第十章电力传输的基本概念

电力工程师的电力传输和配电系统资料一、介绍电力传输和配电系统是电力工程中不可或缺的一部分，它是将发电厂产生的电能按照一定的电压等级传输到用户处，并通过配电系统实现对电能的分配和安全使用。

本文将从电力传输和配电系统的基本原理、设备选型、运行维护等方面进行探讨。

二、电力传输系统1. 起源与发展电力传输系统起源于19世纪末，随着电力工业的发展，电力传输系统逐渐形成了以高压输电线路为主体，辅以变电站和变压器的系统架构。

2. 设备选型在电力传输系统中，主要以下几种设备被广泛应用：输电线路、变电站、变压器和断路器。

这些设备的选型需要考虑输电距离、负荷容量、电压等级以及经济和可靠性等因素。

3. 运行维护电力传输系统的运行维护是确保电能传输的可靠性和安全性的关键。

包括定期巡视检查、设备维护、故障排查等方面，以确保系统的运行正常。

三、配电系统1. 概述配电系统是将输送到变电站的高压电能，通过变压器降压并输送到电能使用点的一套设备和设施。

它包括高压侧和低压侧两个部分。

2. 配电变压器配电变压器是配电系统中的核心设备，它主要用于将高压电能降压到低压，以满足用户的电能需求。

根据不同的用途和负荷需求，可选用不同类型和规格的变压器。

3. 配电线路配电线路是将低压电能从变压器输送到用户的设备和电器的线路系统。

它需要考虑线路的容量、负荷平衡以及线路的绝缘和保护等方面，确保电能传输的安全和稳定。

4. 配电盘配电盘是配电系统中的重要组成部分，它用于控制和分配电能，实现对各个电器设备的供电和断电控制。

根据不同的需求，配电盘可分为主配电盘、分配电盘和母线槽等不同类型。

四、电力传输与配电系统的技术发展随着科学技术的不断进步，电力传输与配电系统也在不断发展。

尤其是近年来，新能源技术的应用和智能化控制技术的发展，使得电力传输与配电系统更加高效、安全和可靠。

五、总结电力传输和配电系统是电力工程师必备的专业知识和技能。

了解电力传输和配电系统的基本原理、设备选型、运行维护以及技术发展对于工程师提高工作效率和保证电能正常供应具有重要意义。

电能的生产,传输,分配和使用的基本概念电能是指电流通过导线产生的能量，是一种非常重要的能源形式。

它可以用于生产、传输、分配和使用。

在电能的生产、传输、分配和使用过程中，有一些基本的概念需要了解。

首先，电能的生产是指将其他形式的能源转化为电能的过程。

目前使用最广泛的方式是利用发电机将机械能转化为电能。

发电机可以利用各种能源，包括化石燃料、核能、水能、风能和太阳能等。

在这个过程中，能源首先转化为机械能，然后再通过发电机转化为电能。

电能的传输是指将发电厂产生的电能从发电厂输送到用电地点的过程。

传输电能主要通过输电线路进行，输电线路分为高压输电线路和低压输电线路。

高压输电线路一般运输大功率电能，需要经过变电站进行电压的变换和输电线路的分支，以便将电能输送到不同地区。

低压输电线路将经过变压器降压后的电能输送到消费者家庭和企业。

