中國(guó)電氣工程大典 第10卷 輸變電工程

前言

　　電的產(chǎn)生和應(yīng)用是人類(lèi)有史以來(lái)最偉大的科學(xué)技術(shù)成就之一。電力作為目前最清潔和使用最方便的二次能源，在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和提高人民生活質(zhì)量方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，電力生產(chǎn)及應(yīng)用的日益增長(zhǎng)，迅速改變了人類(lèi)社會(huì)的面貌，也深深影響著人們的生活方式。電氣化的程度已成為國(guó)家文明程度的重要標(biāo)志之一?！　「母镩_(kāi)放30年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，科技創(chuàng)新已成為國(guó)家發(fā)展的重要戰(zhàn)略。在電氣工程領(lǐng)域，新原理、新技術(shù)、新工藝、新材料得到了廣泛應(yīng)用，涌現(xiàn)出一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果和產(chǎn)品。三峽電站的建設(shè)，大容量高效清潔超臨界和超超臨界壓力機(jī)組的迅速發(fā)展，特高壓交直流輸電技術(shù)和靈活交流輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，先進(jìn)的核能發(fā)電廠及可再生能源發(fā)電廠的成功建造，大電網(wǎng)智能化動(dòng)態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，具有先進(jìn)水平的電氣裝備制造業(yè)的高速發(fā)展，大容量電能變換與節(jié)能節(jié)電技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等資源節(jié)約、環(huán)境友好的新技術(shù)的大量應(yīng)用，計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電氣領(lǐng)域的普及，明顯改變著電氣工程領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。超導(dǎo)電工技術(shù)、脈沖功率技術(shù)，納米材料、永磁材料、有機(jī)硅材料等各類(lèi)電工新技術(shù)和新材料的探索與應(yīng)用，都充分展示了中國(guó)電氣工程領(lǐng)域所取得的驕人業(yè)績(jī)，引起了世界的高度關(guān)注。其中許多科研成果和產(chǎn)品，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！　‰姎夤こ虖臉I(yè)人員多，涉及面廣，技術(shù)進(jìn)步快，科研成果多，許多科研成果需要總結(jié)和積累，許多新的知識(shí)需要普及和傳播。盛世修典，素有遺風(fēng)。為反映電氣工程領(lǐng)域最新的發(fā)展成就，總結(jié)已有的科研成果，傳播工程領(lǐng)域最新的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)和中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)五個(gè)學(xué)會(huì)，聯(lián)合組織了電氣工程各領(lǐng)域的約2000位專(zhuān)家和學(xué)者，編撰了《中國(guó)電氣工程大典》。

內(nèi)容概要

《中國(guó)電氣工程大典》是由中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)和中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)共同組織全國(guó)電氣工程各領(lǐng)域的著名專(zhuān)家、學(xué)者編纂而成的。它是一部全面系統(tǒng)反映電氣工程各領(lǐng)域最新成就和技術(shù)水平的綜合性工具書(shū)?！吨袊?guó)電氣工程大典》包括現(xiàn)代電氣工程基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、電氣工程材料及器件、火力發(fā)電工程、水力發(fā)電工程、核能發(fā)電工程、可再生能源發(fā)電工程、電力系統(tǒng)工程、電機(jī)工程、輸變電工程、配電工程、船舶電氣工程、交通電氣工程、建筑電氣工程、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化15卷。　　本書(shū)為第10卷，輸變電工程卷。主要內(nèi)容包括輸電系統(tǒng)，變電系統(tǒng)，變壓器、電抗器、互感器、電容器和調(diào)壓器，高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，絕緣子和避雷器，直流輸電設(shè)備，特高壓輸電技術(shù)，輸變電系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合，輸變電系統(tǒng)的電磁環(huán)境，高電壓試驗(yàn)設(shè)備與電氣絕緣試驗(yàn)，設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)?！　”緯?shū)主要供電氣工程領(lǐng)域技術(shù)人員和管理人員使用，也可供高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考。

