电气工程基础(张菁)章 (1)

第1章 绪 论
改革开放推动了我国电力工业的腾飞。自 1978 年以来， 由于我国经济体制改革和对外开放政策的实践，电力工业呈持 续高速发展，发电设备装机容量增长快速，自 1987 年，每年 新增量超过 10000MW 。 1991 — 1998 年每年新增量超过 15000MW 。增长速度居世界首位。至 1998 年末，全国总装机 容量达 277GW ，全年发电量达到 1157.7TW · h ，均比 1980年增长近四倍，并超过了日本和俄罗斯，仅次于美国，跃 居世界第二位。 2006 年末，全国总装机容量突破 600GW ， 稳居世界第二位。近些年，中国电力事业发展迅猛， 2012 年 装机容量达 10.6 亿千瓦，居世界第二位，年发电量达 4. 8 万亿千瓦时，居世界第一位。
第1章 绪 论
1.1 电力系统概述
1. 1. 1 电力工业的起源 19 世纪上半叶电磁学的蓬勃发展为电气技术的兴起奠定
了理论基础，而电能的应用则促进了工业化国家生产力的飞速 发展。 1820 年奥斯特通过实验证实了电流的磁效应， 1831 年法拉第发现了电磁感应定律，这些发现很快促成了电动机与 发电机的发明。电机制造与电力输送技术的发展首先是从直流 开始的。
第1章 绪 论
我国具有丰富的能源资源。我国水电资源蕴藏量达 676GW ，居世界首位。煤、石油、天然气资源也很丰富。煤的 预测量约为 4500Mt ，可利用的风力资源约为 160GW 。这些 优良的自然条件为我国电力工业的发展提供了资源基础。但过 去中国的电力工业却非常落后， 1949 年全国的总装机容量仅 为 1849MW ，年发电量仅有 4.3TW · h ，分别居世界第 21 位和第 25 位。
第1章 绪 论 图 1－2 密勒制三相交流输电系统
第1章 绪 论
1. 1. 2 我国电力工业发展概况 电力工业是国民经济的关键部门，它为实现工农业生产、
科学技术的现代化和提高人民的生活水平提供动力。电力工业 是先行工业，它的发展必须优先于其他工业，整个国民 经济才能不断前进。世界各国经济发展的经验表明：国民经济 每增长 1% ，电力工业就要求增长 1.3%~1. 5% 。工业发达国 家几乎每 7~10 年装机容量就要增长一倍。
第1章 绪 论
中华人民共和国成立后，电力工业蓬勃向上。 1949 — 1980 年 30 年间发电设备的年平均增长速度达到 12.45% 。 至 1980 年底，全国总装机容量增至 65869MW ，列居世界第 八位；年发电量增至 300.6TW · h ，列居世界第六位。从设 计、制造到运行、管理已初步建成较完整的电力工业体系。
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截至 2013年底，全国发电装机容量达到 12.47 亿千瓦，跃居 世界第一位。其中，火电 8. 62 亿千瓦，占全部装机容量的 69.13% ， 35 年来首次降至 70% 以下。同时，清洁能源占比 也首次突破 30% 。
2016 年 4 月，《全球新能源发展报告 2016 》在北京发 布。报告显示，从发电角度看，中国发电装机容量和发电量均 居全球第一。太阳能光伏累计装机容量为世界第一。中国晶硅 组件产能和产量都占到全球 70% 以上，在世界范围内仍然保 持领先地位。在新能源汽车领域， 2015 年中国销量 33.1 万 辆，同比增长 3. 4 倍，首次超越美国成为全球最大的新能源 汽车生产国。
第1章 绪 论 图 1－1 塞雷制的直流输电系统
第1章 绪 论
1885 年匈牙利工程师吉里等研究出封闭磁路的单相变压 器，由此实现了单相交流输电。但由于单相交流电动机启动困 难，不能保证增加发电厂的容量和扩大电网的伸展长度。 1889 年俄国工程师多里沃·多勃罗沃耳斯基先后发明了三相 异步电动机、三相变压器和三相交流制。 1891 年德国工程师 奥斯卡拉·冯·密勒主持建立了最早的三相交流输电系统 (见图 1－2 )，它由鲁芬镇输电至法兰克福，输送距离是 175km ，输送功率约为 130kW ，输送效率为 75.2% 。其中， 设在鲁芬镇的水轮发电机组转速为 150r / min ，频率为 40Hz ，电压为 95V ，功率为 230kV · A 。
第1章 绪 论
经升压变压器将电压升高至 15200V ，然后用直径为 4mm 的 裸铜线进行输电。再在法兰克福设降压站，用两台变压器将电 压降至 112V ，其中一台供给白炽灯，另一台供电给异步电动 机用以驱动一台 75kW 的水泵。上述工程的建成标志着历史上 输电技术的重大突破，由此奠定了现代电力系统的输电模式。
第1章 绪 论
随着生产的发展，要求增大输送功率与输电距离，提高输 电效率，这就要求提高输电电压，但为了避免出现电晕所以发 电机电压不可能提得很高，且直流高压输电与用户低压用电之 间存在着难以克服的矛盾，使得当时的直流输电制遇到很大挑 战。法国工程师芳建与瑞典工程师塞雷提出的直流电机串联制 使得输送电压有所提高，但终因价格昂贵及运行复杂难以为继。 而交流制却可使用变压器，从而简单、经济、可靠地解决了提 高输电电压的问题，使得塞雷制的直流输电系统(见图 1－1 ) 逐渐被新兴的三相交流目的，原始的直流发电机连接到电力线路上采用 110~220V 直流电供给串联的弧光路灯，供电距离为 1~2km 。 1882 年法国人德波里首先实现了较高电压的直流输电。德波 里将密士巴赫小水电站 3 马力( 1 马力 =735. 5 瓦)直流发 电机的电能经过长 57km 、直径为 4. 5mm 的钢线敷设的架空 线送至慕尼黑国际博览会，用以驱动水泵运转。其中，送端电 压为 1300V ，受端电压约为 850V ，输送功率 1.5kW ，效率 为 60% 。
第1章 绪 论
第1章 绪 论
1.1 电力系统概述 1.2 发电厂 1.3 变电所类型 1.4 发电厂和变电所电气设备简述 思考题
第1章 绪 论
本章先简要概述电力系统的构成，再分别介绍各类型发电 厂及变电所，最后简述发电厂和变电所的电气设备。希望通过 本章能使学生对电力系统建立初步认识，掌握发电厂和变电所 一次设备的原理、电气主系统的设计方法及二次回路的构成和 动作原理，树立工程观点。