電力工程基礎(chǔ)第一章緒論

電氣工程根底ElectricalEngineeringFundamentals

Dianqigongchengjichu

2024/1/122考核方式綜合形式：平時成績40%考勤10%〔不定期點名，可以不來但必須有理請假！3次不到者取消平時成績〕課堂報告10%；作業(yè)20%；期末成績60%閉卷題型待定第1章緒論(1)2024/1/124本章內(nèi)容概要電力工業(yè)開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2024/1/125楔子現(xiàn)在教室里的“電〞是哪里來的？怎么來的？如果用專業(yè)的角度去答復(fù)…打回家時問問爸媽你家什么時候用上電的？了解電力行業(yè)的歷史和開展…2024/1/128①我國電力工業(yè)開展如何？據(jù)預(yù)測到2021年底，中國發(fā)電總裝機容量預(yù)計為8.18億千瓦，“十一五〞年均增長9.8%；到2021年，中國大陸發(fā)電總裝機容量預(yù)計到達11.86億千瓦。一、根本概況2024/1/129①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況2024/1/1210①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況2024/1/1211①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況廣東省情況：到2021年，全省電力裝機容量達6007.85萬千瓦，比1949年增長1177倍，占全國目前的7.6％，居全國第一位。2021年，廣東全社會用電量3506.78億千瓦時，是1949年的5478倍，占了全國目前的10.3％，居全國第一位。2024/1/1212①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況廣東省情況：2021年，廣東外購電量達963.10億千瓦時。其中，購西電東送電量到達927.57億千瓦時，西電占廣東全社會用電量的比例由2002年的9.5％增長到2021年的25.4％，已成為廣東電力的重要來源。預(yù)計到2021年，廣東核電裝機總?cè)萘繉⒌竭_2400萬千瓦。2024/1/1213①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況2024/1/1214①我國電力工業(yè)開展如何？二、電源開展情況新能源p6風(fēng)能Wind；太陽能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；垃圾燃燒發(fā)電……2024/1/1215內(nèi)蒙古：風(fēng)沙源地變成風(fēng)能基地2021年底，內(nèi)蒙古赤峰市成為我國第一個地市級百萬千瓦風(fēng)電基地。2024/1/1216太陽能發(fā)電2024/1/1217潮汐能已經(jīng)在挪威海域運行了幾年的海底潮汐能發(fā)電機2024/1/1218地?zé)崮?024/1/1219①我國電力工業(yè)開展如何？三、電網(wǎng)的開展電網(wǎng)系統(tǒng)運行電壓等級不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也不斷擴大；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個跨省的大型區(qū)域電網(wǎng)，并根本形成了完整的長距離輸電電網(wǎng)網(wǎng)架；近年來，我國加快了特高壓電網(wǎng)的建設(shè)力度；2024/1/1220①我國電力工業(yè)開展如何？2024/1/1221①我國電力工業(yè)開展如何？2024/1/12222024/1/1223①我國電力工業(yè)開展如何？三、電網(wǎng)的開展1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程全線單回路架設(shè)，全長654公里，跨越黃河和漢江。變電容量600萬千伏安。系統(tǒng)標(biāo)稱電壓1000千伏，最高運行電壓1100千伏，靜態(tài)投資約57億元。2024/1/1224±800kV直流輸電工程云南至廣東直流輸電工程起點在云南金山江畔的溪洛渡電站，終點在廣東增城，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，是總裝機容量1260萬千瓦的特大型工程，僅次于我國三峽水電站和巴西的伊泰普水電站。2024/1/12252021年全國特高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2024/1/1226①我國電力工業(yè)開展如何？三、電網(wǎng)的開展“十一五〞期間，我國電網(wǎng)建設(shè)總投資超過1萬億元；到2021年，隨著國家電網(wǎng)特高壓及500千伏跨區(qū)、跨國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的建成，跨區(qū)輸電容量將到達7000萬千瓦；2024/1/1227①我國電力工業(yè)開展如何？三、電網(wǎng)的開展—廣東電網(wǎng)情況廣東電網(wǎng)是目前全國最大的省級電網(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“八交五直〞線路以及鯉曲線與中西部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)；通過4回400千伏線路與香港中華電力系統(tǒng)互聯(lián)；通過4回110千伏線路、3回220千伏電纜向澳門地區(qū)供電；2021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、容量31271萬千伏安；其中500kV線路5659千米、變電站31座、主變73臺、容量6325萬千伏安。此局部為補充內(nèi)容2024/1/1228南方電網(wǎng)網(wǎng)架500kV2024/1/1229①我國電力工業(yè)開展如何？四、電力體制改革此局部為補充內(nèi)容2002年電力體制改革，廠網(wǎng)別離；“電價市場化〞，破除壟斷？華電