書(shū)籍目錄

序 前言 本卷前言 第1篇 輸電線路 　第1章 概論 　第2章 架空輸電線路 　第3章 電力電纜輸電線路 　第4章 其他輸電方式 第2篇 變電系統(tǒng) 　第1章 概述 　第2章 變電站電氣主接線 　第3章 變電站的主要電氣設(shè)備和導(dǎo)體 　第4章 變電站電氣設(shè)備布置 　第5章 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)置GIS和HGIS 　第6章 變電站的控制、保護(hù)及自動(dòng)裝置 　第7章 變電站其他設(shè)置及要求 　第8章 變電站的運(yùn)行及維護(hù) 第3篇 變電器、電抗器、互感器、電容器和調(diào)壓器 　第1章 變壓器 　第2章 電抗器 　第3章 互感器 　第4章 電力電容器 　第5章 調(diào)壓器 第4篇 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)置 　第1章 概論 　第2章 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)置基礎(chǔ)知識(shí) 　第3章 斷路器 　第4章 隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān) 　第5章 負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接角器其及結(jié)合電器 　第6章 柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備 　第7章 交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)置 　第8章 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備 　第9章 預(yù)裝式變電站 　第10章 操動(dòng)機(jī)構(gòu) 　第11章 試驗(yàn) 第5篇 絕緣子和避雷器 　第1章 絕緣子 　第2章 避雷器 第6篇 直流輸電設(shè)備 　第1章 概述 　第2章 換流閥 　第3章 換流變壓器 　第4章 平波電抗器 　第5章 換流站直流開(kāi)關(guān)設(shè)備 　第6章 換流站濾波設(shè)備 　第7章 換流站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備 　第8章 換流站直流避雷器 　第9章 換流站直流絕緣子 　第10章 直流控制保護(hù)設(shè)備 　第11章 換流站直流測(cè)量裝置 　第12章 直流輸電線路 　第13章 直流接地極 第7篇 特高壓輸電技術(shù) 　第1章 特高壓技術(shù)概況 　第2章 交流特高壓輸電和示范工程選擇 　第3章 交流特高壓工程系統(tǒng)研究和技術(shù)研究成果 　第4章 交流特高壓工程設(shè)計(jì) 　第5章 交流特高壓設(shè)備選擇及參數(shù) 　第6章 交流特高壓工程環(huán)境影響 　第7章 特高壓交流試驗(yàn)示范工程系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行 　第8章 特高壓直流系統(tǒng)研究和成套設(shè)計(jì) 　第9章 特高壓直流輸電工程設(shè)計(jì) 　第10章 特高壓直流設(shè)備 　第11章 特高壓直流工程環(huán)境影響 第8篇 輸變電系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合 　第1章 緒論 　第2章 電力系統(tǒng)過(guò)電壓理論 　第3章 交流電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式 　第4章 雷電過(guò)電壓 　第5章 交流電力系統(tǒng)的暫時(shí)過(guò)電壓 　第6章 交流電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓 　第7章 電力系統(tǒng)過(guò)電壓的研究分析方法 　第8章 交流電力系統(tǒng)的絕緣配合 第9篇 輸變電系統(tǒng)的電磁環(huán)境 　第1章 概述 　第2章 交流輸變電系統(tǒng)的電磁環(huán)境 　第3章 直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境 　第4章 低頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的生態(tài)效應(yīng) 　第5章 電磁環(huán)境測(cè)試及試驗(yàn)技術(shù) 　第6章 電磁環(huán)境及電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和限值 　第7章 輸變電系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù) 第10篇 高電壓試驗(yàn)設(shè)備與電氣絕緣試驗(yàn) 　第1章 高電壓試驗(yàn)設(shè)備 　第2章 電氣絕緣試驗(yàn) 第11篇 設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù) 　第1章 概述 　第2章 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成 　第3章 變壓器、電抗器的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第4章 互感器的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第6章 電力電纜的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第7章 高壓開(kāi)關(guān)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第8章 GIS的在線監(jiān)測(cè) 　第9章 絕緣子的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷 　第10章 架空輸電線和變電站的過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè) 　第11章 輸變電設(shè)備故障的紅外診斷 　第12章 電力網(wǎng)諧波的在線監(jiān)測(cè) 　第13章 輸變電設(shè)備的老化和壽命預(yù)測(cè)

