电气工程概论教学ppt课件

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电力系统及其自动化电力系统及其自动化学科主要涉及电能的产生、变换、输送、分配、控制的理论，电力系统的规划、运行规律、以及相应的测量、保护、调节、控制系统的理论和技术。1 一、电力工业在国民经济中的地位人均用电量是衡量现代生活水平的重要标志。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。2 世界人均消费电能（2000年）3 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。4 2003年8月28日英国停电5 我国发生的重大停电事故湖北1972年7月27日大面积停电事故，造成武汉、黄石、黄冈地区全部停电，经济损失2400余万元华中1982年8月7日电网稳定破坏事故，造成湖北地区大面积停电，武钢、冶钢等重要用户严重受损，部分设备损坏，10小时后恢复正常6 2004全国电荒武汉遇7年来最严重电荒110被拉闸红绿灯停电湖北电荒闹得凶，一季度拉闸7199次上半年24个省市拉闸限电严峻形势贯穿全年杭州野生动物园停电百余猛兽伺机要“越狱”浙江义乌4万多工业企业停电10天7 二、电力系统概述1882年9月第一个完整的直流电力系统由ThomasEdison在纽约建成并投入使用，电压110V,输送距离1.5km。1、电力系统、电力网及动力系统1889年9月第一个单相交流输电系统在美国俄勒冈州（Oregon)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。8 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9 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。10 2.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11 架空输电线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系12 3、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：电压等级在330～750kV，输电距离在300～1000km。区域电力网：电压等级在110～220kV，输电距离在50～300km。13 变电所地方电力网：电压等级在35~110kV，输电距离在50km以内的中压电力网。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。14 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。15 热力网水库23kV锅炉10kV10kV工业用户220/380V商业用户反应堆23kV220kV110kV500kV超高压电网地方电力网区域电力网枢纽变电站中间变电站终端变电站16 煤炭、石油、天然气火力发电厂将一次能源转换为电能的工厂。三、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17 火力发电厂：利用固体、液体、气体燃料的化学能来生产电能的工厂1.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机械能电能燃烧原动机发电机18 19 20 21 22 23 24 25 26 2.水力发电厂水力发电厂：利用水库、河流所蕴藏的水力资源来生产电能的工厂水电厂的类型堤坝式引水式抽水蓄能电站势能机械能电能水轮机发电机27 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。分类坝后式河床式28 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29 河床式水力发电厂示意图进水口厂房溢流坝30 引水式水力发电厂堰引水渠压力水管厂房31 抽水蓄能电站（发电）水坝压力水管厂房蓄水池32 抽水蓄能电站（蓄能）33 3.核电厂核电厂：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34 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35 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36 4.其它能源发电风力发电地热发电潮汐发电太阳能发电37 风力发电示意图38 39 40 地热发电示意图火山地下水蒸汽包汽轮机发电机冷却塔循环水泵41 42 潮汐发电潮汐发电：利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电43 太阳能发电示意图44 1.额定电压的定义额定电压: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。四、电力系统的额定电压45 46 2.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47 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48 （3）变压器的额定电压10.5kV220kV500kV110kV10kV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49 一次绕组的额定电压降压变压器一次绕组的额定电压与用电设备的相同，等于电网的额定电压升压变压器一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同50 二次绕组的额定电压升、降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％51 五、电力系统运行的基本要求1、保证供电的安全可靠性“安全、可靠、优质、经济”电力用户的分类一类用户：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52 2、保证电能质量二类用户：大型影剧院及商场三类用户：小城镇、小加工厂、农村用电等。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。53 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％。54 3、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。4、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5、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55 六、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56 1.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57 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.h1978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58 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59 三峡输变电工程的建成，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60 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。61 2.中国电力工业展望装机容量成倍增长2020年达到900GW用于发电的能源比重大幅提高发电能源占一次能源消费的比重从目前32%提高到40%加强电源建设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62 发电能源结构进一步优化开发清洁发电能源，能源结构多元化63 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64 3.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65 大功率电力电子技术的应用灵活交流输电技术(FACTS)定质电力技术新型直流输电技术同步开断技术全可控的电力系统66 电磁兼容技术电磁环境评价电磁干扰耦合路径电磁抗扰性评价抗干扰措施电能质量系统67