電氣專業(yè)介紹(講稿)

1、電氣工程及其自動化專業(yè)介紹上官璇峰 電能在生產(chǎn)、傳送、使用中比其他能源更易于調控，因此，它是最理想的二次能源。發(fā)電在電力工業(yè)中處于中心地位，決定著電力工業(yè)的規(guī)模，也影響到電力系統(tǒng)中輸電、變電、配電等各個環(huán)節(jié)的發(fā)展。 目前，主要發(fā)電形式是火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電。火力發(fā)電受煤、石油、天然氣資源以及環(huán)境污染的影響，就全世界范圍而言，所占比重在降低；水力發(fā)電因工業(yè)發(fā)達國家的水資源開發(fā)已近90，故所占比重維持在20左右；核能發(fā)電的比重則呈上升趨勢。核電將越來越受重視。 電氣工程及其自動化專業(yè)，主要學習和研究電氣系統(tǒng)的應用和發(fā)配電設備與機械裝置的控制及通信。一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢 電氣

2、系統(tǒng)：包括電源開始到所有的用電設備的一次回路，以及對一次回路進行相應的控制、測量、保護和安全自動裝置等的二次回路。提供交、直流操作和重要用電設備電源的直流、交流不停電電源，和保安電源系統(tǒng)，保證設備安全的過電壓、接地和火災消防報警系統(tǒng)，照明、電纜、通信等公用設施。 電能的生產(chǎn)電網(wǎng)的規(guī)劃、建設和維護電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠運行高性能電氣設備（電機、電器、電力電子、控制軟硬件）的制造、運行、控制 電氣信息類專業(yè)設置及其沿革 1993年 1998年（基本） 1998年（引導）電機電器及其控制電力系統(tǒng)及其自動化高電壓與絕緣技術電氣技術工業(yè)自動化（以上為電工類）自動控制（以上為電子與信息類）電氣工程及

3、其自動化自動化通信工程電子信息工程電子科學與技術計算機科學與技術生物醫(yī)學工程電氣工程及其自動化強電信息工程弱電電氣工程及其自動化電機電器及其控制技術高電壓與絕緣技術 電力系統(tǒng)及其自動化電工新技術電力電子與電力傳動電氣工程專業(yè)是從研究電磁現(xiàn)象開始的。電磁理論是電氣工程的理論基礎。電磁理論是從物理學中的電學和磁學逐步發(fā)展而形成的。電機工程 、電氣工程電氣工程專業(yè)是主要研究電能的產(chǎn)生、傳輸、轉換、控制、存儲和利用的專業(yè)。近幾十年來，有關電能的轉換、控制、利用在該專業(yè)中所占的地位日益重要，這集中體現(xiàn)在專業(yè)名稱中的“及其自動化”。一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢信息科學能源科學電氣工程電工理論 電氣

4、裝備（制造和應用）電力系統(tǒng)（運行）對電氣工程學科的描述：大三角形： 電氣工程和相關 學科的關系小三角形： 電氣工程內部 各學科的關系從應用領域看，電氣工程和能源科學密切相關。能源是人類永恒的話題。從今天和明天看，電力是傳輸方便、應用靈活高效的能源型式。電力是人類社會最重要的能源。可以預計人類對電力的依賴將進一步增強。尋找新的發(fā)電方式是全世界關注的課題。從學科基礎看，電氣工程和（電子）信息學科基礎相同。電子信息學科是從電氣工程脫胎而出的。通信工程、電子工程、自動化、計算機工程等都是從電類專業(yè)派生出來的弱電學科。電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為地球上最龐大的人造系統(tǒng)，無論電能的生產(chǎn)、傳輸和利用，都日益依賴于控制

5、技術、通信技術和管理信息系統(tǒng)的應用，可以說本學科是具有清晰行業(yè)背景的強電弱電緊密結合的交叉學科。 電氣工程信息科學能源科學一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢電工理論：電工理論與新技術、電路理論（含電網(wǎng)絡理論）、電磁理論電氣裝備：電機與電器、高電壓與絕緣技術、電力電子技術電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)及其自動化（運行）、電力傳動三者相互聯(lián)系、相互滲透，不能截然分開一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢電力系統(tǒng) （運行） 電氣裝備 （制造和應用）電工理論 國外（發(fā)達國家） 保留了“電氣工程系”的名稱， “電氣工程系”中主要是電子、通信等內容，傳統(tǒng)“電氣工程”的內容已很少。 許多著名大學已找不到真正研究“電氣工

