華中科技大學(xué)-電氣工程基礎(chǔ)(熊銀信)-第1章-緒論ppt課件

1、一、關(guān)于電氣工程基礎(chǔ),1.課程背景 2.課程特點、前修課程、后續(xù)課程 特點：工程思想 前修課程：電路理論、電機學(xué) 后續(xù)課程：電力系統(tǒng)分析、繼電保護、電力系統(tǒng)自動化、高電壓技術(shù) 3.教材：熊信銀，張步涵電氣工程基礎(chǔ)（第二版） 華中科技大學(xué)出版社，2010 4.學(xué)習(xí)方式、要求： 5.考核方式：筆試80%平時成績20% 6.教學(xué)錄像：配合,二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排,第一章 緒論 （4） 電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)、變電站的定義與分類；大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟效益簡介；電力系統(tǒng)的特點；對電力系統(tǒng)的要求；電能質(zhì)量指標(biāo)；電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備額定電壓及其規(guī)定；電壓等級與傳輸功率及傳輸距離的關(guān)系；接地的基本概念和類型；各種工作

2、接地方式的技術(shù)特點、適用電壓等級 第二章 發(fā)電系統(tǒng) （2） 能源的概念與分類，我國的（發(fā)電）能源分布和能源政策 發(fā)電廠的能量轉(zhuǎn)換；各類發(fā)電廠的分類及特點 第三章 輸變電系統(tǒng) （4） 一次系統(tǒng)和一次設(shè)備的基本概念；一次設(shè)備的類型；母線、斷路器、隔離開關(guān)、輸電線路、TA、TV等一次設(shè)備；各類電氣主接線的接線方式、運行特點、檢修特點、適用場合（注意各類主接線之間的比較）；配電裝置的基本概念及分類，安全凈距的概念及ABCDE值簡介；保護接地的基本概念、實現(xiàn)原理及分類。 第四章 配電系統(tǒng) （1） 配電網(wǎng)基本概念；保護接零的基本概念、原理及分類。 第五章 電力系統(tǒng)負荷 （1） 負荷的基本概念及分類；負荷曲

3、線的基本概念及分類；最大負荷利用小時數(shù)Tmax,二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排,第六章 電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算 張步涵 （6） 電力線路結(jié)構(gòu)、架空輸電線路的參數(shù)計算和等值電路、變壓器的等值電路及參數(shù)計算、元件的電壓和功率分布計算、開式電力網(wǎng)（同一電壓級、不同電壓級）潮流計算 第七章 電力系統(tǒng)的短路計算 （10） 短路故障、標(biāo)幺制、無限大功率電源供電網(wǎng)絡(luò)的三相短路、網(wǎng)絡(luò)簡化與轉(zhuǎn)移電抗的計算、有限容量系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)三相短路電流的實用計算、各元件的負序與零序參數(shù)、各序網(wǎng)絡(luò)的建立、不對稱短路的計算 第八章 電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇 （4） 載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力；電氣設(shè)備選擇的一般步驟及計算公式；短路計算點的基本概

4、念和選擇方法；斷路器、電抗器的選擇 第九章 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行 （6） 有功功率與頻率的關(guān)系；電力系統(tǒng)無功功率平衡及其與電壓的關(guān)系；電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本思路，中樞點電壓管理；電力系統(tǒng)各種調(diào)壓措施的原理、計算和應(yīng)用；電網(wǎng)運行經(jīng)濟性簡介（網(wǎng)損概念及計算、最大負荷損耗時間、降損措施）；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性基本概念。 第十章 電力系統(tǒng)繼電保護 （4） 繼電保護的基本概念、作用、基本原理；繼電保護裝置的構(gòu)成，動作電流、返回電流、返回系數(shù)的基本概念；繼電保護的“四性”要求；三段式相間短路電流保護的實現(xiàn)原理,二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排,第十一章 發(fā)輸變配電系統(tǒng)的二次系統(tǒng) （4） 二次系統(tǒng)和二次設(shè)備的基本概念；原理接線圖

5、、展開接線圖和安裝接線圖的基本概念和繪制原則；對斷路器控制的基本要求，控制開關(guān)，斷路器控制回路的實現(xiàn) 第十二章 電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓 （6） 過電壓的基本概念和分類；操作過電壓產(chǎn)生的基本原理，切除空載變壓器、切除空載長線路、合閘空載線路、電弧接地等產(chǎn)生過電壓的機理、過電壓倍數(shù)及其影響因素、限制過電壓的措施；三種諧振過電壓產(chǎn)生的機理、特點、過電壓倍數(shù)及其影響因素、限制過電壓的措施，電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治；工頻電壓升高基本概念及原理簡介 第十三章 電力系統(tǒng)防雷保護 （2） 雷電的放電過程和雷電參數(shù)；防雷裝置的外特性 第十四章 電力系統(tǒng)絕緣配合 （1） 絕緣配合的基本概念；絕緣配合方法 第十