章節(jié)摘錄

　　目前研究的多相輸電方式限于相數(shù)為3的整數(shù)倍，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)三相與3的倍數(shù)相之間的多相變換很容易通過(guò)改變?nèi)嘧儔浩鞯慕泳€方式得到。但是由于六相及以上多相輸電導(dǎo)線懸掛困難，桿塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路造價(jià)上升，故障的分析計(jì)算、繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)及整定難度增大，并且多相輸電系統(tǒng)中的斷路器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相同過(guò)電壓倍數(shù)較高，因此六相及以上多相輸電方式的推廣應(yīng)用受到了限制?！　?.2.4 四相輸電　　四相輸電是最接近于三相的輸電方式，也是具有最小可能偶數(shù)相的系統(tǒng)。它既具有多相輸電方式的優(yōu)點(diǎn)，又克服了多相輸電所存在的缺點(diǎn)。四相輸電是目前國(guó)內(nèi)外正在研究的新型輸電方式。四相輸電方式主要優(yōu)點(diǎn)在于：　?。?）增加一相線路，空間電磁場(chǎng)分布更加均勻，輸送容量增加，線路走廊反而減小，能提高線路的輸送功率密度，節(jié)省輸送單位容量的投資成本?！　。?）四相線路是偶數(shù)相，可對(duì)稱(chēng)地懸掛在單柱桿塔兩側(cè)，桿塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?！　。?）可采用兩相鄰相運(yùn)行，提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與暫態(tài)穩(wěn)定性?！　。?）故障組合類(lèi)型遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于六相及以上多相輸電線路，不會(huì)給故障分析、繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與整定增加太大困難?！　”容^一回四相線路與一回三相線路，四相導(dǎo)線正四邊形排列而三相導(dǎo)線正三角形排列，保證四相線路的參數(shù)（每相的電抗、電容、波阻抗）、電暈臨界電壓與三相線路的參數(shù)、電暈臨界電壓相同。如果在相同的相對(duì)地電壓下運(yùn)行時(shí)，則四相線路的輸送功率為三相4／3倍，而前者線路寬度僅為后者寬度2／2倍。故四相線路輸送單位容量所占地面寬度為三相0.5 3倍，節(jié)約47％占地面積，而四相線路高度（導(dǎo)體部分）也只有三相的0.816倍，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。比較一回四相水平排列線路與一回三相水平排列線路，若保證四相線路與三相線路具有相等的參數(shù)、電暈臨界電壓，則二者寬度之比為0.945，四相線路輸送單位容量占地寬度為三相線路的0.709，節(jié)約29.1％占地面積，經(jīng)濟(jì)效益仍然顯著?！　【C上所述，一回四相線路在不提高相對(duì)地運(yùn)行電壓等級(jí)條件下，與三相線路比較，其輸送能力可提高33.3 ％。由于線路走廊寬度減小，折算成單位走廊寬度的輸送能力，則可提高410％～88.7％。顯然，這一經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益是現(xiàn)有三相緊湊型線路難以達(dá)到的?！　∷南噍旊娋€路與目前國(guó)內(nèi)外研究的交流緊湊型輸電線路比較有著本質(zhì)區(qū)別：　?。?）四相線路每相導(dǎo)線仍采用常規(guī)分裂布置方案，而緊湊型線路需采用特殊分裂導(dǎo)線布置方案，使線路結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜而導(dǎo)致線路造價(jià)上升?！　。?）四相線路每相參數(shù)仍維持與常規(guī)線路參數(shù)一致，而緊湊型高壓線路電容顯著增大。當(dāng)線路輕載和空載時(shí)，無(wú)功功率控制和補(bǔ)償復(fù)雜化，投資明顯增加；當(dāng)線路故障時(shí)，較大的潛供電流會(huì)影響瞬時(shí)性短路故障的恢復(fù)及繼電保護(hù)方向元件動(dòng)作的正確性。　?。?）四相線路具有與常規(guī)線路相同的參數(shù)，它易于與現(xiàn)有三相線路參數(shù)匹配、協(xié)調(diào)運(yùn)行，而且靈活交流輸電系統(tǒng)FA（、TS技術(shù)也可直接應(yīng)用于四相輸電系統(tǒng)中。在四相線路基礎(chǔ)上，只要進(jìn)一步采用中等緊湊型結(jié)構(gòu)，其節(jié)省架線走廊效果還可與三相高度緊湊型線路一致。