《電氣工程基礎》課程教學大綱

《電氣工程基礎》課程教學大綱課程代碼：0801758課程負責人：劉滌塵課程中文名稱：電氣工程基礎課程英文名稱：FoundationofPowerEngineering課程類別：必修課程學分數：5課程學時數：90授課對象：電氣工程與自動化專業(yè)大三學生本課程的前導課程：《工程數學》、《電工基礎》、《電機學》、《電子技術》、《自動控制理論》、《計算機技術基礎》。一、教學目的使學生建立電力系統(tǒng)的基本概念，掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)故障分析的基本原理及計算方法，熟悉電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念。使學生了解高電壓交、直流輸電技術的基本概念、遠距離輸電線路的自然功率與電壓分布、各種過電壓的形成及其限制措施；建立二次系統(tǒng)的概念，看懂二次接線圖，了解電力系統(tǒng)繼電保護、自動裝置的原理及作用，了解電力系統(tǒng)通信的基本原理。二、教學要求熟悉“電力系統(tǒng)的組成和運行；電力系統(tǒng)的負荷特性與模型；簡單電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本物理概念和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施；遠距離輸電線路的自然功率與電壓分布；發(fā)電廠、變電所常用的控制與信號系統(tǒng)；電力系統(tǒng)常用的三種主要通信方式光纖通信、微波中繼通信和電力線載波通信的基本原理；電力系統(tǒng)調度自動化的基本原理；配電網自動化的構成及功能?！闭莆铡半娏ο到y(tǒng)主設備元件的物理特性及等值電路；標幺值的概念、計算方法；各種操作過電壓的形成及其影響因素；數字通信的基本原理；同步發(fā)電機同期并列裝置和電力系統(tǒng)自動低頻減負荷等電力系統(tǒng)常用的自動控制裝置的基本原理。”重點掌握“電力系統(tǒng)經典潮流計算的基本方法、電力系統(tǒng)有功功率與頻率之間的關系、無功功率與電壓之間的關系以及電力系統(tǒng)經濟運行的基本概念和計算方法；電力系統(tǒng)對稱和簡單不對稱故障的物理過程分析和計算方法；架空輸電線路、變電站的雷害過程及防雷措施；輸電線路電流保護的整定計算原則以及變壓器縱差動保護的基本原理?！比?、課程內容與學時分配1概論熟悉電力工業(yè)在國民經濟中的地位；熟悉電力系統(tǒng)、電力網和動力系統(tǒng)的劃分；熟悉火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠的基本生產過程，了解核電廠以及其他新能源發(fā)電廠的特點；掌握電力網的組成及作用，了解架空線路的額定電壓與輸送功率和輸送距離的關系；掌握額定電壓的基本概念以及電力系統(tǒng)中各設備額定電壓的確定方法；熟悉對電力系統(tǒng)運行的特點以及對電力系統(tǒng)運行的基本要求；了解我國電力工業(yè)的現狀和發(fā)展前景。本章內容：1.1電力工業(yè)在國民經濟中的地位1.2電力網、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的劃分1.3發(fā)電廠1.4電力網1.5電力系統(tǒng)1.6我國電力工業(yè)的現狀和發(fā)展前景重點：電力網、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的劃分及各設備額定電壓的確定原則。難點：各設備額定電壓的確定原則。