电气工程概论+第三章+电力系统及其自动化技术(一)

1、电气工程概论1电气工程概论2l一次能源：植物能源（柴草等）、矿物能源（煤、油、一次能源：植物能源（柴草等）、矿物能源（煤、油、天然气等）、可再生能源（水、风、潮汐、地热、太阳天然气等）、可再生能源（水、风、潮汐、地热、太阳能等）及核能（核裂变、核聚变）。能等）及核能（核裂变、核聚变）。l二次能源：由一种或多种一次能源经过转换或加工得二次能源：由一种或多种一次能源经过转换或加工得到的能源产品，二次能源更具优越性到的能源产品，二次能源更具优越性,其利用效率高、其利用效率高、清洁、方便。清洁、方便。l电能是一种被极其广泛地应用的二次能源。电能可以电能是一种被极其广泛地应用的二次能源。电能可以方便地转

2、换成机械能、光能等其他形式的能量供人们使方便地转换成机械能、光能等其他形式的能量供人们使用。电能已成为工业、农业、交通运输、国防科技及人用。电能已成为工业、农业、交通运输、国防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。民生活等各方面不可缺少的能源。电气工程概论3311 电力工业简介电力工业简介电力工业主要生产环节电力工业主要生产环节输电输电发电发电变电变电配电配电用电用电电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、教育培训、法规标准、电力营销（

3、电力市场）等等。教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。电气工程概论418001800年年伏打发明第一个化学电池，人们开始获得连续的电流伏打发明第一个化学电池，人们开始获得连续的电流18311831年年法拉第制造了最早的发电机法拉第制造了最早的发电机法拉第盘法拉第盘18661866年年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机18701870年年格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电18751875年年巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电供附巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电

4、供附近照明近照明18791879年年旧金山建成世界上第一座商业发电厂，两台发电机共旧金山建成世界上第一座商业发电厂，两台发电机共2222盏盏电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯18791879年年爱迪生发明白炽灯爱迪生发明白炽灯18811881年年英国建成了世界上第一座小型水电站英国建成了世界上第一座小型水电站18821882年年爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂欧美电力发展史欧美电力发展史电气工程概论51882年 法国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为法国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压

5、为150015002000V2000V的直流发电机组经的直流发电机组经57km57km线路驱动电动泵线路驱动电动泵1884年 英国人制造了第一台汽轮机英国人制造了第一台汽轮机1885年 制成交流发电机和变压器，制成交流发电机和变压器，1886年年3月在马萨诸塞州的大月在马萨诸塞州的大巴林顿建立了第一个交流送电系统，电源侧升压至巴林顿建立了第一个交流送电系统，电源侧升压至3000V，经，经1.2km到受端降压至到受端降压至500V，显示了交流输电的优越性，显示了交流输电的优越性1891年 德国在劳芬电厂安装了第一台三相德国在劳芬电厂安装了第一台三相100kW交流发电机，通交流发电机，通过第一条三

6、相输电线路送电至法兰克福过第一条三相输电线路送电至法兰克福1894年 建成利亚加拉大瀑布水电站。建成利亚加拉大瀑布水电站。1896年采用三相交流输电送年采用三相交流输电送至至35km外的布法罗。结束了外的布法罗。结束了1880年来交、直流电优越性年来交、直流电优越性的争论。的争论。1903年 威斯汀豪斯电气公司装设了第一台威斯汀豪斯电气公司装设了第一台5000kW汽轮发电机组汽轮发电机组，标志着通用汽轮机组的开始。，标志着通用汽轮机组的开始。欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）电气工程概论61916年美国建成第一条美国建成第一条90km90km的的132kV132kV线路线路1922年美国

7、在加州建成第一条美国在加州建成第一条220kV220kV线路线路二战后美国于美国于1955、1960、1963、1970和和1973等年份分别等年份分别制成并投运制成并投运30、50、100、115和和130万千瓦汽轮发电万千瓦汽轮发电机组机组1954年瑞典首先建成了瑞典首先建成了380kV线路，采用线路，采用2分裂导线，距离分裂导线，距离960km，将北极圈内的，将北极圈内的Harspranget水电站电力送至水电站电力送至瑞典南部。瑞典南部。1954年前苏联建成第一座核电站，前苏联建成第一座核电站，1973年法国制成年法国制成120万千万千瓦核反应堆瓦核反应堆1964年美国建成第一条美国建

8、成第一条500kV500kV交流输电线路交流输电线路1965年加拿大建成第一条加拿大建成第一条765kV765kV交流输电线路交流输电线路欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）电气工程概论71965年苏联建成第一条苏联建成第一条400kV400kV的的470km470km直流输电线路，送电直流输电线路，送电7575万千瓦万千瓦1970年美国建成美国建成400kV400kV的的1330km1330km直流输电线路，送电直流输电线路，送电144144万万千瓦千瓦1989年苏联建成第一条最高电压苏联建成第一条最高电压1150kV1150kV的的1900km1900km交流输电线交流输电线路路减小损

