電氣工程概論第三章電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)

電氣工程概論第三章電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)前第1頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論23.1電力系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史一次能源：植物能源（柴草等）、礦物能源（煤、油、天然氣等）、可再生能源（水、風(fēng)、潮汐、地?zé)帷⑻?yáng)能等）及核能（核裂變、核聚變）。二次能源：由一種或多種一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換或加工得到的能源產(chǎn)品，二次能源更具優(yōu)越性,其利用效率高、清潔、方便。電能是一種被極其廣泛地應(yīng)用的二次能源。電能可以方便地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能等其它形式的能量供人們使用。電能已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。當(dāng)前第2頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論33．1．1電力工業(yè)簡(jiǎn)介電力工業(yè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)輸電電力的輸送發(fā)電利用各種能源資源，生產(chǎn)電能。變電電壓等級(jí)的變換配電電能的分配供給用電電能消費(fèi)電力工業(yè)還包括以下環(huán)節(jié)：規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度、維護(hù)改造、安全監(jiān)察、科研開發(fā)、設(shè)備制造、教育培訓(xùn)、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、電力營(yíng)銷（電力市場(chǎng)）等等。當(dāng)前第3頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論41800年伏打發(fā)明第一個(gè)化學(xué)電池，人們開始獲得連續(xù)的電流1831年法拉第制造了最早的發(fā)電機(jī)——法拉第盤1866年西門子制成第一臺(tái)使用電磁鐵的自激式發(fā)電機(jī)1870年格拉姆制成了環(huán)形電樞自激發(fā)電機(jī)供工廠電弧燈用電1875年巴黎北火車站建成世界上第一個(gè)火電廠，用直流發(fā)電供附近照明1879年舊金山建成世界上第一座商業(yè)發(fā)電廠，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)共22盞電弧燈。同年先后在法國(guó)和美國(guó)裝設(shè)了試驗(yàn)性電弧路燈1879年愛迪生發(fā)明白熾燈1881年英國(guó)建成了世界上第一座小型水電站1882年愛迪生在紐約建成世界上第一座正規(guī)發(fā)電廠歐美電力發(fā)展史當(dāng)前第4頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論51882年法國(guó)人德普勒在慕尼黑博覽會(huì)上表演了電壓為1500～2000V的直流發(fā)電機(jī)組經(jīng)57km線路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵1884年英國(guó)人制造了第一臺(tái)汽輪機(jī)1885年制成交流發(fā)電機(jī)和變壓器，1886年3月在馬薩諸塞州的大巴林頓建立了第一個(gè)交流送電系統(tǒng)，電源側(cè)升壓至3000V，經(jīng)1.2km到受端降壓至500V，顯示了交流輸電的優(yōu)越性1891年德國(guó)在勞芬電廠安裝了第一臺(tái)三相100kW交流發(fā)電機(jī)，通過第一條三相輸電線路送電至法蘭克福1894年建成利亞加拉大瀑布水電站。1896年采用三相交流輸電送至35km外的布法羅。結(jié)束了1880年來(lái)交、直流電優(yōu)越性的爭(zhēng)論。1903年威斯汀豪斯電氣公司裝設(shè)了第一臺(tái)5000kW汽輪發(fā)電機(jī)組，標(biāo)志著通用汽輪機(jī)組的開始。歐美電力發(fā)展史（續(xù)）當(dāng)前第5頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論61916年美國(guó)建成第一條90km的132kV線路1922年美國(guó)在加州建成第一條220kV線路二戰(zhàn)后美國(guó)于1955、1960、1963、1970和1973等年份分別制成并投運(yùn)30、50、100、115和130萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組1954年瑞典首先建成了380kV線路，采用2分裂導(dǎo)線，距離960km，將北極圈內(nèi)的Harspranget水電站電力送至瑞典南部。1954年前蘇聯(lián)建成第一座核電站，1973年法國(guó)制成120萬(wàn)kW核反應(yīng)堆1964年美國(guó)建成第一條500kV交流輸電線路1965年加拿大建成第一條765kV交流輸電線路歐美電力發(fā)展史（續(xù)）當(dāng)前第6頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論71965年蘇聯(lián)建成第一條±400kV的470km直流輸電線路，送電75萬(wàn)千瓦1970年美國(guó)建成±400kV的1330km直流輸電線路，送電144萬(wàn)千瓦1989年蘇聯(lián)建成第一條最高電壓1150kV的1900km交流輸電線路減小損耗的最合理的途徑就是提高電壓。輸電技術(shù)全部發(fā)展史的特征便是不斷提高線路電壓。歐美電力發(fā)展史（續(xù)）當(dāng)前第7頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論8新中國(guó)成立前的我國(guó)電力工業(yè)中國(guó)的電力工業(yè)始于1882年，至今年已有124年的歷史；新中國(guó)成立前，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為184.86萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量只有43.1億kWh，分別居當(dāng)時(shí)世界第21位和第25位；輸電電壓很低，輸電電壓等級(jí)繁多，全國(guó)沒有形成統(tǒng)一的電壓級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)電力工業(yè)發(fā)展史當(dāng)前第8頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論91882年英籍商人R.W.Little等創(chuàng)辦上海電氣公司，安裝1臺(tái)16馬力蒸汽發(fā)電機(jī)組，裝設(shè)了15盞弧光燈。1882年7月26日下午7時(shí)，電廠開始發(fā)電。1912年中國(guó)第一座水電站在云南昆明石龍壩水電站建成，裝機(jī)容量為2×240kW。