2電力系統(tǒng)的負荷掌握負荷的表示方法、負荷曲線和負荷曲線的類型以及各類負荷曲線的作用；掌握最大負荷利用時間的物理意義；熟悉負荷特性，了解負荷的數學模型；熟悉諧波分析中常用的若干特征量和電力系統(tǒng)中的主要諧波源及其特點。本章內容：2.1負荷的表示方法2.2負荷的特性與模型2.3電力系統(tǒng)中的諧波重點：負荷曲線的類型以及各類負荷曲線的作用；最大負荷利用時間的物理意義以及負荷特性。難點：負荷特性。3電力系統(tǒng)主設備元件掌握雙繞組的Γ型等值電路、等值電路中各參數的物理含義及其計算方法；熟悉三繞組變壓器的等值電路及其參數的計算；了解變壓器的π型等值電路；熟悉架空線路的主要組成部分及各部分的作用；掌握架空線路各參數的物理意義以及影響線路參數大小的因素；了解架空線路參數的計算公式；掌握輸電線路的一字型等值電路、π型等值電路和T型等值電路及其適用范圍；了解電纜線路。掌握開關電弧的產生和熄滅原理；熟悉高壓斷路器的種類、結構、應用范圍；掌握油斷路器和六氟化硫斷路器滅弧室的工作原理和特點；掌握真空電弧的特征及真空滅弧室的結構特點和工作原理；熟悉負荷開關與熔斷器組合的應用；熟悉隔離開關的種類和作用。掌握電磁式電壓互感器和電流互感器的工作特點、性能要求、誤差來源和接線方式；熟悉提高互感器精度所采取的措施；了解電容式電壓互感器的工作原理。本章內容：3.1電力變壓器的等值電路及參數計算3.2輸電線路3.3高壓開關電器3.4高壓互感器重點：雙繞組變壓器參數的計算方法及Γ型等值電路；架空線路參數的物理意義、影響因素及等值電路；開關電弧的產生和熄滅原理；油斷路器、六氟化硫斷路器滅弧室的滅弧原理和性能；電磁式高壓互感器的工作特點和接線方式。難點：三繞組變壓器參數的計算及等值電路；六氟化硫斷路器旋弧式滅弧裝置；真空電弧、真空斷路器觸頭；高壓互感器的誤差分析。4電力系統(tǒng)的接線方式熟悉無備用和有備用電力網的接線方式及其優(yōu)缺點；掌握電氣主接線的各種形式及其基本要求；掌握有匯流母線的單母線、雙母線等接線的特點、倒閘操作順序和優(yōu)缺點、改進措施以及應用范圍；掌握無匯流母線的單元接線、橋形接線和角形接線的特點、應用范圍；熟悉典型的發(fā)電廠主接線形式；掌握中性點不同接地方式的特點及使用范圍。本章內容：4.1電力網的接線4.2發(fā)電廠、變電所主接線4.3中性點接地方式重點：單母接線及其倒閘操作；雙母接線及其倒閘操作；橋形接線的特點；中性點接地方式的特點。難點：單母接線、雙母接線的倒閘操作步驟；各種中性點接地方式的分析及單相接地故障等值電路的確定。5電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析掌握電壓降落、電壓損耗、電壓偏移等基本概念；掌握線路和變壓器中的功率損耗和電壓降落的計算公式及公式應用的注意點；掌握開式網絡的潮流計算方法；熟悉簡單閉式網和電磁環(huán)網的潮流計算；了解電力系統(tǒng)有功功率與頻率之間的關系、有功功率平衡的必要性及備用容量的分類和類型、各類電廠的運行特點和合理組合；掌握負荷和發(fā)電機的功-頻靜特性；掌握電力系統(tǒng)一次調頻、二次調頻的過程及特點；了解電力系統(tǒng)無功功率和電壓之間的關系、無功功率平衡的必要性、主要的無功電源及其特點；了解電壓調整的原理和要求以及電壓調整的必要性；掌握各種無功補償和調壓措施的原理和特點；掌握變壓器分接頭、并聯電容器容量和調相機容量以及串聯電容器容量的計算方法；掌握網損率的概念；了解計算網損的基本方法；掌握降低網損的技術措施；掌握等耗量微增率原則的基本原理。本章內容：5.1電力系統(tǒng)的潮流計算5.2電力系統(tǒng)的頻率與有功功率5.3電力系統(tǒng)的電壓與無功功率5.4電力系統(tǒng)經濟運行重點：電壓降落、電壓損耗、電壓偏移等基本概念；線路和變壓器中的功率損耗和電壓降落的計算；開式網絡的潮流計算方法；一次調頻、二次調頻的過程及特點；各種無功電源及其特點；中樞點調壓方式及電壓調整的基本原理；各種無功補償和調壓措施的原理以及調壓的計算方法；網損率的概念；降低網損的技術措施；火電廠間經濟功率分布的等耗量微增率原則。