6、程”的學者。 其背景是：認為電氣工程已經(jīng)成熟，從而轉向研究電子和通信。 發(fā)達國家的發(fā)電機裝機容量、輸電走廊已趨飽和，所需人才不多。所需電氣工程優(yōu)秀人才多來自海外。一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢2003年北美8.14大停電堪稱電力領域的“9.11”事件，停電29小時，損失61800MW負荷，直接經(jīng)濟損失300億美元。美國電網(wǎng)結構遠比中國電網(wǎng)強，為什么會頻繁出現(xiàn)這種災難性的大停電事故？暴露了發(fā)達國家電力系統(tǒng)不安全，優(yōu)秀電力工程人員匱乏的情況。一、電氣工程專業(yè)的科學內涵及發(fā)展趨勢停電前停電后美國海岸衛(wèi)星云圖停電后紐約的夜景二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電氣工程高等教育的發(fā)展有賴于與之相關的產(chǎn)業(yè)的發(fā)

7、展。與電氣工程專業(yè)相關的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)，還有幾乎所有使用電力的行業(yè)（如家電制造業(yè)）。發(fā)電機裝機容量的發(fā)展最能反映一個國家電力工業(yè)及其電氣裝備制造業(yè)的發(fā)展趨勢。在發(fā)電機裝機容量迅速擴大的年代，對電力裝備制造業(yè)人才的需求也很大，從事電力傳輸、轉換、控制、利用的人才需求量必然很大。中國經(jīng)濟高速增長確保存量電力需求有保障，而持續(xù)旺盛的制造業(yè)投資則奠定了強勁的潛在需求，雙方動因使得中國以工業(yè)用電為主的電力需求的高速增長態(tài)勢仍將持續(xù)，電力彈性系數(shù)持續(xù)1.25-1.35左右?！笆濉逼陂g，全國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量年均增長率達到10.1%和12.8%，電力彈性系數(shù)1.36。2005年全國發(fā)

8、電裝機容量達5.15億千瓦。在“十一五”期間，隨著經(jīng)濟高速發(fā)展、電力需求進一步上升。但是，由于當前中國電力產(chǎn)業(yè)由早先“硬短缺-電源短缺，發(fā)電能力不足”特征向“軟短缺-電網(wǎng)不足，電能輸送受限”轉變，這段時期國家對于電力產(chǎn)業(yè)投資將主要集中在電網(wǎng)建設方面，電源擴張的緊迫性大大緩解。 截至2010年年底，中國發(fā)電總裝機容量將為8.18億千瓦，到2020年，我國電力總裝機容量將達11.68億千瓦，電力需求仍將保持較高增長。中國發(fā)電總裝機容量將超過美國躍居世界第一位。 二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前基本上進入大電網(wǎng)、大機組、大電廠、高電壓輸電、高度自動控制的新時代；全國總裝機7.9億kW（2008年)，發(fā)

9、電量為34268億kWh （2008年）均居世界第二位；全國人均裝機為0.6 kW，人均發(fā)電為2580 kWh，相當于世界人均用電量的1/2，相當于發(fā)達國家人均用電量的1/6 ；2009年至2010年，全國電力供需總體平衡，部分區(qū)域略有富余。但受氣候、來水、電煤供應和電網(wǎng)“卡脖子”等不確定性因素影響，可能會出現(xiàn)局部短時電力供應緊張問題.二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電力需求展望：現(xiàn)階段中國 人均占有裝機容量0.6kW,發(fā)電量2580 kWh現(xiàn)階段相當于發(fā)達國家20世紀60年代水平。2000年美國人均占有裝機容量3.4kW，俄羅斯為1.1kW，日本為2.2kW要求在21世紀前20年，年均新裝機容量應

10、高于30000MW二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電源發(fā)展建設展望： 加速開發(fā)西部水電基地； 加速核電發(fā)展； 加速發(fā)展再生能源； 煤電仍是21世紀初期我國的主要能源形式。電力系統(tǒng)發(fā)展展望： 以三峽電力系統(tǒng)為中心，推進全國電力系統(tǒng)的形成； 2020年將形成除新疆、西藏、臺灣之外的全國統(tǒng)一 的大區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)； 與鄰國發(fā)展跨國互聯(lián)電力系統(tǒng)已成為發(fā)展的基本趨勢，是經(jīng)濟全球化的一種形式。二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國“西電東輸”的三大通道北線通道：聯(lián)結西北、華北、山東等電網(wǎng)，將三西（山西、陜西、內蒙西部、青海）的煤電基地和黃河上游水電送往京津唐負荷中心。中線通道：以三峽為中心，實現(xiàn)川渝、華中、福建電網(wǎng)聯(lián)接，

