電氣工程基礎第一章

電氣工程基礎二O一O年九月

1第1章概論21.1電力工業(yè)在國民經濟中的地位

電是能量的一種表現(xiàn)形式，是一種二次能源。人均用電量是衡量現(xiàn)代生活水平的重要標志。電能的優(yōu)點電力工業(yè)電力工業(yè)的發(fā)展水平是反映國家經濟發(fā)達程度的重要標志。3

世界人均消費電能（2000年）45★

2003年8月14日北美大停電

電力工業(yè)是國民經濟發(fā)展的先行基礎行業(yè)。6★

2003年8月28日英國停電

7★我國電網發(fā)生的重大事故2005年9月26日，海南受臺風影響，全省大停電2006年7月1日，華中電網振蕩2005年7月，13個省級電網電力供需緊張，拉電3.84萬條次2006年7月，9個省級電網電力供需緊張，拉電2158條次81.2電力系統(tǒng)概述9

1882年9月第一個完整的直流電力系統(tǒng)由ThomasEdison在紐約建成并投入，電壓110V,輸送距離1.5km。

1889年9月第一個單相交流輸電系統(tǒng)在美國俄勒岡州投入運行，電壓4000V,輸送距離21km。

1893年第一個三相交流輸電系統(tǒng)在美國南加州投入運行，電壓2300V,輸送距離12km。1、電力系統(tǒng)、電力網及動力系統(tǒng)10熱力網水庫23kV鍋爐10kV10kV工業(yè)用戶220/380V商業(yè)用戶反應堆23kV220kV110kV500kV電力系統(tǒng)電力網動力系統(tǒng)11電力系統(tǒng)：由發(fā)電機、升降壓變壓器、各種電壓等級的輸電線路和廣大用戶的用電設備所組成的統(tǒng)一整體。電力網：發(fā)電設備和用電設備之間輸送和分配電能的網絡。動力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機轉動的動力部分。121.3

發(fā)電廠13煤炭、石油、天然氣

火力發(fā)電廠水能水力發(fā)電廠核能核電廠新能源(風能、潮汐、地熱、太陽能…)新能源電廠141.火力發(fā)電廠原動機：凝汽式汽輪機、燃氣輪機、內燃機我國大部分火電廠為凝汽式火力發(fā)電廠

化學能熱能燃燒原動機發(fā)電機機械能電能15鍋爐凝汽器發(fā)電機汽輪機變壓器輸電線路16171819火電廠外景20鍋爐外觀全景21汽輪機及發(fā)電機外觀22主變壓器側面23主變壓器正面24輸電線路25廠用變壓器26晾水塔27送風機及靜電除塵裝置282.水力發(fā)電廠★水電廠的類型

堤壩式

引水式

抽水蓄能電站

勢能水輪機發(fā)電機機械能電能29堤壩式水電廠:利用修筑攔河堤壩來抬高上游水位，形成發(fā)電水頭的水電廠?！锏虊问剿姀S的分類壩后式

河床式30壩后式水力發(fā)電廠示意圖上游水庫大壩變壓器發(fā)電機下游31河床式水力發(fā)電廠示意圖進水口廠房溢流壩32引水式水力發(fā)電廠堰引水渠壓力水管廠房33水壩蓄水池抽水蓄能電站（發(fā)電）34抽水蓄能電站（蓄能）353.核電廠利用核能發(fā)電的工廠。★分類輕水堆重水堆石墨冷氣堆沸水堆壓水堆36沸水堆型核電廠示意圖混凝土防護殼主循環(huán)泵控制棒反應堆汽輪機發(fā)電機凝結器凝結水泵37壓水堆型核電廠示意圖混凝土防護殼控制棒反應堆加壓器主循環(huán)泵蒸汽發(fā)生器384.其它能源發(fā)電

風力發(fā)電地熱發(fā)電潮汐發(fā)電太陽能發(fā)電39風力發(fā)電示意圖40海上風力發(fā)電站4142火山地下水蒸汽包汽輪機發(fā)電機冷卻塔循環(huán)水泵地熱發(fā)電示意圖4344

潮汐發(fā)電：利用海水漲潮、落潮中的動能和勢能來發(fā)電。45太陽能發(fā)電示意圖461.4

電力網471、電力網的電壓等級及確定原則★確定原則輸送功率輸送距離同系統(tǒng)中電壓等級不宜過多或過少，級差不宜過大。48架空輸電線路的額定電壓與輸送功率和輸送距離的關系

492.額定電壓

能保證電氣設備正常運行，且具有最佳技術指標和經濟指標的電壓，稱為額定電壓?！?/p>

我國公布的額定電壓

注意：其中3kV及以上的高電壓均指三相交流系統(tǒng)的線電壓。5051電氣設備的額定電壓（1）用電設備的額定電壓（2）發(fā)電機的額定電壓（3）變壓器的額定電壓

52用電設備的額定電壓和電網的額定電壓相等。國家規(guī)定，用戶處的電壓偏移一般不得超過±5％。

（1）用電設備的額定電壓（2）發(fā)電機的額定電壓

發(fā)電機的額定電壓比所連接線路的額定電壓高5％，用于補償電網上的電壓損失。53★一次繞組的額定電壓變壓器一次繞組的額定電壓等于電網的額定電壓。當升壓變壓器與發(fā)電機直接相連時，一次繞組的額定電壓與發(fā)電機的額定電壓相同。（3）變壓器的額定電壓54★二次繞組的額定電壓變壓器二次繞組的額定電壓一般比同級電網的額定電壓高10％。當變壓器二次側輸電距離較短，或變壓器阻抗較?。ㄐ∮?％）時，二次繞組的額定電壓可只比同級電網的額定電壓高5％。

