2016年第10章14节 远距离输电(10-1)

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1、武汉大学电气工程学院 田翠华 副教授,电气工程基础（下册）,电气工程基础（下册）,1. 本门课程的地位 电气工程基础课程是“电气工程与自动化”宽口径专业的一门必修的重要专业平台课程，它是学习本专业后续其它必修专业方向课程和选修课程的重要基础，因而在“电气工程与自动化”专业中具有极其重要的作用。 本门课程的学时：36 本门课程的学分：2.0 课程设计（一周）,10:39:27,3,学习本门课程需达到的目的：,（1）远距离输电线路的自然功率与电压分布。 （2）掌握各种操作过电压的形成及其影响因素及抑制措施。 （3）掌握架空输电线路、变电站的雷害过程及防雷措施。 （4）掌握输电线路电流保护的整定计算

2、原则以及变压器纵差动保护的基本原理。 （5）熟悉发电厂、变电所常用的控制与信号系统。 （6）解电力系统调度自动化的基本原理；掌握同步发电机同期并列装置和电力系统自动低频减负荷等电力系统常用的自动控制装置的基本原理；了解配电网自动化的构成及功能。,10:39:27,4,一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。,电力系统组成,电网,1 不能大规模储存，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成；,2 发电和用电之间必须实时保持供需平衡。,benefit,风电,第十章 远距离输电,10.1 远距离交流输电

3、 10.2 高压直流输电 10.3 灵活交流输电系统 10.4 特高压电网,第一节 交流远距离输电,一.长线基本方程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:27,8,电压方程：,电流方程：,第一节 交流远距离输电,一.长线基本方程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:27,9,电磁波的传播系数是一个复数，实部描述沿电磁波传播方向幅度随距离的变化情况，实际上就是描述电磁波的衰减情况，如果实部为0，则该电磁波是无衰减传播，如教材上学习的真空中传播的电磁波；而虚部则是描述电磁波相位随距离的变化情况。,第一节 交流远距离输电,一.长线程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:27,10,线路波

4、阻抗,无损导线波阻抗,架空线：,电缆：,第一节 交流远距离输电,一.长线程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:28,11,分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同： 波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间比值的大小；电磁波通过波阻抗为Z的无损线路时，其能量以电磁能的形式储存于周围介质中而不像通过电阻那样被消耗掉。 波阻抗与线路参数和运行频率有关，而与线路电压、电流的大小长度无关，,线路波阻抗,无损导线波阻抗,第一节 交流远距离输电,一.长线基本方程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:28,12,正弦波的稳态情况：,关于电压相量的二阶

5、微分方程,第一节 交流远距离输电,一.长线程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:28,13,解：边界条件：（无损）,第一节 交流远距离输电,一.长线程及稳态解,第十章 远距离输电,10:39:28,14,相位系数,架空线：,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,15,以 为参考相量,假设不考虑无功，则,二.线路的自然功率,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,16,自然功率,时,取模，再用求根公式得：,二.线路的自然功率,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,17,自然功率,在传输功率等于自然功率的条件下，线路任意点

6、的电压均与首、末端电压相等。 物理意义：此时在长线路输电系统中，线路电容所发出的感性无功功率，等于线路电感所消耗的无功功率。 线路所能输送的自然功率与线路长度无关。,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,18,自然功率,紧凑型输电技术是通过缩小导线相间距离，增加相导线分裂相数和导线等效半径，从而减小波阻抗，以达到大幅度提高自然输送功率，有效压缩送电走廊的目的。,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,19,电容效应,回路呈容性,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,20,在电源电势E作用下，电容电流在电感上的压降使电容上的电

7、压UC高于电源电势这种现象 称为 电感电容效应电容效应 （容升效应）法拉效应,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,21,三.空载线路的电压分布,.系统容量为无穷大,边界条件,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,22,三.空载线路的电压分布,沿线电压分布规律:,沿线电压按余弦规律分布,末端电压最高,末端电压随长度增长而加大,沿线电压也随长度增长而加大,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,23,三.空载线路的电压分布,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,24,三.空载线路的电压分布,50Hz工频

8、的波长为：,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,25,三.空载线路的电压分布,线路用等值集中参数(阻抗)来代替,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,26,三.空载线路的电压分布,2.有限大电源接于无损均匀线路,边界条件,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,27,三.空载线路的电压分布,2.有限大电源接于无损均匀线路,边界条件,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,28,三.空载线路的电压分布,2.有限大电源接于无损均匀线路,物理概念,应以系统最小运行方式（冬小方式）(即Xs最大时)为依据考虑工

9、频电压升高,系统容量小时，长线电容效应显著,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,29,三.空载线路的电压分布,2.有限大电源接于无损均匀线路,问题:,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,30,四.远距离输电线路的功率-电压特性,受端负荷为,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,31,四.远距离输电线路的功率-电压特性,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,32,五.并联电抗器,高抗： 补偿线路的容抗限制线路工频过电压配合中性点小电抗抑制潜供电流等,1.对空载长线末端电压的限制,第一节 交流远距离