11、沿長江而下，把長江流域水電送往華中，華東以及廣東。南線通道：聯(lián)結云、貴、桂及廣東、港澳。把云、貴、桂的水電（貴川火電為補充）向廣東及港澳負荷中心送電。二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)及其自動化技術（特）超高電壓直流輸電和交流輸電減小損耗的最合理的途徑就是提高電壓，輸電技術全部發(fā)展史的特征便是不斷提高線路電壓；直流輸電也是降低損耗的方法預計到2020年，我國將建設500kVHVDC輸電線路15條左右，一條500kV直流輸電線路，輸電容量可達300350萬kW，輸電距離可達1000km以上。一條500kV交流輸電線路，輸電容量100120萬kW，輸電距離500600km云南至廣東800千伏直流輸

12、電工程日前已進入調試啟動階段。該工程西起云南楚雄換流站，東至廣東省廣州增城市穗東換流站，直流線路途經(jīng)云南、廣西至廣東，是世界上第一個特高壓直流輸電工程，也是我國特高壓直流輸電示范工程。國家電網(wǎng)公司正在積極論證1000kV特高壓交流輸電工程。二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2020年，我國發(fā)電機裝機容量將穩(wěn)居世界第一。未來20年，中國將是全球電力工業(yè)和電工制造業(yè)的最大市場。我國電氣工程領域集中了一批最優(yōu)秀的人才。我國將成為世界電氣工程高等教育的中心。我國將成為世界電氣工程科學研究和技術開發(fā)的中心。二、中國電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢未來20年，我國電力工業(yè)和電氣裝備制造業(yè)將持續(xù)高速度發(fā)

13、展，受此拉動，我國電氣工程高等學校也將持續(xù)高速度發(fā)展。正像我國正在成為世界制造業(yè)的中心，成為世界工廠一樣，我國也必將成為世界電氣工程高等教育、科學研究和技術開發(fā)的中心。電氣工程是一個傳統(tǒng)專業(yè)，又是一個充滿活力的專業(yè)，它將成為我國率先達到國際領先水平的專業(yè)。三、電力系統(tǒng)簡介1.電力系統(tǒng)構成 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸配電系統(tǒng)(電力網(wǎng)絡)及負荷組成的統(tǒng)一整體，通常覆蓋廣闊的地域。發(fā)電廠輸電線路配電線路變壓器變壓器用戶220kV10kV380V12kV電力系統(tǒng)及其自動化技術三、電力系統(tǒng)簡介(續(xù))2.主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)電力工業(yè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)電利用各種能源資源，生產(chǎn)電能。輸電電力的輸送變電電壓等級的變換配電電能的

14、分配供給用電電能消費電力工業(yè)還包括以下環(huán)節(jié)：規(guī)劃、勘測設計、施工建設、運行調度、維護改造、安全監(jiān)察、科研開發(fā)、設備制造、教育培訓、法規(guī)標準、電力營銷（電力市場）等等。三、電力系統(tǒng)簡介(續(xù))3.電力網(wǎng)絡 電力網(wǎng)絡由不同電壓等級的電力線路、變壓器和相應的配電裝置構成。電力網(wǎng)絡的功能是輸送和分配電能并進行電壓變換。電力網(wǎng)可分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)，大型電力網(wǎng)的結構通常以電壓等級進行分層；輸電網(wǎng)將發(fā)電廠的電能通過高壓輸電線送到負荷中心，其額定電壓通常為220750kV，它是電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)；配電網(wǎng)將電能通過配電線路送到電能用戶，可以分為高壓、中壓、和低壓配電網(wǎng)；高壓配電網(wǎng)的電壓一般為35KV110kV或更高

15、(220KV)；中壓配電網(wǎng)的電壓一般為10KV20kV；低壓配電網(wǎng)的電壓一般為380/220V。三、電力系統(tǒng)簡介（續(xù)）4.電力系統(tǒng)的功能與作用電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設備和相應的輔助系統(tǒng)，按規(guī)定的技術和經(jīng)濟要求組成的同一系統(tǒng)。一個現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由極寬闊的地域內的大量電力設備互聯(lián)在一起的。發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設備稱為電力主設備，也稱為一次設備，由主設備構成的系統(tǒng)稱為主系統(tǒng)，也稱為一次系統(tǒng)；測量、監(jiān)視、控制、繼電保護、安全自動裝置、通信，以及各種自動化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運行的設備稱為二次設備，二次設備構成的系統(tǒng)稱為輔助系統(tǒng)，也稱為二次系統(tǒng)。三、電力系統(tǒng)

