电力工程1-绪论课件.ppt

1、电气工程河海大学第一篇 绪 论Part I Intruduction 电气工程的发展 电力系统概述 课程概述电气工程河海大学第一章 电气工程的发展n2020世纪是电气时代世纪是电气时代电气工程河海大学电磁感应定律电磁感应定律-法拉第法拉第(Faraday),1831年年n电容的单位电容的单位n幼年家贫仅上两年学，后多次听讲座幼年家贫仅上两年学，后多次听讲座n1831年年10月发现，当磁铁和导线有相月发现，当磁铁和导线有相对运动时，回路中会产生电流对运动时，回路中会产生电流n电能大规模生产与应用的基础电能大规模生产与应用的基础n不久，发明了最早的发电机原型不久，发明了最早的发电机原型电气工程河海

2、大学电机的出现电机的出现 -法拉第，法拉第，18311831年年 Electrical Machines电气工程河海大学n达文波特达文波特 直流电动机，直流电动机，1834年年n西门子、惠斯通、格拉姆西门子、惠斯通、格拉姆 自激发自激发电机，电机，1866年年n赫夫纳、马克西姆赫夫纳、马克西姆 直流电机，直流电机，1880年年电气工程河海大学电气工程河海大学电厂的出现电厂的出现Electric Power Plantsn1875年年 巴黎北火车站，第一座火电厂，直流巴黎北火车站，第一座火电厂，直流n1879年年 美国旧金山电厂，最早售电的电厂美国旧金山电厂，最早售电的电厂n1882年年-美国纽

3、约珍珠街电厂，第一座较正规美国纽约珍珠街电厂，第一座较正规的电厂的电厂n1881年年 英国戈德尔明，第一座水电厂英国戈德尔明，第一座水电厂n1882年年 美国福克斯河，第二座水电厂美国福克斯河，第二座水电厂电气工程河海大学电厂的出现电气工程河海大学电力系统的出现Electric Power Systemsn1882年年-美国纽约珍珠街电厂美国纽约珍珠街电厂n发电机发电机输电线输电线电灯，电力系统的萌芽电灯，电力系统的萌芽n直流直流电气工程河海大学电气工程河海大学爱迪生爱迪生-T.A.Edison,1847-1931 n1882年，爱迪生创办了纽约珍珠街电厂和年，爱迪生创办了纽约珍珠街电厂和电灯

4、照明系统。电灯照明系统。n炭丝灯泡、留声机、白枳灯、照相机、录音炭丝灯泡、留声机、白枳灯、照相机、录音电话电话电气工程河海大学多利沃多利沃 -俄国电工科学家，俄国电工科学家，1861-1919n1888年，创用三相交流技术年，创用三相交流技术n1889年，发明三相鼠笼式感应电机年，发明三相鼠笼式感应电机电气工程河海大学电气工程河海大学n1891年年密勒主持建立了最早的三相交流密勒主持建立了最早的三相交流输电系统输电系统电气工程河海大学交流与直流？n19世纪世纪电力初期，直流电力初期，直流 n20世纪初至世纪初至50年代年代交流交流n20世纪世纪50年代年代高压大容量整流器成功，高压大容量整流器

5、成功，但交流输电系统有稳定性问题但交流输电系统有稳定性问题n1954年年瑞典本土和歌德兰岛之间建成第瑞典本土和歌德兰岛之间建成第一条高压直流输电线路，一条高压直流输电线路，100千伏。此后，千伏。此后，交直流并存交直流并存电气工程河海大学电气工程河海大学电气工程河海大学电气工程河海大学图1-4 我国大区电网互联基本框架电气工程河海大学第二章 电力系统概述n电力系统的构成n电力系统的电压等级n发电厂、变电所及负荷的类型n电力系统运行特点与要求电气工程河海大学2-1 电力系统的构成Electric Power Systems电气工程河海大学电电气气接接线线图图电气工程河海大学地地理理接接线线图图电

