第1章电气工程概论

电气工程导论电气与电子工程学院绪论关于课程：课程名称：电气工程导论课程性质：是电气工程及自动化专业的一门选修课程考查依据：考勤0.2、课堂表现0.2、作业0.3、总结测验0.3研究的内容：介绍电气工程的基本概念、电力系统的基本计算、电力系统正常运行的潮流分布、电力系统运行状况的优化与调整、故障分析、稳定性分析等。通过学习使学生在有限的学时内较全面地学习和掌握电气工程的基本知识。4.与其他课程的联系：先修课程：电路、电机学后继课程：电力系统分析、继电保护、建筑供配电相关参考书：杨淑英主编，电力系统概论，中国电力出版社，2007杨以涵电力系统基础中国电力出版社1986尹克宁电力工程中国电力出版社2005陈慈萱电气工程基础中国电力出版社2003王锡凡现代电力系统分析科学出版社2003教学计划(32学时16周)第1章电气工程概论/41.1电气工程的地位和作用1.2电机工程1.3电力系统工程1.4电力电子技术1.5高电压工程1.6电气工程新技术第2章电器设备/22.1电弧与灭弧2.2高压断路器2.3隔离开关、高压负荷开关、高压熔断器2.4低压电器2.5互感器2.6电气设备的选择第3章电气一次系统/23.1发电工程3.2电气主接线3.3配电装置3.4电力系统负荷教学计划第4章电气二次系统/24.1电气二次回路基本概念4.2断路器的控制回路与信号回路4.3中央信号4.4发电厂变电所的操作电源第5章现代电力系统运行/65.1电力网的参数计算和等值电路5.2电力系统的稳态运行5.3电力系统的经济运行5.4电力系统故障分析5.5电力系统稳定性5.6远距离输电第6章继电保护与安全自动装置/46.1继电保护概述6.2电力线路的继电保护6.3变压器保护6.4发电机保护第7章电力系统自动化/27.1电力系统通信7.2电力系统调度自动化7.3电厂自动化系统7.4变电站综合自动化第8章高电压工程/28.1高电压绝缘8.2高压绝缘试验8.3电力系统过电压及其保护8.4电力系统绝缘配合第9章电气工程设计/29.1电气工程设计的基本知识9.2电气制图规范9.3电气工程设计的内容9.4电气设计AutoCAD简介9.5变配电工程设计示例第10章电气工程建设监理/2第11章电气工程管理/2第一章电气工程概论1.1.1电气工程在国民经济中的地位电是能量的一种表现形式，是现代社会中最重要、最方便的能源，现代工农业生产、交通运输以及城乡人民生活等各个方面,广泛地使用着电能。电能为二次能源煤炭、石油、天然气、水利等随自然界演化生成的动力资源是能量的直接提供者为一次能源。电能是由一次能源转换而成，称为二次能源。1.1电气工程的地位和作用优点:1、电能易于转换成其它形式的能量(光能、热能、机械能、化学能）,使用便利2、电能便于生产、输送、分配、使用和易于控制。电能经过高压输电线路,还可以输送很远的距离,供给远方的用户,输送与分配经济3、自然界中具有丰富的电力资源，如煤、石油、天然气、水力、原子能、太阳能、风能等4、另外,许多生产部门利用电进行控制,更容易实现自动化,提高产品质量和经济效益。电气工程（ElectricalEngineering）是与电能生产和应用相关的技术，包括发电工程、输配电工程和用电工程。发电工程根据一次能源的不同可以分为：火力发电工程、水力发电工程、核电工程、可再生能源工程等。输配电工程可以分为输变电工程和配电工程。用电工程可分为：船舶电气工程、交通电气工程、建筑电气工程等。电气工程还可分为电机工程、电力电子技术、电力系统工程、高电压工程。电气工程与土木工程、机械工程、化学工程及管理工程并称现代社会五大工程。发电工程发电厂是生产电能的核心，任务是将一次能源转换成电能发电厂类型：燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；利用水能发电的水力发电厂；利用核能发电的核动力电厂（又称核电厂）。我国目前火力发电设备容量占的比重最大，超过70％，水电设备容量约占20％，核能发电设备容量则不足10％。