电能的分配是指将输送到用电地点的电能分配给不同的用户的过程。

在分配过程中，需要建设配电网，将电能连接到各个家庭和企业。

配电网一般包括变压器、配电柜、配电箱等设备，用于将高压电能降压并接入各个用户。

电能的使用是指在家庭、企业和工业部门将电能转化为其他形式能量并用于各种用途的过程。

在家庭中，电能被用于照明、空调、电视、冰箱等家电设备。

在企业和工业部门，电能被用于驱动机械设备、供应照明、加热等。

电能的使用对于经济社会的发展具有重要意义，也对节能减排有着重要作用。

因此，提高电能的使用效率是一个重要的课题。

在电能的生产、传输、分配和使用过程中，还有一些衡量指标和技术概念需要了解。

首先是功率，功率是衡量单位时间内能量转化或传输速度的物理量。

功率的单位是瓦特（W）。

另一个重要的概念是电压，电压是电能的推动力，可以理解为电能的压力。

电压的单位是伏特（V）。

电流是电荷的流动，通常用安培（A）来表示。

电阻是电能遇到的阻力，单位是欧姆（Ω）。

除了这些基本概念外，还有一些技术概念需要了解。

例如，高压直流输电技术可以提高电能传输的效率和距离。

高中物理电能的输送知识点许多大型水电站建设在远离我们的高山峡谷之中，电能在那里生产出来，并不能马上被使用，它只有通过电力网跨过千山万水到达城市、工厂，走进千家万户，才能被使用;离城市较近的火电厂、核电站生产出的电能也要通过电力网传输，才能被使用。

因此，电力网成为连接电厂和用户的纽带，它就像是电力系统中的“血管”。

电力网是由升压变压器、传输线路、高压塔架、降压变压器、无功补偿器、避雷器等电气设备，以及监视和控制自动装置所组成的复杂网络系统。

下图即为一变电站的输配电系统。

高中物理变电站的输配电系统电能在发电机中生产出来，此时电压为10kV左右，经升压变压器变成220kV或500kV后，通过超高压输电线输送到城市的供电网上，再经多级降压变压器最终变为220V，才能供我们使用。

这就是常见的交流输电方式。

由于交流输电日益暴露出一些问题。

因此人们也开始采用新型的高压直流输电方式进行远距离输电，在中国建成的就有“葛-上”(葛洲坝-上海)500kV直流输电线。

高压直流输电方式就是在原有的交流输电网中增加了整流器(把交流电变为直流电)和逆变器(把直流电变为交流电)，来完成其任务的。

那为什么传输时要采用超高压(500kV等)输电呢?主要是因为要减少线损(Q)，也就是电能在传输时在传输线上以热能等形式白白损失掉的能量。

只有不断地提高电压，才能减少线损Q 与通过传输线的电流I有这样的关系：Q=I2R，因为传输线的电阻R一定，因此要减少Q就要减小I，而I又与电压U成反比，因此，减少线损就要提高电压。

我们平时最常见到的传输线路就是架空线路，其次是电力电缆。

最新的、最有前途的传输线要数高温超导导线了，据华中理工大学超导电力科研与发展中心提供的一份，目前，中国输配电系统的网络损耗高达百分之八点五，到2010年，按预测的装机容量，中国在输配电网上将损失二到三个三峡电站所发出的电能。

