電力工程

前言

　　1952年，我國(guó)大學(xué)進(jìn)行院系調(diào)整時(shí)形成了一批以工科為主的大學(xué)。工科大學(xué)幾乎都把電氣工程專業(yè)作為本校的重要專業(yè)。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，專業(yè)分得很細(xì)，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。原來的電氣類專業(yè)共5個(gè)：電機(jī)電器及其控制、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、高電壓與絕緣技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化、電氣技術(shù)。20世紀(jì)90年代開始，為了適應(yīng)市場(chǎng)需要，提高學(xué)生的適應(yīng)性，開始進(jìn)行專業(yè)合并。目前的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，正是在上述5個(gè)專業(yè)的基礎(chǔ)上合并而成的，專業(yè)內(nèi)容主要是電能的產(chǎn)生、傳輸和　　利用。　　電力工程與許多學(xué)科專業(yè)是密切相關(guān)的，現(xiàn)代電力工程的發(fā)展也要求不斷地拓展同學(xué)們的知識(shí)面。電力專業(yè)所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖O-1所示。電力工程的內(nèi)容非常豐富，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行概括：①電力技術(shù)，主要是從設(shè)備角度概括，包括電源、輸電、配電等；②電力科學(xué)，主要是從系統(tǒng)角度概括，電力科學(xué)的結(jié)構(gòu)(內(nèi)容及相應(yīng)的課程)如圖0-2所示。電力工程課程涵蓋了電力技術(shù)和電力科學(xué)的基本內(nèi)容，作為電力專業(yè)的學(xué)生，自然要學(xué)好這門課?！　I(yè)合并前，電力系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)較多采用的教材是《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》，這些教材內(nèi)容豐富、介紹詳細(xì)、敘述嚴(yán)謹(jǐn)、循序漸進(jìn)。在專業(yè)細(xì)分時(shí)期，電力系統(tǒng)分析有8學(xué)分，這些教材尤其合適。但是，專業(yè)合并后，尤其是各高校壓縮專業(yè)課程的學(xué)分后，電力工程或者電力系統(tǒng)方面的學(xué)分只有5學(xué)分左右。在這種背景下，最近幾年出版了幾本教材，如《電力系統(tǒng)分析》、《電能系統(tǒng)基礎(chǔ)》等，大都簡(jiǎn)化了原有內(nèi)容，各有千秋。西方國(guó)家也有幾本相關(guān)教材，比如《Electric Power Systems》(John Wiley&Sons Ltd．)，覆蓋內(nèi)容相當(dāng)寬，但不具體詳細(xì)展開，只給出問題描述和基本方法?！　”緯鴥?nèi)容分為4篇：電力設(shè)備、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、電力工程的設(shè)計(jì)與管理。這4個(gè)方面互相關(guān)聯(lián)，從學(xué)習(xí)的角度，合適的次序應(yīng)該是先了解元件，再了解系統(tǒng)，最后再設(shè)計(jì)?！　”緯闹饕厣校骸　?)注重體系上的模塊式結(jié)構(gòu)，以便不同專業(yè)的靈活選用。既可以作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的“電力工程”或者“電力系統(tǒng)”課程的教材，同時(shí)也可以作為其他弱電專業(yè)有關(guān)電力工程類背景課程的教材。即使是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，根據(jù)各個(gè)高校的學(xué)分?jǐn)?shù)情況，也可以選用不同內(nèi)容。既可以選擇不同篇，同一篇中也可以選擇章。例如，如果有6學(xué)分，則可以講解全部?jī)?nèi)容；如果只有4學(xué)分，可以選擇第1篇中第2～4章，第2篇中第8、9章，第3篇中第11～13章(不講13．4、13．5節(jié))。另外，本書比較注重與其他課程(包括研究生課程)的銜接?！　?)注重理論與實(shí)際的結(jié)合，尤其強(qiáng)調(diào)工程中定量分析與定性分析結(jié)合的重要性。　　3)注重內(nèi)容的綜合性，實(shí)際上本書內(nèi)容可以包括以前的“電力系統(tǒng)分析”、“電氣設(shè)備”等互相關(guān)聯(lián)的幾門課程的內(nèi)容?！　?)注重新知識(shí)、新技術(shù)、新方法的納入，比如直流輸電技術(shù)、電能質(zhì)量、電壓穩(wěn)定、電力市場(chǎng)等。　　5)對(duì)一些內(nèi)容的講解方法進(jìn)行了創(chuàng)新，比如同步發(fā)電機(jī)三相短路電流的推導(dǎo)、電壓穩(wěn)定的直觀講解等。另外，也糾正了以往教材中一些不妥之處?！　?)