另外还有太阳能发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂和地热发电厂等。火电厂生产过程示意图水电厂示意图黄河三门峡水电站长江三峡水电站核电厂示意图其它能源发电1.地热发电（地下热水）2．潮汐发电（潮涨潮落）3.风能发电（电能质量较差、不稳定）4.太阳能发电电力可持续发展问题截至2008年6月，中国的火电、水电、核电、可再生能源发电装机容量的比例为75%、22%、2%、1%。受能源资源条件的制约，燃煤发电比例过高的现实在相当长的一段时间内难以改变。通过大力发展水电、加快发展核电、积极发展非水可再生能源（尤其是风能）等举措，可逐步降低化石燃料的份额，改善能源结构。2020年以后，预计我国石油对外依存度将达50％以上；煤炭的开发规模又受到环境、运输等条件的制约；水电装机容量达到３亿千瓦之后，进一步大规模持续开发的余地不大；非水可再生能源如风能和太阳能等，存在能量密度低和供能间断性等问题，尚无法大规模取代化石能源；综观各种能源，应大力发展核能才能满足我国2020年以后的能源需求。专家指出，到本世纪中叶，核电装机容量应进一步提高到2.4亿千瓦以上，核电份额将提高到10％～20％，使核能与洁净煤电和水电共同成为我国能源的三大支柱之一。在火电领域，中国正努力优化煤电结构，推进大型煤电基地的建设，鼓励发展坑口电站，重点发展大型高效环保机组和积极发展热电联产机组，降低供电煤耗，加快淘汰落后小火电机组的步伐。据测算，如果中国目前的火电机组全部采用超超临界技术，供电煤耗就可以从357克标准煤/千瓦时降至283克标准煤/千瓦时，供电效率从34.4%提高到43.4%，相当于2007年节省标准煤约2亿吨、减排二氧化碳5亿吨，同时还能减少运输与环保压力。优化火电结构在保护生态环境和妥善安置移民的基础上，大力发展水电。2004年中国水电装机容量已突破1亿千瓦并跃居世界第一。2008年全国水电发电量约占全国电力供应量的16%，我国水能蕴藏量居世界第一，人均拥有量接近世界平均水平，但我国水电发电量占总发电量的比例低于世界5个百分点。规划到2020年，水电装机容量达3亿千瓦，其中大中型水电2.25亿千瓦，小水电0.75亿千瓦，相当于年减排二氧化碳10亿吨左右。大力发展水电水电发展规划水电被放在“十二五“电力发展的第一位“十二五”水电开发的基调是，继续加快开发长江上游、乌江、南盘江、红水河、黄河中下游及北干流、湘西、闽浙赣和东北等7个水电基地。根据规划，2015年全国常规水电装机预计2.84亿千瓦左右，2020年全国水电装机预计达3.3亿千瓦左右。核电站的配套工程，抽水蓄能电站规划装机容量4100万千万左右，2020年6000万千万左右。积极推进核电建设。到2020年，在建核电装机1800万千瓦，运行核电容量达到4000万千瓦，占全国总装机容量的4%，相当于年减排二氧化碳1.2亿吨。（图：中广核岭澳核电站）积极推进核电建设核电战略在十二五规划中，中国的清洁能源产业将进入快速发展的时期，而其中核电将扮演至关重要的角色，世界上目前在建的核电机组有60多个，而中国的就占到了近一半，未来五年以后，中国将有41台核电机组投入商业运营。2011年，核电占整个电力装机容量的1.1%，到2015年可能达到2.2%，到2020年可能达到3.5%。到了2015年核电装机容量将达到5000万千瓦，2020年将超过8000万千瓦。“我国目前的核电装机容量仅为1000万千瓦。在‘十二五’期间，核电装机容量将翻5倍以上，核电成为增长最快的新能源，核电产业将迎来一场巨变。”但是，日本福岛核电站的泄露事故，给我国的核电发展敲响了警钟。积极鼓励可再生能源和新能源发电。我国已颁布了《可再生能源法》，制定了可再生能源发电优先上网、全额收购、价格优惠及社会公摊的政策。发布了《可再生能源中长期发展规划》，建立可再生能源发展专项资金，支持资源调查、技术研发、试点示范工程建设和农村可再生能源开发利用。除了在电源点建设方面发展低碳电力外，我国还不断加强电力需求侧管理，实行电力统一规划和节能调度，加强区域和输配电网络建设，扩大西电东送规模，以努力提高能源利用效率。