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1、电力工程基础 2015.2,电力工程,主要研究内容：就是把交流电如何安全、高效、可靠的产生并送到用户的手中。,用户,发电机,电力网,变压器,线路,稳态计算,故障计算,设备选择,保护选择,建立系统,模型,电力工程基础 2015.2,涉及到的知识非常多。电力工程基础就是对电力工程学科的了解。,教材：电力工程基础西安交通大学出版社，王锡凡主编,电力工程基础 2015.2,电力工程基础,第1章 绪 论(3学时),第2章 电力系统稳定运行分析和计算(6学时),第3章 电力系统的短路电流计算（5学时）,第4章 发电厂和变电所的主设备及主接线（5学时）,第6章 继电保护（5学时）,第7章 电力系统过电压及接
2、地（4学时）,电力工程基础 2015.2,第1章 绪 论,1-1 电力系统基本概念,1-2 我国的电力工业,1-3 电力系统负荷及负荷曲线,1-5 电力线路的结构,1-4 各类发电厂和生产过程,电力工程基础 2015.2,（一）什么是电力系统？,1-1 电力系统基本概念,一、电力系统的形成与发展,电力工程基础 2015.2,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。 发电厂： 生成电能 变电所： 变换和分配电能 输配电线路： 输送电能 用户： 消费电能,电力工
3、程基础 2015.2,超高压远距离输电网,地方电力网,区域电力网,110kV,35kV,35kV,500kV,220kV,110kV,10 kV,水力发电厂,火力发电厂,变电所A：枢纽,变电所C：地方,变电所D：终端,变电所B： 中间,电力工程基础 2015.2,电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类 地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在2050km以内 区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络 超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时
4、还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统 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：,电力工程基础 2015.2,（二）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f Q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、,电力工程基础 2015.2,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,电力系统的地区性特点较强：发展各具特色。 电力系统的规
5、划设计、运行等不能盲目搬用其它系统的经验,电力工程基础 2015.2,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,（三）对电力系统的要求,电力工程基础 2015.2,二 、电能的质量指标,电能的质量指标主要包括：电压、频率、波形,35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%； 10kV及以下三相供电为7%； 220V单相供电为+7%，-10%,频率：额定频率： 50Hz（国外：50 或 60Hz） 频率偏差： 0.2Hz（3000MW系统） 0.5Hz（3000MW系统） 波形：质量标准： 正弦波电压和电流谐波的危害,与抑制,电压：,电力工程基础 2015.2,三、 电力系统的
6、电压等级,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。,（一）电力系统的电压等级,包括电力系统的额定电压和最高电压以及电气设备的额定电压和最高电压。,电力工程基础 2015.2,(二) 电气设备的额定电压,电气设备的额定电压 系统的额定电压UN 发电机的额定电压 110% UN 变压器 是一种特殊的电气设备 一次绕组 相当 于电气设备 UN 二次绕组 相当 于发电设备110% UN,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。,电力工程基础 2015.2,（三）电压等级的选择,一般说来，影响电压等级选择的主
7、要因素是输送容量和输电距离。根据电力系统功率损失与电压损失的关系式：,可知这两种损失均与电压成反比，而与距离成正比。对于某一选定的输电线，若所取的电压等级越高，则允许输送的功率就越大，而损失则越小。 但另一方面，电压等级越高，会因设备绝缘问题使线路总造价上升。,电力工程基础 2015.2,1-2 我国的电力工业,一、电力工业发展概况,电力工业发展史上的第一： 火电：1882年上海杨树浦；水电：1912年云南石龙坝240kW； 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
8、到上海南桥变电站500kV直流。新疆准东至四川的1100千伏特高压直流输电工程计划于2015年建成投运。,电力工程基础 2015.2,美国年底装机容量超过亿千瓦；2011年我国电力行业装机容量为105576万千瓦，其中：水电2.3亿千瓦，火电7.6亿千瓦，核电1191万千瓦，风电4700万千瓦。2001年人均用电量1000千瓦时， 2011年全国全社会用电量为4.69万亿千瓦时，人均用电量3483千瓦时，比上年增加351千瓦时，超过世界平均水平。 2011年底江苏总装机容量突破了7000万千瓦。,年底或稍后，随着我国在建机组陆续建成投产，运行的核电机组将达到台，总装机容量接近万千瓦，约占全球核
