电 气 工 程 基 础
河海大学电气工程学院 陈星莺、廖迎晨
主 要 内 容
电力系统概述
电气设备及电气主接线
简单电力网潮流计算
三相对称短路计算
电力系统的运行与管理
第一章 电力系统概论
1.1 概述
1.2 电力系统负荷与负荷曲线
1.3 电力系统的电压等级
1.6 电力系统的电气连接方式
1.7 三相电力系统中性点运行方式
1.8 电力系统的运行特点与基本要求
1.10 安全接地
1.1 概 述
1.1.1 电气技术的发展与电力系统的形成
1.1.2 我国电力工业及电力系统的发展
1.1.3 基本概念
1.1.1 电气技术的发展
与电力系统的形成
电磁学的发展与电气技术的形成
近代电力系统的发展历程
21世纪的电力系统发展趋势
电磁学的发展
与电气技术的形成
1820年奥斯特证实电流的磁效应,1831年法拉第
发现电磁感应定律；
1882年爱迪生主持建立了单相直流输电系统,59
个用户，电压 110V，距离 1.5km；
电磁学的发展
与电气技术的形成
1885年匈牙利工程师吉里发明单相变压器,1889
年第一条单相交流输电线路在北美运行，电压 4000V,
距离 21km；
1889年，俄国工程师多里夭发明三相电动机、变
压器和三相交流制,1891年德国工程师奥斯卡拉主持
建立了三相交流输电系统，距离 175km。
近代电力系统的发展历程
（ 提高输电电压，增大输送功率和输送距离，减
少线路损耗）
频率标准,60HZ,50HZ;
1906年,110kV； 1923年,220kV； 1953年,330kV；
1965年,500kV； 1966年,735kV； 1969年,765kV,电
压等级标准。
超高压交直流传输，引入电子技术，超过 1000kV；
21世纪的电力系统发展趋势
能源开发与环境保护的协调；
电源结构的优化配置；
灵活交流输电与新型直流输电；
现代能量管理系统；
电能质量新标准；
电力市场
1.1.2我国电力工业
及电力系统的发展
我国电力工业的发展
我国电力系统的发展阶段
我国电力工业的发展方向
我国电力工业的发展
1882年 4月，英国人利特尔成立上海电光公司，在
南京路上创办了中国第一座发电厂。
1998年末，总装机容量为 277GW，发电量为 11577
亿 kW.h，有大亚湾和秦山两座核电站。
1949年，总装机容量为 1849MW，发电量仅有 43亿
kW.h。
我国电力工业的发展方向
优化火电结构 （ 600MW）
优先发展水电 （ 二滩水电厂总装机容量 3300MW，
三峡水电厂总装机容量 18.2GW, 26*700MW）
适当发展核电 （ 浙江秦山 1*300+2*600+2*728MW，
广东大亚湾 2*1000MW,江苏连云港 2*1000MW ）
积极利用新能源
加速建设输、变、配电工程和电力系统
我国电力系统的发展阶段
时间 规模 电压 /kV 输电距离 /km
1950~1960 城网 35～ 110 50～ 100
1960~1970 省网 220 100～ 300
1970~1989 区域网 220～ 330 300～ 600
1990~2010 大区互联 500 500～ 1500
2010~2030 全国联网 500～ 750 1000～ 2000
1.1.3 基本概念
电能系统、电力系统
发电厂
电力网、变电所
示意图
电能系统、电力系统
动力系统：
转变, 分配和应用各种能量的全部环节的总称 。
电能系统：
生产、输送、转换的能量主要部分是电能。
电力系统：
电能系统中的电气部分 。
电力系统是由包括 发电, 输电, 配电, 用电 等
主体设备和一系列辅助设备形成的一个整体 。
发电厂
把不同种类的一次能源转换成电能的工厂。
按一次能源形式分类：
火力发电厂
水力发电厂
核动力发电厂
其他
火电厂
图 1-2
能量转变：
锅炉 汽轮机 发电机燃料化学能 热能 机械能 电能
自学，图 1-2中的生产流程。
水电厂
图 1-3
能量转变：
水轮机 发电机水能 机械能 电能
核电厂
图 1-6
能量转变：
核蒸汽发
生系统 汽轮机 发电机重核裂变能 热能 机械能 电能
电力网
电力网：
发电机和用电之间属于 输送 和 分配 电能的中间
环节 。
由电力线路和变电所组成 。
分类 （ 供电范围, 电压等级 ）,
1.地方电力网,U<=110kV,L<100km；
2.区域电力网,110～ 220kV；
3.超高压远距离输电网络,330kV或 550kV。
变电所
功能：
电力网的重要组成部分；
汇集电源、升降电压、分配电能。
分类 （ 容量和地位 ）,
1.枢纽变电所,330～ 500kV；
2.中间变电所,220～ 330kV；
3.地区变电所,110～ 220kV；
4.终端变电所,35～ 110kV。
1.2 电力负荷
定义：
各种用电设备从电力系统中取用的功率或电能 。
分类：
1.一级负荷
2.二级负荷
3.三级负荷
1.2电力负荷曲线
定义：
电力负荷大小随时间变化的图形 。
分类：
1.日负荷曲线
计划和分配各发电厂的发电任务。
2.年负荷曲线
确定系统装机容量，安排主要设备检修计划。
运行日负荷曲线
t
WP t
av ?