注重基本點(diǎn)、要點(diǎn)和難點(diǎn)的講解，注重教學(xué)的啟發(fā)互動(dòng)，為此設(shè)置了討論課，思考練習(xí)題分為課堂、課后題目?jī)煞N。　　本書中加“※”的內(nèi)容為選講內(nèi)容，主要供學(xué)生課外閱讀。習(xí)題中加“*”的為研究型題目?！　”緯删掀浇淌谌沃骶?，第1、3、4、1l和13(部分內(nèi)容)章由鞠平教授編寫，第2、6、7、15(部分內(nèi)容)章及附錄由馬宏忠教授編寫，第8～10章由衛(wèi)志農(nóng)教授編寫，第12、13(部分內(nèi)容)和16章由袁越教授編寫，第14、15(主要內(nèi)容)章由張利民高級(jí)工程師編寫，第5章由丁曉群教授編寫。全書由鞠平教授、馬宏忠教授統(tǒng)稿。全書承蒙浙江大學(xué)邱家駒教授審閱，并提出了寶貴的修改意見與建議。本書的立項(xiàng)和出版得到教育部高教司、機(jī)械工業(yè)出版社和河海大學(xué)的大力支持和資助，謹(jǐn)在此一并表示衷心感謝。

內(nèi)容概要

　　《電力工程》是普通高等教育電氣工程與自動(dòng)化類“十一五”規(guī)劃教材，著重介紹電力工程的基本知識(shí)、基本原理和基本方法。全書內(nèi)容分為4篇16章，其中：電力設(shè)備篇主要包括輸電設(shè)備、電力負(fù)荷、同步發(fā)電機(jī)、高壓絕緣與繼電保護(hù)以及電氣主接線；電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析篇主要包括電力系統(tǒng)的潮流、電力系統(tǒng)的頻率、電力系統(tǒng)的電壓；電力系統(tǒng)暫態(tài)分析篇主要包括電力系統(tǒng)對(duì)稱故障、電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；電力工程的設(shè)計(jì)與管理篇主要包括電力網(wǎng)絡(luò)接線的設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備的選擇以及電力管理與電力市場(chǎng)。《電力工程》在內(nèi)容上注重反映新技術(shù)，注重精練易懂，注重啟發(fā)互動(dòng)。　　《電力工程》在體系上采用模塊式結(jié)構(gòu)，以便不同專業(yè)的靈活選用，既可以作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的“電力工程”、“電氣工程”或“電力系統(tǒng)”課程的教材，也可以作為其他弱電專業(yè)有關(guān)電力工程類背景課程的教材。對(duì)于電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，還可以根據(jù)學(xué)分?jǐn)?shù)不同而選用不同的內(nèi)容?！　　峨娏こ獭纷x者對(duì)象主要為電氣工程類本科生、研究生，也可供高職高專及成人高校相關(guān)專業(yè)學(xué)生使用，還可供電力行業(yè)廣大工程技術(shù)人員自學(xué)參考。

書籍目錄

前言第1章　緒論1.1 電力工程的發(fā)展1.2 電力系統(tǒng)概述1.2.1 電力系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.2 電力系統(tǒng)的基本參量1.2.3 發(fā)電廠的類型1.2.4 變電所的類型1.2.5 電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求1.3 電力系統(tǒng)計(jì)算的標(biāo)幺制1.3.1 標(biāo)幺值的計(jì)算與選擇1.3.2 標(biāo)幺值之間的換算1.3.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)幺值的計(jì)算1.3.4 頻率、角速度和時(shí)間的基準(zhǔn)值思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第1篇　電力設(shè)備第2章　輸電設(shè)備2.1 輸電線路2.1.1 輸電線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.2 電纜線路及附件2.1.3 架空線路模型2.1.4 邑力線路的等效電路2.1.5 輸電線路覆冰危害及除冰防冰2.2 變壓器2.2.1 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算2.2.2 三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算2.2.3 自耦變壓器的參數(shù)計(jì)算2.3 直流輸電2.3.1 直流輸電概述2.3.2 直流輸電系統(tǒng)的工作原理2.3.3 直流輸電系統(tǒng)的等效電路思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章　電力負(fù)荷3.1 負(fù)荷曲線3.2 負(fù)荷分類3.3 負(fù)荷模型3.3.1 負(fù)荷模型概述3.3.2 靜態(tài)負(fù)荷模型3.3.3 電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型3.3.4 綜合負(fù)荷模型思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第4章　同步發(fā)電機(jī)4.1 同步發(fā)電機(jī)的基本方程與參數(shù)4.1.1 abc坐標(biāo)系下的方程4.1.2 派克.