國電

電力投資

大唐

華能

五大發(fā)電集團兩大電網(wǎng)公司國家電網(wǎng)公司

中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司

國投電力中廣核國華電力華潤電力四小豪門2024/1/1230電力工業(yè)開展概況及前景回憶與小結(jié)一、電力系統(tǒng)的形成和開展1820年奧斯特證實了電流的磁效應(yīng)1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，促進電動機和發(fā)電機的創(chuàng)造1882年實現(xiàn)了較高電壓的直流輸電遠(yuǎn)距離、大功率傳輸困難1885年實現(xiàn)了單相交流輸電，1889年創(chuàng)造了三相異步電動機、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)2024/1/1231電力工業(yè)開展概況及前景回憶與小結(jié)一、電力系統(tǒng)的形成和開展2024/1/1232電力工業(yè)開展概況及前景

回憶與小結(jié)2024/1/1233電力工業(yè)的開展方向電力工業(yè)開展概況及前景

回憶與小結(jié)2024/1/1234引子：什么是電力系統(tǒng)？2024/1/1235

一、電力系統(tǒng)的概念通過圖示掌握電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的概念1〕電力網(wǎng)：由各個電壓等級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、電力網(wǎng)和用戶負(fù)荷組成的系統(tǒng)。3〕動力系統(tǒng)：由發(fā)電廠中的動力局部和電力系統(tǒng)共同組成的系統(tǒng)。②電力系統(tǒng)根本概念為何要升壓輸電？2024/1/1236②電力系統(tǒng)根本概念2024/1/1237②電力系統(tǒng)根本概念電能的傳輸2024/1/12382024/1/12392024/1/1240電能系統(tǒng)：在動力系統(tǒng)中，生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換的能量主要局部是電能的，稱為電能系統(tǒng)。電力系統(tǒng)：電能系統(tǒng)中的電氣局部稱為電力系統(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)根本概念2024/1/1241電力網(wǎng)：按電壓等級的上下、供電范圍大小的分類地方電力網(wǎng)：電壓等級在35kV~110kV區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級在35kV以上(一般為110kV~220kV)超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級為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)根本概念2024/1/1242②電力系統(tǒng)根本概念2024/1/1243二、電力系統(tǒng)運行生產(chǎn)的特點1、電能生產(chǎn)、輸送、分配和使用過程的同時性與同一性。2、與國民經(jīng)濟及人民生活關(guān)系密切。負(fù)荷的分類〔一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷〕3、機電暫態(tài)及電磁暫態(tài)迅速，即過渡過程非常短促。須借助自動裝置對電力系統(tǒng)進行控制〔繼電保護、遠(yuǎn)動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置…〕②電力系統(tǒng)根本概念2024/1/1244三、對電力系統(tǒng)的根本要求1、保證平安可靠地供電。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)運行的經(jīng)濟性。②電力系統(tǒng)根本概念1〕引入2003年美加‘814’停電事件。2〕說明電能質(zhì)量指標(biāo)。3〕拉閘限電。4〕經(jīng)濟性。把上述各點歸納起來可知：保證對用戶不間斷地供給充足、優(yōu)質(zhì)而又價廉的電能，這就是電力系統(tǒng)的根本任務(wù)。2024/1/1245了解電力網(wǎng)和電力系統(tǒng)概念；了解電力系統(tǒng)運行生產(chǎn)的特點和對電力系統(tǒng)的根本要求。電力系統(tǒng)根本概念