m axP
PK av
L ?
平均负荷,
负荷系数,
年负荷曲线
max
max P
WT a?
（ 设备利用, 用户负荷平稳 ）
最大负荷年利用小时数：
1.3 电力系统的电压等级
额定电压
制定电压等级的目的
我国电力系统的电压等级
额定电压
用来代表电力网或电气设备运行电压特性的
数值。
制定电压等级的目的
使电力工业和电工制造业的生产标准化, 系列
化和统一化 。
目的：
IEC（国际电工委员会）选择原则
CIGRE（国际大电网会议）,CIRED（国际
供电会议）选择建议
我国电力系统的电压等级
西北 330/110/35/10KV；
东北 500/220/63/10KV；
其它地区 500/220/110/35/10KV；
低压 0.38/0.22KV。
1.6 电力系统的电气连接方式
表示方式
接线方式
表示方式
电气设备之间的联系
电气接线图
地理接线图
各厂站之间的相对位置
接线方式
无备用电源接线
有备用电源接线
无备用电源接线
单回放射式 树干式 链式网络
有备用电源接线
双回放射式, 树干式, 链式, 环式及两端供电网络
1.7 三相电力系统中性点
运行方式
中性点：
发电机，变压器。
小接地电流系统（ 10～ 35kV）
大接地电流系统（ >=110kV,380/220V）
小接地电流系统 （ 10～ 35kV）
中性点不接地系统
中性点经消弧线圈接地系统
发生单相接地时仍可运行 2h，
绝缘要求为线电压。
10kV，电网接地电流 >30A；
35kV，电网接地电流 >10A。
大接地电流系统 (>=110kV,380/220V)
中性点直接接地系统
发生单相接地时，短路电流大；
绝缘要求为相电压。
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
电能不易贮存 ;
暂态过程十分短暂 ;
电能和国民经济各部门及人民生活密切。
运行特点：
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
基本要求：
安全可靠 ;
电能质量（电压，频率，谐波） ;
经济性 ;
环境保护。
1.10 安全接地
1.10.1 电流对人体的危害
1.10.2 保护接地的基本概念
1.10.1 电流对人体的危害
电流流过人体时，造成人体外部组织局部伤
害的现象。 [50mA(50HZ)]
电流流过人体时, 造成人体内部组织破坏的
现象 。 [100mA(50HZ)]
不超过 1S,30mA(50HZ)。
电伤：
电击：
我国规定安全电流：
1.10.2 保护接地的基本概念
保护接地的形式及基本要求
电气“地”、对地电压、接地电阻
接触电压、跨步电压
接地体、接地线、接地装置
图
接地体、接地线、接地装置
接地体：
接地线：
接地装置：
埋入地下，直接与土壤接触，有一定散流电阻
的金属导体或金属导体组合体。
连接电气设备应接地部分与接地体的金属导体。
接地体和接地线的总称。
电气“地”、对地电压、接地电
阻
电气“地”：
对地电压：
接地电阻：
距接地体 20m的流散电流球面。
电气设备的接地部分与电气, 地, 之间的电位差。
接地线、接地体和电流在地中流散电阻的总和。
接触电压
人接触故障设备可导电的外壳时，人的手、
脚之间的电位差。
离用电设备水平距离为 0.8m处与离地面垂直
高度 1.8m处两点之间的电位差。
跨步电压
在接地点周围行走时，两脚之间的电位差。
地面上水平距离为 0.8m的两点间的电位差。
保护接地的形式及基本要求
保护接地的形式：
基本要求：
1.保护接地：设备的外壳经各自的接地线直接接地。
2.保护接零：设备的外壳经公共的接地中性线接地。
保护运行人员的安全。
河海大学电气工程学院 陈星莺、廖迎晨
主 要 内 容
电力系统概述
电气设备及电气主接线
简单电力网潮流计算
三相对称短路计算
电力系统的运行与管理
第一章 电力系统概论
1.1 概述
1.2 电力系统负荷与负荷曲线
1.3 电力系统的电压等级
1.6 电力系统的电气连接方式
1.7 三相电力系统中性点运行方式
1.8 电力系统的运行特点与基本要求
1.10 安全接地
1.1 概 述
1.1.1 电气技术的发展与电力系统的形成
1.1.2 我国电力工业及电力系统的发展
1.1.3 基本概念
1.1.1 电气技术的发展
与电力系统的形成
电磁学的发展与电气技术的形成
近代电力系统的发展历程