同年建成電壓為23kV從石龍壩水電站到昆明的輸電線路。1917年建成中國(guó)第一臺(tái)變壓器、8kW直流發(fā)電機(jī)、60A電鍍用直流發(fā)電機(jī)，1926年制成中國(guó)第一臺(tái)150kW交流同步三相發(fā)電機(jī)。1949年前平津唐地區(qū)發(fā)電裝機(jī)共14.66萬(wàn)kW，77kV輸電線路共350km，其余為33kV及以下電壓輸電和配電。工業(yè)最集中的華東地區(qū)三省一市、華中地區(qū)四省全部為孤立電網(wǎng)。當(dāng)前第9頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論10新中國(guó)成立后的我國(guó)電力工業(yè)1949年新中國(guó)成立，我國(guó)電力工業(yè)迅速發(fā)展。到1978年，全國(guó)電力裝機(jī)容量已達(dá)5712千瓦，比1949年增長(zhǎng)近30倍；年發(fā)電量2566億千瓦時(shí)，增長(zhǎng)近59倍。1987年，裝機(jī)容量達(dá)１億千瓦；1995年，裝機(jī)容量達(dá)2億千瓦；2000年，裝機(jī)容量達(dá)3億千瓦；2004年，裝機(jī)容量達(dá)4億千瓦。當(dāng)前第10頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論11目前基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組、高電壓輸電、高度自動(dòng)控制的新時(shí)代。全國(guó)總裝機(jī)4億kW（2004年4月)，發(fā)電量為18000億kWh（2003年底）均居世界第二位；2007年，全國(guó)總裝機(jī)達(dá)7.13億kW，發(fā)電量達(dá)到32559億kWh。當(dāng)前第11頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論123.2電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介1、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(shè)備和相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，按規(guī)定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求組成的一個(gè)同一系統(tǒng)。發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備稱為電力主設(shè)備，也稱為一次設(shè)備，由主設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為主系統(tǒng)，也稱為一次系統(tǒng)；測(cè)量、監(jiān)視、控制、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、通信，以及各種自動(dòng)化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的設(shè)備稱為二次設(shè)備，二次設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為輔助系統(tǒng)，也稱為二次系統(tǒng)。當(dāng)前第12頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論13電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)、輸送與分配電能，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活需要。為了發(fā)揮電力系統(tǒng)的功能和作用，應(yīng)滿足以下基本要求：滿足用戶需求；安全可靠性要求；經(jīng)濟(jì)性要求；環(huán)保和生態(tài)要求。當(dāng)前第13頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論142、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)電力系統(tǒng)技術(shù)上的發(fā)展是以“大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動(dòng)化”為特征來(lái)描述；數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化技術(shù)日益提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平；潔凈煤技術(shù)、水電開發(fā)、核電的發(fā)展越來(lái)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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；建立健全的電力市場(chǎng)機(jī)制是提高效率、降低成本，促進(jìn)電力資產(chǎn)的合理利用與發(fā)展的有效保證。當(dāng)前第14頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論153、電力資源與負(fù)荷我國(guó)一次能源蘊(yùn)藏量較為豐富，煤炭資源總蘊(yùn)藏量為2.6億萬(wàn)噸，列世界第2位；水力資源蘊(yùn)藏量有6.76×108kW，其中可供開發(fā)的就有3.7×108kW，居世界首位；其他如石油、核料、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)岬饶茉匆草^豐富。中國(guó)資源的分布（西部為主）、中國(guó)能源的結(jié)構(gòu)（水、煤為主）、中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展格局（東部領(lǐng)先）決定了中國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展格局：西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)前第15頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論16電力系統(tǒng)的負(fù)荷按供電可靠性分為三類：一級(jí)負(fù)荷：對(duì)一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將可能造成生命危險(xiǎn)、損壞設(shè)備、破壞生產(chǎn)過程，使大量產(chǎn)品報(bào)廢，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失，使市鎮(zhèn)生活發(fā)生混亂。二級(jí)負(fù)荷：對(duì)二級(jí)負(fù)荷停止供電，將造成大量減產(chǎn)，交通停頓，使城鎮(zhèn)居民生活受到影響。三級(jí)負(fù)荷：不屬于一、二級(jí)負(fù)荷的其他負(fù)荷。當(dāng)前第16頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論174、電力系統(tǒng)構(gòu)成

