電氣工程概論 第三章 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)(三)

1、3.4 電力網(wǎng) 電網(wǎng)的構(gòu)成和功能電力網(wǎng)絡(luò)由不同電壓等級(jí)的電力線路、變壓器和相應(yīng)的配電裝置構(gòu)成。電力網(wǎng)絡(luò)的功能是輸送和分配電能并進(jìn)行電壓變換。電力網(wǎng)可分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)，大型電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)通常以電壓等級(jí)進(jìn)行分層；輸電網(wǎng)將發(fā)電廠的電能通過高壓輸電線送到負(fù)荷中心，其額定電壓通常為220750kV，它是電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)；1電氣工程概論配電網(wǎng)將電能通過配電線路送到電能用戶，可以分為高壓、中壓、和低壓配電網(wǎng)；高壓配電網(wǎng)的電壓一般為35110kV或更高；中壓配電網(wǎng)的電壓一般為135kV；低壓配電網(wǎng)的電壓一般為380/220V。2電氣工程概論電力線路電力線路分為架空線路和電纜線路架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（又稱

2、架空地線）、桿塔、絕緣子串合金具等部分組成。導(dǎo)線用來傳導(dǎo)電流，輸送電能。避雷線用來將雷電流引入大地，保護(hù)線路免遭直擊雷的破壞。桿塔用來支撐導(dǎo)線和避雷線。絕緣子用來使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與桿塔之間保持絕緣狀態(tài)。金具用來固定、懸掛、連接和保護(hù)架空線路各主要元件的金屬器件的總稱。3電氣工程概論電纜是將導(dǎo)電芯線用絕緣層及防護(hù)層包裹，敷設(shè)于地下、水中、溝槽等處的電力線路。特點(diǎn)： 造價(jià)高，故障定位和檢修困難；占地面積少，供電可靠；不影響城市環(huán)境。4電氣工程概論變電站的功能和構(gòu)成變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。主要設(shè)備： 變換

3、電壓的變壓器；開閉電路的開關(guān)設(shè)備；匯集和分配電能的母線；計(jì)量和控制用的互感器、儀表、繼電保護(hù)裝置；防御過電壓的防雷裝置，如：避雷器、避雷針等；通信裝置；無功補(bǔ)償裝置。5電氣工程概論配電系統(tǒng)的功能和構(gòu)成配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，由電壓等級(jí)為110kV及以下的線路和設(shè)備構(gòu)成，電力系統(tǒng)通過配電網(wǎng)絡(luò)直接向用戶供電，主要由配電變電站、配電線路等構(gòu)成。主要包括： 1kV以下低壓配電；135kV中壓配電；35110kV高壓配電。6電氣工程概論電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行電能特點(diǎn)： 電能目前不能大量存儲(chǔ)；暫態(tài)過程非常迅速，以10-310-6s計(jì)；意外供電中斷，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失；電能質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。電力系統(tǒng)調(diào)度管理

4、是指對(duì)電力系統(tǒng)全局安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和事故處理的問題進(jìn)行計(jì)劃、指揮、控制、協(xié)調(diào)等工作的總稱。調(diào)度管理的任務(wù)保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全可靠運(yùn)行，提供合格的電能質(zhì)量。調(diào)度管理的內(nèi)容電力系統(tǒng)分層調(diào)度管理：國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)。7電氣工程概論電力系統(tǒng)故障主要包括單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路、三相短路、斷線等； 故障可能引起的后果：短路故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧，可能損毀設(shè)備；部分區(qū)域電能質(zhì)量下降；短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)會(huì)損壞設(shè)備或縮短設(shè)備壽命；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞，產(chǎn)生振蕩，甚至引起系統(tǒng)瓦解。8電氣工程概論電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)主要包括過負(fù)荷、過電壓、非全相運(yùn)行、振蕩（非同步運(yùn)行）、次

5、同步諧振、同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等。故障和非正常運(yùn)行都能引起系統(tǒng)事故（如電壓崩潰事故、頻率崩潰事故）。事故是指系統(tǒng)的全部或部分的正常運(yùn)行遭受破壞，造成對(duì)用戶停止供電、少送電或電能質(zhì)量下降，甚至造成人身傷亡、設(shè)備損壞等。繼電保護(hù)裝置就是能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并有選擇性地動(dòng)作于跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。此外，自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入裝置、按頻率自動(dòng)減負(fù)載、自動(dòng)發(fā)電控制裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置等自動(dòng)裝置都是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要自動(dòng)化設(shè)備。9電氣工程概論 3.5 電力應(yīng)用 照明照明大致分為兩種：一是由電能轉(zhuǎn)化成熱能，然后再

