《电气工程基础》课程教学大纲

《电气工程基础》课程教学大纲课程代码：0801758课程负责人：刘涤尘课程中文名称：电气工程基础课程英文名称：FoundationofPowerEngineering课程类别：必修课程学分数：5课程学时数：90授课对象：电气工程与自动化专业大三学生本课程的前导课程：《工程数学》、《电工基础》、《电机学》、《电子技术》、《自动控制理论》、《计算机技术基础》。一、教学目的使学生建立电力系统的基本概念，掌握电力系统稳态分析、电力系统故障分析的基本原理及计算方法，熟悉电力系统稳定的基本概念。使学生了解高电压交、直流输电技术的基本概念、远距离输电线路的自然功率与电压分布、各种过电压的形成及其限制措施；建立二次系统的概念，看懂二次接线图，了解电力系统继电保护、自动装置的原理及作用，了解电力系统通信的基本原理。二、教学要求熟悉“电力系统的组成和运行；电力系统的负荷特性与模型；简单电力系统稳定的基本物理概念和提高电力系统稳定性的措施；远距离输电线路的自然功率与电压分布；发电厂、变电所常用的控制与信号系统；电力系统常用的三种主要通信方式光纤通信、微波中继通信和电力线载波通信的基本原理；电力系统调度自动化的基本原理；配电网自动化的构成及功能。”掌握“电力系统主设备元件的物理特性及等值电路；标幺值的概念、计算方法；各种操作过电压的形成及其影响因素；数字通信的基本原理；同步发电机同期并列装置和电力系统自动低频减负荷等电力系统常用的自动控制装置的基本原理。”重点掌握“电力系统经典潮流计算的基本方法、电力系统有功功率与频率之间的关系、无功功率与电压之间的关系以及电力系统经济运行的基本概念和计算方法；电力系统对称和简单不对称故障的物理过程分析和计算方法；架空输电线路、变电站的雷害过程及防雷措施；输电线路电流保护的整定计算原则以及变压器纵差动保护的基本原理。”三、课程内容与学时分配1概论熟悉电力工业在国民经济中的地位；熟悉电力系统、电力网和动力系统的划分；熟悉火力发电厂、水力发电厂的基本生产过程，了解核电厂以及其他新能源发电厂的特点；掌握电力网的组成及作用，了解架空线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系；掌握额定电压的基本概念以及电力系统中各设备额定电压的确定方法；熟悉对电力系统运行的特点以及对电力系统运行的基本要求；了解我国电力工业的现状和发展前景。本章内容：1.1电力工业在国民经济中的地位1.2电力网、电力系统和动力系统的划分1.3发电厂1.4电力网1.5电力系统1.6我国电力工业的现状和发展前景重点：电力网、电力系统和动力系统的划分及各设备额定电压的确定原则。难点：各设备额定电压的确定原则。2电力系统的负荷掌握负荷的表示方法、负荷曲线和负荷曲线的类型以及各类负荷曲线的作用；掌握最大负荷利用时间的物理意义；熟悉负荷特性，了解负荷的数学模型；熟悉谐波分析中常用的若干特征量和电力系统中的主要谐波源及其特点。本章内容：2.1负荷的表示方法2.2负荷的特性与模型2.3电力系统中的谐波重点：负荷曲线的类型以及各类负荷曲线的作用；最大负荷利用时间的物理意义以及负荷特性。难点：负荷特性。3电力系统主设备元件掌握双绕组的Γ型等值电路、等值电路中各参数的物理含义及其计算方法；熟悉三绕组变压器的等值电路及其参数的计算；了解变压器的π型等值电路；熟悉架空线路的主要组成部分及各部分的作用；掌握架空线路各参数的物理意义以及影响线路参数大小的因素；了解架空线路参数的计算公式；掌握输电线路的一字型等值电路、π型等值电路和T型等值电路及其适用范围；了解电缆线路。