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸配電系統(tǒng)及負(fù)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當(dāng)前第17頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論18500kV小型燃?xì)廨啓C(jī)水庫(kù)核島鍋爐23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV110kV10kV380V/220V10kV供配電系統(tǒng)區(qū)域電力系統(tǒng)當(dāng)前第18頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論19水電廠核電廠火電廠工廠電氣鐵路風(fēng)電地區(qū)變電所配電變電所居民區(qū)輸電線路居民配電線路110500變電站500kV10kV樞紐變電所110kV當(dāng)前第19頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論205、電力系統(tǒng)設(shè)備一次設(shè)備是指電力系統(tǒng)中發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備的總稱；包括：發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備、變電設(shè)備、配電設(shè)備、用電設(shè)備等。二次設(shè)備是指電力系統(tǒng)中用來(lái)測(cè)量、監(jiān)視、控制、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、通信，以及各種自動(dòng)化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的設(shè)備。

包括測(cè)量?jī)x表、控制裝置、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、直流電源設(shè)備等。當(dāng)前第20頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論216、交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)直流電是指電流的大小相對(duì)于時(shí)間是恒定的，方向也不改變。交流電是指電流的大小及方向隨時(shí)間做周期性變化。通常交流電是指按正弦規(guī)律變化的。電壓時(shí)間0-+a.直流電壓時(shí)間0-+b.交流當(dāng)前第21頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論22三相降壓變壓器三相升壓變壓器三相發(fā)電機(jī)三相輸電線路三相電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化當(dāng)前第22頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論23交流系統(tǒng)I直流輸電線路交流系統(tǒng)II換流站I換流站IIId+-+-直流輸電系統(tǒng)示意圖當(dāng)前第23頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論247、電力系統(tǒng)的運(yùn)行電力系統(tǒng)的基本參量：電壓、電流、阻抗（電阻、電抗、容抗）、功率（有功功率、無(wú)功功率）、頻率等。電流電壓B相波形C相波形A相波形時(shí)間0當(dāng)前第24頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論25功率電壓電流0時(shí)間瞬時(shí)功率平均功率有功功率無(wú)功功率視在功率交流電路的功率當(dāng)前第25頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論26發(fā)電廠類型水力發(fā)電廠徑流式壩后式河床式抽水蓄能…火力發(fā)電廠凝汽式熱電廠…3.3發(fā)電廠核電廠壓水堆重水堆…新能源發(fā)電太陽(yáng)能風(fēng)力地?zé)岢毕?dāng)前第26頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論27

火力發(fā)電廠

蒸汽管道汽輪機(jī)儲(chǔ)煤場(chǎng)煙囪輸煤皮帶升壓站鍋爐江河或水庫(kù)冷凝器發(fā)電機(jī)冷卻水火力發(fā)電廠是利用煤、油、天然氣、油頁(yè)巖等為燃料的發(fā)電廠。按照發(fā)電方式可分為汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電、供電又供熱的“熱電聯(lián)產(chǎn)”的熱電廠。當(dāng)前第27頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論28火電機(jī)組現(xiàn)狀大機(jī)組比重小