而高温超导导线由于其零电阻的特性，将能极大地减少线损。

电力系统与电力传输电力是现代社会不可或缺的基础能源，其传输和供应对于经济发展和社会生活至关重要。

电力系统是由发电厂、变电站、输电线路和配电系统组成的，负责将发电厂产生的电能传输到用户。

本文将从电力系统的基本概念、组成及其对电力传输的影响等方面展开论述，并探讨如何优化电力传输系统。

一、电力系统的基本概念和组成电力系统是由发电、输电和配电三个环节组成的。

发电环节是指通过燃煤、水电、核电等方式将能源转化为电能的过程。

输电环节是指将发电厂产生的电能通过输电线路传输到不同地区的过程。

配电环节是指在终端用户附近将高压电能转变为低压电能并进行分配的过程。

在电力系统中，发电厂是电能的源头，负责将其它形式的能量转化为电能。

发电厂可以根据能源的不同划分为燃煤发电厂、水电站、核电站等。

输电线路是将发电厂产生的高压电能输送到不同地区的通道，输电线路可以分为高压直流输电和高压交流输电两种方式。

变电站是连接发电厂和输电线路的重要环节，通过变压器将高电压转换为低电压，以适应不同地区的电力需求。

配电系统则负责将输电线路传送到终端用户，并通过变压器进行合理的电压分配。

二、电力系统对电力传输的影响电力系统对电力传输起着重要的作用，它的稳定性和可靠性直接关系着电力的传输效率和安全性。

1. 降低线损电力系统中线路的电阻会产生电压降，导致电能的损失，这就是所谓的线损。

电力系统在设计和运行中，需要合理规划输电线路的走向和长度，减少线损，提高电力传输效率。

2. 保障系统的可靠性电力系统的可靠性是指系统在面对不同的故障和异常情况时，能够保持正常的运行和供电。

为了保障系统的可靠性，电力系统需要采取一系列的措施，如备用电源、自动切换装置等，以应对突发情况，保证电力的连续供应。

3. 提高电力传输的安全性电力系统在设计和运营中需要考虑诸多因素，如雷电、地震、风暴等自然灾害对电力传输设施的影响，以及防范恶意破坏和电力盗窃等人为因素。

通过合理的设计和规划，以及加强安全管理和监测等手段，可以提高电力传输的安全性。

第10章电力传输的基本概念第10章电力传输的基本概念∙∙2BjjXR+1∙V2∙V2Bj1∙VTjB-TGTTjR X+2∙V第10章电力传输的基本概念∙∙2B j jXR +1∙V 2∙V 2Bj 1∙V T jB -TG T T j R X +2∙V ∙∙jXR +1∙V 2∙V ∙V)(Y S I ∆∙Y10.1 阻抗上的电压降落10.2 阻抗上的功率损耗10.3 导纳上的功率损耗10.4 网络元件的电压降落和功率损耗jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙1∙V 2∙V ∙V d 电压降落：jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V 2∙V ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 电压降落：2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V 2∙V ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙电压降落的纵分量电压降落的横分量电压降落：电压降落的纵分量电压降落的横分量∙I1∙V 2∙V ∙1∙V ∙V d ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 电压降落：2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙jX R +1∙V 2∙V 1S 2SjX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V 2∙V ∙1∙V ∙Vd ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V 1111V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙电压降落：2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V 2∙V ∙1∙V ∙Vd ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V 1111V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙电压降落的纵分量电压降落的横分量电压降落：电压降落的纵分量2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V 2∙V ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙2222,jQ P S V +=2222V X Q R P V +=∆2222V R Q X P V -=δ如果已知则电压降落：jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I1∙V2∙V ∙V d )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2∙V δ2∙∆V 2222V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙222221)()(V V V V δ+∆+=2221V V V tg∆+=-δδδ电压降落：2222,jQ P S V +=2222V X Q R P V +=∆2222V R Q X P V -=δ如果已知则jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I2∙V 1∙V ∙Vd )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙1∙V