6、轉(zhuǎn)化成光能的光源，如白熾燈等。另一種是利用放電而轉(zhuǎn)化成光能的光源，如熒光燈、高壓汞燈、霓虹燈等。(d)(a) (b)(e)(c)鋁蒸鍍面鎢燈絲燈絲支架石英玻璃Ar氣體+鹵素化合物鉬箔紅外反射膜石英玻璃可見光紅外線鎢燈絲（a）（b）（c）（d）（e）熒光粉水銀原子電子氬原子可見光鎮(zhèn)流器啟輝器10電氣工程概論電加熱電加熱是以電能為能源加熱物料，并通過電爐、電焊機(jī)等來實(shí)現(xiàn)加熱的一種方法。電加熱大致分為兩種：一是電能在電爐、電熱器具上轉(zhuǎn)變成熱能后加熱物料，如電爐、電弧爐、感應(yīng)爐、微波爐、光波爐等。另一種是利用電能驅(qū)動(dòng)熱泵，把熱能從溫度較高的物體輸送給溫度較低的物體,如熱泵等。應(yīng)用:工業(yè)領(lǐng)域：冶煉、熱處

7、理、焊接等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：溫室培育等家庭生活：烹飪、取暖等11電氣工程概論電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種拖動(dòng)方式，又稱電氣傳動(dòng)或電力傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)功率開關(guān)控制器件電源傳遞機(jī)構(gòu)工作機(jī)械機(jī)械連接電連接電力拖動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣，從一般的家用電器到工業(yè)機(jī)床設(shè)備、電動(dòng)交通工具等，在國防、國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的方方面面都有應(yīng)用，是電能最主要的應(yīng)用方式之一。12電氣工程概論3.6 電力市場簡介 電力市場的概念電力市場是采用經(jīng)濟(jì)、法律等手段，本著公平競爭、自愿互利的原則，對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用電等各組成員協(xié)調(diào)運(yùn)行的管理機(jī)制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和。電力市場的基本特征：開放性、競爭性、計(jì)劃

8、性和協(xié)調(diào)性。電力市場首先是一種管理機(jī)制，同時(shí)還是體現(xiàn)這種管理機(jī)制的執(zhí)行系統(tǒng)。包括貿(mào)易場所、計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。電價(jià)是電力市場的杠桿和核心內(nèi)容。轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)是電力市場重要的貿(mào)易形式。13電氣工程概論電力市場的興起我國電力體制改革的三個(gè)階段：第一階段：1985年實(shí)施集資辦電政策20世紀(jì)90年代初期，解決缺電問題。第二階段：20世紀(jì)90年代初期1998年撤銷電力工業(yè)部前，提出逐漸實(shí)施電力體制改革，方案為：政企分開、廠網(wǎng)分開、輸供分離、實(shí)施公司化改組；統(tǒng)一開放、競價(jià)上網(wǎng)、建立電力交易市場；依法管理、競爭有序，建立健全電力市場法規(guī)體系和監(jiān)管體系。第三階段：1998年撤銷電力工業(yè)部目前，實(shí)行“廠

9、網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”試點(diǎn)。14電氣工程概論電力市場的基本原則基本目標(biāo)是：打破壟斷，引入競爭，提高效率，降低成本，健全電價(jià)機(jī)制，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)電力發(fā)展，推進(jìn)全國聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開、公平競爭、開放有序、健康發(fā)展的電力市場體系。電力市場最基本的原則是公平。為保證電力市場公平競爭的原則，必須做到：電力市場要有公開性（包括成本、定價(jià)、計(jì)量、計(jì)劃等），以便監(jiān)督；擴(kuò)大自由選擇權(quán)力，保證電網(wǎng)的開放；必須建立有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)約，使競爭規(guī)范化。15電氣工程概論3.7 電力新技術(shù)和發(fā)展趨勢 我國發(fā)展能源的指導(dǎo)方針是：大力（優(yōu)先）發(fā)展水電，繼續(xù)發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，積極發(fā)展新能源發(fā)電，同步發(fā)展電