2000年100MW及以下機(jī)組的容量占火電機(jī)組容量31.7%火電廠煤耗高

2003年供電煤耗率平均為380g/kWh，約比世界先進(jìn)水平差50g/kWh火電機(jī)組品種單一火電機(jī)組中95%是常規(guī)的燃煤火電機(jī)組當(dāng)前第28頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論29制約因素石油、天然氣資源量不足一次能源消費(fèi)以煤炭為主，約占75%，煤電占總發(fā)電量的80%以上環(huán)境問題大氣煙塵溫室效應(yīng)酸雨當(dāng)前第29頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論30水力發(fā)電廠

發(fā)電站電力網(wǎng)水庫(kù)河流大壩進(jìn)水口發(fā)電機(jī)水輪機(jī)水力發(fā)電廠是利用河流、水庫(kù)的水位能來(lái)發(fā)電的電廠。按照取水方式的不同，分為徑流式、壩后式、河床式、抽水蓄能電廠。當(dāng)前第30頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論31三峽工程簡(jiǎn)介三峽工程位于長(zhǎng)江西陵峽中段，湖北宜昌三斗坪，距宜昌約45km三峽壩頂高程185m，初期蓄水位139m，正常蓄水位175m，壩頂全長(zhǎng)1983m；三峽左岸電站2003年首批6臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2004年又有4臺(tái)機(jī)組發(fā)電，計(jì)劃2012年全部建成投產(chǎn)；三峽工程是世界最大規(guī)模的水電樞紐工程，也是治理長(zhǎng)江的關(guān)鍵工程，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉等綜合效益；當(dāng)前第31頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論32三峽電站分為左岸電站，右岸電站及右岸地下電站等３個(gè)獨(dú)立電站；左岸電站裝機(jī)14臺(tái)，右岸電站裝機(jī)12臺(tái)，計(jì)劃地下電站裝機(jī)6臺(tái)（預(yù)留擴(kuò)建）；單機(jī)容量700/756MW，總裝機(jī)容量（只計(jì)地上電站）18.2/19.656GW；初期139m水位是單機(jī)發(fā)電功率500MW供電范圍：華東、廣東、華中（含重慶以及通過華中電網(wǎng)向華北電網(wǎng)送電）；三峽電站年發(fā)電量84.7/91.5TWh（只計(jì)地上電站）；當(dāng)前第32頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論33熱交換器反應(yīng)堆核心控制棒將熱量帶出反應(yīng)堆的冷卻劑汽輪發(fā)電機(jī)組冷凝器電能冷卻塔排出的余熱核電廠

原子能發(fā)電廠是用核燃料在反應(yīng)堆中受控核裂變轉(zhuǎn)化為熱能，將水變?yōu)檎羝苿?dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的電廠。當(dāng)前第33頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論34中國(guó)核電站1991年，中國(guó)自主設(shè)計(jì)建設(shè)的第一座核電站———秦山核電站建成投產(chǎn)；1994年建成大亞灣核電站；1996年開始，中國(guó)自主設(shè)計(jì)建設(shè)了秦山二期核電站；與國(guó)外合作建設(shè)了嶺澳核電站、秦山三期核電站和田灣核電站。截至2004年7月，共有9臺(tái)核電機(jī)組投入生產(chǎn)，總功率701萬(wàn)千瓦。

當(dāng)前第34頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論35新能源發(fā)電

新能源發(fā)電是利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、潮汐、海浪、海洋溫差、沼氣、垃圾、燃料電池等能源生產(chǎn)電能的發(fā)電廠。當(dāng)前第35頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論36太陽(yáng)能發(fā)電利用太陽(yáng)光能和熱能來(lái)生產(chǎn)電能就是太陽(yáng)能發(fā)電。太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。太陽(yáng)能發(fā)電分光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。在太陽(yáng)能的有效利用當(dāng)中，大陽(yáng)光伏發(fā)電技術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展最快，最具活力的技術(shù)研究領(lǐng)域。在太陽(yáng)能光伏技術(shù)應(yīng)用中，尚待解決的技術(shù)問題還有很多，如：如何降低太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本；如何提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率；高效率、低成本的電能儲(chǔ)存技術(shù)；如何實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的最佳輸出匹配等。當(dāng)前第36頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論37太陽(yáng)能光伏發(fā)電光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽(yáng)電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。