δ1∙∆V 1111V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙1111V X Q R P V +=∆1111V R Q X P V -=δ则电压降落：1111,jQ P S V +=如果已知jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I2∙V 1∙V ∙Vd )(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙1∙V δ1∙∆V 1111V j V V V V d δδ+∆=+∆=∙∙∙212112)()(V V V V δ+∆-=1111V V V tg∆-=-δδδ电压降落：1111V X Q R P V +=∆1111V R Q X P V -=δ则1111,jQ P S V +=如果已知电压损耗电压偏移jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙1∙V 2∙V ∙V d 21V V -=10021⨯-=NV V V NV V -=11001⨯-=NN V V V 电压偏移百分数其它术语：电压损耗百分数电压降落：电压损耗jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙2121V V V V ∆≈∆≈-当阻抗两端相角差较小时，电压损耗约等于电压降落的纵分量，即1∙V 2∙V 2∙V 1∙V ∙Vd ∙V d 2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V δδδ1111V X Q R P V +=∆2222V X Q R P V +=∆（其中)电压降落：常用简化假设之一：电压降落的纵分量jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)(21jX R I V V V d +=-=∙∙∙∙当阻抗的电阻远小于电抗，即R<<X (或R=0)时，1∙V 2∙V 2∙V 1∙V ∙Vd ∙V d 2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V δδ电压降落：常用简化假设之二：VQX V ≈∆VPXV ≈δ电压降落的横分量电压损耗：jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙IVj V V V V d δ+∆=-=∙∙∙21归纳总结：1∙V 2∙V 2∙V 1∙V ∙Vd ∙V d 2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V δδVQX PR V +=∆VQR PX V -=δ电压降落：2121V V V V ∆≈∆≈-当R<<X (或R=0)V QX V ≈∆VPX V ≈δ思考有功功率和无功功率在阻抗上的传输规律！jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙IVj V V V V d δ+∆=-=∙∙∙211∙V 2∙V 2∙V 1∙V ∙Vd ∙V d 2∙V δ2∙∆V 1∙V δ1∙∆V δδV QX PR V +=∆VQR PX V -=δ应用上述公式的注意事项：电压降落：归纳总结：•必须使用同一端的电压和功率•必须使用直接流入阻抗或从阻抗中直接流出的功率•公式中可以使用单相功率和相电压，也可以使用三相功率和线电压•公式中各量的单位配合（MW,kV,Ω）10.1 阻抗上的电压降落10.2 阻抗上的功率损耗和时jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)()(22121jX R I I V V S S S z +=-=-=∆*∙∙功率损耗222jQ P S +=已知)(222222jX R V Q P S z ++=∆111jQ P S +=已知)(212121jX R V QP S z ++=∆和时2V 1V 10.2 阻抗上的功率损耗和时jX R +1∙V 2∙V 1S 2S ∙I)()(22121jX R I I V V S S S z +=-=-=∆*∙∙功率损耗222jQ P S +=已知)(222222jX R V Q P S z ++=∆111jQ P S +=已知)(212121jX R V QP S z ++=∆和时2V 1V 10.2 阻抗上的功率损耗归纳总结：)(222jX R VQP S z ++=∆应用上述公式的注意事项：•必须使用同一端的电压和功率•必须使用直接流入阻抗或从阻抗中直接流出的功率•公式中可以使用单相功率和相电压，也可以使用三相功率和线电压•公式中各量的单位配合（MW,kV,Ω）功率损耗10.1 阻抗上的电压降落10.2 阻抗上的功率损耗10.3 导纳上的功率损耗10.3 导纳上的功率损耗∙V)(Y S I ∆∙Y***∙*∙===∆YV Y V V I V S Y 2∙∙=VY I10.1 阻抗上的电压降落10.2 阻抗上的功率损耗10.3 导纳上的功率损耗10.4 网络元件的电压降落和功率损耗∙∙2B j jX R +1∙V '2S2∙V '1S2B j 2ly S ∆1ly S ∆2S 1S 1∙V TjB -0T S ∆'1STG TT j R X +2∙V 2S 1S∙VY*=∆YV SY2∙∙2BjjXR+1∙V'2S2∙V'1S2Bj2lyS∆1lyS∆2S1S 1∙VTjB-0TS∆'1STGTTjR X+2∙V2S1SYS∆=∆1lyS=∆2lyS=∆TS例10-1: 某110KV 输电线路，长80km ，r ＝0.21Ω/km, x=0.409Ω/km, b=2.74X10-6s/km, 线路末端功率10MW ，cosφ＝0.95滞后，已知末端电压为110KV ，试计算始端电压大小和角度，始端功率，并作相量图。