回憶與小結(jié)2024/1/1246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)2024/1/1247③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓電壓質(zhì)量對各類用電設(shè)備的平安經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖1-12表示照明負(fù)荷的電壓特性。從圖上可以看出，對照明負(fù)荷來說，白熾燈對電壓的變化是敏感的。當(dāng)電壓降低時，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，白熾燈的壽命將大為縮短。例如，電壓較額定值降低10%，那么光通量減少30%；電壓額定值上升10%，那么壽命縮減一半。2024/1/1248③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)改變運行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點的電壓也隨之改變，各點的實際電壓與系統(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)備的實際端電壓，kV。2024/1/1249③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓2.電壓波動一系列的電壓變動或電壓包絡(luò)線的周期性變動，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％時稱為電壓波動。波動的幅值為：

——用電設(shè)備端電壓的最大波動值，kV；

——用電設(shè)備端電壓的最小波動值，kV。2024/1/1250③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓3.電壓閃變負(fù)荷急劇的波動造成供配電系統(tǒng)瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。4.不平衡度不對稱度是衡量多相負(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稱度，均以百分?jǐn)?shù)表示。

2024/1/1251③電能的質(zhì)量指標(biāo)-電壓2024/1/1252③電能的質(zhì)量指標(biāo)-頻率偏差頻率偏差是指供電的實際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過±0.5Hz，當(dāng)電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過±0.2Hz。調(diào)整頻率的方法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機有功功率。2024/1/1253③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2024/1/1254③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)荷的等級要求制定的。衡量供電可靠性的指標(biāo)，用全年平均供電時間占全年時間百分?jǐn)?shù)表示。2024/1/1255④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇2024/1/1256一、電力系統(tǒng)的電壓等級電氣設(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)的電壓等級及其選擇2024/1/1257④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇2024/1/1258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，其額定電壓一般比相應(yīng)的系統(tǒng)額定電壓高5%(補償電壓損失)④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇UGN＝UN〔1＋5％〕2024/1/1259變壓器的額定電壓變壓器具有發(fā)電機和負(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。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)的電壓等級及其選擇2024/1/1260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，對于直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器，其一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即：④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇U1N＝UGN＝UN〔1＋5％〕2024/1/1261④電力系統(tǒng)的電壓等級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%。2024/1/1262④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇例子2024/1/1263④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇二、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2024/1/1264④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇二、額定電壓的規(guī)定

2.3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓2024/1/1265④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇二、額定電壓的規(guī)定

用電設(shè)備的額定電壓：系統(tǒng)的額定電壓UN發(fā)電機的額定電壓：105%UN變壓器一次繞組：相當(dāng)于用電設(shè)備=UN變壓器二次繞組：相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備=110%UN2024/1/1266④電力系統(tǒng)地電壓等級及其選擇三、電壓等級的選擇

因為三相功率S和線電壓U、線電流I之間的關(guān)系式，輸電功率一定時輸電電壓越高，電流越小，導(dǎo)線截面越小，投資越小。但電壓越高，桿塔、變壓器、斷路器等絕緣的投資越大。2024/1/1267④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇表1-7額定電壓與相應(yīng)傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系2024/1/1268④電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇額定電壓等級中相鄰電壓級差之比不宜過小。根據(jù)經(jīng)驗，110KV以下的電壓一般在三倍左右，110KV以上的電壓級差一般在二倍左右。