難點：開式網絡的潮流計算方法；簡單閉式網和電磁環(huán)網的潮流計算方法；一次調頻、二次調頻的過程及特點；各種無功補償和調壓措施的原理以及調壓的計算方法。6電力系統(tǒng)的對稱故障分析了解短路的概念、類型、原因和危害；掌握標幺值的定義、特點、基準值的選擇以及電力系統(tǒng)各元件標幺值的近似計算公式和運用；掌握恒定電勢源電路突然三相短路的短路電流暫態(tài)變化過程以及短路電流周期分量、非周期分量、短路沖擊電流、短路電流的有效值和母線殘壓的計算方法；熟悉同步發(fā)電機對稱短路時穩(wěn)態(tài)短路電流的分析與計算、同步發(fā)電機對稱短路的暫態(tài)過程、次暫態(tài)過程、暫態(tài)電抗、暫態(tài)電勢、次暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電勢等物理概念；了解異步電動機對稱短路時的暫態(tài)過程；掌握電力系統(tǒng)三相短路電流實用計算中輸入阻抗、轉移阻抗、電流分布系數和計算曲線法中計算電抗、發(fā)電廠合并原則以及用計算曲線解題等內容。本章內容：6.1短路的一般概念6.2標幺制6.3恒定電勢源供電系統(tǒng)的三相短路6.4有限容量電源的三相短路6.5電力系統(tǒng)三相短路電流的實用計算重點：標幺值的定義、基準值的選擇以及電力系統(tǒng)各元件標幺值的近似計算公式和運用；恒定電勢源電路突然三相短路的分析、短路電流各分量的計算；輸入阻抗、轉移阻抗、電流分布系數和計算電抗的物理概念以及計算曲線和三相短路電流的實用計算。難點：基準值的選擇以及電力系統(tǒng)各元件標幺值的近似計算公式；恒定電勢源電路短路電流各分量的計算；輸入阻抗、轉移阻抗、電流分布系數的計算；計算曲線和三相短路電流的實用計算。7電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等值網絡掌握對稱分量法及其在不對稱短路計算中的應用；掌握變壓器的零序參數及其等值電路；了解架空輸電線路的負序和零序參數計算原理，熟悉雙回架空輸電線的零序阻抗及其等值電路；熟悉同步電機序阻抗的物理概念；熟悉負荷序阻抗的表示方法；掌握各序網以及復合序網的制定方法。本章內容：7.1對稱分量的原理7.2變壓器在各序電壓作用下的等值電路及其序阻抗特性7.3輸電線路在各序電壓作用下的序阻抗及等值電路7.4架空輸電線路的各序電納（選學內容）7.5同步電機的序阻抗7.6負荷的序阻抗7.7電力系統(tǒng)各序網絡的制定重點：序阻抗的概念；變壓器的零序參數及其等值電路；各序網以及復合序網的制定方法。難點：變壓器的零序參數及其等值電路；輸電線路的序阻抗、序電納的分析計算及等值電路；電力系統(tǒng)零序網絡的制定。8電力系統(tǒng)不對稱故障的分析掌握簡單不對稱短路的分析方法；掌握不對稱短路時短路點各序電流、電壓的計算方法以及正序等效定則；熟悉接地系數的概念及其應用；掌握各序電流、電壓在網絡中的分布規(guī)律以及計算方法；熟悉各序電壓和電流分量經變壓器后的相位變換。本章內容：8.1簡單不對稱短路的分析8.2不對稱短路時網絡中電流和電壓的分布8.3電流和電壓各序分量經變壓器后的相位變換重點：簡單不對稱短路的分析方法；不對稱短路時短路點各序電流、電壓的計算方法以及正序等效定則；不對稱短路時各序電流、電壓在網絡中的分布規(guī)律；電壓和電流對稱分量經變壓器后的相位變換。難點：各種簡單不對稱短路的序量邊界條件分析以及短路點各序電流、電壓的計算；各序電流、電壓在網絡中的分布計算；電壓和電流對稱分量經變壓器后的相位變換。