro-PowerStation

(246.5kW)1/6/2024PDS-CB92TheLocationbeforeProjectConstruction1/6/2024PDS-CB93ModelofThreeGorgesDam1/6/2024PDS-CB94Arrang