16、簡介電力系統(tǒng)的功能與作用電力系統(tǒng)的基本任務是安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟地生產(chǎn)、輸送與分配電能，滿足國民經(jīng)濟和人民生活需要。為了發(fā)揮電力系統(tǒng)的功能和作用，應滿足以下基本要求：滿足用戶需求；安全可靠性要求；經(jīng)濟性要求；環(huán)保和生態(tài)要求。5.現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點電力系統(tǒng)技術上的發(fā)展是以“大機組、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動化”為特征來描述；數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化、智能化技術日益提高電力系 統(tǒng)的自動化水平；潔凈煤技術、水電開發(fā)、核電的發(fā)展越來越得到重視,新 能源的開發(fā)利用，特別是可再生能源的開發(fā)利用也是現(xiàn) 代電力技術的發(fā)展趨勢；建立健全的電力市場機制是提高效率、降低成本，促進 電力資產(chǎn)的合理利用與發(fā)展的有效保證。

17、三、電力系統(tǒng)簡介結論： 電能高效潔凈的生產(chǎn)、傳輸、儲存、分配和使用的技術將成為未來電力技術的主導發(fā)展方向6)定質電力技術5)分布式發(fā)電技術三、電力系統(tǒng)簡介一、發(fā)電（power generation ） 發(fā)電是指利用發(fā)電動力裝置將水能、石化燃料（煤、油、天然氣）的熱能、核能以及太陽能、風能、地熱能、海洋能等轉換為電能的生產(chǎn)過程稱為發(fā)電。用以供應國民經(jīng)濟各部門與人民生活之需。 發(fā)電動力裝置按能源的種類分為火電動力裝量、水電動力裝置、核電動力裝置及其他能源發(fā)電動力裝置?；痣妱恿ρb置由電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機（慣稱三大主機）及其輔助裝置組成。水電動力裝置由水輪發(fā)電機組、調速器、油壓裝置及其他輔助裝置組

18、成。核電動力裝置由核反應堆、蒸氣發(fā)生器、汽輪發(fā)電機組及其他附屬設備組成?；鹆Πl(fā)電一般是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的方式的總稱。以煤、石油或天然氣作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠。 火電廠水力發(fā)電水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是利用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發(fā)電機，而得到電力?？茖W家們以此水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發(fā)電量，供人們使用廉價又無污染的電力。 長江三峽水電站葛洲壩水電站洪家渡水電站巖灘水電站白水峪水電站混流式水輪

19、機金屬蝸殼水輪機核能發(fā)電核能發(fā)電的核心裝置是核反應堆。利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應堆及蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。 田灣核電站大亞灣核電站福島核電站（日本）切爾貝諾利（前蘇聯(lián)）風力發(fā)電把風能轉變?yōu)殡娔苁秋L能利用中最基本的一種方式。風力發(fā)電機一般有風輪、發(fā)電機（包括裝置）、調向器（尾翼）、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。風力發(fā)電機的工作原理比較簡單，風輪在風力的作用下旋轉，它把風的動能轉變?yōu)轱L輪軸的機械能。發(fā)電機在風輪軸的帶動下旋轉發(fā)電。 輸電 （transmission of electrici

20、ty，power transmission ） 指從電源向用電地區(qū)輸送電能 。電能的傳輸。是電力系統(tǒng)整體功能的重要組成環(huán)節(jié)。發(fā)電廠與電力負荷中心通常都位于不同地區(qū)。在水力、煤炭等一次能源資源條件適宜的地點建立發(fā)電廠，通過輸電可以將電能輸送到遠離發(fā)電廠的負荷中心，使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制。與其他能源輸送方式相比較，輸電具有損耗小、效益高、靈活方便、易于調節(jié)控制、減少環(huán)境污染等優(yōu)點。電能的傳輸。它和變電、配電、輸電、用電一起，構成電力系統(tǒng)的整體功能。通過輸電，把相距甚遠的（可達數(shù)千千米）發(fā)電廠和負荷中心聯(lián)系起來，使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制。 輸電是用變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能升壓后，再

21、經(jīng)斷路器等控制設備接入輸電線路來實現(xiàn)。 輸電線路配電 （distribution of electricity ）在一個用電區(qū)域內向用戶供電 ，是電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)由配電變電所（通常是將電網(wǎng)的輸電電壓降為配電電壓）、高壓配電線路（即1千伏以上電壓）、配電變壓器、低壓配電線路（1千伏以下電壓）以及相應的控制保護設備組成。配電電壓通常有3560千伏和310千伏等。 組合式配電箱 組合式配電箱 組合式配電箱 組合式配電箱高電壓及絕緣技術本研究方向為：脈沖功率及應用技術、電磁脈沖防護技術、高頻高壓電源技術、特殊條件下電介質結構與材料絕緣特性、放電等離子體及其應用。高電壓技術是以試驗研究為基礎的應用技術，主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設備的絕緣結構設計，高電壓試驗和測試的設備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓，高電壓或大電流產(chǎn)生的強電場、強磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防護措施，以及高電壓、大電流的應用等。 雷電過電壓工頻耐壓實驗高壓放到實驗