當(dāng)前第37頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論38當(dāng)前第38頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論39地?zé)岚l(fā)電廠地?zé)岚l(fā)電就是利用地表深處的地?zé)崮軄?lái)生產(chǎn)電能。地球的內(nèi)部非常熱，其地心溫度大約為4000℃，熱能持續(xù)不斷地在流向地面，從地表輻射出去并消失在太空中。地?zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，是一門新興的能源工業(yè)。地?zé)岚l(fā)電的基本原理與普通火力發(fā)電相似，也是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，首先把地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后又把機(jī)械能變?yōu)殡娔堋，F(xiàn)在大量應(yīng)用的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)主要有兩大類：地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)和雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。另外，在研究的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)還有全流發(fā)電系統(tǒng)和干熱巖發(fā)電系統(tǒng)。目前世界地?zé)岚l(fā)電中多數(shù)為地?zé)嵴羝l(fā)電，因?yàn)樗夹g(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠。

當(dāng)前第39頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論40地?zé)岚l(fā)電廠當(dāng)前第40頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論41風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力能源是由于太陽(yáng)對(duì)大氣層造成的溫差和地球表面不規(guī)則而引起。利用風(fēng)力的動(dòng)能就叫風(fēng)力發(fā)電。

我國(guó)風(fēng)能資源豐富，陸地理論儲(chǔ)量３２億千瓦，可開發(fā)的裝機(jī)容量約２.５３億千瓦，居世界首位，商業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展?jié)摿薮?。全?guó)累計(jì)安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)近２０萬(wàn)臺(tái)，用作解決西部無(wú)電地區(qū)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活用電。在廣東、福建、內(nèi)蒙古、新疆等地已建成４０個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量近６０萬(wàn)千瓦。當(dāng)前第41頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論42潮汐發(fā)電站潮汐運(yùn)動(dòng)中蘊(yùn)藏著巨大的能量。潮汐能的大小與水體大小及潮差大小有關(guān)；實(shí)驗(yàn)表明，潮汐能量和海面的面積及潮差高度的平方成正比；目前，利用潮汐發(fā)電是開發(fā)利用潮汐的主要方向。潮汐發(fā)電與水力發(fā)電的原理相似，潮汐發(fā)電是利用潮差來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；潮汐發(fā)電必須選擇有利的海岸地形，修建潮汐水庫(kù)，漲潮時(shí)蓄水，落潮時(shí)利用其勢(shì)能發(fā)電；①單庫(kù)單向型，只能在落潮時(shí)發(fā)電。②單庫(kù)雙向型：在漲、落潮時(shí)都能發(fā)電。③雙庫(kù)雙向型：可以連續(xù)發(fā)電，但經(jīng)濟(jì)上不合算，未見實(shí)際應(yīng)用。

當(dāng)前第42頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論43全國(guó)潮汐能資源的理論蘊(yùn)藏量為1.9×108kw，可開發(fā)利用的裝機(jī)容量為2157×104kw，可開發(fā)的年電量為618xl08kw·h，占世界潮汐能總量的1／10。中國(guó)沿海已建成9座小型潮汐電站，1980年建成的江廈潮汐電站是我國(guó)第一座雙向潮汐電站，也是目前世界上較大的一座雙向潮汐電站，其總機(jī)容量為3200千瓦，年發(fā)電量為1070萬(wàn)度。江廈潮汐試驗(yàn)電站位于浙江省溫嶺縣江廈港的下游。該港為樂清灣北端的一個(gè)封閉式半日淺海潮港，平均潮差為5.08m，最大潮差達(dá)8.39m。它是我國(guó)最大的一座單庫(kù)雙向開發(fā)、生產(chǎn)和科研相結(jié)合的中間試驗(yàn)電站。