9、耗的最合理的途径就是提高电压。减小损耗的最合理的途径就是提高电压。输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压。欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）电气工程概论8l新中国成立前的我国电力工业新中国成立前的我国电力工业l中国的电力工业始于中国的电力工业始于18821882年，至今年已有年，至今年已有124124年的历史；年的历史； l新中国成立前，全国发电装机容量仅为新中国成立前，全国发电装机容量仅为184.86184.86万千瓦，年发电量只有万千瓦，年发电量只有43.143.1亿千瓦亿千瓦 时，分别居当时世界第时，分别居当时世界第2121位和第位

10、和第2525位；位；l输电电压很低，输电电压等级繁多，全国输电电压很低，输电电压等级繁多，全国没有形成统一的电压级标准。没有形成统一的电压级标准。电气工程概论918821882年年 英籍商人英籍商人R.W.LittleR.W.Little等创办上海电气公司，安装等创办上海电气公司，安装1 1台台1616马力蒸汽发电机组，装设了马力蒸汽发电机组，装设了1515盏弧光灯。盏弧光灯。18821882年年7 7月月2626日下午日下午7 7时，电厂开始发电。时，电厂开始发电。19121912年年 中国第一座水电站在云南昆明石龙坝水电站建成，中国第一座水电站在云南昆明石龙坝水电站建成，装机容量为装机容量

11、为2 2240kW240kW。同年建成电压为。同年建成电压为23kV23kV从石龙从石龙坝水电站到昆明的输电线路。坝水电站到昆明的输电线路。19171917年年 建成中国第一台变压器、建成中国第一台变压器、8kW8kW直流发电机、直流发电机、60A60A电镀电镀用直流发电机，用直流发电机，19261926年制成中国第一台年制成中国第一台150kW150kW交流同交流同步三相发电机。步三相发电机。19491949年年前前平津唐地区发电装机共平津唐地区发电装机共14.6614.66万万kWkW，77kV77kV输电线路共输电线路共350km350km，其余为，其余为33kV33kV及以下电压输电和

12、配电。工业最及以下电压输电和配电。工业最集中的华东地区三省一市、华中地区四省全部为孤集中的华东地区三省一市、华中地区四省全部为孤立电网。立电网。电气工程概论10 从从18821882年到年到19491949年新中国成立，其间年新中国成立，其间6767年年, ,基本状况是一个基本状况是一个十分落后的百孔千疮十分落后的百孔千疮的破烂摊子，电厂凋的破烂摊子，电厂凋零，设备残缺，电网零，设备残缺，电网瘫痪，运行维艰，技瘫痪，运行维艰，技术水平相当落后，与术水平相当落后，与发达国家差距较大发达国家差距较大。1949年南京电厂护厂胜利合影年南京电厂护厂胜利合影电气工程概论11新中国成立后的我国电力工业新中

13、国成立后的我国电力工业19491949年新中国成立，我国电力工业迅速发展。到年新中国成立，我国电力工业迅速发展。到19781978年，全国电力装机容量已达年，全国电力装机容量已达57125712千瓦，比千瓦，比19491949年增长近年增长近3030倍；年发电量倍；年发电量25662566亿千瓦时，增长近亿千瓦时，增长近5959倍。倍。19871987年，装机容量达亿千瓦；年，装机容量达亿千瓦；19951995年，装机容量达年，装机容量达2 2亿千瓦；亿千瓦；20002000年，装机容量达年，装机容量达3 3亿千瓦；亿千瓦；20042004年，装机容量达年，装机容量达4 4亿千瓦。亿千瓦。中国

14、目前电力系统现状与展望中国目前电力系统现状与展望（1）电源建设）电源建设u“十一五”期间，我国发电装机和发电量年均增长率分别为10.5%、10.34%。2009年，发电装机容量到年达到8.6亿千瓦。发电量到达到3.43万亿千瓦 时。世界第一。 u2012年，全国发电装机装机容量已经达到11.4亿千瓦，同比增长7.8%；全国发电量达到4.94万亿千瓦 时,同比增长4.52%。电气工程概论12（2）电网规模）电网规模u 2009 2009年底，全国年底，全国220 kV220 kV及以上输电线路回路长度及以上输电线路回路长度39.9439.94万千米，比上年增长万千米，比上年增长11.29%11.