戈列夫變換4.1.3 dqO坐標(biāo)系下的方程4.2 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程與參數(shù)4.2.1 穩(wěn)態(tài)條件4.2.2 穩(wěn)態(tài)電壓方程4.2.3 相量方程、相量圖、等效電路圖4.3 同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程與參數(shù)4.3.1 次暫態(tài)方程與參數(shù)4.3.2 暫態(tài)方程與參數(shù)4.4 勵(lì)磁系統(tǒng)及調(diào)壓器4.5 原動(dòng)機(jī)及調(diào)速器思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第5章　高壓絕緣與繼電保護(hù)5.1 高壓絕緣與接地5.1.1 高電壓與絕緣的成因5.1.2 過電壓保護(hù)5.1.3 接地5.2 繼電保護(hù)5.2.1 繼電保護(hù)概述5.2.2 線路的繼電保護(hù)5.2.3 電力變壓器保護(hù)5.2.4 發(fā)電機(jī)保護(hù)5.3 電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制5.3.1 電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制的復(fù)雜性5.3.2 電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制的內(nèi)容5.3.3 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)5.3.4 現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)及其發(fā)展思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第6章　其他電力設(shè)備6.1 電弧與滅弧6.1.1 電弧產(chǎn)生和熄滅的物理過程6.1.2 滅弧的物理過程6.1.3 熄滅交流電弧的基本方法6.2 高壓斷路器6.2.1 電力系統(tǒng)對(duì)高壓斷路器的要求6.2.2 高壓斷路器的型號(hào)、分類和特點(diǎn)6.2.3 sF6高壓斷路器6.3 隔離開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器6.3.1 隔離開關(guān)6.3.2 高壓負(fù)荷開關(guān)6.3.3 高壓熔斷器6.4 低壓電器6.4.1 低壓熔斷器6.4.2 低壓刀開關(guān)6.4.3 低壓斷路器6.4.4 接觸器6.5 互感器6.5.1 互感器概述6.5.2 電流互感器6.5.3 電壓互感器思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第7章　電氣主接線7.1 電氣主接線概述7.1.1 對(duì)電氣主接線的基本要求7.1.2 電氣主接線的基本類型7.1.3 電氣主回路中開關(guān)的配置原則7.2 電氣主接線的基本形式7.2.1 單母線接線7.2.2 單母線分段接線7.2.3 單母線帶旁路母線接線7.2.4 雙母線接線7.2.5 雙母線分段接線7.2.6 雙母線帶旁路母線接線7.2.7 3／2斷路器雙母線接線7.2.8 單元接線7.2.9 橋形接線7.2.10 角形接線7.3 電氣主接線實(shí)例分析7.3.1 火力發(fā)電廠電氣主接線7.3.2 水力發(fā)電廠電氣主接線7.3.3 變電所電氣主接線思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第2篇　電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第8章　電力系統(tǒng)的潮流8.1 電力系統(tǒng)潮流概述8.2 輸電線路運(yùn)行特性及簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流計(jì)算8.2.1 電力線路上的電壓降落、功率損耗和電能損耗8.2.2 變壓器上的電壓降落、功率損耗和電能損耗8.2.3 簡(jiǎn)單輻射形網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算8.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算8.3.1 潮流計(jì)算方法概述8.3.2 電力網(wǎng)絡(luò)方程8.3.3 節(jié)點(diǎn)功率方程與節(jié)點(diǎn)的分類8.3.4 牛頓-拉夫遜法8.4 電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流簡(jiǎn)介8.4.1 優(yōu)化潮流的數(shù)學(xué)模型8.4.2 優(yōu)化潮流的算法思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第9章　電力系統(tǒng)的頻率9.1 電力系統(tǒng)頻率概述9.1.1 電力系統(tǒng)頻率的概念9.1.2 電力系統(tǒng)頻率的測(cè)量9.2 電力系統(tǒng)的頻率特性9.2.1 發(fā)電機(jī)組的頻率特性9.2.2 電力負(fù)荷的頻率特性9.2.3 電力系統(tǒng)的有功功率-頻率特性9.3 