電力工程基礎(chǔ)第一章緒論

電氣工程基礎(chǔ)ElectricalEngineeringFundamentals

Dianqigongchengjichu

2023/10/242考核方式綜合形式：平時(shí)成績(jī)40%考勤10%（不定期點(diǎn)名，可以不來(lái)但必須有理請(qǐng)假！3次不到者取消平時(shí)成績(jī)）課堂報(bào)告10%；作業(yè)20%；期末成績(jī)60%閉卷題型待定第1章緒論(1)2010.09.152023/10/244本章內(nèi)容概要電力工業(yè)發(fā)展概況和前景電能系統(tǒng)的定義電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)工程學(xué)科的范疇2023/10/245楔子現(xiàn)在教室里的“電”是哪里來(lái)的？怎么來(lái)的？如果用專業(yè)的角度去回答…打電話回家時(shí)問(wèn)問(wèn)爸媽你家什么時(shí)候用上電的？了解電力行業(yè)的歷史和發(fā)展…2023/10/246①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？一、基本概況2009年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到8.74億kW。1987年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到第一個(gè)1億kW。此后，又用了8年時(shí)間跨越第二個(gè)1億kW；1995年達(dá)到2.17億kW2000年達(dá)到3.19億kW2004年達(dá)到4.4238億kW2005年達(dá)到5.1718億kW2006年新增發(fā)電裝機(jī)超過(guò)1億kW，發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到6.22億kW。僅2007年半年新增的發(fā)電裝機(jī)容量就超過(guò)了改革開(kāi)放以前30年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的總和。P1、22023/10/247①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？一、基本概況2009年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到8.74億kW。2003—2007年發(fā)電裝機(jī)的增速也達(dá)到歷史最高水平。改革開(kāi)放30年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅猛。（數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒）2023/10/248①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？據(jù)預(yù)測(cè)到2010年底，中國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為8.18億千瓦，“十一五”年均增長(zhǎng)9.8%；到2020年，中國(guó)大陸發(fā)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到11.86億千瓦。一、基本概況2023/10/249①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況

我國(guó)發(fā)電廠發(fā)展水平（2006年）：最大火電廠：浙江北侖港電廠，裝機(jī)容量300萬(wàn)KW，5臺(tái)60萬(wàn)KW機(jī)組；最大水電廠：三峽水電站，裝機(jī)容量1820萬(wàn)KW，26臺(tái)70萬(wàn)KW機(jī)組（2009年底）；計(jì)劃安裝32臺(tái)70萬(wàn)千瓦機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘繛?240萬(wàn)千瓦，包括左岸電站14臺(tái)，右岸電站12臺(tái)和地下電站６臺(tái)。最大核電廠：嶺澳核電廠，裝機(jī)容量200萬(wàn)KW，2臺(tái)100萬(wàn)KW機(jī)組；最大抽水蓄能水電廠：廣東抽水蓄能水電廠，裝機(jī)容量240萬(wàn)KW，8臺(tái)30萬(wàn)KW機(jī)組；最大火電機(jī)組：90萬(wàn)KW（外高橋第二發(fā)電廠）；最大水電機(jī)組：70萬(wàn)KW（三峽工程）；最大核電機(jī)組：100萬(wàn)KW（嶺澳核電廠）；2023/10/2410“大力發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，因地制宜發(fā)展新能源發(fā)電，開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重”2009年，全國(guó)發(fā)電量36506億kWh。①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況2023/10/2411①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況廣東省情況：到2008年，全省電力裝機(jī)容量達(dá)6007.85萬(wàn)千瓦，比1949年增長(zhǎng)1177倍，占全國(guó)目前的7.6％，居全國(guó)第一位。2008年，廣東全社會(huì)用電量3506.78億千瓦時(shí)，是1949年的5478倍，占了全國(guó)目前的10.3％，居全國(guó)第一位。2023/10/2412①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況廣東省情況：2008年，廣東外購(gòu)電量達(dá)963.10億千瓦時(shí)。其中，購(gòu)西電東送電量達(dá)到927.57億千瓦時(shí)，西電占廣東全社會(huì)用電量的比例由2002年的9.5％增長(zhǎng)到2008年的25.4％，已成為廣東電力的重要來(lái)源。預(yù)計(jì)到2020年，廣東核電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到2400萬(wàn)千瓦。

2023/10/2413①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況2023/10/2414①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？二、電源發(fā)展情況新能源p6風(fēng)能Wind；太陽(yáng)能Solar；海洋能Ocean(潮汐能、波浪能、海水溫差能)；地?zé)崮蹽eothermal