6、气工程河海大学2-2 电力系统的电压等级一、额定电压n电压等级是国家规定的标准电压电压等级是国家规定的标准电压n额定电压指线电压额定电压指线电压n单位：国际上单位：国际上KV，我国经常习惯性万伏，我国经常习惯性万伏电网额电网额定电压定电压 0.38361035110 220 330500750平均额平均额定电压定电压 3.156.310.537115 230 345525788电气工程河海大学3kV3kV 280kV280kV800kV800kV低压低压高压高压超高压超高压特高压特高压Low-VoltageHigh-VoltageExtra-High-Voltage Ultra-High-Vo

7、ltage n 目前正在建设特高压目前正在建设特高压n 低压、高压、超高压、特高压低压、高压、超高压、特高压电气工程河海大学二、电压分布n电压降落：线路上一般为电压降落：线路上一般为 10，变压器一般为，变压器一般为 5n电压偏移：一般允许电压偏移：一般允许 5电气工程河海大学n线路：始端电压线路：始端电压 1.05额定电压额定电压 末端电压末端电压 0.95额定电压额定电压n发电机：发电机：1.05线路额定电压线路额定电压n变压器一次侧：变压器一次侧：1.0额定电压额定电压n变压器二次侧：变压器二次侧：1.10额定电压额定电压 漏抗小时漏抗小时 1.05额定电压额定电压电气工程河海大学u 各

8、设备额定电压等级各设备额定电压等级用电设备额定线电压用电设备额定线电压/kV/kV发电机线电压发电机线电压/kV/kV变压器线电压变压器线电压/kV/kV一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组3 33.153.153,3.153,3.153.15,3.33.15,3.36 66.36.36,6.36,6.36.3,6.66.3,6.6101010.510.510,10.510,10.510.5,11.010.5,11.015.7515.7515.7515.7523.023.023.023.03535353538.538.5110110110110121121220220220220242242330

9、3303333345,363345,363500500500500525,550525,550750750750750788,825788,825电气工程河海大学三、电压等级的选择n电压等级的选择需要进行技术经济比较电压等级的选择需要进行技术经济比较1、线损、线损2、设备投资、设备投资3、输送容量与距离、输送容量与距离2222233()3cos cosLNNPlPI RSUPlUS电气工程河海大学u 架空线路的电压与输送功率、输送距离架空线路的电压与输送功率、输送距离线路电压线路电压/kV/kV输送功率输送功率/MW/MW输送距离输送距离/km/km3 30.1 0.1 1.01.01 1 3

10、 36 60.1 0.1 1.21.24 4 151510100.2 0.2 2.02.06 6 202035352.0 2.0 10.0 10.0 20 20 505011011010.0 10.0 50.050.050 50 150150220220100.0 100.0 500.0500.0100 100 300300330330200.0 200.0 800.0800.0200 200 6006005005001000.0 1000.0 1500.01500.0150 150 8508507507502000.02000.02500.02500.0500500以上以上电气工程河海大学n

11、火电火电n水电水电n核电核电n可再生可再生2-3 发电厂、变电所及负荷的类型一、发电厂的类型 Power Plant电气工程河海大学1 1、火力发电厂、火力发电厂电气工程河海大学火电厂流程示意电气工程河海大学谏壁火电厂场景电气工程河海大学中国制造的世界第一台1.2万千瓦双水内冷汽轮发电机电气工程河海大学中国制造的30万千瓦双水内冷汽轮发电机电气工程河海大学燃气蒸汽联合循环装置示意电气工程河海大学2 2、水力发电厂、水力发电厂电气工程河海大学水电站剖面电气工程河海大学立式水轮发电机剖面电气工程河海大学中国制造的立式水轮发电机电气工程河海大学中国制造的水轮机的转轮电气工程河海大学n目前世界最大的常

12、规水电站仍是巴西目前世界最大的常规水电站仍是巴西和巴拉圭合建的和巴拉圭合建的伊泰普伊泰普水电站，其装水电站，其装机容量为机容量为12600MW。n建设中的建设中的三峡水电站三峡水电站将达将达18200MW。目前世界上最大的水轮发电机组容量目前世界上最大的水轮发电机组容量为为700MW，中国的三峡水电站也采用，中国的三峡水电站也采用这一容量等级的机组。这一容量等级的机组。电气工程河海大学伊泰普水电厂场景电气工程河海大学核电站剖面3 3、核能发电厂、核能发电厂电气工程河海大学（1）世界核电发展）世界核电发展 核电减轻环境污染，减少温室气体排放。核电减轻环境污染，减少温室气体排放。五大核电生产国五大