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整9.3.1 電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整9.3.2 電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整9.3.3 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第10章　電力系統(tǒng)的電壓10.1 電力系統(tǒng)電壓概述10.1.1 無功功率負(fù)荷與電壓的關(guān)系10.1.2 電壓偏移的危害10.1.3 電壓偏移的標(biāo)準(zhǔn)10.2 電力系統(tǒng)中無功功率的平衡與補(bǔ)償10.2.1 電力系統(tǒng)中無功功率負(fù)荷與無功功率損耗10.2.2 電力系統(tǒng)中的無功電源10.2.3 電力系統(tǒng)的無功功率平衡與補(bǔ)償10.3 電力系統(tǒng)中的電壓管理與調(diào)壓方法10.3.1 中樞點(diǎn)電壓管理10.3.2 電壓調(diào)整的方法10.4 電力系統(tǒng)中的諧波10.4.1 諧波及其產(chǎn)生10.4.2 諧波的危害10.4.3 諧波的抑制思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第3篇　電力系統(tǒng)暫態(tài)分析第11章　電力系統(tǒng)的對(duì)稱故障11.1 電力系統(tǒng)故障概述11.2 無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路11.2.1 定性分析11.2.2 沖擊電流和最大有效值電流11.3 同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路11.3.1 定性分析11.3.2 各分量的初瞬值11.3.3 各分量的終值11.3.4 各分量的時(shí)間常數(shù)11.3.5 合成轉(zhuǎn)換思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第12章　電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障12.1 對(duì)稱分量法12.1.1 對(duì)稱分量法的基本原理12.1.2 對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用12.2 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的形成及序網(wǎng)方程12.2.1 序阻抗12.2.2 正序和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)12.2.3 零序網(wǎng)絡(luò)12.3 不對(duì)稱故障的分析計(jì)算12.3.1 不對(duì)稱故障時(shí)故障點(diǎn)的電流和電壓計(jì)算12.3.2 非故障點(diǎn)的電流和電壓計(jì)算12.3.3 非全相運(yùn)行的分析和計(jì)算12.4 電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障的計(jì)算機(jī)算法簡(jiǎn)介思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第13章　電力系統(tǒng)的穩(wěn)定13.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定概述13.1.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的定義與類型13.1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的模型13.2 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定13.3 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定13.3.1 概述13.3.2 定性分析13.3.3 穩(wěn)定判據(jù)——等面積定則13.4 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定13.4.1 概述13.4.2 定性分析13.4.3 穩(wěn)定判據(jù)13.5 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定13.6 多機(jī)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析方法13.6.1 直接法13.6.2 小干擾法13.6.3 數(shù)值計(jì)算法13.7 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施13.7.1 提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施13.7.2 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施13.7.3 提高電壓穩(wěn)定性的措施13.7.4 抑制低頻振蕩的措施思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第4篇　電力工程的設(shè)計(jì)與管理第14章　電力網(wǎng)絡(luò)接線的設(shè)計(jì)14.1 輸電網(wǎng)接線14.1.1 輸電網(wǎng)接線的基本要求14.1.2 輸電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法14.I.3 輸電網(wǎng)的接線方式14.1.4 輸電網(wǎng)接線實(shí)例14.2 配電網(wǎng)接線14.2.1 配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)14.2.2 配電網(wǎng)的基本要求14.2.3 配電網(wǎng)的接線方式思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第15章　電氣設(shè)備的選擇15.