；生物質(zhì)能Modernbiomass；垃圾焚燒發(fā)電……2023/10/2415內(nèi)蒙古：風(fēng)沙源地變成風(fēng)能基地2008年底，內(nèi)蒙古赤峰市成為我國(guó)第一個(gè)地市級(jí)百萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地。2023/10/2416太陽(yáng)能發(fā)電2023/10/2417潮汐能已經(jīng)在挪威海域運(yùn)行了幾年的海底潮汐能發(fā)電機(jī)2023/10/2418地?zé)崮?023/10/2419①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？三、電網(wǎng)的發(fā)展電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓等級(jí)不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也不斷擴(kuò)大；已經(jīng)形成了東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、西北電網(wǎng)和南方電網(wǎng)6個(gè)跨省的大型區(qū)域電網(wǎng)，并基本形成了完整的長(zhǎng)距離輸電電網(wǎng)網(wǎng)架；近年來(lái)，我國(guó)加快了特高壓電網(wǎng)的建設(shè)力度；2023/10/2420①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？2023/10/2421①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？2023/10/24222023/10/2423①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？三、電網(wǎng)的發(fā)展1000kV晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)特高壓交流試驗(yàn)示范工程全線單回路架設(shè)，全長(zhǎng)654公里，跨越黃河和漢江。變電容量600萬(wàn)千伏安。系統(tǒng)標(biāo)稱電壓1000千伏，最高運(yùn)行電壓1100千伏，靜態(tài)投資約57億元。2023/10/2424±800kV直流輸電工程云南至廣東直流輸電工程起點(diǎn)在云南金山江畔的溪洛渡電站，終點(diǎn)在廣東增城，全程一千多公里。溪洛渡電站位于金沙江下游云南省永善縣與四川省雷波縣相接壤處，是總裝機(jī)容量1260萬(wàn)千瓦的特大型工程，僅次于我國(guó)三峽水電站和巴西的伊泰普水電站。2023/10/24252015年全國(guó)特高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2023/10/2426①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？三、電網(wǎng)的發(fā)展“十一五”期間，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)總投資超過(guò)1萬(wàn)億元；到2010年，隨著國(guó)家電網(wǎng)特高壓及500千伏跨區(qū)、跨國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的建成，跨區(qū)輸電容量將達(dá)到7000萬(wàn)千瓦；2023/10/2427①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？三、電網(wǎng)的發(fā)展—廣東電網(wǎng)情況廣東電網(wǎng)是目前全國(guó)最大的省級(jí)電網(wǎng)。目前已形成以珠江三角洲地區(qū)500千伏主干環(huán)網(wǎng)為中心、向東西兩翼及粵北延伸的形式；通過(guò)“八交五直”線路以及鯉曲線與中西部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)；通過(guò)4回400千伏線路與香港中華電力系統(tǒng)互聯(lián)；通過(guò)4回110千伏線路、3回220千伏電纜向澳門(mén)地區(qū)供電；2009年底，共有35千伏及以上輸電線路(含電纜)64711千米、變電站2113座、主變4299臺(tái)、容量31271萬(wàn)千伏安；其中500kV線路5659千米、變電站31座、主變73臺(tái)、容量6325萬(wàn)千伏安。此部分為補(bǔ)充內(nèi)容2023/10/2428南方電網(wǎng)網(wǎng)架500kV2023/10/2429①我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展如何？四、電力體制改革此部分為補(bǔ)充內(nèi)容2002年電力體制改革，廠網(wǎng)分離；“電價(jià)市場(chǎng)化”，破除壟斷？華電

國(guó)電

電力投資

大唐

華能

五大發(fā)電集團(tuán)兩大電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司

中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司

國(guó)投電力中廣核國(guó)華電力華潤(rùn)電力四小豪門(mén)2023/10/2430電力工業(yè)發(fā)展概況及前景回顧與小結(jié)一、電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展1820年奧斯特證實(shí)了電流的磁效應(yīng)1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的發(fā)明1882年實(shí)現(xiàn)了較高電壓的直流輸電遠(yuǎn)距離、大功率傳輸困難1885年實(shí)現(xiàn)了單相交流輸電，1889年發(fā)明了三相異步電動(dòng)機(jī)、三相變壓器和三相交流制1891年建立了最早的三相交流輸電系統(tǒng)2023/10/2431電力工業(yè)發(fā)展概況及前景回顧與小結(jié)一、電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展2023/10/2432二、近代電力系統(tǒng)由鍋爐、反應(yīng)堆、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等生產(chǎn)電能的設(shè)備，變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能的設(shè)備，電動(dòng)機(jī)、電熱電爐、照明等各種消耗電能的設(shè)備?；鹆Πl(fā)電廠、水電站、核電站、太陽(yáng)能電廠、風(fēng)能電廠、潮汐電廠、地?zé)犭姀S等。數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、保護(hù)、控制、能量管理等。電力工業(yè)發(fā)展概況及前景

