电气工程基础课件
电气工程基础
教学目的
•建立电力系统整体概念；
•掌握电力系统“发电-输电-配电-用电”各个环节的构成和工作原理；
•通过本课程的学习，具备基本的电力工业背景知识，为后续专业课的学习奠定基础，也为从事电力系统相关行业的工作打下必要的基础。
•熊信银. 电气工程基础. 华中科技大学出版社，2010
•考试：平时30%，考试70%
课程衔接
•先修课程：电路理论，电机学
•主要后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系统自动化、高电压技术
第一章主要内容
•掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力网、动力系统、变电站等；
•理解电力系统的特点；
•理解对电力系统提出的要求；
•掌握电力系统的三个电能质量指标，包括国家标准规定的允许变化范围；
•掌握电力系统的额定电压等级及规定，了解电力系统电压等级与输电距离之间的关系；
•了解电力系统发展历史、现状和前景。
单线图•
单线图：采用一根线表示对称三相
输电线路等值电路
只研究π型等值电路
时间事件
1873年在维也纳国际博览会上，法国弗泰内使用2000m导线，
连接一台瓦斯发动机拖动的格拉姆直流发电机和一台
带动水泵的电动机，证明了远距离输电的现实性
俄国皮罗茨基在彼得堡架设了输送功率4.5kW的直流
输电线路，距离为500m，后增至1000m。1876年，又
利用铁路轨道输送了3.6km，后来被用于有轨电车牵
引
法国德普勒架设首条57km直流试验线路，采用4.5mm
电报线，首端电压1343V，末端850V，输送功率不到
200W，损耗78%，把米斯巴赫水电站直流发电机发出
的电力送到慕尼黑国际博览会
德普勒从法国南部比塞尔到格勒诺布尔进行14km输电
试验，输送功率1.1kW1874年1882年1883年
时间事件
1885年
1882年10月采用6000V高压直流发电机从瓦利尔输电到巴黎，56km，损耗55%英国霍普金森（J. Hopkinson）发明直流输电三线制系
统，外线到中线110V，两外线之间220V。后来扩展
到五线制
由于高压大容量直流发电机的制造技术问题，远距离
输电所需的高电压不可能直接从直流电机直接获得。
法国芳建在送端串联多台直流发电机提高输电电压，
将75kW电力输送75km ，效率50%
瑞典瑟雷在各台串联的直流发电机上装上短路器，使
任意发电机投切不停电。该系统在其后20多年中建成
了15条直流输电线路，规模最大的是1906年投运的从
法国慕吉水电站到里昂180km、57kV、4700kW线路，
1927年改建为260km、125kV、19000kW，多接入两
座水电站19世纪末20世纪初
当时直流输电装置和运行方式复杂、造价高、可靠性差，很快被竞争的三相交流取代
时间事件
英国法拉第（M. Faraday,1791-1867）电磁感应实验中，
两个绕在铁芯上的线圈，但断开或接通一个线圈中的
电流时在另一个线圈上感应有电压，这实际上是变压
器的雏形
美国亨利（J. Henry,1797-1878）用多匝线圈作为原边，
用少匝线圈作副边，使高电压感应出低电压
1876年
1883年俄国亚布洛契科夫发明了单相变压器，用于照明美国特斯拉研制感应电机
时间事件
1883年法国高拉德(L. Gauland)和英国吉布斯（J. D. Gribbs）
将多台变压器原边串联在输电线路中，当副边接入的
电弧灯盏数变化时，输电电压会受到干扰
匈牙利吉伯纳基斯、贝利、波拉其共同设计多台变压
器并联连接方式1885年
19世纪80年代到90美国威斯汀豪斯（G. Westinghouse，1846-1914）预见
年代交流输电是发展方向，开始了交流输电工业尝试。围
绕交直流输电问题爆发了“交直流之战”
