电气工程基础第一章

电气工程基础二O一O年九月

1第1章概论21.1电力工业在国民经济中的地位

电是能量的一种表现形式，是一种二次能源。人均用电量是衡量现代生活水平的重要标志。电能的优点电力工业电力工业的发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志。3

世界人均消费电能（2000年）45★

2003年8月14日北美大停电

电力工业是国民经济发展的先行基础行业。6★

2003年8月28日英国停电

7★我国电网发生的重大事故2005年9月26日，海南受台风影响，全省大停电2006年7月1日，华中电网振荡2005年7月，13个省级电网电力供需紧张，拉电3.84万条次2006年7月，9个省级电网电力供需紧张，拉电2158条次81.2电力系统概述9

1882年9月第一个完整的直流电力系统由ThomasEdison在纽约建成并投入，电压110V,输送距离1.5km。

1889年9月第一个单相交流输电系统在美国俄勒冈州投入运行，电压4000V,输送距离21km。

1893年第一个三相交流输电系统在美国南加州投入运行，电压2300V,输送距离12km。1、电力系统、电力网及动力系统10热力网水库23kV锅炉10kV10kV工业用户220/380V商业用户反应堆23kV220kV110kV500kV电力系统电力网动力系统11电力系统：由发电机、升降压变压器、各种电压等级的输电线路和广大用户的用电设备所组成的统一整体。电力网：发电设备和用电设备之间输送和分配电能的网络。动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力部分。121.3

发电厂13煤炭、石油、天然气

火力发电厂水能水力发电厂核能核电厂新能源(风能、潮汐、地热、太阳能…)新能源电厂141.火力发电厂原动机：凝汽式汽轮机、燃气轮机、内燃机我国大部分火电厂为凝汽式火力发电厂

化学能热能燃烧原动机发电机机械能电能15锅炉凝汽器发电机汽轮机变压器输电线路16171819火电厂外景20锅炉外观全景21汽轮机及发电机外观22主变压器侧面23主变压器正面24输电线路25厂用变压器26晾水塔27送风机及静电除尘装置282.水力发电厂★水电厂的类型

堤坝式

引水式

抽水蓄能电站

势能水轮机发电机机械能电能29堤坝式水电厂:利用修筑拦河堤坝来抬高上游水位，形成发电水头的水电厂。★堤坝式水电厂的分类坝后式

河床式30坝后式水力发电厂示意图上游水库大坝变压器发电机下游31河床式水力发电厂示意图进水口厂房溢流坝32引水式水力发电厂堰引水渠压力水管厂房33水坝蓄水池抽水蓄能电站（发电）34抽水蓄能电站（蓄能）353.核电厂利用核能发电的工厂。★分类轻水堆重水堆石墨冷气堆沸水堆压水堆36沸水堆型核电厂示意图混凝土防护壳主循环泵控制棒反应堆汽轮机发电机凝结器凝结水泵37压水堆型核电厂示意图混凝土防护壳控制棒反应堆加压器主循环泵蒸汽发生器384.其它能源发电

风力发电地热发电潮汐发电太阳能发电39风力发电示意图40海上风力发电站4142火山地下水蒸汽包汽轮机发电机冷却塔循环水泵地热发电示意图4344

潮汐发电：利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电。45太阳能发电示意图461.4

电力网471、电力网的电压等级及确定原则★确定原则输送功率输送距离同系统中电压等级不宜过多或过少，级差不宜过大。48架空输电线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系

492.额定电压

能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。★

我国公布的额定电压

注意：其中3kV及以上的高电压均指三相交流系统的线电压。5051电气设备的额定电压（1）用电设备的额定电压（2）发电机的额定电压（3）变压器的额定电压

52用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。国家规定，用户处的电压偏移一般不得超过±5％。

（1）用电设备的额定电压（2）发电机的额定电压

发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失。53★一次绕组的额定电压变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。（3）变压器的额定电压54★二次绕组的额定电压变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10％。当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5％。