回顧與小結(jié)2023/10/2433電力工業(yè)的發(fā)展方向電力工業(yè)發(fā)展概況及前景

回顧與小結(jié)2023/10/2434引子：什么是電力系統(tǒng)？2023/10/2435

一、電力系統(tǒng)的概念通過(guò)圖示掌握電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的概念1）電力網(wǎng)：由各個(gè)電壓等級(jí)的電力線路和電力變壓器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。2）電力系統(tǒng)：由發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)和用戶負(fù)荷組成的系統(tǒng)。3）動(dòng)力系統(tǒng)：由發(fā)電廠中的動(dòng)力部分和電力系統(tǒng)共同組成的系統(tǒng)。②電力系統(tǒng)基本概念為何要升壓輸電？2023/10/2436②電力系統(tǒng)基本概念2023/10/2437②電力系統(tǒng)基本概念電能的傳輸2023/10/24382023/10/24392023/10/2440電能系統(tǒng)：在動(dòng)力系統(tǒng)中，生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換的能量主要部分是電能的，稱為電能系統(tǒng)。電力系統(tǒng)：電能系統(tǒng)中的電氣部分稱為電力系統(tǒng)。電力網(wǎng)：在電力系統(tǒng)中通常把發(fā)電機(jī)和用電之間屬于輸電和配電的環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)。②電力系統(tǒng)基本概念2023/10/2441電力網(wǎng)：按電壓等級(jí)的高低、供電范圍大小的分類地方電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV~110kV區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV以上(一般為110kV~220kV)超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級(jí)為330kV~500kV網(wǎng)絡(luò)變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類樞紐變電所中間變電所地區(qū)變電所終端變電所②電力系統(tǒng)基本概念2023/10/2442②電力系統(tǒng)基本概念2023/10/2443二、電力系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)的特點(diǎn)1、電能生產(chǎn)、輸送、分配和使用過(guò)程的同時(shí)性與同一性。2、與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活關(guān)系密切。負(fù)荷的分類（一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷）3、機(jī)電暫態(tài)及電磁暫態(tài)迅速，即過(guò)渡過(guò)程非常短促。須借助自動(dòng)裝置對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行控制（繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、減載裝置、同期裝置、勵(lì)磁裝置…）②電力系統(tǒng)基本概念2023/10/2444三、對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求1、保證安全可靠地供電。2、保證合格的電能質(zhì)量。3、為用戶提供充足的電力。4、力求系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。②電力系統(tǒng)基本概念1）引入2003年美加‘814’停電事件。2）說(shuō)明電能質(zhì)量指標(biāo)。3）拉閘限電。4）經(jīng)濟(jì)性。把上述各點(diǎn)歸納起來(lái)可知：保證對(duì)用戶不間斷地供給充足、優(yōu)質(zhì)而又價(jià)廉的電能，這就是電力系統(tǒng)的基本任務(wù)。2023/10/2445了解電力網(wǎng)和電力系統(tǒng)概念；了解電力系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)的特點(diǎn)和對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求。電力系統(tǒng)基本概念

回顧與小結(jié)2023/10/2446衡量電能的質(zhì)量指標(biāo)主要包括：

電壓

頻率波形③電能的質(zhì)量指標(biāo)2023/10/2447③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓電壓質(zhì)量對(duì)各類用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有直接的影響。圖1-12表示照明負(fù)荷的電壓特性。從圖上可以看出，對(duì)照明負(fù)荷來(lái)說(shuō)，白熾燈對(duì)電壓的變化是敏感的。當(dāng)電壓降低時(shí)，白熾燈的發(fā)光效率和光通量都急劇下降；當(dāng)電壓上升時(shí)，白熾燈的壽命將大為縮短。例如，電壓較額定值降低10%，則光通量減少30%；電壓額定值上升10%，則壽命縮減一半。2023/10/2448③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓1.電壓偏差(移)電壓偏差（移）指當(dāng)供配電系統(tǒng)改變運(yùn)行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓也隨之改變，各點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差，通常用與系統(tǒng)額定電壓的百分比值數(shù)表示。用公式表示為