13、核电生产国：美国（：美国（98.78GM）、法）、法国（国（58.49GM）、日本（）、日本（39.89GM）、德国）、德国（22.02GM）和俄罗斯（）和俄罗斯（20.84GM）。）。核电发电量比例最高的国家核电发电量比例最高的国家：立陶宛：立陶宛（85.6%）、法国（）、法国（76.1%）和比利时）和比利时（55.5%）。）。电气工程河海大学核 电法国贝尔维核电站（2*130万千瓦）电气工程河海大学核 电电气工程河海大学（2）中国的核电发展）中国的核电发展n广东大亚湾核电站广东大亚湾核电站 2900MWn浙江秦山核电站浙江秦山核电站 300MW，2600MW，2700MWn广东岭澳核电站广

14、东岭澳核电站 n江苏连云港核电站江苏连云港核电站 21000MWn其它核电站项目的前期工作其它核电站项目的前期工作核 电电气工程河海大学核 电秦山核电站电气工程河海大学核 电广东大亚湾核电站电气工程河海大学4 4、可再生能源发电、可再生能源发电n风能风能n废弃物热利用废弃物热利用n地热地热n潮汐潮汐n太阳能太阳能电气工程河海大学 风能发电机组电气工程河海大学 深圳垃圾电厂电气工程河海大学 垃圾电厂流程示意电气工程河海大学 地热电厂电气工程河海大学 太阳能电厂电气工程河海大学5 5、能源政策、能源政策n大部分国家以火电为主大部分国家以火电为主n以水电为主的国家是加拿大等（以水电为主的国家是加拿大

15、等（60以上）以上）n以核电为主的国家是法国等（以核电为主的国家是法国等（78以上）以上）电气工程河海大学 我国能源战略：我国能源战略：大力发展水电大力发展水电 适当发展核电适当发展核电 西电东送西电东送电气工程河海大学（一）按照功能划分（一）按照功能划分n升压变：发电厂出口升压变：发电厂出口n降压变：配电降压变：配电二、变电所的类型 Substation电气工程河海大学（二）按照地位划分（二）按照地位划分1、枢纽变电所：、枢纽变电所：至关重要，汇集多至关重要，汇集多个电源，高压侧为个电源，高压侧为330500KV。2、中间变电所：、中间变电所：转换功率，汇集转换功率，汇集23个电源，高压侧为

16、个电源，高压侧为220330KV。电气工程河海大学3、地区变电所：、地区变电所：向地区用户供电，向地区用户供电，高压侧为高压侧为110220KV。4、终端变电所：、终端变电所：接近负荷点，经降接近负荷点，经降压后向用户供电。压后向用户供电。电气工程河海大学1、一级负荷：、一级负荷：若中断供电，可能造成生若中断供电，可能造成生命危险、重大损失或混乱。命危险、重大损失或混乱。2、二级负荷：、二级负荷：若中断供电，可能造成大若中断供电，可能造成大量减产、交通停顿、生活受到影响。量减产、交通停顿、生活受到影响。3、三级负荷：、三级负荷：其它负荷。其它负荷。三、负荷的分级 Electric Load电气

17、工程河海大学2-4 电力系统运行的特点和要求一、电力系统的特点n地域广地域广n构成复杂构成复杂n动态时间短动态时间短n难以储存难以储存n不能停电不能停电电气工程河海大学二、电力系统的要求n可靠性可靠性n经济性：客户、企业经济性：客户、企业n高质量高质量n高效率高效率n环保环保电气工程河海大学表表1-111-11系统频率允许偏差系统频率允许偏差运行情况运行情况允许频率偏差允许频率偏差/Hz允许标准时钟允许标准时钟误差误差/s正常正常大容量系统大容量系统0.20.23030中小容量系统中小容量系统0.50.56060事故事故300min300min以内以内1 115min15min以内以内1.51