5510.5kV220kV500kV110kV10kV功率流动方向★一次绕组

接受电能，相当于用电设备。★二次绕组

输出电能，相当于发电机。56热力网水库23kV锅炉10kV10kV工业用户220/380V商业用户反应堆23kV220kV110kV500kV573、电力网和变电所的分类★电力网超高压电力网地方电力网区域电力网超高压电力网：电压等级330～750kV，输电距离300～1000km。区域电力网：电压等级110～220kV，输电距离50～300km。

地方电力网：电压等级35～110kV，输电距离50km以内。5859★变电所枢纽变电所中间变电所终端变电所

枢纽变电站：处于电力系统的中枢地位，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，并具有多条联络线路。

60

中间变电站：将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系，一般汇集2~3个电源，起系统交换功率或使长距离输电线路分段的作用。

终端变电站：处于电力网的末端，直接向本地负荷供电，而不再向其他地区输送电能。

61热力网水库23kV锅炉10kV10kV工业用户220/380V商业用户反应堆23kV220kV110kV500kV枢纽变电站区域电力网中间变电站地方电力网终端变电站超高压电网621.5电力系统63电能的生产和使用同时完成正常输电过程和故障过程都非常迅速具有较强的地区性特点与国民经济的各部门关系密切1、电力系统运行的特点642电力系统运行的基本要求“安全、可靠、优质、经济”65

一类用户：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事基地；国家重要机关，城市公用照明等。

二类用户：大型影剧院及商场

三类用户：小城镇、小加工厂、农村用电等。

（一）保证供电的安全可靠性66（二）保证电能质量电能质量指标频率电压波形★

正弦波的畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值占基波有效值的百分比。

67★我国规定的额定频率值为50Hz，大容量系统允许频率偏差±0.2Hz，中小容量系统允许频率偏差±0.5Hz。★35kV及以上的线路额定电压允许偏差±5%；10kV线路额定电压允许偏差±7％。★10kV以上波形畸变率不大于4％；380V／220V线路波形畸变率不大于5％。68（三）保证电力系统的稳定性

稳定问题是影响大型电力系统运行可靠性的一个重要因素。

（四）保证运行人员和电气设备工作的安全设计合理、维护及时、严格遵守规章制度。（五）保证电力系统运行的经济性规划设计合理、提高系统调度和管理水平。691.6

我国电力现状和发展前景1.历史及现状2.中国电力工业展望3.电力前沿技术

701.历史及现状★

1949年，全国装机容量累计只有1850MW，年发电量为4.3×109kW·h，分别列世界第21位和第25位★新中国成立后，电力工业发展经过的2个阶段：

1950～1978年期间东北、京津唐、华东、华中电网形成了220kV主干网架；

建成中国第1条330kV刘天关线路，将陕、甘、青电网互联，初步形成了西北电网；71至1978年底，全国发电装机容量达到5712万kW，年发电量达到2566亿kW.h。

1978年后形成了华北、东北、华东、华中、西北、川渝和南方联营等7个跨省区电网以及及5个独立的省级电网；除西北电网最高电压等级为330kV外，其它跨省电网和山东电网均以500kV为主网架；到2000年3月，全国发电装机容量达到3亿kW，年发电量达到11039亿kW.h，装机容量和发电量跃居世界第2位。72★我国电力工业发展的方针

优先开发水电、积极发展火电、稳步发展核电、因地制宜地利用其他可再生能源发电，搞好水电的“西电东送”和火电的“北电南送”建设。

732.中国电力工业展望★

2020年装机容量增长到900GW。★发电能源占一次能源消费的比重由32%提高到40%。★加强电源建设

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继续发展火电▲大力发展水电▲加速核电国产化▲加强新能源的开发力度74★开发清洁发电能源，发电能源结构进一步优化。75★加强电网建设，实现全国联网，逐步发展跨国电网。★加快城网、农网改造。★引入电力市场，建立科学合理的电价机制。▲三峡输变电工程加上华东、华中、重庆和四川的500kV骨干网架，将形成稳固的三峡电网。▲金沙江下游的巨型电站溪洛渡和向家坝电站及其外送输变电工程建成后，与三峡电网相联，将形成以三峡电站为中心沿长江展开的我国中部电网。

763.电力前沿技术★分布式电源液体或气体燃料的内燃机微型燃气轮机工程用的燃料电池

77灵活交流输电技术(FACTS)定质