——用電設(shè)備的額定電壓，kV；

——用電設(shè)備的實(shí)際端電壓，kV。2023/10/2449③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓2.電壓波動(dòng)一系列的電壓變動(dòng)或電壓包絡(luò)線的周期性變動(dòng)，電壓的最大值與最小值之差與系統(tǒng)額定電壓的比值以百分?jǐn)?shù)表示，其變化速度等于或大于每秒0.2％時(shí)稱為電壓波動(dòng)。波動(dòng)的幅值為：

——用電設(shè)備端電壓的最大波動(dòng)值，kV；

——用電設(shè)備端電壓的最小波動(dòng)值，kV。2023/10/2450③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓3.電壓閃變負(fù)荷急劇的波動(dòng)造成供配電系統(tǒng)瞬時(shí)電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對(duì)燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。4.不平衡度不對(duì)稱度是衡量多相負(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)，多相系統(tǒng)的電壓負(fù)序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對(duì)稱度，電流負(fù)序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對(duì)稱度，均以百分?jǐn)?shù)表示。

2023/10/2451③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓2023/10/2452③電能的質(zhì)量指標(biāo)-頻率偏差頻率偏差是指供電的實(shí)際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國(guó)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過(guò)±0.5Hz，當(dāng)電網(wǎng)容量大于3000MW時(shí)，頻率偏差不超過(guò)±0.2Hz。調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)有功功率。2023/10/2453③電能的質(zhì)量指標(biāo)-波形波形—正弦波質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：正弦波電壓和電流諧波的危害與抑制2023/10/2454③電能的質(zhì)量指標(biāo)-供電可靠性供電可靠性供電可靠性指標(biāo)是根據(jù)用電負(fù)荷的等級(jí)要求制定的。衡量供電可靠性的指標(biāo)，用全年平均供電時(shí)間占全年時(shí)間百分?jǐn)?shù)表示。2023/10/2455一、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)電力系統(tǒng)的額定電壓：由國(guó)家根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件規(guī)定的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，又稱電力網(wǎng)的額定電壓或線路的額定電壓。電力系統(tǒng)的最高電壓：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在任何時(shí)間系統(tǒng)中任何一點(diǎn)上所出現(xiàn)的電壓最高值。④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇2023/10/2456一、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)電氣設(shè)備的額定電壓：電氣設(shè)備制造廠根據(jù)所規(guī)定的電氣設(shè)備工作條件而確定的電壓。電氣設(shè)備的最高電壓：考慮到設(shè)備的絕緣性能和與最高電壓有關(guān)的其它性能所確定的允許最高運(yùn)行電壓，其數(shù)值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇2023/10/2457④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇2023/10/2458規(guī)定電氣設(shè)備的額定電壓，往往是考慮到變壓器約有5%的電壓損耗，輸電線路約有10%左右的電壓損耗。額定電壓在10.5kV及以下發(fā)電機(jī)，其額定電壓一般比相應(yīng)的系統(tǒng)額定電壓高5%(補(bǔ)償電壓損失)④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇UGN＝UN（1＋5％）2023/10/2459變壓器的額定電壓變壓器具有發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的雙重地位，它的一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備；二次側(cè)是送出電能的，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)。分一次繞組和二次繞組額定電壓。電力變壓器的二次繞組的額定電壓是指一次繞組在額定電壓作用下，二次繞組的空載電壓。④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇2023/10/2460變壓器的額定電壓變壓器一次側(cè)額定電壓取等同于用電設(shè)備額定電壓，對(duì)于直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器，其一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)的額定電壓即：④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇U1N＝UGN＝UN（1＋5％）2023/10/2461④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇變壓器的額定電壓二次側(cè)額定電壓取比線路額定電壓高5%，因變壓器二次側(cè)額定電壓規(guī)定為空載時(shí)的電壓，而額定負(fù)荷下變壓器內(nèi)部電壓降落約為5%。為使正常時(shí)變壓器二次側(cè)電壓較線路額定電壓高5%，變壓器二次側(cè)額定電壓取比線路額定電壓高10%。2023/10/2462④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇例子2023/10/2463④電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇二、額定電壓的規(guī)定

1.低于3kV系統(tǒng)的額定電壓低于3kV交流三相/單相電力系統(tǒng)額定電壓和電氣設(shè)備額定電壓2023