制订相关能源法律法规风电发展规划2010年4月国家能源局制订了“新能源产业振兴发展规划”，目标是2011年新能源在能源结构中的比重达到2%，2020年新能源在能源结构中的比重达到9%，新能源发电占电力总装机容量的比重达到15%。新能源包括核电、风电、太阳能、生物质能、煤层气利用量和煤石干石综合利用等。在这些能源中，风能技术最成熟、成本相对较低而最具有规模化开发条件和商业化、产业化发展前景的发电方式之一。我国有望在今年风力发电装机容量超过2000万kW。目标总目标陆上海上2011年3500万kW3000万kW500万kW300万kW2020年1.5亿kW1.2亿kW光伏发电2010年我国光伏电池产能已经达到了1000万千瓦，未来5年将超过2000万千瓦，而到目前为止我国光伏装机容量仅为30多万千瓦，即便按“十二五”规划，我国光伏产品仍有80％依靠出口。利用太阳能发电，尤其是通过光伏并网发电，近期可解决部分应用领域的需要，以作为常规能源的补充；远期将大规模应用，以逐步替代常规化石能源，使电力产业真正成为绿色产业，社会发展真正得到“绿色”引擎的助推。输配电工程电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供电范围小，电压一般为35～110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网。1.1.2电气工程的发展电气工程的发展历史（见书介绍）至2007年底，我国发电装机容量达7.13亿kW，三峡水电及输变电工程、百万千瓦级超超临界火电工程、百万千瓦级核电工程，以及全长645km的交流1000kV晋东南—南阳—荆门特高压输电线路工程、世界第一条直流±800kV云广特高压输变电工程等举世瞩目发展智能电网:可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的智能化电网风力发电、太阳能光伏发电等可再生能源发电技术的产业化及规模化应用电气应用领域建筑电气与智能化在建筑行业中的比重越来越大，现代化建筑物、建筑小区，乃至乡镇和城市对电气照明、楼字自动控制、计算机网络通信，以及防火、防盗和停车场管理等安全防范系统的要求越来越迫切，也越来越高；在交通运输行业，过去采用蒸汽机或内燃机直接牵引的列车几乎全部都要由电力牵引或电传动取代，磁悬浮列车的驱动、电动汽车的驱动、舰船的推进，甚至飞机的推进都将大量使用电力；机械制造行业中机电一体化技术的实现和各种自动化生产线的建设；国防领域的全电化军舰、战车、电磁武器等等。1.1.3电气工程学科分类在我国高等学校的1998年本科专业目录中，电气工程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程与自动化作为一宽口径综合性专业，它涉及电能的生产、传输、分配、使用全过程，电力系统(网络)及其设备的研发、设计、制造、运行、检测和控制等多方面各环节的工程技术问题，要求电气工程师掌握电工理论、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机及其控制、网络通信等宽广领域的工程技术基础和专业知识，掌握电气工程运行、电气工程设计、电气工程技术咨询、电气工程设备招标及采购咨询、电气工程的项目管理、电气设计项目和建设项目的监理等基本技能。在研究生学科专业目录中，电气工程是工学门类中的一个一级学科，包含电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术等5个二级学科由国家技术监督局于1992年11月1日发布的《学科分类与代码》中，电气工程是一级学科动力与电气工程下的二级学科，包含电工学、电机学、电力电子技术、电力系统及其自动化等18个三级学科。1.2.1电机的作用电能优点1：易于转换成其它形式的能量(光能、热能、机械能、化学能）,使用便利电机是以电磁感应现象为基础实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的装置，包括旋转电机和变压器两