9電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念掌握功角的時間概念和空間概念及其在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中的重要意義；熟悉同步發(fā)電機的轉子運動特性；掌握靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。本章內容：9.1同步發(fā)電機的機電特性9.2靜態(tài)穩(wěn)定的概念9.3暫態(tài)穩(wěn)定的概念9.4提高穩(wěn)定的措施重點：功角的時間概念和空間概念；同步發(fā)電機的轉子運動特性；靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念以及提高穩(wěn)定性的措施。難點：同步發(fā)電機的轉子運動特性；靜態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定的分析及基本概念。10章遠距離輸電熟悉長輸電線路的等值電路、長線基本方程及其穩(wěn)態(tài)解、空載線路的電壓分布及并聯電抗器的作用等；了解高壓直流輸電的優(yōu)缺點、直流輸電的接線方式及換流站的作用等；了解靈活交流輸電系統(tǒng)的工作原理及常用的幾種補償裝置。本章內容：10.1交流遠距離輸電10.2并聯電抗器的作用10.3高壓直流輸電10.4靈活交流輸電系統(tǒng)重點：空長線的電容效應及并聯電抗器的補償作用。難點：遠距離輸電線路的自然功率與電壓分布。11章電力系統(tǒng)內部過電壓了解過電壓的含義及分類、掌握產生各種內部過電壓的根本原因、物理過程及其影響因素和限制措施。本章內容：11.1概述11.2操作過電壓11.3諧振過電壓11.4電壓互感器飽和過電壓重點：幾種操作過電壓的形成過程；鐵磁諧振過電壓的基本性質。難點：斷線諧振過電壓簡化等值電路的分析。12章電力系統(tǒng)防雷保護了解雷電放電過程、雷電參數、直擊雷過電壓、感應雷過電壓及雷電進行波的基本概念；主要保護設備的保護原理及工作特性；掌握輸電線路過電壓形成的及主要防雷措施；掌握變電站防雷保護所要求及基本防雷接線；掌握電力系統(tǒng)接地、接地電阻的概念。本章內容：12.1雷電過電壓的成因及其特點12.2防雷保護裝置12.3架空輸電線路防雷12.4變電站防雷12.5配電變壓器防雷12.6電力系統(tǒng)接地重點：輸電線路防雷的兩個重要指標、架空輸電線路雷害過程和防雷措施；變電站防雷的基本接線方式中各元件的作用。難點：輸電線路雷害過程、進線段保護。13章電力系統(tǒng)繼電保護了解繼電保護的任務及作用、繼電保護的基本原理和組成，熟悉對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求；了解電磁型電流繼電器的基本原理；掌握相間短路的三段式電流保護的整定計算方法和電流保護的接線方式；掌握相間短路的方向性電流保護的工作原理；了解中性點直接接地電網接地短路的特點及其零序電流保護的構成；了解中性點不接地電網單相接地故障的特點及其接地保護；了解變壓器常見故障及相應的保護方式；掌握縱差動保護的基本原理及變壓器縱差動保護的特點。本章內容：13.1繼電保護的基本原理13.2輸電線路的繼電保護13.3電力變壓器的繼電保護重點：繼電保護的基本原理及對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求；相間短路的三段式電流保護的整定計算方法（包括動作電流及動作時限的整定，靈敏度的校驗等）；電流保護的接線方式；相間短路的方向性電流保護的工作原理；中性點直接接地電網接地短路的特點及中性點不接地電網單相接地故障的特點；縱差動保護的基本原理；變壓器縱差動保護的特點。