18、.5不允许不允许4 4电气工程河海大学表表1-121-12用户供电电压及波形畸变率用户供电电压及波形畸变率允许变动范围允许变动范围线路额定电压线路额定电压电压允许电压允许变化范围变化范围允许波形畸变率允许波形畸变率35kV35kV及以上及以上5 510kV10kV7 74 4380/220380/2207 75 5低压照明低压照明(+5(+5-7)-7)农业用户农业用户(+5(+5-10)-10)电气工程河海大学电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式 电力系统中性点接地方式即电力系统中性点与大地间的电气连接方式。电力系统中性点的运行方式，可分为中性点非有效接地和中性点有效接地两大类。中性

19、点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接地电流系统；而中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点直接接地三种。中性点不接地系统中性点不接地系统电气工程河海大学在正常运行时，各相对地电压是对称的，各相对地电容电流对称，其值为：（a）电路图 （b）相量图 当中性点不接地的系统中发生一相接地故障时（设为C相），故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高为原

20、来的 倍，而线电压大小和相位都没有发生变化。非故障相对地电容电流升高为原来 倍。电气工程河海大学流经故障点的电流为非故障相电流的矢量和：其有效值为：即故障相的对地电容电流增大为原来的3倍。这种电网长期在一相接地的状态下运行是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地，允许继续运行的时间不得超过2小时，并要加强监视。电气工程河海大学中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统 消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，绕组的电阻很小，电抗很大，实际上是一个铁芯可

21、调的电感线圈，安装的变压器或发电机中性点与大地之间。在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。当一相接地电容电流超过了上述的允许值时，可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统，电气工程河海大学中性点经消弧线圈接地 一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至 倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱电线路的影响。电气工程河海

22、大学中性点直接接地系统 中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相地对电压不会增高,因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。电网的电压愈高，经济效果愈大；而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作

23、可靠。电气工程河海大学目前我国电力系统中性点一般采用的运行方式 (1)对于3-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。(2)对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。(3)20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。(4)电压在500V以下的三相三

24、线制系统采用中性点不接地运行方式，220/380V三相四线制系统采用中性点直接接地运行方式。电气工程河海大学第三章 课程概述n电力专业的知识结构电力专业的知识结构n电力系统的内容电力系统的内容n课程的特点与要求课程的特点与要求电气工程河海大学3-1 电力专业的知识结构n从专业发展来看从专业发展来看n从行业发展来看从行业发展来看n结论结论电气工程河海大学一、从专业发展来看一、从专业发展来看电气工程与自动化电机电器及其控制电力系统及其自动化高电压与绝缘技术电气技术工业自动化（以上为电气类）自动控制应用电子技术（以上为电子与信息类）电气工程及其自动化自动化电子信息工程通信工程电子科学与技术计算机科学

25、与技术生物医学工程信息工程电气工程河海大学n强电（电气类）强电（电气类）研究电能的产生、研究电能的产生、传输和利用传输和利用n弱电（电子信息类）弱电（电子信息类）研究电子传输、研究电子传输、信息处理。信息处理。电气工程河海大学n90年代开始，为了适应市场需要，提高学年代开始，为了适应市场需要，提高学生的适应性，开始进行专业合并生的适应性，开始进行专业合并n将来，专业覆盖面越来越宽将来，专业覆盖面越来越宽n电气类专业中强电所占比重越来越少，弱电比电气类专业中强电所占比重越来越少，弱电比重越来越大重越来越大n信息类专业越来越注重电气工程背景信息类专业越来越注重电气工程背景电气工程河海大学n实际上，

26、电气信息类各专业的基础实际上，电气信息类各专业的基础相同相同n电工理论与技术电工理论与技术n电子理论与技术电子理论与技术n自动化理论与技术自动化理论与技术n信息理论与技术信息理论与技术电气工程河海大学二、从行业发展来看二、从行业发展来看n发达国家的装机容量和发电量已呈饱发达国家的装机容量和发电量已呈饱和之势，未来和之势，未来20年左右，仍是我国年左右，仍是我国的电力工业的蓬勃发展期，发电机装的电力工业的蓬勃发展期，发电机装机容量将继续增加。受此拉动，电力机容量将继续增加。受此拉动，电力工业和电工行业仍会有很大的发展。工业和电工行业仍会有很大的发展。因此，电气专业毕业生就业形势好。因此，电气专业

