电力工程基分础第一章绪论.ppt

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1、电气工程基础,Electrical Engineering Fundamentals,Dianqi gongcheng jichu,2019/5/31,2,考核方式,综合形式： 平时成绩40% 考勤10%（不定期点名，可以不来但必须有理请假！3次不到者取消平时成绩） 课堂报告10%； 作业20%； 期末成绩60% 闭卷 题型待定,第1 章 绪论(1),2010.09.15,2019/5/31,4,本章内容概要,电力工业发展概况和前景 电能系统的定义 电力系统的组成 电力系统工程学科的范畴,2019/5/31,5,楔 子,现在教室里的“电”是哪里来的？怎么来的？ 如果用专业的角度去回答 打电话回

2、家时问问爸妈你家什么时候用上电的？ 了解电力行业的历史和发展,2019/5/31,8,我国电力工业发展如何？,据预测 到2010年底，中国发电总装机容量预计为8.18亿千瓦，“十一五”年均增长9.8%； 到2020年，中国大陆发电总装机容量预计达到11.86亿千瓦。,一、基本概况,2019/5/31,9,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况,我国发电厂发展水平（2006年）： 最大火电厂：浙江北仑港电厂，装机容量300万KW，5台60万KW机组； 最大水电厂：三峡水电站，装机容量1820万KW，26台70万KW机组（2009年底）；计划安装32台70万千瓦机组，装机总容量为2240万千瓦，

3、包括左岸电站14台，右岸电站12台和地下电站台。 最大核电厂：岭澳核电厂，装机容量200万KW，2台100万KW机组； 最大抽水蓄能水电厂：广东抽水蓄能水电厂，装机容量240万KW，8台30万KW机组； 最大火电机组：90万KW（外高桥第二发电厂）； 最大水电机组：70万KW（三峡工程）； 最大核电机组：100万KW（岭澳核电厂）；,2019/5/31,10,“大力发展水电，优化发展火电，适当发展核电，因地制宜发展新能源发电，开发与节约并重” 2009年，全国发电量36506亿kWh。,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况,2019/5/31,11,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况

4、,广东省情况： 到2008年，全省电力装机容量达6007.85万千瓦，比1949年增长1177倍，占全国目前的7.6，居全国第一位。 2008年，广东全社会用电量3506.78亿千瓦时，是1949年的5478倍，占了全国目前的10.3，居全国第一位。,2019/5/31,12,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况,广东省情况： 2008年，广东外购电量达963.10亿千瓦时。其中，购西电东送电量达到927.57亿千瓦时，西电占广东全社会用电量的比例由2002年的9.5增长到2008年的25.4，已成为广东电力的重要来源。 预计到2020年，广东核电装机总容量将达到2400万千瓦。,2019

5、/5/31,13,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况,2019/5/31,14,我国电力工业发展如何？,二、电源发展情况,新能源p6 风能Wind； 太阳能Solar； 海洋能Ocean (潮汐能、波浪能、海水温差能)； 地热能Geothermal ； 生物质能Modern biomass； 垃圾焚烧发电,2019/5/31,15,内蒙古：风沙源地变成风能基地,2008年底，内蒙古赤峰市成为我国第一个地市级百万千瓦风电基地。,2019/5/31,16,太阳能发电,2019/5/31,17,潮汐能,已经在挪威海域运行了几年的海底潮汐能发电机,2019/5/31,18,地热能,2019/5/

6、31,19,我国电力工业发展如何？,三、电网的发展,电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大； 已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架； 近年来，我国加快了特高压电网的建设力度；,2019/5/31,20,我国电力工业发展如何？,2019/5/31,21,我国电力工业发展如何？,2019/5/31,22,2019/5/31,23,我国电力工业发展如何？,三、电网的发展,1000kV晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程,全线单回路架设，全长654公里，跨越黄河和汉江。变电容量600万千伏安。系统标称