難點：相間短路的三段式電流保護的整定計算方法；功率方向繼電器的工作原理；中性點不接地電網單相接地故障的特點分析；縱差動保護的基本原理。14章發(fā)電廠變電所的控制與信號系統(tǒng)熟悉一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的基本概念；看懂二次接線圖，熟悉其常用的文字及圖形符號；了解控制和信號回路常用的低壓電器；熟悉高壓斷路器的控制回路；熟悉高壓隔離開關的電動操作與閉鎖回路；了解發(fā)電廠和變電所的操作電源。本章內容： 14.1電氣二次回路14.2控制回路和信號回路常用低壓電器14.3高壓斷路器的控制回路14.4高壓隔離開關的電動操作與閉鎖14.5信號即測量回路14.6發(fā)電廠變電所的操作電源重點：一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)、二次回路、二次接線圖的基本概念；低壓斷路器和接觸器的基本原理；高壓斷路器的控制回路；高壓隔離開關的電動操作與閉鎖回路。難點：高壓斷路器的控制回路；高壓隔離開關的電動操作與閉鎖回路。15章電力系統(tǒng)通信了解通信系統(tǒng)的基本組成及分類、電力系統(tǒng)通信的作用和特點、我國電力通信網的現狀及發(fā)展；掌握數字通信系統(tǒng)的基本模型及特點；了解數字通信系統(tǒng)的主要性能指標；掌握信源編碼、信道編碼及同步的概念；掌握數字基帶傳輸、頻帶傳輸、數字調制與解調的基本概念；熟悉光纖通信系統(tǒng)的基本組成；了解光纖光纜的結構及光波的傳輸特性；了解光源和光發(fā)射機、光檢測和光接收機的原理；掌握微波及其傳輸特性、微波信道及系統(tǒng)組成；了解微波通信設備、中繼方式及抗衰落技術；掌握射頻頻率配置原則；了解電力線載波通信的基本原理、變頻的基本原理和電力線載波通道的組成，了解數字式電力線載波的原理；掌握電力系統(tǒng)遠動的基本概念；了解電力系統(tǒng)遠動的工作模式及遠動規(guī)約；了解電力通信網絡技術。本章內容：15.1概述15.2數字通信原理15.3光纖通信15.4微波中繼通信15.5電力線載波通信15.6電力系統(tǒng)遠動及規(guī)約15.7電力通信網絡技術重點：數字通信系統(tǒng)的基本模型及特點；數字調制（包括數字調幅、數字調頻和數字調相）與解調；光纖通信系統(tǒng)的基本組成、光纖的傳輸特性；微波中繼通信的頻率范圍及其傳播特性；射頻頻率配置原則；變頻的基本原理；電力系統(tǒng)遠動的基本概念。難點：數字調制（包括數字調幅、數字調頻和數字調相）與解調；光纖的傳輸特性；微波射頻頻率配置原則；變頻的基本原理。16章電力系統(tǒng)自動控制技術了解電力系統(tǒng)安全運行的控制原則與措施、電力系統(tǒng)安全控制狀態(tài)、電力系統(tǒng)安全控制的目的和內容；了解電力系統(tǒng)調度自動化的組織、任務、結構及功能；掌握同步發(fā)電機同期并列的基本概念；了解自同期并列的原理；掌握準同期并列裝置的原理及實現方法；了解微機準同期并列裝置的原理；了解電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性；掌握自動低頻減負荷裝置的原理及整定原則；了解水輪發(fā)電機組低頻自起動裝置和自動解列裝置的原理；了解配電網的構成；了解配電網自動化的功能、要求及組成。本章內容：16.1概述16.2電力系統(tǒng)調度自動化16.3電力系統(tǒng)典型自動控制裝置16.4配電網自動化重點：電力系統(tǒng)調度自動化的組織、任務；同步發(fā)電機同期并列、自同期、準同期的基本概念；準同期并列裝置的原理及構成；自動低頻減負荷裝置的原理。難點：準同期并列條件的分析；準同期并列裝置的原理；自動低頻減負