电气工程基础II第三章输变电系统

输变电系统华中科技大学电力工程系罗毅luoyee@第三章主要内容•输电方式和输送能力：理解为什么采用三相交流输电；理解直流输电与交流输电的特点及其区别；了解电力系统输送容量的概念•理解交流输变电系统及其设备；掌握一次主接线图；了解配电装置的基本概念•理解直流输电系统及其设备•掌握二次接线图•掌握中性点(工作)接地方式三相交流输电及其优点•易于产生旋转磁场•瞬时功率不随时间变化而保持恒定 •输电线路所用导线的金属消耗量少因此，除了室内配电等小功率供电时采用单相交流方式外，其他场合都采用三相交流输电)240sin()120sin()(in U o c o bat U U t U Ut Us -+=-+=+=αωαωαω U aU b U c每根导线的输电功率输电方式输电功率每根导线输电功率比率（cosϕ=1）直流二线制100单相二线制100二相三线制94三相三线制115三相四线制87四相四线制100对称n相n线制（n 为偶数）100 U I2UIϕUIcos2UIcosϕϕUIcos23UIcos2ϕϕUIcos33UIcos3ϕϕUIcos34UIcos3ϕ24UIcosϕ2UIcosϕ2UIcosϕ2nUIcosϕ所需金属消耗量输电方式输电功率P，输电损失P1导线全截面单相二线制三相三线制对称n相n线制（n为偶数）RIP212UIcosP==ϕRIPP213UIcos3==ϕ2nUIcosϕ=Pϕρ2212cosUP4S2Pl=ϕρ2212cosUP3S3Pl=ϕρ2212cosUP4nSPl=直流输电的优点•由于电压没有正负交替，所以无充放电电流•不存在稳定性问题•不存在同期问题•输电线建设成本低直流输电的应用•长距离大容量输电•海底电缆•非同期系统（不同额定电压、不同额定频率系统的联网）输电电压与输电容量•输电电压越高，输送容量越大。

1、斯蒂尔（A. Still ）公式•不适合输电距离极小和长距离的情况2、固有负荷法或SIL(Surge Impedance Loading)•Z 为波阻抗，适合400km 以上的长距离输电PL U 01.06.05.5+=ZU P 2=输电电压与输电容量•在短距离输电线路中，输电容量一般取决于热极限、电压损耗和电力损失。

稳定性几乎不是问题•在长距离输电线路中，输电容量除受热极限影响外，稳定性是重要的影响因素输电线路的热极限导体长期发热：表8-1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）长期工作发热短路时发热导体种类和材料允许温度允许温升①允许温度允许温升②铜（裸）母线70︒C③45︒C300︒C230︒C铝（裸）母线70︒C③45︒C200︒C130︒C①指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电力变压器和电器（周围空气温度）40︒C；发电机（利用空气冷却时进入的空气温度）35~40︒C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25︒C；埋入地下的电力电缆15︒C。

②指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作时的最高允许温度。

③裸导体的长期允许工作温度一般不超过70︒C，当其接触面处具有锡的可靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85︒C；当有银的覆盖层时，允许提高到95︒C。

均匀导体的长期发热1．均匀导体的发热过程导体温度稳定前 I 2Rdt ＝mCd θ＋aF(θ－θ0)dt 温度达到稳定后 I 2R ＝aF(θ－θ0)式中，m ：质量(kg)；C ：比热容(J/kg·︒C)；a ：总换热系数(w/m 2·︒C)； F ：散热面积（m 2）；θ0：周围环境温度（︒C ）。

2．导体的最大允许载流量RaF R aF I al st )(0θθτ-==输电线路的热极限电压损耗U QXPR U +=∆必须保证足够高的输电电压才能将电压损耗限制在较小的范围内电力损失R U Q P R I P 22223+==∆必须保证足够高的输电电压才能将电力损失限制在较小的范围内稳定性电力系统运行的稳定性定义：指在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力 失去稳定性是电力系统最严重的故障δϕsin cos ∑==d q Eq X U E UI P 提高输电电压、减小电抗交流输电设备变换电压的设备：如变压器。

接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。

防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。

无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。

载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。

接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。

架空线路导线型号•拼音字母表示导线材料和结构特征；数字表示载流部分的标称截面积LJ-50 TJ-25 GJ-35LGJ-185 LGJ-300/50•普通钢芯铝绞线LGJ•轻型钢芯铝绞线LGJQ•加强型钢芯铝绞线LGJJ架空线路电缆线路（a）三相铅包型（b）分相铅包型1-导体；2-相绝缘；3-纸绝缘；4-铅包皮；5-麻衬；6-钢带铠甲；7-麻皮；8-钢丝铠甲；9-填充物架空输电线路的完全换位 a aa b b b c cc架空输电线路分裂导线：一般单导线每公里的电抗约为0.4Ω左右，而分裂根数为2、3、4根时，每公里的电抗分别降低到0.33、0.30、0.28Ω左右隔离开关☑ 输电线路☑ 开关电器高压断路器的基本参数额定开断电流I Nbr 、全开断时间t ab 、合闸时间t on 额定动稳定电流（峰值）i es 、热稳定电流I t 、自动重合闸性能 ☑ 电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线输变电设备A B C A K 2 K 1L 1 L 2 A B C AA A AB CA wh I aI cI b☑ 电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：输变电设备 r d F 1L TVZ 2lC 1C 2 至通信设备 C U 1 U C2 U 3U 2电气一次接线一、电力系统接线和输变电网络接线☑电力系统接线地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所之间的电气联接关系☑输变电网络接线无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能靠一条线路获得电能，又称开式网络。

有备用：双回路式、单环式、双环式和两端供电式等，每一个负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网络。

南昌梦山桃苑 西郊 双港盘龙山 艾湖顺外 昌东南电 斗门 迎宾 梧岗 向塘温圳 松源九江地区 进贤至丰电二期南昌地区电网（220kV ） 赤田 观田永修九江地区电网（220KV）裕丰九电九电三期妙智海山新港市中共青柘电叶家山盘龙山西郊南昌东部地区电网（220kV ） 乐平 景电贵电贵电 二期 茅家岭蛇龙 月湖李家 德兴 大山玉山档岭 上饶 七里岗龟峰 临川 建昌梅庄 余干 铜城 南昌 主网 黄金埠 鹰潭 信州鄱阳西部地区电网（220kV ） 白沙 新电 萍电分电 丰电 临川 主网梦山 下浦 葛山 吉安 泉田 袁州 五陂下跑马坪仙女湖 渝水珠珊 清江罗坊 金子山 石滩 上高 安源 分电三期 王舍 大台S 1 DL1 DL2 S 2 T 1 T 2 T 3 站1站2 站3 站4 ~ ~ L1 L2220kV 110kV 35kV 10kV 10kV10kV10kV AB C D G 1 G 2 FE T 4T 5 T 6 T 7 H 站5站6 T 8二、电气主接线的基本接线形式☑有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。

☑无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。

☑几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。

进、出线：进线指电源，出线指线路。

断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：电气一次接线☑断路器与隔离开关的操作顺序：送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。

停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。

待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。

QSQF1. 单母线接线 接线图有母线电气一次接线特点 →简单、清晰、设备少。

→当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。

→断路器检修期间也必须停止该回路的供电。

适用范围 →单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。

W QF QS QS WL 4 QF QS QS WL 3 QF QS QS WL 2 QF QS～ G QF 1 QS 1 ～ G QF 2 QS 3 QS 2 WL 1 QS 4。