21世纪的电力系统发展趋势
电磁学的发展
与电气技术的形成
1820年奥斯特证实电流的磁效应,1831年法拉第
发现电磁感应定律；
1882年爱迪生主持建立了单相直流输电系统,59
个用户，电压 110V，距离 1.5km；
电磁学的发展
与电气技术的形成
1885年匈牙利工程师吉里发明单相变压器,1889
年第一条单相交流输电线路在北美运行，电压 4000V,
距离 21km；
1889年，俄国工程师多里夭发明三相电动机、变
压器和三相交流制,1891年德国工程师奥斯卡拉主持
建立了三相交流输电系统，距离 175km。
近代电力系统的发展历程
（ 提高输电电压，增大输送功率和输送距离，减
少线路损耗）
频率标准,60HZ,50HZ;
1906年,110kV； 1923年,220kV； 1953年,330kV；
1965年,500kV； 1966年,735kV； 1969年,765kV,电
压等级标准。
超高压交直流传输，引入电子技术，超过 1000kV；
21世纪的电力系统发展趋势
能源开发与环境保护的协调；
电源结构的优化配置；
灵活交流输电与新型直流输电；
现代能量管理系统；
电能质量新标准；
电力市场
1.1.2我国电力工业
及电力系统的发展
我国电力工业的发展
我国电力系统的发展阶段
我国电力工业的发展方向
我国电力工业的发展
1882年 4月，英国人利特尔成立上海电光公司，在
南京路上创办了中国第一座发电厂。
1998年末，总装机容量为 277GW，发电量为 11577
亿 kW.h，有大亚湾和秦山两座核电站。
1949年，总装机容量为 1849MW，发电量仅有 43亿
kW.h。
我国电力工业的发展方向
优化火电结构 （ 600MW）
优先发展水电 （ 二滩水电厂总装机容量 3300MW，
三峡水电厂总装机容量 18.2GW, 26*700MW）
适当发展核电 （ 浙江秦山 1*300+2*600+2*728MW，
广东大亚湾 2*1000MW,江苏连云港 2*1000MW ）
积极利用新能源
加速建设输、变、配电工程和电力系统
我国电力系统的发展阶段
时间 规模 电压 /kV 输电距离 /km
1950~1960 城网 35～ 110 50～ 100
1960~1970 省网 220 100～ 300
1970~1989 区域网 220～ 330 300～ 600
1990~2010 大区互联 500 500～ 1500
2010~2030 全国联网 500～ 750 1000～ 2000
1.1.3 基本概念
电能系统、电力系统
发电厂
电力网、变电所
示意图
电能系统、电力系统
动力系统：
转变, 分配和应用各种能量的全部环节的总称 。
电能系统：
生产、输送、转换的能量主要部分是电能。
电力系统：
电能系统中的电气部分 。
电力系统是由包括 发电, 输电, 配电, 用电 等
主体设备和一系列辅助设备形成的一个整体 。
发电厂
把不同种类的一次能源转换成电能的工厂。
按一次能源形式分类：
火力发电厂
水力发电厂
核动力发电厂
其他
火电厂
图 1-2
能量转变：
锅炉 汽轮机 发电机燃料化学能 热能 机械能 电能
自学，图 1-2中的生产流程。
水电厂
图 1-3
能量转变：
水轮机 发电机水能 机械能 电能
核电厂
图 1-6
能量转变：
核蒸汽发
生系统 汽轮机 发电机重核裂变能 热能 机械能 电能
电力网
电力网：
发电机和用电之间属于 输送 和 分配 电能的中间
环节 。
由电力线路和变电所组成 。
分类 （ 供电范围, 电压等级 ）,
1.地方电力网,U<=110kV,L<100km；
2.区域电力网,110～ 220kV；
3.超高压远距离输电网络,330kV或 550kV。
变电所
功能：
电力网的重要组成部分；
汇集电源、升降电压、分配电能。
分类 （ 容量和地位 ）,
1.枢纽变电所,330～ 500kV；
2.中间变电所,220～ 330kV；
3.地区变电所,110～ 220kV；
4.终端变电所,35～ 110kV。
1.2 电力负荷
定义：
各种用电设备从电力系统中取用的功率或电能 。
分类：
1.一级负荷
2.二级负荷
3.三级负荷
1.2电力负荷曲线
定义：
电力负荷大小随时间变化的图形 。
分类：
1.日负荷曲线
计划和分配各发电厂的发电任务。
2.年负荷曲线
确定系统装机容量，安排主要设备检修计划。
运行日负荷曲线
t
WP t
av ?