5510.5kV220kV500kV110kV10kV功率流動方向★一次繞組

接受電能，相當于用電設備?！锒卫@組

輸出電能，相當于發(fā)電機。56熱力網水庫23kV鍋爐10kV10kV工業(yè)用戶220/380V商業(yè)用戶反應堆23kV220kV110kV500kV573、電力網和變電所的分類★電力網超高壓電力網地方電力網區(qū)域電力網超高壓電力網：電壓等級330～750kV，輸電距離300～1000km。區(qū)域電力網：電壓等級110～220kV，輸電距離50～300km。

地方電力網：電壓等級35～110kV，輸電距離50km以內。5859★變電所樞紐變電所中間變電所終端變電所

樞紐變電站：處于電力系統(tǒng)的中樞地位，連接電力系統(tǒng)高壓和中壓的幾個部分，匯集多個電源，并具有多條聯(lián)絡線路。

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中間變電站：將發(fā)電廠或樞紐變電站與負荷中心聯(lián)系，一般匯集2~3個電源，起系統(tǒng)交換功率或使長距離輸電線路分段的作用。

終端變電站：處于電力網的末端，直接向本地負荷供電，而不再向其他地區(qū)輸送電能。

61熱力網水庫23kV鍋爐10kV10kV工業(yè)用戶220/380V商業(yè)用戶反應堆23kV220kV110kV500kV樞紐變電站區(qū)域電力網中間變電站地方電力網終端變電站超高壓電網621.5電力系統(tǒng)63電能的生產和使用同時完成正常輸電過程和故障過程都非常迅速具有較強的地區(qū)性特點與國民經濟的各部門關系密切1、電力系統(tǒng)運行的特點642電力系統(tǒng)運行的基本要求“安全、可靠、優(yōu)質、經濟”65

一類用戶：煤礦、大型醫(yī)院；大型冶煉廠，軍事基地；國家重要機關，城市公用照明等。

二類用戶：大型影劇院及商場

三類用戶：小城鎮(zhèn)、小加工廠、農村用電等。

（一）保證供電的安全可靠性66（二）保證電能質量電能質量指標頻率電壓波形★

正弦波的畸變率是指各次諧波有效值平方和的方根值占基波有效值的百分比。

67★我國規(guī)定的額定頻率值為50Hz，大容量系統(tǒng)允許頻率偏差±0.2Hz，中小容量系統(tǒng)允許頻率偏差±0.5Hz?！?5kV及以上的線路額定電壓允許偏差±5%；10kV線路額定電壓允許偏差±7％?！?0kV以上波形畸變率不大于4％；380V／220V線路波形畸變率不大于5％。68（三）保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

穩(wěn)定問題是影響大型電力系統(tǒng)運行可靠性的一個重要因素。

（四）保證運行人員和電氣設備工作的安全設計合理、維護及時、嚴格遵守規(guī)章制度。（五）保證電力系統(tǒng)運行的經濟性規(guī)劃設計合理、提高系統(tǒng)調度和管理水平。691.6

我國電力現(xiàn)狀和發(fā)展前景1.歷史及現(xiàn)狀2.中國電力工業(yè)展望3.電力前沿技術

701.歷史及現(xiàn)狀★

1949年，全國裝機容量累計只有1850MW，年發(fā)電量為4.3×109kW·h，分別列世界第21位和第25位★新中國成立后，電力工業(yè)發(fā)展經過的2個階段：

1950～1978年期間東北、京津唐、華東、華中電網形成了220kV主干網架；

建成中國第1條330kV劉天關線路，將陜、甘、青電網互聯(lián)，初步形成了西北電網；71至1978年底，全國發(fā)電裝機容量達到5712萬kW，年發(fā)電量達到2566億kW.h。

1978年后形成了華北、東北、華東、華中、西北、川渝和南方聯(lián)營等7個跨省區(qū)電網以及及5個獨立的省級電網；除西北電網最高電壓等級為330kV外，其它跨省電網和山東電網均以500kV為主網架；到2000年3月，全國發(fā)電裝機容量達到3億kW，年發(fā)電量達到11039億kW.h，裝機容量和發(fā)電量躍居世界第2位。72★我國電力工業(yè)發(fā)展的方針

優(yōu)先開發(fā)水電、積極發(fā)展火電、穩(wěn)步發(fā)展核電、因地制宜地利用其他可再生能源發(fā)電，搞好水電的“西電東送”和火電的“北電南送”建設。

732.中國電力工業(yè)展望★

2020年裝機容量增長到900GW。★發(fā)電能源占一次能源消費的比重由32%提高到40%。★加強電源建設

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繼續(xù)發(fā)展火電▲大力發(fā)展水電▲加速核電國產化▲加強新能源的開發(fā)力度74★開發(fā)清潔發(fā)電能源，發(fā)電能源結構進一步優(yōu)化。75★加強電網建設，實現(xiàn)全國聯(lián)網，逐步發(fā)展跨國電網。★加快城網、農網改造?！镆腚娏κ袌觯⒖茖W合理的電價機制。▲三峽輸變電工程加上華東、華中、重慶和四川的500kV骨干網架，將形成穩(wěn)固的三峽電網?！鹕辰掠蔚木扌碗娬鞠宥珊拖蚣覊坞娬炯捌渫馑洼斪冸姽こ探ǔ珊?，與三峽電網相聯(lián)，將形成以三峽電站為中心沿長江展開的我國中部電網。

763.電力前沿技術★分布式電源液體或氣體燃料的內燃機微型燃氣輪機工程用的燃料電池

77靈活交流輸電技術(FACTS)定質