7、电压1000千伏，最高运行电压1100千伏，静态投资约57亿元。,2019/5/31,24,800kV直流输电工程云南至广东直流输电工程,起点在云南金山江畔的溪洛渡电站，终点在广东增城，全程一千多公里。 溪洛渡电站位于金沙江下游云南省永善县与四川省雷波县相接壤处，是总装机容量1260万千瓦的特大型工程，仅次于我国三峡水电站和巴西的伊泰普水电站。,2019/5/31,25,2015年全国特高压电网结构示意图,2019/5/31,26,我国电力工业发展如何？,三、电网的发展,“十一五”期间，我国电网建设总投资超过1万亿元； 到2010年，随着国家电网特高压及500千伏跨区、跨国电网联网的建成，跨区

8、输电容量将达到7000万千瓦；,2019/5/31,27,我国电力工业发展如何？,三、电网的发展广东电网情况,广东电网是目前全国最大的省级电网。 目前已形成以珠江三角洲地区500千伏主干环网为中心、向东西两翼及粤北延伸的形式； 通过“八交五直”线路以及鲤曲线与中西部电网联网； 通过4回400千伏线路与香港中华电力系统互联； 通过4回110千伏线路、3回220千伏电缆向澳门地区供电； 2009年底，共有35千伏及以上输电线路(含电缆) 64711千米、变电站2113座、主变4299台、容量31271万千伏安； 其中500kV线路5659千米、变电站31座、主变73台、容量6325万千伏安。,此部

9、分为补充内容,2019/5/31,28,南方电网网架500kV,2019/5/31,29,我国电力工业发展如何？,四、电力体制改革,此部分为补充内容,2002年电力体制改革，厂网分离； “电价市场化”，破除垄断？,2019/5/31,30,电力工业发展概况及前景回顾与小结,一、电力系统的形成和发展,1820年奥斯特证实了电流的磁效应,1831年法拉第发现了电磁感应定律，促进电动机和发电机的发明,1882年实现了较高电压的直流输电 远距离、大功率传输困难,1885年实现了单相交流输电，1889年发明了三相异步电动机、三相变压器和三相交流制,1891年建立了最早的三相交流输电系统,2019/5/3

10、1,31,电力工业发展概况及前景回顾与小结,一、电力系统的形成和发展,2019/5/31,32,二、近代电力系统 由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电热电炉、照明等各种消耗电能的设备。 火力发电厂、水电站、核电站、太阳能电厂、风能电厂、潮汐电厂、地热电厂等。 数字计算机系统进行测量、保护、控制、能量管理等。,电力工业发展概况及前景 回顾与小结,2019/5/31,33,电力工业的发展方向,电力工业发展概况及前景 回顾与小结,2019/5/31,34,引子：什么是电力系统？,2019/5/31,35,一、电力系统的概念

11、通过图示掌握电力网、电力系统和动力系统的概念,1）电力网：由各个电压等级的电力线路和电力变压器构成的网络。 2）电力系统：由发电机、电力网和用户负荷组成的系统。 3）动力系统：由发电厂中的动力部分和电力系统共同组成的系统。,电力系统基本概念,为何要升压输电？,2019/5/31,36,电力系统基本概念,2019/5/31,37,电力系统基本概念,电能的传输,2019/5/31,38,2019/5/31,39,2019/5/31,40,电能系统： 在动力系统中，生产、输送、转换的能量主要部分是电能的，称为电能系统。 电力系统： 电能系统中的电气部分称为电力系统。 电力网： 在电力系统中通常把发电

12、机和用电之间属于输电和配电的环节称为电力网。,电力系统基本概念,2019/5/31,41,电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类 地方电力网：电压等级在35kV110kV 区域电力网：电压等级在35kV以上(一般为110kV220kV) 超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV网络 变电所：按其在电力系统中的地位分类 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端变电所,电力系统基本概念,2019/5/31,42,电力系统基本概念,2019/5/31,43,二、电力系统运行生产的特点 1、电能生产、输送、分配和使用过程的同时性与同一性。 2、与国民经济及人民生活关系密切。 负荷的分类

