华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第1章-绪论剖析

1、HUST_CEEE 一、关于电气工程基础 1.课程背景 2.课程特点、前修课程、后续课程 特点：工程思想 前修课程：电路理论、电机学 后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系统 自动化、高电压技术 3.教材：熊信银，张步涵电气工程基础（第二版） 华中科技大学出版社，2010 4.学习方式、要求： 5.考核方式：笔试80%平时成绩20% 6.教学录像：配合 HUST_CEEE 二、教学内容及学时安排 第一章 绪论（4） 电力系统、电力网、变电站的定义与分类；大系统联网的技术经济效益简介；电 力系统的特点；对电力系统的要求；电能质量指标；电力系统和电气设备额定电 压及其规定；电压等级与传输功率及传输距离的关系；接地的基本概念和类型； 各种工作接地方式的技术特点、适用电压等级 第二章 发电系统（2） 能源的概念与分类，我国的（发电）能源分布和能源政策 发电厂的能量转换；各类发电厂的分类及特点 第三章 输变电系统（4） 一次系统和一次设备的基本概念；一次设备的类型；母线、断路器、隔离开关、 输电线路、TA、TV等一次设备；各类电气主接线的接线方式、运行特点、检修 特点、适用场合（注意各类主接线

2、之间的比较）；配电装置的基本概念及分类， 安全净距的概念及ABCDE值简介；保护接地的基本概念、实现原理及分类。 第四章 配电系统（1） 配电网基本概念；保护接零的基本概念、原理及分类。 第五章 电力系统负荷（1） 负荷的基本概念及分类；负荷曲线的基本概念及分类；最大负荷利用小时数Tmax HUST_CEEE 二、教学内容及学时安排 第六章 电力网的稳态计算 张步涵（6） 电力线路结构、架空输电线路的参数计算和等值电路、变压器的等值电路及参数计算、 元件的电压和功率分布计算、开式电力网（同一电压级、不同电压级）潮流计算 第七章 电力系统的短路计算 （10） 短路故障、标幺制、无限大功率电源供电网络的三相短路、网络简化与转移电抗的计算 、有限容量系统供电网络三相短路电流的实用计算、各元件的负序与零序参数、各序网 络的建立、不对称短路的计算 第八章 电气主接线的设计与设备选择（4） 载流导体的发热和电动力；电气设备选择的一般步骤及计算公式；短路计算点的基本概 念和选择方法；断路器、电抗器的选择 第九章 现代电力系统的运行（6） 有功功率与频率的关系；电力系统无功功率平衡及其与电压的关系；电

3、力系统调压的基 本思路，中枢点电压管理；电力系统各种调压措施的原理、计算和应用；电网运行经济 性简介（网损概念及计算、最大负荷损耗时间、降损措施）；电力系统稳定性基本概念 。 第十章 电力系统继电保护（4） 继电保护的基本概念、作用、基本原理；继电保护装置的构成，动作电流、返回电流、 返回系数的基本概念；继电保护的“四性”要求；三段式相间短路电流保护的实现原理 HUST_CEEE 二、教学内容及学时安排 第十一章 发输变配电系统的二次系统（4） 二次系统和二次设备的基本概念；原理接线图、展开接线图和安装接线图的基本概念和 绘制原则；对断路器控制的基本要求，控制开关，断路器控制回路的实现 第十二章 电力系统内部过电压 （6） 过电压的基本概念和分类；操作过电压产生的基本原理，切除空载变压器、切除空载长 线路、合闸空载线路、电弧接地等产生过电压的机理、过电压倍数及其影响因素、限制 过电压的措施；三种谐振过电压产生的机理、特点、过电压倍数及其影响因素、限制过 电压的措施，电力系统中常见谐振过电压及其防治；工频电压升高基本概念及原理简介 第十三章 电力系统防雷保护（2） 雷电的放电过程和雷电参

4、数；防雷装置的外特性 第十四章 电力系统绝缘配合（1） 绝缘配合的基本概念；绝缘配合方法 第十五章 现代电力系统的管理（0） HUST_CEEE 第一章 绪论 第一节 电力系统发展概况及前景 第二节 电力系统基本概念 第三节 电能质量指标 第四节 电力系统的电压等级及其选择 第五节 电力系统中性点接地 HUST_CEEE 第一节 电力系统发展概况及前景 一、电力工业发展概况 u电力工业发展史上的第一： 火电：1882年上海电气公司； 水电：1912年云南石龙坝2240kW； 核电：1991年浙江秦山300MW； 输电线路： 1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区 330kV交流； 1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV 交流； 1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流； 2005年青海官厅甘肃兰州东750kV交流； 2008年晋东南南阳荆州1000kV交流 2010.06.18：云南省楚雄广东省广州 800kV直流输电工程 HUST_CEEE u电力系统之最： 最大单机： 火电：1000MW（玉环061128、邹县061204） 水电：700MW（三峡） 核电：1000M