6、五章 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的管理 （0）,第一章 緒論,第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景 第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念 第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo) 第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇 第五節(jié) 電力系統(tǒng)中性點接地,第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景,一、電力工業(yè)發(fā)展概況 電力工業(yè)發(fā)展史上的第一： 火電：1882年上海電氣公司； 水電：1912年云南石龍壩2240kW； 核電：1991年浙江秦山300MW；,輸電線路： 1974年甘肅劉家峽水電站陜西關(guān)中地區(qū) 330kV交流； 1981年河南姚孟火電廠到武漢500kV 交流； 1988年葛州壩水電站到上海南橋變電站500kV直流； 2005年青海官廳甘肅蘭州東750kV交

7、流； 2008年晉東南南陽荊州1000kV交流 2010.06.18：云南省楚雄廣東省廣州 800kV直流輸電工程,電力系統(tǒng)之最： 最大單機： 火電：1000MW（玉環(huán)061128、鄒縣061204） 水電：700MW（三峽） 核電：1000MW（嶺澳核電廠） 最大發(fā)電廠： 水電：三峽工程，3270萬kW，年均發(fā)電量846億kWh，比全世界70萬kW機組的總和還多，世界最大發(fā)電廠 火電：500萬kW（北侖電廠，5602100萬kW） 核電：200萬kW（嶺澳核電廠，2100萬kW） 抽水蓄能： 830萬kW（廣蓄，世界最大）,我國電力系統(tǒng)的發(fā)展：,我國發(fā)電裝機容量的幾大跨越： 1987年，突破

8、1億kW(105年)；1995年3月，突破2億kW；2000年4月，突破3億kW；2004年5月，以三峽電站7號機組投產(chǎn)發(fā)電為標(biāo)志，我國發(fā)電裝機突破4億kW；2005年10月突破5億kW；2006年突破6億kW ；2007年更突破了7億kW ；2008年末7.9253億kW 。,2007年國家/地區(qū)人均發(fā)電量排名,二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景 1.做好電力規(guī)劃，加強電網(wǎng)建設(shè) 加強電力規(guī)劃，確定合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，留有足夠的容量和能量的備用，建成容量充足、結(jié)構(gòu)合理、運行靈活的聯(lián)合電力系統(tǒng) 2. 電力工業(yè)現(xiàn)代化 高電壓、大系統(tǒng) 大電廠、大機組 智能電網(wǎng),3. 聯(lián)合電力系統(tǒng) 效益 各系統(tǒng)間電負荷的錯峰效益

9、 提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量 有利于安裝單機容量較大的機組 進行電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度 進行水電跨流域調(diào)度 調(diào)峰能力互相支援,支出 增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運行費用 當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時，有可能引起調(diào)頻的復(fù)雜性和出現(xiàn)低頻振蕩 增加了系統(tǒng)短路容量，并可能導(dǎo)致增加或調(diào)換已有設(shè)備 增加聯(lián)合電網(wǎng)的通訊和高度自動化的復(fù)雜性,4. 電力市場 基本特征：開放、競爭、計劃、協(xié)調(diào) 基本原則：公平、公開、公正 5. 綠色能源的開發(fā)和利用（風(fēng)能、太陽能等） 6. 節(jié)能、減排、低碳,第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念,一、什么是電力系統(tǒng),三、電力系統(tǒng)的特點,四、對電力系統(tǒng)的要求,二、電力系統(tǒng)的形成,一、什么是電

10、力系統(tǒng)？,電力網(wǎng)：由變電所和不同電壓等級輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò)。 電力系統(tǒng)：由發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及用電設(shè)備（或發(fā)電廠、變電所、輸配電線路以及用戶），按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體。 動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動力部分包含在內(nèi)的系統(tǒng)。,電力網(wǎng)：按電壓等級的高低、供電范圍大小的分類 超高壓遠距離輸電網(wǎng)：電壓等級為330kV500kV的網(wǎng)絡(luò) 區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級在35kV以上（一般為110kV220kV） 地方電力網(wǎng)：電壓等級在35kV及以下,變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類 樞紐變電所 中間變電所 地區(qū)變電所 終端電站所,二、電力系統(tǒng)的形成 電力系統(tǒng)規(guī)模越大，給人們帶來的技

11、術(shù)經(jīng)濟效益越大： 可以提高供電可靠性 可以減少備用容量 可以減少系統(tǒng)裝機容量 可合理利用能源，充分發(fā)揮水電在系統(tǒng)中的作用 采用高效率大容量的火電機組 可以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性,三、電力系統(tǒng)的特點 電能不能大量存儲：電能的生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用是同時進行的。 P發(fā) P用P 頻率f Q發(fā) Q用Q 電壓V,過渡過程十分短暫：控制操作自動化程度高。 必須借助自動裝置對電力系統(tǒng)進行控制：繼電保護裝置、遠動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置,電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系：社會政治經(jīng)濟影響巨大。 負荷分類：一類負荷、二類負荷、三類負荷 電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強：發(fā)展各具特色。