13、（一级负荷、二级负荷、三级负荷） 3、机电暂态及电磁暂态迅速，即过渡过程非常短促。 须借助自动装置对电力系统进行控制（继电保护、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置）,电力系统基本概念,2019/5/31,44,三、对电力系统的基本要求 1、保证安全可靠地供电。 2、保证合格的电能质量。 3、为用户提供充足的电力。 4、力求系统运行的经济性。,电力系统基本概念,1）引入2003年美加814停电事件。 2）说明电能质量指标。 3）拉闸限电。 4）经济性。,把上述各点归纳起来可知：保证对用户不间断地供给充足、优质而又价廉的电能，这就是电力系统的基本任务。,2019/5/31,45,了解电力网和电

14、力系统概念； 了解电力系统运行生产的特点和对电力系统的基本要求。,电力系统基本概念 回顾与小结,2019/5/31,46,衡量电能的质量指标主要包括： 电 压 频 率 波 形,电能的质量指标,2019/5/31,47,电能的质量指标-电压,电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接的影响。图1-12表示照明负荷的电压特性。从图上可以看出，对照明负荷来说，白炽灯对电压的变化是敏感的。当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量都急剧下降；当电压上升时，白炽灯的寿命将大为缩短。例如，电压较额定值降低10%，则光通量减少30%；电压额定值上升10%，则寿命缩减一半。,2019/5/31,48,电能的质量

15、指标-电压,1.电压偏差(移) 电压偏差（移）指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为,用电设备的额定电压，kV； 用电设备的实际端电压，kV。,2019/5/31,49,电能的质量指标-电压,2.电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2时称为电压波动。波动的幅值为：,用电设备端电压的最大波动值，kV； 用电设备端电压的最小波动值，kV。,2019/5/31,50,电能的质量指

16、标-电压,3.电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。 4.不平衡度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。,2019/5/31,51,电能的质量指标-电压,2019/5/31,52,电能的质量指标-频率偏差,频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。 我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。 频率偏差一般不超过0.5Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。 调整

17、频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。,2019/5/31,53,电能的质量指标-波形,波形正弦波 质量标准：正弦波电压和电流 谐波的危害与抑制,2019/5/31,54,电能的质量指标-供电可靠性,供电可靠性 供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。 衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。,2019/5/31,55,一、电力系统的电压等级 电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。 电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。,电力系统的电压等级及其选择,

18、2019/5/31,56,一、电力系统的电压等级 电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。 电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。,电力系统的电压等级及其选择,2019/5/31,57,电力系统的电压等级及其选择,2019/5/31,58,规定电气设备的额定电压，往往是考虑到变压器约有5%的电压损耗，输电线路约有10%左右的电压损耗。 额定电压在10.5kV及以下发电机，其额定电压一般比相应的系统额定电压高5%(补偿电压损失),电力系统的电压等级及其选择,UGN UN（

19、15）,2019/5/31,59,变压器的额定电压 变压器具有发电机和负荷的双重地位，它的一次侧是接受电能的，相当于用电设备；二次侧是送出电能的，相当于发电机。 分一次绕组和二次绕组额定电压。 电力变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组在额定电压作用下，二次绕组的空载电压。,电力系统的电压等级及其选择,2019/5/31,60,变压器的额定电压 变压器一次侧额定电压取等同于用电设备额定电压，对于直接和发电机相联的变压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压即：,电力系统的电压等级及其选择,U1NUGN UN（15）,2019/5/31,61,电力系统的电压等级及其选择,变压器的额定电压 二次侧