10、網(wǎng)，促進(jìn)全國聯(lián)網(wǎng)。電力技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇，技術(shù)創(chuàng)新和出現(xiàn)重大突破的機(jī)會(huì)要比信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等新興學(xué)科少得多。但是，應(yīng)該看到，電力技術(shù)與其他學(xué)科的相互交叉和滲透的趨勢越來越明顯。電力研究的一些前沿課題反映了這種趨勢。 16電氣工程概論1 高壓交流輸電技術(shù)三相高壓交流輸電技術(shù) 常規(guī)的三相交流輸電在遠(yuǎn)距離輸電工程中占主導(dǎo)地位，在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍然是輸電和聯(lián)網(wǎng)的主要方式； 前蘇聯(lián)建成了900km的1150kV特高壓輸電線路并經(jīng)過了試運(yùn)行，后因無電可送等原因而降壓為500kV運(yùn)行； 未來交流輸電發(fā)展的重點(diǎn)將是采用新技術(shù)充分利用線路走廊輸送更多的電力。17電氣工程概論多相交流輸電 多相

11、交流輸電以多相（相數(shù)大于3）交流電形式實(shí)現(xiàn)電能輸送； 特點(diǎn)：相同的線路走廊和占地面積，多相輸電可提高由線路發(fā)熱條件決定的負(fù)荷容量，可設(shè)計(jì)得更“緊湊”適合線路路徑受限制的地區(qū)，可以接入三相交流輸電系統(tǒng)，不需經(jīng)過多相交流變電所； 多相交流輸電已經(jīng)入工業(yè)性試驗(yàn)和試運(yùn)行階段。18電氣工程概論靈活交流輸電靈活交流輸電（FACTS）是基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)； 出現(xiàn)背景：發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)的需要；發(fā)展電力市場的需要；電力電子器件的快速發(fā)展使靈活交流輸電的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。靈活交流輸電技術(shù)的核心就是利用電力電子器件可以按照控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)用現(xiàn)代換流技術(shù)

12、和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電壓、阻抗或相位大幅度靈活控制。19電氣工程概論2 高壓直流輸電技術(shù)端對(duì)端直流輸電該技術(shù)是一項(xiàng)成熟的遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)，預(yù)計(jì)端對(duì)端直流輸電在未來仍是遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)的重要方式。多端直流輸電技術(shù) 為了解決直流輸電多電源供電、多落點(diǎn)受電問題，研究出多端直流輸電技術(shù)。20電氣工程概論新一代直流輸電技術(shù)未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢是在應(yīng)用可關(guān)斷器件組成的換流器進(jìn)一步改善輸電性能的同時(shí)，大幅度簡化設(shè)備，減少換流站的占地，降低造價(jià)，以便在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上比其它輸電方式更具競爭力；典型例子是：所謂輕型直流輸電（HVDC Light），它采用IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器；使用戶外換流閥以節(jié)省閥廳的建設(shè)

13、費(fèi)用；應(yīng)用連續(xù)調(diào)節(jié)交流濾波器、有源濾波器等技術(shù)大幅度減少戶外場的占地。 21電氣工程概論3 新型輸電線路 緊湊型線路緊湊型線路是指增加分裂導(dǎo)線數(shù)、縮短相間距離、合理排列相導(dǎo)線等措施以降低線路波阻抗，從而提高線路輸送能力的輸電線路。研究的主要目的是提高線路的輸送能力，節(jié)省線路走廊；從20世紀(jì)60年代起，美國、前蘇聯(lián)、法國、巴西等國建成了各種電壓等級(jí)的緊湊型線路，我國也建成了一條500kV的緊湊型線路，正在試運(yùn)行中。22電氣工程概論氣體絕緣線路氣體絕緣輸電線路（GIL）是以六氟化硫氣體絕緣的、帶有與導(dǎo)體同軸的接地金屬外殼的輸電線路，與電纜相比，其優(yōu)點(diǎn)是絕緣擊穿后可恢復(fù)、承載電流大；氣體絕緣輸電線路已在美國、德國的水力發(fā)電廠的出線等場合得到了應(yīng)用。未來由于輸電線路走廊的獲得越來越困難，氣體絕緣輸電線路的