m axP
PK av
L ?
平均负荷,
负荷系数,
年负荷曲线
max
max P
WT a?
（ 设备利用, 用户负荷平稳 ）
最大负荷年利用小时数：
1.3 电力系统的电压等级
额定电压
制定电压等级的目的
我国电力系统的电压等级
额定电压
用来代表电力网或电气设备运行电压特性的
数值。
制定电压等级的目的
使电力工业和电工制造业的生产标准化, 系列
化和统一化 。
目的：
IEC（国际电工委员会）选择原则
CIGRE（国际大电网会议）,CIRED（国际
供电会议）选择建议
我国电力系统的电压等级
西北 330/110/35/10KV；
东北 500/220/63/10KV；
其它地区 500/220/110/35/10KV；
低压 0.38/0.22KV。
1.6 电力系统的电气连接方式
表示方式
接线方式
表示方式
电气设备之间的联系
电气接线图
地理接线图
各厂站之间的相对位置
接线方式
无备用电源接线
有备用电源接线
无备用电源接线
单回放射式 树干式 链式网络
有备用电源接线
双回放射式, 树干式, 链式, 环式及两端供电网络
1.7 三相电力系统中性点
运行方式
中性点：
发电机，变压器。
小接地电流系统（ 10～ 35kV）
大接地电流系统（ >=110kV,380/220V）
小接地电流系统 （ 10～ 35kV）
中性点不接地系统
中性点经消弧线圈接地系统
发生单相接地时仍可运行 2h，
绝缘要求为线电压。
10kV，电网接地电流 >30A；
35kV，电网接地电流 >10A。
大接地电流系统 (>=110kV,380/220V)
中性点直接接地系统
发生单相接地时，短路电流大；
绝缘要求为相电压。
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
电能不易贮存 ;
暂态过程十分短暂 ;
电能和国民经济各部门及人民生活密切。
运行特点：
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
基本要求：
安全可靠 ;
电能质量（电压，频率，谐波） ;
经济性 ;
环境保护。
1.10 安全接地
1.10.1 电流对人体的危害
1.10.2 保护接地的基本概念
1.10.1 电流对人体的危害
电流流过人体时，造成人体外部组织局部伤
害的现象。 [50mA(50HZ)]
电流流过人体时, 造成人体内部组织破坏的
现象 。 [100mA(50HZ)]
不超过 1S,30mA(50HZ)。
电伤：
电击：
我国规定安全电流：
1.10.2 保护接地的基本概念
保护接地的形式及基本要求
电气“地”、对地电压、接地电阻
接触电压、跨步电压
接地体、接地线、接地装置
图
接地体、接地线、接地装置
接地体：
接地线：
接地装置：
埋入地下，直接与土壤接触，有一定散流电阻
的金属导体或金属导体组合体。
连接电气设备应接地部分与接地体的金属导体。
接地体和接地线的总称。
电气“地”、对地电压、接地电
阻
电气“地”：
对地电压：
接地电阻：
距接地体 20m的流散电流球面。
电气设备的接地部分与电气, 地, 之间的电位差。
接地线、接地体和电流在地中流散电阻的总和。
接触电压
人接触故障设备可导电的外壳时，人的手、
脚之间的电位差。
离用电设备水平距离为 0.8m处与离地面垂直
高度 1.8m处两点之间的电位差。
跨步电压
在接地点周围行走时，两脚之间的电位差。
地面上水平距离为 0.8m的两点间的电位差。
保护接地的形式及基本要求
保护接地的形式：
基本要求：
1.保护接地：设备的外壳经各自的接地线直接接地。
2.保护接零：设备的外壳经公共的接地中性线接地。
保护运行人员的安全。