20、额定电压取比线路额定电压高5% ，因变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，而额定负荷下变压器内部电压降落约为5%。为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压器二次侧额定电压取比线 路额定电压高10%。,2019/5/31,62,电力系统的电压等级及其选择,例子,2019/5/31,63,电力系统的电压等级及其选择,二、额定电压的规定 1.低于3kV系统的额定电压 低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备额定电压,2019/5/31,64,电力系统的电压等级及其选择,二、额定电压的规定 2. 3kV及以上系统的额定电压,2019/5/31,65,电力系统的电压等级及其选择,

21、二、额定电压的规定 用电设备的额定电压：系统的额定电压UN 发电机的额定电压：105%UN 变压器一次绕组：相当于用电设备=UN 变压器二次绕组：相当于发电设备=110%UN,2019/5/31,66,电力系统地电压等级及其选择,三、电压等级的选择,因为三相功率S和线电压U、线电流I之间的关系式，输电功率一定时输电电压越高，电流越小，导线截面越小，投资越小。 但电压越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资越大。,2019/5/31,67,电力系统的电压等级及其选择,表1-7 额定电压与相应传输功率和传输距离的关系,2019/5/31,68,电力系统的电压等级及其选择,额定电压等级中相邻电压级差之

22、比不宜过小。根据经验，110KV以下的电压一般在三倍左右，110KV以上的电压级差一般在二倍左右。,2019/5/31,69,电网接线方式与电力系统中性点接地,电力系统的接线方式大致分为两大类： （1）无备用电源接线 （2）有备用电源接线 具体表现型式有 （1）放射式 （2）树干式 （3）混合式 （4）环网式,2019/5/31,70,电网接线方式与电力系统中性点接地,1.无备用接线（开式电力网）方式 无备用接线包括： （1）单回放射式 （2）树干式 （3）链式网络,2019/5/31,71,电网接线方式与电力系统中性点接地,2有备用接线（闭式电力网）方式 有备用接线方式包括 （1）双回放射式

23、 （2）树干式 （3）链式 （4）环式 （5）两端供电网络,2019/5/31,72,电网接线方式与电力系统中性点接地,有备用接线的双回放射式、树干式和链式网络用于一、二级负荷。 环式接线，供电经济、可靠，但运行调度复杂，线路发生故障切除后，由于功率重新分配，可能导致线路过载或电压质量降低。 两端供电接线方式必须有两个独立的电源。,2019/5/31,73,电网接线方式与电力系统中性点接地,2019/5/31,74,电网接线方式与电力系统中性点接地,2019/5/31,75,电网接线方式与电力系统中性点接地,2019/5/31,76,电网接线方式与电力系统中性点接地,2019/5/31,77,

24、电网接线方式与电力系统中性点接地,根据电力系统中发生单相接地故障时，其接地故障电流的大小来划分，我国电力系统地中性点接地有两大类： 1.小电流接地系统 2.大电流接地系统 具体来说有4种，即 小电流接地系统包括中性点不接地(中性点绝缘)、中性点经消弧圈接地或经大电阻、中电阻接地； 大电流接地系统包括中性点直接接地、中性点经小电阻接地。,2019/5/31,78,电网接线方式与电力系统中性点接地,根据电力系统中发生单相接地故障（占）时接地故障电流的大小，可将中性点接地方式分为两类：,2019/5/31,79,电网接线方式与电力系统中性点接地,二、中性点不接地的系统,2019/5/31,80,电网

25、接线方式与电力系统中性点接地,二、中性点不接地的系统,当各相对地电容不相等时，即使在正常运行状态下，中性点的对地电位便不再是零，通常称此情况为中性点位移。多是由于架空线路排列不对称而又换位不完全的缘故。,2019/5/31,81,电网接线方式与电力系统中性点接地,发生A相单相金属性接地故障情况，此时A相对地电压降为零,而非故障相B、C对地电压在相位和数值上均发生变化.由图还可看出，在系统发生单相接地故障时，三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行,中性点不接地系统发生单相接地故障时，在接地点将流过接地故障电流（电容电流）。例如，A相发生接地故障时，A相对地电容被短接，B、C相对