9、电装机容量十分之一。而且，届时将有近个核电机组在建。,电力工程基础 2015.2,二、电力系统发展前景 1. 电力工业现代化 超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和交、直流输电技术,2. 电力市场 基本特征：开放性 竞争性 计划性 协调性 基本原则：公平 公开 公正 3. IT技术在电力系统中的应用 4. GPS系统在电力系统中的应用 5. 谐波治理,电力工程基础 2015.2,电力系统负荷分类：根据消耗功率的性质分： 用电负荷、供电负荷、发电负荷 按供电可靠性分： 一类负荷、二类负荷、三类负荷 根据用户在国民经济中的部门分： 工业用电负荷 农、林、牧、渔、水利用电负荷 建筑
10、业用电负荷 交通运输、邮电通信用电负荷 商业、饮食、供销、仓储业用电负荷 城乡居民生活用电负荷,1-3 电力系统负荷及负荷曲线,一、电力系统负荷的基本概念及其分类,电力工程基础 2015.2,二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类,电力系统负荷曲线 分类： 按时间分类： 日负荷曲线 日负荷持续曲线 年最大负荷曲线 年持续负荷曲线 按用电特性分类： 指根据部门分类的用户负荷曲线,电力工程基础 2015.2,三、电力系统日负荷曲线,日负荷曲线主要用于研究电力系统日运行方式，如：经济运行、调峰措施等,最小负荷 最大负荷 基荷 峰荷 腰荷,电力工程基础 2015.2,四、年负荷曲线和年最大负荷利用小时
11、数,年负荷曲线分为：年最大负荷曲线和年持续负荷曲线,1、年最大负荷曲线,由12个点组成，分别代表12个月的最大负荷功率,电力工程基础 2015.2,年最大负荷利用小时数Tmax 如果用户始终保持最大负荷值Pmax运行，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为年最大负荷利用小时数。,2、年持续负荷曲线和年最大负荷利用小时数Tmax,年持续负荷曲线,电力工程基础 2015.2,1-4 各类发电厂和生产过程,一、能源的分类,一次能源和二次能源 常规能源和新能源 再生能源与非再生能源 含能体能源和过程性能源,二、新能源,太阳能发电：地球表面一年从太阳获得的总能量约达610
12、17kW.h，比全世界目前一年内利用各种能源的总和还大1万倍以上。 风力发电：世界上风能总量约3500亿kW，相当于每年可发电3050亿万kWh。 地热发电：地热资源分为干蒸汽田、湿蒸汽田、地热水和热岩层。,电力工程基础 2015.2,海洋能发电：大范围有规律的动能（如潮汐、海流）和无规律的动能（如波浪能）以及海洋不同深度的温差（热能）。 磁流体发电：它是利用高温等离子体流过与流动方向垂直的强磁场，在与等离子体流向和磁场都垂直的方向上产生了电动 势，使回路中产生电流的直接发电方式。 氢能发电： 核聚变能：轻核聚变所释放的能量十分巨大，如氘聚合成一公斤氦，所释放的能量相当于一万吨标准煤完全燃烧放
13、出的能量。,电力工程基础 2015.2,1. 火力发电厂？ 将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。 2. 分类： 按容量大小： 大型电厂、中型电厂、小型电厂 按燃料种类： 燃煤、燃油、燃气 按原动机： 蒸汽轮机、燃气轮机 按输出能量： 凝汽式电厂和热电联产电厂 按机组热力参数：低压、中压、高温高压 超高压、亚临界、超临界电厂 3. 能量转换过程： 燃料的化学能 热能 机械能 电能 4. 火电厂的组成 火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。,三、火力发电厂,电力工程基础 2015.2,5. 火力发电厂的生产过程,电力工程基础 2015.2,当前投入使用核电站均采
14、用原子核裂变时释放出来的能量发电。 从已探明的能源储量来看，地球上的石油和天然气在今后几十年内将被耗尽，煤炭也只能再用几百年。但是可开发的核燃料所提供的裂变能可供人类用几千年，提供的聚变能则几乎是用之不竭。核能将成为重要的能源之一。,四、 核电厂,电力工程基础 2015.2,电力工程基础 2015.2,五、 水电厂,水力发电就是利用水能发电的一种方式。在天然河流上构筑堤坝，抬高水位，形成水库。上游水库中的水经进水口，压力水管进入水轮机蜗壳，冲动水轮机转动，并带动同轴的发电机发出电力。作功后的尾水，经尾水管流至下游河道。,电力工程基础 2015.2,电力工程基础 2015.2,1-5 电力线路的
15、结构,电力线路包括输电线路和配电线路。 电力线路主要有： 架空线路和电缆线路 架空线路的组成： 导线和避雷线、杆塔、绝缘子、金具。,电力工程基础 2015.2,一、导线和避雷线 作用 材料：铝-L、钢-G、铝合金-HL 钢芯铝绞线： 普通钢芯铝绞线铝钢面积之比5.3 - 6.1 轻型钢芯铝绞线 7.6 - 8.3 加强钢芯铝绞线 4 - 4.5 有时为了减小电晕损耗，常采用分裂导线,电力工程基础 2015.2,二、杆塔,三、绝缘子和金具,材料：,木杆,钢筋混凝土杆,铁塔,绝缘子,针式,悬式,金具：,电力工程基础 2015.2,四、电缆,电力电缆一般由三部分组成： 导体、绝缘层、保护包皮 电力电缆的分类： 根据电缆中导体数目的不同,