當(dāng)前第43頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論443.4電力網(wǎng)電網(wǎng)的構(gòu)成和功能電力網(wǎng)絡(luò)由不同電壓等級(jí)的電力線路、變壓器和相應(yīng)的配電裝置構(gòu)成。電力網(wǎng)絡(luò)的功能是輸送和分配電能并進(jìn)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(jié)構(gòu)通常以電壓等級(jí)進(jìn)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(fù)荷中心，其額定電壓通常為220～750kV，它是電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)；當(dāng)前第44頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論45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35～110kV或更高；中壓配電網(wǎng)的電壓一般為1～35kV；低壓配電網(wǎng)的電壓一般為380/220V。當(dāng)前第45頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論46電力線路電力線路分為架空線路和電纜線路架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（又稱架空地線）、桿塔、絕緣子串合金具等部分組成。導(dǎo)線用來(lái)傳導(dǎo)電流，輸送電能。避雷線用來(lái)將雷電流引入大地，保護(hù)線路免遭直擊雷的破壞。桿塔用來(lái)支撐導(dǎo)線和避雷線。絕緣子用來(lái)使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與桿塔之間保持絕緣狀態(tài)。金具用來(lái)固定、懸掛、連接和保護(hù)架空線路各主要元件的金屬器件的總稱。當(dāng)前第46頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論47電纜是將導(dǎo)電芯線用絕緣層及防護(hù)層包裹，敷設(shè)于地下、水中、溝槽等處的電力線路。特點(diǎn)：造價(jià)高，故障定位和檢修困難；占地面積少，供電可靠；不影響城市環(huán)境。當(dāng)前第47頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論48變電站的功能和構(gòu)成變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)。主要設(shè)備：變換電壓的變壓器；開閉電路的開關(guān)設(shè)備；匯集和分配電能的母線；計(jì)量和控制用的互感器、儀表、繼電保護(hù)裝置；防御過電壓的防雷裝置，如：避雷器、避雷針等；通信裝置；無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)前第48頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論49配電系統(tǒng)的功能和構(gòu)成配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，由電壓等級(jí)為110kV及以下的線路和設(shè)備構(gòu)成，電力系統(tǒng)通過配電網(wǎng)絡(luò)直接向用戶供電，主要由配電變電站、配電線路等構(gòu)成。主要包括：

1kV以下低壓配電；1～35kV中壓配電；35～110kV高壓配電。當(dāng)前第49頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論50電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行電能特點(diǎn)：電能目前不能大量存儲(chǔ)；暫態(tài)過程非常迅速，以10-3～10-6s計(jì)；意外供電中斷，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失；電能質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。電力系統(tǒng)調(diào)度管理是指對(duì)電力系統(tǒng)全局安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和事故處理的問題進(jìn)行計(jì)劃、指揮、控制、協(xié)調(diào)等工作的總稱。調(diào)度管理的任務(wù)保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全可靠運(yùn)行，提供合格的電能質(zhì)量。調(diào)度管理的內(nèi)容電力系統(tǒng)分層調(diào)度管理：國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)。當(dāng)前第50頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論51電力系統(tǒng)故障主要包括單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路、三相短路、斷線等；故障可能引起的后果：短路故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧，可能損毀設(shè)備；部分區(qū)域電能質(zhì)量下降；短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)會(huì)損壞設(shè)備或縮短設(shè)備壽命；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞，產(chǎn)生振蕩，甚至引起系統(tǒng)瓦解。當(dāng)前第51頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論52電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)主要包括過負(fù)荷、過電壓、非全相運(yùn)行、振蕩（非同步運(yùn)行）、次同步諧振、同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等。故障和非正常運(yùn)行都能引起系統(tǒng)事故（如電壓崩潰事故、頻率崩潰事故）。事故是指系統(tǒng)的全部或部分的正常運(yùn)行遭受破壞，造成對(duì)用戶停止供電、少送電或電能質(zhì)量下降，甚至造成人身傷亡、設(shè)備損壞等。繼電保護(hù)裝置就是能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并有選擇性地動(dòng)作于跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。此外，自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入裝置、按頻率自動(dòng)減負(fù)載、自動(dòng)發(fā)電控制裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置等自動(dòng)裝置都是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要自動(dòng)化設(shè)備。當(dāng)前第52頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論53

3.5電力應(yīng)用照明照明大致分為兩種：一是由電能轉(zhuǎn)化成熱能，然后再轉(zhuǎn)化成光能的光源，如白熾燈等。另一種是利用放電而轉(zhuǎn)化成光能的光源，如熒光燈、高壓汞燈、霓虹燈等。(d)(a)