5、W（岭澳核电厂） 最大发电厂： 水电：三峡工程，3270万kW，年均发电量846亿 kWh，比全世界70万kW机组的总和还多，世界最大发电厂 火电：500万kW（北仑电厂，5602100万kW） 核电：200万kW（岭澳核电厂，2100万kW） 抽水蓄能： 830万kW（广蓄，世界最大） HUST_CEEE u我国电力系统的发展： 我国发电装机容量的几大跨越： 1987年，突破1亿kW(105年)；1995年3月，突破2亿kW；2000年4月，突破3亿kW； 2004年5月，以三峡电站7号机组投产发电为标志，我国发电装机突破4亿kW；2005年10月 突破5亿kW；2006年突破6亿kW ；2007年更突破了7亿kW ；2008年末7.9253亿kW 。 HUST_CEEE v2007年国家/地区人均发电量排名 HUST_CEEE 二、电力系统发展前景 1.做好电力规划，加强电网建设 加强电力规划，确定合理的电源结构和 布局，留有足够的容量和能量的备用，建成 容量充足、结构合理、运行灵活的联合电力 系统 2. 电力工业现代化 u高电压、大系统 u大电厂、大机组 u智能电网 HUST_C

6、EEE 3. 联合电力系统 v效益 u 各系统间电负荷的错峰 效益 u 提高供电可靠性、减少 系统备用容量 u 有利于安装单机容量较 大的机组 u 进行电网的经济调度 u 进行水电跨流域调度 u 调峰能力互相支援 v支出 u 增加联络线和电网内部 加强所需投资以及联络 线的运行费用 u 当系统间联系较弱时， 有可能引起调频的复杂 性和出现低频振荡 u 增加了系统短路容量， 并可能导致增加或调换 已有设备 u 增加联合电网的通讯和 高度自动化的复杂性 HUST_CEEE 4. 电力市场 u基本特征：开放、竞争、计划、协调 u基本原则：公平、公开、公正 5. 绿色能源的开发和利用（风能、太阳能等） 6. 节能、减排、低碳 HUST_CEEE 第二节 电力系统基本概念 一、什么是电力系统 三、电力系统的特点 四、对电力系统的要求 二、电力系统的形成 HUST_CEEE 水库 G M M 电力网 电力系统 动力系统 发电厂 水轮机 发电机 变电所 升压变压器 输电线路 变电所 降压变压器 用户 用电设备 一、什么是电力系统？ v电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。 v电力系统：由

7、发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或 发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律 连接而组成的统一整体。 v动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分包含 在内的系统。 HUST_CEEE 水力发电厂火力发电厂 超高压远距 离输电网 地方电力网 区域电力网 110 kV 35kV 35kV 500kV220kV110kV10 kV 变电所A：枢纽变电所C：地方 变电所D：终端 变电所B： 中间 v电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类 u 超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络 u 区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV） u 地方电力网：电压等级在35kV及以下 v变电所：按其在电力系统 中的地位分类 枢纽变电所中间变电所 地区变电所终端电站所 HUST_CEEE 二、电力系统的形成 电力系统规模越大，给人们带来的技术经济 效益越大： 1. 可以提高供电可靠性 2. 可以减少备用容量 3. 可以减少系统装机容量 4. 可合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用 5. 采用高效率大容量的火电机组 6. 可以提高系统运行

8、的经济性 HUST_CEEE 三、电力系统的特点 v 电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分 配和使用是同时进行的。 P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压V v 过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。 必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护 装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置 v电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密 切的关系：社会政治经济影响巨大。 负荷分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷 v电力系统的地区性特点较强：发展各具特色。 电力系统的规划设计、运行等不能盲目搬用其它 系统的经验。 HUST_CEEE 四、对电力系统的要求 v 保证供电可靠 v 保证良好的电能质量 v 提高电力系统运行经济性 Exa：一台1000MW火电机组，年利用小时5000h，煤耗 率290g/kW.h，煤价：600元/吨。 Sol： 年发电量： 1000000kW5000h50亿kW.h 需标煤：50亿kW.h290g/kW.h145万吨标煤 燃料费：145万吨600元/吨87000万元 1%节约：燃料：1.45万吨标煤 燃料费：870万元 HUST_CEEE 第三节 电

9、能质量指标 电能的质量指标： 电 压 频 率 波 形 HUST_CEEE 140 120 100 80 60 80 90 100 110 120 寿 命 光通量发光效率 电 流 电压/% 寿命 光通量 发光效率 电流/% 140 120 100 80 60 80 90 100 110 120 电压/% 效率 cos 电流/% 电 流 效 率 cos 图1-3 照明负荷（白炽灯）的电压特性 图1-4 异步电动机的电压特性 （图中的100%表示额定值） （图中的100%表示额定值） v电压： u必要性： HUST_CEEE u电压质量标准： HUST_CEEE v频率： u频率偏差： 0.2Hz（3000MW系统） 0.5Hz（3000MW系统） 国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz u电钟时偏： 30s（3000MW系统） 1min（3000MW系统） u额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz） HUST_CEEE v波形： 1.谐波电压限值 表1-3 公用电网谐波电压限值 电网标准 电压(kV) 电压总谐 波畸变率 （%） 各次谐波电压含有率 （%） 说 明 奇次偶次 0.385.04.02.0 1. 衡量点为PCC，取实测95%概率值； 2. 对用户允许产生的谐波电流，提供 计算方法； 3. 对测量方法和测量仪器作出基本规 定； 4. 对同次谐波随机性合成提供算法。 6及104.03.21.6 35及663.02.41.2 1102.01.60.8 注：220kV电网参照110kV执行。 HUST_CEEE 2谐波电流允许值 表1-4 注入公共连接点的谐波电流允许值（A） 标准 电压 /kV 基准 短路 容量 /MVA 谐波次数 2345678910111213141516171819202122232425 0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512 610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.8 101

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