电力传输电力传输在这一过程中提供给电力消费者的，是批量传输的电力。

输电网络通常连接到多个人口稠密区附近的发电厂变电站。

电力分配是指线路从变电站到客户，分销商按照历史的商业模式把电力提供给各家各户。

电力传输让遥远的能源来源（如水力发电厂）连接到人口中心的消费者，并允许开采低品位燃料资源，如煤炭，否则运输到发电设施的代价就可能太高了。

输电线路通常使用三相交流电。

单相交流电有时用于电气化铁路系统。

高压直流系统是用于长途传输，或某些海底电缆，或用于连接两个不同的交流网络。

电力传输高电压（ 110千伏或以上），以减少能量在传输中的损失。

电力通常是通过架空电力线路转交交流电。

地下输电只用在人口稠密地区，因为其较高的成本安装和维护费用，以及难以对长电缆进行电压控制。

输电网络被称为“网格” 。

在网络上提供多点之间的冗余线路，使电力可以改为任何发电厂任何负荷中心，通过各种途径，使传输有便捷的路径和经济的供电的成本。

很多分析是通过传输公司，决定最可靠的传输能力，其中，出于系统稳定的考虑，可能会少于其本身或热限制。

放松限制的电力公司在许多国家已建立新的可靠的，经济的传输网络。

然而，在一些地方，放松管制的能源系统，导致灾害，如2000年和2001 年发生在美国加州的电力危机。

历史电力在初期的商业应用中，输送电力的同时所使用的照明及机械负载电压限制了发电厂和消费者。

在1882年直流电流，不能轻易增加电压来长距离传输。

不同种类的负载，例如，照明，固定电机，牵引（地铁）系统，需要不同的电压，因此采用了不同的发电机和电路。

由于这种专业化的方针和传播，因此效率低下的发电机需要关闭，似乎它在当时，这个行业将发展成现在被称为分布式发电系统，附近的大量的小型发电机他们的负荷。

于1886年在大巴林，马萨诸塞州，一个1kV交流配电系统的安装。

同年在意大利一个2kV交流电源安装在Cerchi 30公里的附近。

在1888年5月16日的AIEE会议，尼古拉特斯拉发表了一个题为新的交流电动机和变压器的演讲，描述了使有效的产生和使用多相交流电流的设备。

电力传输线路原理电力传输线路是将电能从发电厂或者电源送达用户的基础设施，它是电力系统中的重要组成部分。

电力传输线路的原理涉及电能的传输、损耗和稳定性等方面，下文将对电力传输线路的原理进行详细说明。

一、电力传输线路的基本原理电力传输线路是通过导线将电能从一点传输到另一点。

传输线路主要包括导线、绝缘体和支持结构等组成部分。

电能在导线中通过电流的形式进行传输，而导线则起到传输电能的媒介作用。

绝缘体主要用于防止导线与支持结构之间的电气接触，以保障传输过程的安全性。

支持结构则负责固定和支撑导线和绝缘体。

在电力传输线路中，电能的传输是通过交流电来实现的。

交流电的传输具有相对较低的传输损耗和较高的传输效率，因此被广泛应用于电力系统。

交流电的传输过程基于电压和电流的周期性变化。

电压和电流的周期性变化形成了电力系统中的电磁场，通过电磁场的相互作用，电能得以在传输线路中进行传输。

二、电力传输线路的损耗与补偿电力传输线路在传输过程中会存在一定的损耗。

损耗包括电阻损耗和电感损耗两部分。

电阻损耗是指导线本身的电阻导致的能量损耗，而电感损耗则是由于电流的变化而产生的电感电压和电感电流之间功率的损耗。

为了减少传输线路的损耗，需要采取一系列的补偿措施。

在电力传输线路中，可以采用串联电容器进行无功功率的补偿。

串联电容器可以通过在电路中引入感性电流来补偿电感损耗，从而提高传输效率。

此外，还可以采用并联电感器进行功率因数的补偿。

并联电感器通过引入感性电压来补偿电容负荷的无功功率，从而改善电力系统的功率因数。

三、电力传输线路的稳定性电力传输线路的稳定性是指在电力传输过程中，系统能够保持稳定的电压和频率。

传输线路的稳定性对于保障电力系统的运行安全和保持用户的用电质量至关重要。

电力系统的稳定性与发电厂、传输线路和用户负载之间的匹配程度有关。

为了提高电力传输线路的稳定性，常常需要对电力系统进行负荷管理和调节。

负荷管理主要包括对用户负荷的监控和调整，以平衡供需关系，避免出现电能供应不足或过载的情况。