(b)(e)(c)鋁蒸鍍面鎢燈絲燈絲支架石英玻璃Ar氣體+鹵素化合物鉬箔紅外反射膜石英玻璃可見光紅外線鎢燈絲（a）（b）（c）（d）（e）熒光粉水銀原子電子氬原子可見光鎮(zhèn)流器~啟輝器當(dāng)前第53頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論54電加熱電加熱是以電能為能源加熱物料，并通過電爐、電焊機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱的一種方法。電加熱大致分為兩種：一是電能在電爐、電熱器具上轉(zhuǎn)變成熱能后加熱物料，如電爐、電弧爐、感應(yīng)爐、微波爐、光波爐等。另一種是利用電能驅(qū)動(dòng)熱泵，把熱能從溫度較高的物體輸送給溫度較低的物體,如熱泵等。應(yīng)用:工業(yè)領(lǐng)域：冶煉、熱處理、焊接等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：溫室培育等家庭生活：烹飪、取暖等當(dāng)前第54頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論55電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種拖動(dòng)方式，又稱電氣傳動(dòng)或電力傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)功率開關(guān)控制器件電源傳遞機(jī)構(gòu)工作機(jī)械機(jī)械連接電連接電力拖動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣，從一般的家用電器到工業(yè)機(jī)床設(shè)備、電動(dòng)交通工具等，在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的方方面面都有應(yīng)用，是電能最主要的應(yīng)用方式之一。當(dāng)前第55頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論563.6電力市場(chǎng)簡(jiǎn)介電力市場(chǎng)的概念電力市場(chǎng)是采用經(jīng)濟(jì)、法律等手段，本著公平競(jìng)爭(zhēng)、自愿互利的原則，對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用電等各組成員協(xié)調(diào)運(yùn)行的管理機(jī)制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和。電力市場(chǎng)的基本特征：開放性、競(jìng)爭(zhēng)性、計(jì)劃性和協(xié)調(diào)性。電力市場(chǎng)首先是一種管理機(jī)制，同時(shí)還是體現(xiàn)這種管理機(jī)制的執(zhí)行系統(tǒng)。包括貿(mào)易場(chǎng)所、計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。電價(jià)是電力市場(chǎng)的杠桿和核心內(nèi)容。轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)是電力市場(chǎng)重要的貿(mào)易形式。當(dāng)前第56頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論57電力市場(chǎng)的興起我國(guó)電力體制改革的三個(gè)階段：第一階段：1985年實(shí)施集資辦電政策—20世紀(jì)90年代初期，解決缺電問題。第二階段：20世紀(jì)90年代初期—1998年撤銷電力工業(yè)部前，提出逐漸實(shí)施電力體制改革，方案為：政企分開、廠網(wǎng)分開、輸供分離、實(shí)施公司化改組；統(tǒng)一開放、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、建立電力交易市場(chǎng)；依法管理、競(jìng)爭(zhēng)有序，建立健全電力市場(chǎng)法規(guī)體系和監(jiān)管體系。第三階段：1998年撤銷電力工業(yè)部—目前，實(shí)行“廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”試點(diǎn)。當(dāng)前第57頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論58電力市場(chǎng)的基本原則基本目標(biāo)是：打破壟斷，引入競(jìng)爭(zhēng)，提高效率，降低成本，健全電價(jià)機(jī)制，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)電力發(fā)展，推進(jìn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開、公平競(jìng)爭(zhēng)、開放有序、健康發(fā)展的電力市場(chǎng)體系。電力市場(chǎng)最基本的原則是公平。為保證電力市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)的原則，必須做到：電力市場(chǎng)要有公開性（包括成本、定價(jià)、計(jì)量、計(jì)劃等），以便監(jiān)督；擴(kuò)大自由選擇權(quán)力，保證電網(wǎng)的開放；必須建立有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)約，使競(jìng)爭(zhēng)規(guī)范化。當(dāng)前第58頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論593.7電力新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)發(fā)展能源的指導(dǎo)方針是：大力（優(yōu)先）發(fā)展水電，繼續(xù)發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，積極發(fā)展新能源發(fā)電，同步發(fā)展電網(wǎng)，促進(jìn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。電力技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇，技術(shù)創(chuàng)新和出現(xiàn)重大突破的機(jī)會(huì)要比信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等新興學(xué)科少得多。但是，應(yīng)該看到，電力技術(shù)與其他學(xué)科的相互交叉和滲透的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。電力研究的一些前沿課題反映了這種趨勢(shì)。

當(dāng)前第59頁(yè)\共有66頁(yè)\編于星期六\10點(diǎn)電氣工程概論601高壓交流輸電技術(shù)三相高壓交流輸電技術(shù)常規(guī)的三相交流輸電在遠(yuǎn)距離輸電工程中占主導(dǎo)地位，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)