27、毕业生就业形势好。电气工程河海大学n动向动向n由于电气工程专业和信息技术专业基础课由于电气工程专业和信息技术专业基础课程很接近，因此毕业生转入程很接近，因此毕业生转入IT产业很容易；产业很容易；nIT产业的优厚报酬吸引了不少电气工程毕产业的优厚报酬吸引了不少电气工程毕业生，使他们毕业后投身于业生，使他们毕业后投身于IT产业；产业；n上述动向有其合理性。上述动向有其合理性。电气工程河海大学电力电力电工电工信息信息电机电机电子电子自动化自动化管理管理材料材料社会社会能源能源经济经济电气工程河海大学三、结论三、结论n我国对电气专业人才需求仍很大，我国对电气专业人才需求仍很大，但对知识结构的要求将发生

28、变化。但对知识结构的要求将发生变化。n经济社会为背景，电气工程为平台，经济社会为背景，电气工程为平台，电力技术为重点，电力系统为核心。电力技术为重点，电力系统为核心。电气工程河海大学3-2 电力系统的内容n电力系统技术电力系统技术n电力系统科学电力系统科学电气工程河海大学一、电力系统技术 硬件空间维n电源n输电n配电发电厂动力部分电气设备配电网自动化电气工程河海大学二、电力系统科学 软件时间维电力系统运行分析控制保护稳态暂态规划管理电力系统规划电力系统管理电力系统调度自动化电力系统继电保护电力系统稳态分析电力系统暂态分析电力市场电力系统自动装置电气工程河海大学三、电力系统分析1、稳态与暂态的概

29、念(Steady state)(Transient state)nRL 电路为例电路为例 故障或变化故障或变化n稳态稳态 暂态暂态 新的稳态新的稳态 或或 失稳失稳n稳态是相对的、暂态是绝对的稳态是相对的、暂态是绝对的RL1、稳态与暂态的概念(Steady state)(Transient state)RL 电路为例电路为例 故障或变化故障或变化稳态稳态 暂态暂态 新的稳态新的稳态稳态是相对的、暂态是绝对的稳态是相对的、暂态是绝对的RL电气工程河海大学2、电力系统稳态Steady State Analysisn潮流计算潮流计算n经济运行经济运行n电能质量电能质量电气工程河海大学3、电力系统暂态

30、Transient Analysisn电磁暂态电磁暂态n故障分析故障分析n机电暂态机电暂态电气工程河海大学3-3 本门课程的特点与要求n特点特点n要求要求n参考书参考书电气工程河海大学一、课程的特点n第一专业课第一专业课n从方案上第一从方案上第一n从时间上第一从时间上第一n从应用上第一从应用上第一n基础专业课基础专业课n前期课程为基础前期课程为基础n后续课程的基础后续课程的基础n今后工作的基础今后工作的基础电气工程河海大学n学分少、内容多。目前学分少、内容多。目前5学分，但却学分，但却覆盖以前的覆盖以前的n电气设备电气设备2学分学分n电力系统稳态分析电力系统稳态分析3学分学分n电力系统暂态分析

31、电力系统暂态分析3学分学分n既有趣味，又有挑战既有趣味，又有挑战电气工程河海大学二、课程的要求n上好课堂，做好作业（周一交）上好课堂，做好作业（周一交）n上课起立，点名上课起立，点名13n踊跃提问，以免被问踊跃提问，以免被问n课后复习，学会自学课后复习，学会自学n教材为主，其它为辅教材为主，其它为辅n平时占分，分期考试平时占分，分期考试电气工程河海大学三、参考书课件下载(校园内)FTP:/192.168.128.134n陈珩：电力系统稳态分析，中国电力出版社n李光琦：电力系统暂态分析，中国电力出版社n何仰赞等：电力系统分析(上册、下册)，华中理工大学出版社，1985年，武汉 72.18/22n蔡元宇：电力系统故障分析，水利电力出版社，1992年，北京 72.1856/29nB.M.Weedy,B.J.Cory:Electric Power Syatems,John Wiley&Sons,4th Edition,1999电气工程河海大学绪绪 论论 结结 束束