1889年5月爱迪生、凯尔文等主张大力推广直流电，极力反对交
流电。首先，他们认为当负荷波动很大时，采用直流
电效率更高。当时主要供给照明，交流1度电煤耗
9.072kg，而直流是4.536kg；其次，他们认为交流电
具有很大的危险性，1889年5月购买威斯汀豪斯3台交
流发电机，然后卖给监狱执行罪犯威廉.凯姆勒死刑
时间事件
威斯汀豪斯、特斯拉（N. Tesla）积极主张发展交流电。
他们认为交流电的输电效率更高，可以通过变压器升
压和降压，高压输电可以减少电能损失。交流发电机
制造业发展为交流发电方式做了充分准备
1886年
1886年
1888年
1891年8月威斯汀豪斯在美国麻省大巴林顿，进行1200m、3kV交流输电示范威斯汀豪斯在意大利建成17mile、2kV高压输电线路俄国多布罗夫斯基发明三相交流制和三相异步电动机威斯汀豪斯建成170km供国际展览会用的从法国劳芬
到德国法兰克福的世界第一条交流输电线路，劳芬水
电站安装一台230kVA、95V、40Hz三相交流发电机和
一台200kVA、95/15200V升压变压器，法兰克福建有
两座13800/112V降压变电站，一座供展览会照明，另
一座供100hp三相异步电动机用电，供9m高人工瀑布
离心泵
输电技术的发展就是增大输电功率、输电距离，减少损失，因此关键是提高电压
时间事件
1898年，采用针式绝缘子，美国加利福尼亚33kV、
120km线路
1906年，休伊特、巴克发明悬式绝缘子，美国建成
110kV高压输电线路
1912年，皮克、怀特海、沙特林、米特开维奇、高列
夫发现电晕临界电压与导线直径成比例增加，铝线或
钢芯铝线开始应用，美国建成154kV高压输电线路
1923年，均压环技术应用，美国建成220kV线路
1936年美国287kV、430km线路投运
时间事件
1952年瑞典首先建成380kV、940km、采用分裂导线的超高
压线路
苏联400kV、890km双回投运；1959年，该线路升压
到500kV
加拿大735kV建成
美国765kV线路并入AEP电网
苏联1150kV、510km投运。苏联解体后降压至500kV
运行1956年1965年1969年1985年
中国高压交流输电发展
年份
1912
1921
1924
1934
1941
1941
1942
1972
1981
2009电压等级23kV33kV44kV66kV77kV220kV110kV330kV500kV1000kV192km534km595km640km45km线路长度34km20km64.5km地点云南石龙坝至昆明北京石景山至市区奉天至辽阳大连甘井子至天之川天津第一发电厂至塘沽东北水丰水电厂至鞍山镜泊湖水电厂至延边刘家峡水电站至陕西汉中平顶山姚孟电厂至武昌山西晋东南经南阳到荆门
高压直流输电简史
时间事件
1954年瑞典本土与哥特兰岛之间建成世界第一个工业直流输
电工程，海底电缆，100kV，96km，2万千瓦，采用
汞弧阀换流
瑞典本土与哥特兰岛工程扩建了50kV、1万千瓦晶闸
管换流阀试验工程1970年
1972年世界上第一个采用晶闸管换流阀的背靠背工程在加拿
大投运
中国高压直流输电简史
时间事件
1987年12月舟山直流工程，宁波至舟山，12km海底电缆+42km架
空线路，±100kV，六脉冲换流阀
葛-沪直流工程，宜昌宋家坝至上海南桥，±500kV，
1045.7km
云广直流工程投运，1438km，±800kV，输送容量
500万千瓦1989年2010年6月
进一步阅读：电力发展史•黄晞. 中国近现代电力技术发展史. 山东教育出版社. 2006
•Jill Jonnes(美). 光电帝国. 中信出版社. 2006
•W. C. Dampier(英). 科学史及其与哲学和宗教的关系. 广西师范大学出版社，2009
电力系统的形成与发展
S
SSS
电力系统基本概念