26、地电压升高到等于线电压，所以对地电容电流变为,（接地电流）,loh为同级电力网具有电的直接联系的架空线路总长度（km）； lcab为同级电力网具有电的直接联系的电缆线路总长度（km）。,接地电流绝对值,由于线路对地电容电流很难准确计算，通常按经验公式计算,电网接线方式与电力系统中性点接地,2019/5/31,83,电网接线方式与电力系统中性点接地,三、中性点经消弧线圈接地系统,2019/5/31,84,电网接线方式与电力系统中性点接地,三、中性点经消弧线圈接地系统,电力系统中性点经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，即全补偿方式、欠补偿方式和过补偿方式。,2019/5/31,85,电网接线方式与电

27、力系统中性点接地,四、中性点直接接地系统,发生单相接地故障时，接地相短路电流很大。为保证设备安全和系统的稳定运行，必须迅速切除故障线路。当发生单相接地时切除故障线路，将中断向用户供电。为了弥补这个缺点，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置来提高供电可靠性。 在380/220V系统中，绝缘不是主要矛盾,从人身安全考虑,一般都采用中性点直接接地方式,发生故障后,可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝。,中性点直接接地的电力系统的主要优点是：发生单相接地故障时中性点电位仍接近于零，非故障相对地电压接近于相电压。因此电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，从而可以降低工程造价。目前，我国110kV及

28、以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地方式。国外220kV及以上的电力系统也都采用这种接地方式。,2019/5/31,86,电网接线方式与电力系统中性点接地,四、中性点直接接地系统 系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接地的方式成为中性点直接接地。 此接地系统一般应用在接有单相负载的低压（380/220V）配电系统和电力系统高压（110kV以上）输电线路上。,2019/5/31,87,电网接线方式与电力系统中性点接地,五、中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗相连的接地方式称为中性点经阻抗接地。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。 （1）高电阻接地：

29、此种方式接地电流较小，通常在510A范围内，但至少应等于系统对地的总电容电流。保护方式需要配合接地指示器或警报器，保证故障时线路立即跳脱。 （2）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约400A以上），保证接地继电器准确动作。 目前我国大城市10kV配电网的接地方式大多采用经低电阻接地的方式。,1）查找资料，准备PPT，做报告； 2）两人一组，PPT时间控制在5分钟以内； 3) 报告时间：每次课程前； 4）报告内容应与专业课程相关； 5）或选择备选相关题目；,作业,2019/5/31,89,电力系统工程学科是衍生于电路

30、、电磁场、电机学，并随着电力系统的发展而发展形成的一门工程学科。它的研究领域大致包括： 电力系统理论 主要涉及超高压输电线路、远距离交直流输电系统设计以及提高输电线路输送能力的方法等方面的研究 输配电技术 是以电路、电磁场和电机理论为基础，吸收大量新兴学科的有关内容，并结合电力系统的特点而形成的面向现代电力系统的理论，是其它各个电力领域的理论基础。,电力系统工程学科范畴,。,2019/5/31,90,电力系统工程学科是衍生于电路、电磁场、电机学，并随着电力系统的发展而发展形成的一门工程学科。它的研究领域大致包括： 电力系统规划 电力系统规划主要涉及远景负荷预测、电源规划、网络规划、可靠性分析、环境保护、生态平衡等方面的问题。 电力系统运行 电力系统运行主要涉及稳态运行分析、暂态过程分析、安全性分析、电能质量管理、运行方式优化等方面的内容。,电力系统工程学科范畴,。,2019/5/31,91,电力系统工程学科是衍生于电路、电磁场、电机学，并随着电力系统的发展而发展形成的一门工程学科。它的研究领域大致包括： 电力系统保护 主要涉及故障分析、元件保护、线路保护、系统性故障保护和过电压及其防护等方面的问题。 电力系统控制 主要涉及数据采集、个别变量的调节、电能质量控制、运行优化控制、安全性控制、能量管理系统等方面的问题。,电力系统工程学科范畴,。,