2024/1/1269⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地電力系統(tǒng)的接線方式大致分為兩大類：〔1〕無備用電源接線〔2〕有備用電源接線具體表現(xiàn)型式有〔1〕放射式〔2〕樹干式〔3〕混合式〔4〕環(huán)網(wǎng)式2024/1/1270⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地1.無備用接線〔開式電力網(wǎng)〕方式無備用接線包括：〔1〕單回放射式〔2〕樹干式〔3〕鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)2024/1/1271⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2．有備用接線〔閉式電力網(wǎng)〕方式有備用接線方式包括〔1〕雙回放射式〔2〕樹干式〔3〕鏈?zhǔn)健?〕環(huán)式〔5〕兩端供電網(wǎng)絡(luò)2024/1/1272⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地有備用接線的雙回放射式、樹干式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)用于一、二級負(fù)荷。環(huán)式接線，供電經(jīng)濟、可靠，但運行調(diào)度復(fù)雜，線路發(fā)生故障切除后，由于功率重新分配，可能導(dǎo)致線路過載或電壓質(zhì)量降低。兩端供電接線方式必須有兩個獨立的電源。2024/1/1273⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2024/1/1274⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2024/1/1275⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2024/1/1276⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2024/1/1277⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地根據(jù)電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，其接地故障電流的大小來劃分，我國電力系統(tǒng)地中性點接地有兩大類：1.小電流接地系統(tǒng)2.大電流接地系統(tǒng)具體來說有4種，即小電流接地系統(tǒng)—包括中性點不接地(中性點絕緣)、中性點經(jīng)消弧圈接地或經(jīng)大電阻、中電阻接地；大電流接地系統(tǒng)—包括中性點直接接地、中性點經(jīng)小電阻接地。2024/1/1278⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地根據(jù)電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障〔占６５％〕時接地故障電流的大小，可將中性點接地方式分為兩類：2024/1/1279⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地二、中性點不接地的系統(tǒng)2024/1/1280⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地二、中性點不接地的系統(tǒng)

當(dāng)各相對地電容不相等時，即使在正常運行狀態(tài)下，中性點的對地電位便不再是零，通常稱此情況為中性點位移。多是由于架空線路排列不對稱而又換位不完全的緣故。2024/1/1281⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地

發(fā)生A相單相金屬性接地故障情況，此時A相對地電壓降為零,而非故障相B、C對地電壓在相位和數(shù)值上均發(fā)生變化.由圖還可看出，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運行中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，在接地點將流過接地故障電流〔電容電流〕。例如，A相發(fā)生接地故障時，A相對地電容被短接，B、C相對地電壓升高到等于線電壓，所以對地電容電流變?yōu)椤步拥仉娏鳌砽oh為同級電力網(wǎng)具有電的直接聯(lián)系的架空線路總長度〔km〕；lcab為同級電力網(wǎng)具有電的直接聯(lián)系的電纜線路總長度〔km〕。接地電流絕對值由于線路對地電容電流很難準(zhǔn)確計算，通常按經(jīng)驗公式計算⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地2024/1/1283⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地三、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)2024/1/1284⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地三、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地時，有三種補償方式，即全補償方式、欠補償方式和過補償方式。2024/1/1285⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地四、中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地相短路電流很大。為保證設(shè)備平安和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，必須迅速切除故障線路。當(dāng)發(fā)生單相接地時切除故障線路，將中斷向用戶供電。為了彌補這個缺點，在線路上廣泛安裝三相或單相自動重合閘裝置來提高供電可靠性。在380/220V系統(tǒng)中，絕緣不是主要矛盾,從人身平安考慮,一般都采用中性點直接接地方式,發(fā)生故障后,可以迅速跳開自動開關(guān)或燒斷熔斷絲。中性點直接接地的電力系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：發(fā)生單相接地故障時中性點電位仍接近于零，非故障相對地電壓接近于相電壓。因此電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮，從而可以降低工程造價。目前，我國110kV及以上的電力系統(tǒng)根本上都采用中性點直接接地方式。國外220kV及以上的電力系統(tǒng)也都采用這種接地方式。2024/1/1286⑤電網(wǎng)接線方式與電力系統(tǒng)中性點接地四、中性點直接接地系統(tǒng)系統(tǒng)中性點經(jīng)一無阻抗〔