12、電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、運行等不能盲目搬用其它系統(tǒng)的經(jīng)驗。,四、對電力系統(tǒng)的要求 保證供電可靠 保證良好的電能質(zhì)量 提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性,Exa：一臺1000MW火電機組，年利用小時5000h，煤耗率290g/kW.h，煤價：600元/噸。 Sol： 年發(fā)電量： 1000000kW5000h50億kW.h 需標(biāo)煤：50億kW.h290g/kW.h145萬噸標(biāo)煤 燃料費：145萬噸600元/噸87000萬元 1%節(jié)約：燃料：1.45萬噸標(biāo)煤 燃料費：870萬元,第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo),電能的質(zhì)量指標(biāo)： 電 壓 頻 率 波 形,電壓： 必要性：,電壓質(zhì)量標(biāo)準：,頻率：,頻率偏差： 0.2Hz（3000

13、MW系統(tǒng)） 0.5Hz（3000MW系統(tǒng)） 國外： (0.10.2)Hz 或 0.5Hz,電鐘時偏： 30s（3000MW系統(tǒng)） 1min（3000MW系統(tǒng)）,額定頻率：50Hz（國外：50 或 60Hz）,波形：,諧波電壓限值,表1-3 公用電網(wǎng)諧波電壓限值,2諧波電流允許值,表1-4 注入公共連接點的諧波電流允許值（A）,第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇,一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓 二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓 三、電力系統(tǒng)電壓等級 四、電壓等級選擇,一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓 電力系統(tǒng)的額定電壓：由國家根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟條件規(guī)定的電壓等級標(biāo)準，又稱電力網(wǎng)的額定電壓或線路的額定電壓。

14、 電力系統(tǒng)的最高電壓：電力系統(tǒng)正常運行時，在任何時間系統(tǒng)中任何一點上所出現(xiàn)的電壓最高值。,二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓 電氣設(shè)備的額定電壓：電氣設(shè)備制造廠根據(jù)所規(guī)定的電氣設(shè)備工作條件而確定的電壓。 電氣設(shè)備的最高電壓：考慮到設(shè)備的絕緣性能和與最高電壓有關(guān)的其它性能所確定的允許最高運行電壓，其數(shù)值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。,注：受（用）電設(shè)備的額定電壓電力系統(tǒng)的額定電壓。,三、電力系統(tǒng)電壓等級,1. 低于3kV系統(tǒng)的額定電壓,直流系統(tǒng)的額定電壓 100V以下的額定電壓，受電設(shè)備與供電設(shè)備相同。 對受電設(shè)備為110V、220V和440V的直流系統(tǒng)，供電設(shè)備的額定電壓分別為115V、230V和

15、460V。,低于3kV交流三相/單相電力系統(tǒng)額定電壓和電氣設(shè)備額定電壓,2、3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓 電力線路額定電壓： 等于電力系統(tǒng)的額定電壓UN 發(fā)電機的額定電壓： 105% UN 變壓器一次繞組： 相當(dāng)于用電設(shè)備 UN 變壓器二次繞組： 相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備110% UN 特例1： 變壓器一次繞組105% UN 特例2： 變壓器二次繞組105% UN,I （U1U2）/Z SU2(U1U2)/lz0 10%UN2/lz0 傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關(guān)系 SConst， l U 2 lConst， S U 2,第四節(jié) 電力系統(tǒng)中性點接地,一、概述 二、中性點不接地系統(tǒng) 三、中性點

16、經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng) 四、中性點直接接地的電力系統(tǒng) 五、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng),一、概述 接地： 為了保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個設(shè)備的某一特定地點通過導(dǎo)體與大地作良好的連接。,接地分類： 工作接地：為了保證電氣設(shè)備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。 保護接地：將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時的安全。 保護接零：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線直接連接，以實現(xiàn)對人 身安全的保護作用。 防雷接地：為消除大氣過電壓對電氣設(shè)備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地

17、措施。 防靜電接地：對生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。,電力系統(tǒng)的中性點接地方式： 小接地電流系統(tǒng) 大接地電流系統(tǒng) 如何確定電力系統(tǒng)中性點接地方式： 應(yīng)從供電可靠性、內(nèi)過電壓、對通信線路的干擾、繼電保護以及確保人身安全諸方面綜合考慮。,二、中性點不接地的電力系統(tǒng),結(jié)論： 三相電壓對稱，三相導(dǎo)線對地電容電流也是對稱的，三相電容電流相量之和為零，這說明沒有電容電流經(jīng)過大地流動。,單相金屬性接地故障時(A相),故障相對地電壓降為零；非故障相對地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級越高絕緣投資越大。 三相

18、線電壓仍然對稱。用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。,接地故障電容電流IPE,中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時： 接地電流大于30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設(shè)備和可能引起多相相 間短路。 如果接地電流大于5A10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電弧；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達（2.53）U，將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。 如果接地電流在5A以下，當(dāng)電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。 How to do ？,三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng),消弧線圈: 安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。 單相(C相)金屬性接地故障: C相發(fā)生接地時，中性點電壓變?yōu)?UC ，在消弧線圈作用下，產(chǎn)生電感電流（滯后90），其數(shù)值為: ILUC / XLU / XL,消弧線圈的補償方式 全補償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點電流為零，此即全補償方式。 欠補償方式：按ILIC選擇消弧線圈