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件15.1.1 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備15.1.2 按短路條件校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定15.2 輸電線路的選擇15.2.1 架空線路的選擇15.2.2 電力電纜的選擇15.3 發(fā)電廠及變電所主變壓器的選擇15.3.1 主變壓器的容量和臺(tái)數(shù)15.3.2 主變壓器的負(fù)載率15.3.3 主變壓器的型式15.4 支柱絕緣子及穿墻套管的選擇15.4.1 支柱絕緣子的選擇15.4.2 穿墻套管的選擇15.5 高壓斷路器、隔離開關(guān)和高壓熔斷器的選擇15.5.1 高壓斷路器的選擇15.5.2 隔離開關(guān)的選擇15.5.3 高壓熔斷器的選擇15.6 電流和電壓互感器的選擇15.6.1 電流互感器的選擇15.6.2 電壓互感器的選擇15.6.3 電流和電壓互感器的配置原則15.7 SF6封閉式組合電器的選擇15.7.1 一般規(guī)定15.7.2 性能要求15.8 硬母線的選擇15.8.1 硬母線的材料、類型與布置方式15.8.2 硬母線的截面積選擇及熱穩(wěn)定、電暈校驗(yàn)15.8.3 硬母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第16章　電力管理與電力市場(chǎng)16.1 電力工程管理概述16.1.1 我國(guó)電力工業(yè)體制改革歷程16.1.2 我國(guó)電力市場(chǎng)化改革16.2 電力市場(chǎng)基礎(chǔ)16.2.1 電力市場(chǎng)的基本概念16.2.2 電力市場(chǎng)的建設(shè)16.2.3 我國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)展16.3 電力市場(chǎng)的電價(jià)問題16.3.1 制定電價(jià)的基本原則16.3.2 制定電價(jià)的理論方法16.3.3 電價(jià)的計(jì)算方法16.4 電源側(cè)管理16.4.1 能源的分類16.4.2 常規(guī)能源發(fā)電16.4.3 新型能源發(fā)電16.4.4 不同能源電廠的發(fā)展建議16.5 需求側(cè)管理16.5.1 需求側(cè)管理的概念16.5.2 需求側(cè)管理的內(nèi)容和手段16.5.3 實(shí)施需求側(cè)管理的模式16.5.4 需求側(cè)管理的實(shí)施流程16.5.5 需求側(cè)管理節(jié)能技術(shù)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄 電力工程常用術(shù)語(yǔ)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　電力工程的發(fā)展　　20世紀(jì)是電氣時(shí)代！　　電力工程的基石是電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律是法拉第（Faraday）在1831年10月發(fā)現(xiàn)的，即當(dāng)磁鐵和導(dǎo)線有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生電流?！　‰姍C(jī)的出現(xiàn)。不久，法拉第就依據(jù)電磁感應(yīng)定律發(fā)明了最早的發(fā)電機(jī)原型——圓盤發(fā)電機(jī)，如圖所示。此后，達(dá)文波特、西門子、惠斯通、格拉姆等發(fā)明制造出了發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。　　電廠的出現(xiàn)。1875年，巴黎北火車站建造了世界上第一座火電廠，是直流的。1879年，美國(guó)舊金山電廠是最早售電的電廠。1882年，美國(guó)紐約珍珠街電廠，是第一座較正規(guī)的電廠。1881年，英國(guó)戈德爾明電廠是第一座水電廠。　　電力系統(tǒng)的出現(xiàn)。愛迪生在1882年創(chuàng)辦的美國(guó)紐約珍珠街電廠，由發(fā)電機(jī)．輸電線．電燈組成，應(yīng)該說是電力系統(tǒng)的萌芽。俄國(guó)電工科學(xué)家多利沃在1888年創(chuàng)用三相交流技術(shù)，在1889年發(fā)明三相籠型感應(yīng)電機(jī)，成為三相交流制的鼻祖。1891年，密勒主持建立了最早的三相交流輸電系統(tǒng)。

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