另外，四相線路的空間得到壓縮使桿塔變得輕巧，以及具有偶數(shù)相的性質(zhì)，還給同桿并架雙回線路的桿塔設(shè)計(jì)帶來(lái)極大方便。　　雙回線路的八相導(dǎo)線在空間上無(wú)論是雙列逆序布置，還是雙行逆序布置，均能構(gòu)成2個(gè)正四邊形或矩形，其換位要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雙回三相線路，輸送容量則接近3回三相線路。　　四相輸電系統(tǒng)應(yīng)用的重大關(guān)鍵設(shè)備是研究與實(shí)施三相變四相及其逆變換的電力變壓器。我國(guó)首次提出四相四心柱結(jié)構(gòu)三相變四相電力變壓器，這種變壓器每相鐵心柱上繞組不超過(guò)3個(gè)，是不等相變換的最簡(jiǎn)單形式，且具有簡(jiǎn)單的鐵心結(jié)構(gòu)，較高的材料利用率，特別適合于四相側(cè)為高壓側(cè)的四相輸電系統(tǒng)。這種變壓器不僅為四相輸電系統(tǒng)提供基礎(chǔ)，而且在用于電氣化鐵路AT（自耦變壓器）供電系統(tǒng)中作為牽引變壓器時(shí)，可節(jié)省2臺(tái)自耦變壓器，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外研究三相變四相牽引變壓器的空白?！　?.2.5 分頻輸電　　分頻輸電是通過(guò)降低輸電頻率來(lái)減小線路電抗，進(jìn)而提高輸電容量的輸電方式?！　》诸l輸電由水輪機(jī)組發(fā)出（50／3）Hz的電力，經(jīng)變壓器后由長(zhǎng)距離輸電線路將電能輸送到受端，然后用倍頻變壓器將低頻電能還原為工頻50HZ。水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速很低，適合于低頻發(fā)電，只需將水輪發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)減小即可發(fā)出低頻電能；輸電線路與常規(guī)線路無(wú)異；倍頻變壓器可采用鐵磁型倍頻變壓器。　　與傳統(tǒng)的輸電方式相比，分頻輸電具有以下優(yōu)勢(shì)：　　（1）可提高輸電容量。當(dāng)頻率降低為工頻的1／3時(shí)，線路的輸送容量約可提高3倍，已接近其熱極限，從而可充分發(fā)揮線路的作用。分析表明，常規(guī)500kV交流系統(tǒng)在距離為1000km時(shí)輸送功率不超過(guò)800MW，而同樣條件下采用分頻輸電的輸送功率可達(dá)1800MW?！　。?）在距離適當(dāng)時(shí)有明顯經(jīng)濟(jì)效益。在500kV輸電電壓下，與常規(guī)交流輸電系統(tǒng)和直流輸電系統(tǒng)相比，當(dāng)距離大于650km時(shí)，分頻輸電具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。分頻輸電的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效益顯著，在成倍提高線路輸送能力的同時(shí)，還可顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，減少電壓波動(dòng)和無(wú)功補(bǔ)償容量。　?。?）運(yùn)行性能良好。對(duì)倍頻變壓器進(jìn)行的初步研究表明其效率高于95％，而短路及暫態(tài)穩(wěn)定性分析表明：這種輸電方式不會(huì)提高受端電力系統(tǒng)的短路電流水平，但能提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。倍頻變壓器具有可逆性，即分頻輸電系統(tǒng)有功功率的流向可改變。降低頻率對(duì)于輸電系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，如末端空載電壓、末端補(bǔ)償容量、電壓波動(dòng)率等亦有顯著改善?！　∽鳛橐环N全新的輸電方式，分頻輸電還處于研究的初始階段。3直流輸電　　高壓直流輸電是應(yīng)用換流技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸送到落點(diǎn)處，再逆變?yōu)榻涣鞯囊环N輸電技術(shù)?！　∠鄬?duì)于交流輸電而言，直流輸電有許多優(yōu)點(diǎn)：　?。?）適合于大功率下的遠(yuǎn)距離輸電。在輸送相同功率的情況下，直流架空線路只需正負(fù)兩極導(dǎo)線，桿塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路造價(jià)低、損耗小。直流線路所占走廊較窄，由于無(wú)充電功率也無(wú)需裝設(shè)并聯(lián)電抗器。直流輸電系統(tǒng)造價(jià)的主要部分是兩端換流站的造價(jià)，因而當(dāng)輸電距離超過(guò)臨界距離（約600km）時(shí)，它比交流輸電更為經(jīng)濟(jì)。

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