华中科技大学-电气工程基础(熊银信)-第1章-绪论

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，20104.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,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,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,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）,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,第一节电力系统发展概况及前景,一、电力工业发展概况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,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：1000MW（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）,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。,2007年国家/地区人均发电量排名,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.电力工业现代化高电压、大系统大电厂、大机组智能电网,3.联合电力系统效益各系统间电负荷的错峰效益提高供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行水电跨流域调度调峰能力互相支援,支出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增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性,4.电力市场基本特征：开放、竞争、计划、协调基本原则：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,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,一、什么是电力系统？,电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。电力系统：由发电机、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。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。,电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV）地方电力网：电压等级在35kV及以下,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,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：可以提高供电可靠性可以减少备用容量可以减少系统装机容量可合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用采用高效率大容量的火电机组可以提高系统运行的经济性,三、电力系统的特点电能不能大量存储：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fQ发Q用Q电压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,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。,四、对电力系统的要求保证供电可靠保证良好的电能质量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,第三节电能质量指标,电能的质量指标：电压频率波形,电压：必要性：,电压质量标准：,频率：,频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz或0.5Hz,电钟时偏：30s（3000MW系统）1min（3000MW系统）,额定频率：50Hz（国外：50或60Hz）,波形：,谐波电压限值,表1-3公用电网谐波电压限值,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）,第四节电力系统的电压等级及其选择,一、电力系统额定电压和最高电压二、电气设备额定电压和最高电压三、电力系统电压等级四、电压等级选择,一、电力系统额定电压和最高电压电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。,二、电气设备额定电压和最高电压电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。,注：受（用）电设备的额定电压电力系统的额定电压。,三、电力系统电压等级,1.低于3kV系统的额定电压,直流系统的额定电压100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。,低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备额定电压,2、3kV及以上系统的额定电压电力线路额定电压：等于电力系统的额定电压UN发电机的额定电压：105%UN变压器一次绕组：相当于用电设备UN变压器二次绕组：相当于发电设备110%UN特例1：变压器一次绕组105%UN特例2：变压器二次绕组105%UN,I（U1U2）/ZSU2(U1U2)/lz010%UN2/lz0传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst，lU2lConst，SU2,第四节电力系统中性点接地,一、概述二、中性点不接地系统三、中性点经消弧线圈接地电力系统四、中性点直接接地的电力系统五、中性点经电阻接地的电力系统,一、概述接地：为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。,接地分类：工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，以保证工作人员接触时的安全。保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线直接连接，以实现对人身安全的保护作用。防雷接地：为消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。,电力系统的中性点接地方式：小接地电流系统大接地电流系统如何确定电力系统中性点接地方式：应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。,二、中性点不接地的电力系统,结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。,单相金属性接地故障时(A相),故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。三相线电压仍然对称。用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。,接地故障电容电流IPE,中性点不接地系统发生单相接地故障时：接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。Howtodo？,三、中性点经消弧线圈接地的电力系统,消弧线圈:安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障:C相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为:ILUC/XLU/XL,消弧线圈的补偿方式全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。,消弧线圈容量的选择,下述情况，应安装消弧线圈,四、中性点直接接地的电力系统,特点：供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。,适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级电力系统。380/220V低压系统。,五、中性点经电阻接地的电力系统,特点：降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护动作跳闸