10、输电,第十章 远距离输电,10:39:28,33,五.并联电抗器,1.对空载长线末端电压的限制,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,34,五.并联电抗器,1.对空载长线末端电压的限制,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,35,五.并联电抗器,1.对空载长线末端电压的限制,出现最大值的点向线路中部移动,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,36,五.并联电抗器,1.对空载长线末端电压的限制,补偿度,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,37,五.并联电抗器,1.对空载长线末端电压的限制,小结：,空

11、载线路首、末端电压的关系,不考虑电源等值电抗,考虑电源等值电抗,末端接并联电抗器,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,38,五.并联电抗器,2.对潜供电流的抑制,潜供电流（二次电流）,在超高压输电线路中，时常会发生因雷击闪络等原因产生单相电弧接地故障，在具有单相自动重合闸的线路中，当故障相切除后，通过健全相对故障相的静电和电磁耦合，在接地电弧通道中仍将流过不大的感应电流，即潜供电流或二次电流。,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,39,五.并联电抗器,2.对潜供电流的抑制,第一节 交流远距离输电,第十章 远距离输电,10:39:28,40,2

12、.对潜供电流的抑制,图10-7所示：图中A、B相为健全相，C相为故障相。由于电源中性点是接地的，当C相导线在靠近电源端的f点发生电弧接地时，在C相线路两端的断路器跳闸后，A相和B相电源将经过该两相导线和C相导线间的互部分电容 和 对C相接地电弧供电，这叫潜供电流的横分量（即静电分量）。,同时，A相和B相导线电流 和 会通过该两相导线与C相导线间的互感M13 和 M23。 在 C 相导线上感应出电动势E，这个电动势E将通过C相导线右端的 向 点的接地电弧供电，这叫潜供电流的纵分量（即电磁分量）。,潜供电流使接地电弧将不能自熄。 为消除潜供电流的横分量，可在线间加一组合适的 连接的电抗器将线间互部

13、分电容补偿掉，也可以用一组中性点不接地的Y连接的等值电抗器来代替。 为消除潜供电流的纵分量，需在各相导线首末端对地间各加一组合适的Y0连接的电抗器将导线对地的自部分电容补偿掉。为了方便，这些Y连接的和Y0连接的电抗器又可简化合并成为中性点对地加装小电抗器 的Y连接的电抗器，,皖浙线与浙黄线相比，说明在潮流基本相同的情况下，线路越长，潜供电流越大。董(锦)海线与董(锦)辽线、皖浙线、淮皖线相比，说明潮流越大，潜供电流越大。送端故障的潜供电流最大，中间和受端较小，约为送端的60%90%，潮流越大，后者降得越多。在线路长度确定的情况下，影响潜供电流可能的自灭时间的各种因素都是随机的，故限制潜供电流的

14、效果是提高单相自动重合闸的成功率，而不是保证100%的绝对成功.,第四节 特高压电网,第十章 远距离输电,10:39:28,46,一、我国特高压输电的发展概况,电力系统的发展历史,第一个完整电力系统 爱迪生建造，位于纽约珍珠街，1882年9月 直流系统，包含发电机、地下电缆、保险、仪表、负荷 59个用户，均为照明负荷，供电半径1.5kM 电压等级为110V,第四节 特高压电网,第十章 远距离输电,10:39:28,47,交流系统的出现及发展 变压器与交流输电的发明，L.Gaulard和J.D.Gibbs，法国巴黎人 第一个实用的交流输电系统，1886年William Stanley建造，Gre

15、at Barrington，马萨诸塞州，美国 1889年，第一条交流输电线路投运，从俄勒冈到波特兰，电压等级4kV，长度21kM，单相,第四节 特高压电网,第十章 远距离输电,10:39:28,48,交流系统的出现及发展 1893年，第一条三相交流输电线路投运，位于北加州，电压等级2.3kV，长度12kM 三相交流电力系统的发明人，Nikola Tesla 1922年，165kV 1923年，220kV 1935年，287kV 1953年，330kV 1965年，500kV 1966年，735kV,第四节 特高压电网,第十章 远距离输电,10:39:28,49,高压直流输电 第一个现代高压直流

16、输电系统，1954年在瑞典建成，连接瑞典大陆与Gotland岛，96kM的海底电缆 第一个采用晶闸管的高压直流输电系统，1972在加拿大Eel River建成，背靠背的直流系统，用于连接Quebec电网和New Brunswick电网,第十章 远距离输电,我国为何要发展特高压电网？晋东南南阳荆门交流特高压试验示范工程2006-8-19日在山西奠基，这是我国首条特高压电网。由此我国电网发展方式翻开了新篇章，以特高压为重点、各级电网协调发展的“大戏”拉开了序幕。晋东南南阳荆门1000千伏特高压交流试验示范工程从奠基到正式投运2008-12-30(2009-1-16)，仅仅不到两年半时间，我国已成功跃上当今世界电压等级最高的电网科技巅峰，并由此翻开世界电网发展新篇章。,http:/