15、29%；220 kV220 kV及以上及以上变电设备容量变电设备容量17.6217.62亿千伏亿千伏 安，比上年增长安，比上年增长19.40%19.40%。u “ “十一五十一五”期间，我国建成了世界上电压等级最期间，我国建成了世界上电压等级最高、输电容量最大的高、输电容量最大的1000 kV1000 kV高压交流试验示范工高压交流试验示范工程和世界上第一个程和世界上第一个800800 kVkV云广云广特高压直流输电特高压直流输电示范工程。示范工程。u我国电网规模已经超过美国，跃居世界首位。我国电网规模已经超过美国，跃居世界首位。电气工程概论电气工程概论13电气工程概论141.1.电力系统的功

16、能与作用电力系统的功能与作用p 电力系统电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个同一系应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个同一系统。统。p发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也称为称为一次设备一次设备，由主设备构成的系统称为主系统，也称为，由主设备构成的系统称为主系统，也称为一一次系统次系统；p测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主

17、系统安全、稳定、正常运行的各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为设备称为二次设备二次设备，二次设备构成的系统称为辅助系统，也，二次设备构成的系统称为辅助系统，也称为称为二次系统二次系统。电气工程概论15 电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。生活需要。为了发挥为了发挥电力系统电力系统的功能和作用，应满足以下的功能和作用，应满足以下基本要求：基本要求：满足用户需求；满足用户需求；安全可靠性要求；安全可靠性要求；经济性要求；经济性要求；环

18、保和生态要求。环保和生态要求。电气工程概论162.2.现代电力系统的特点现代电力系统的特点p 电力系统技术上的发展是以电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、大机组、大电网、高电压、高度自动化高度自动化”为特征来描述；为特征来描述；p数字化、网络化、信息化、智能化数字化、网络化、信息化、智能化技术日益提高电力系统的技术日益提高电力系统的自动化水平；自动化水平；p洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到重视，洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到重视，新能新能源源的开发利用，特别是的开发利用，特别是可再生能源可再生能源的开发利用也是现代电力的开发利用也是现代电力技术的发展趋势；技

19、术的发展趋势；p建立健全的建立健全的电力市场电力市场机制是提高效率、降低成本，促进电力机制是提高效率、降低成本，促进电力资产的合理利用与发展的有效保证。资产的合理利用与发展的有效保证。电气工程概论173.3.电力资源与负荷电力资源与负荷p 我国一次能源蕴藏量较为丰富，我国一次能源蕴藏量较为丰富，煤炭煤炭资源总蕴藏量为资源总蕴藏量为2.62.6万万亿吨，列世界第亿吨，列世界第2 2位；位；水力资源水力资源蕴藏量有蕴藏量有6.766.7610108 8kWkW，其中，其中可供开发的就有可供开发的就有3.73.710108 8kWkW，居世界首位，居世界首位；其他如；其他如石油、核石油、核料、风能、

20、太阳能、地热料、风能、太阳能、地热等能源也较丰富。等能源也较丰富。p中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的发展格局：发展格局：西电东送、南北互供、全国联网西电东送、南北互供、全国联网。电气工程概论18 电力系统的负荷按供电可靠性分为三类：电力系统的负荷按供电可靠性分为三类：一级负荷一级负荷：对一级负荷中断供电，将可能：对一级负荷中断供电，将可能造成生命危险、损坏设备、破坏生产过程，造成生命危险、损坏设备、破坏生产过程，使大量产

21、品报废，给国民经济造成重大损使大量产品报废，给国民经济造成重大损失，使市镇生活发生混乱。失，使市镇生活发生混乱。二级负荷二级负荷：对二级负荷停止供电，将造成：对二级负荷停止供电，将造成大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受到影响。到影响。三级负荷三级负荷：不属于一、二级负荷的其他负：不属于一、二级负荷的其他负荷。荷。电气工程概论194.4.电力系统构成电力系统构成p 电力系统电力系统是由发电厂、输配电系统及负荷组成是由发电厂、输配电系统及负荷组成的统一整体，通常覆盖广阔的地域。的统一整体，通常覆盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10

22、kV380V12kV电气工程概论20500kV500kV小型燃小型燃气轮机气轮机水库水库核核岛岛锅炉锅炉23kV23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV220kV220kV220kV110kV110kV10kV10kV380V/220V380V/220V10kV10kV供配电系统供配电系统区域电力系统区域电力系统电气工程概论21水电厂水电厂核电厂核电厂火电厂火电厂工厂电气铁路风电地区变电所配电变电所居民区输电线路居民配电线路110500变

23、电站变电站500kV10kV枢纽变电所枢纽变电所110kV电气工程概论225.5.电力系统设备电力系统设备p一次设备一次设备是指电力系统中发电、变电、输电、配电、用是指电力系统中发电、变电、输电、配电、用电等设备的总称；电等设备的总称； 包括：发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用包括：发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用电设备等。电设备等。p二次设备二次设备是指电力系统中用来测量、监视、控制、继电是指电力系统中用来测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备。于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备。 包括测量仪表、控制装置、继电保护及自动装置、直流包括测量仪表、控制装置、继电保护及自动装置、直流电源设备等电源设备等。电气工程概论236.6.交流系统与直流系统交流系统与直流系统p直流电直流电是指电流的大小相对于时间是恒定的，方向也是指电流的大小相对于时间是恒定的，方向也不改变。不改变。p交流电交流电是指电流的大小及方向随时间做周期性变化。是指电流的大小及方向随时间做周期性变化。通常交流电是指按正弦规律变化的。通常交流电是指按正弦规律变化的。电压时间0-+a. 直流电压时间0-+b. 交流电气工程概论24三相降压变压器三相降压变压器三相升压变压器三相升