掌握开关电弧的产生和熄灭原理；熟悉高压断路器的种类、结构、应用范围；掌握油断路器和六氟化硫断路器灭弧室的工作原理和特点；掌握真空电弧的特征及真空灭弧室的结构特点和工作原理；熟悉负荷开关与熔断器组合的应用；熟悉隔离开关的种类和作用。掌握电磁式电压互感器和电流互感器的工作特点、性能要求、误差来源和接线方式；熟悉提高互感器精度所采取的措施；了解电容式电压互感器的工作原理。本章内容：3.1电力变压器的等值电路及参数计算3.2输电线路3.3高压开关电器3.4高压互感器重点：双绕组变压器参数的计算方法及Γ型等值电路；架空线路参数的物理意义、影响因素及等值电路；开关电弧的产生和熄灭原理；油断路器、六氟化硫断路器灭弧室的灭弧原理和性能；电磁式高压互感器的工作特点和接线方式。难点：三绕组变压器参数的计算及等值电路；六氟化硫断路器旋弧式灭弧装置；真空电弧、真空断路器触头；高压互感器的误差分析。4电力系统的接线方式熟悉无备用和有备用电力网的接线方式及其优缺点；掌握电气主接线的各种形式及其基本要求；掌握有汇流母线的单母线、双母线等接线的特点、倒闸操作顺序和优缺点、改进措施以及应用范围；掌握无汇流母线的单元接线、桥形接线和角形接线的特点、应用范围；熟悉典型的发电厂主接线形式；掌握中性点不同接地方式的特点及使用范围。本章内容：4.1电力网的接线4.2发电厂、变电所主接线4.3中性点接地方式重点：单母接线及其倒闸操作；双母接线及其倒闸操作；桥形接线的特点；中性点接地方式的特点。难点：单母接线、双母接线的倒闸操作步骤；各种中性点接地方式的分析及单相接地故障等值电路的确定。5电力系统稳态分析掌握电压降落、电压损耗、电压偏移等基本概念；掌握线路和变压器中的功率损耗和电压降落的计算公式及公式应用的注意点；掌握开式网络的潮流计算方法；熟悉简单闭式网和电磁环网的潮流计算；了解电力系统有功功率与频率之间的关系、有功功率平衡的必要性及备用容量的分类和类型、各类电厂的运行特点和合理组合；掌握负荷和发电机的功-频静特性；掌握电力系统一次调频、二次调频的过程及特点；了解电力系统无功功率和电压之间的关系、无功功率平衡的必要性、主要的无功电源及其特点；了解电压调整的原理和要求以及电压调整的必要性；掌握各种无功补偿和调压措施的原理和特点；掌握变压器分接头、并联电容器容量和调相机容量以及串联电容器容量的计算方法；掌握网损率的概念；了解计算网损的基本方法；掌握降低网损的技术措施；掌握等耗量微增率原则的基本原理。本章内容：5.1电力系统的潮流计算5.2电力系统的频率与有功功率5.3电力系统的电压与无功功率5.4电力系统经济运行重点：电压降落、电压损耗、电压偏移等基本概念；线路和变压器中的功率损耗和电压降落的计算；开式网络的潮流计算方法；一次调频、二次调频的过程及特点；各种无功电源及其特点；中枢点调压方式及电压调整的基本原理；各种无功补偿和调压措施的原理以及调压的计算方法；网损率的概念；降低网损的技术措施；火电厂间经济功率分布的等耗量微增率原则。难点：开式网络的潮流计算方法；简单闭式网和电磁环网的潮流计算方法；一次调频、二次调频的过程及特点；各种无功补偿和调压措施的原理以及调压的计算方法。6电力系统的对称故障分析了解短路的概念、类型、原因和危害；掌握标幺值的定义、特点、基准值的选择以及电力系统各元件标幺值的近似计算公式和运用；掌握恒定电势源电路突然三相短路的短路电流暂态变化过程以及短路电流周期分量、非周期分量、短路冲击电流、短路电流的有效值和母线残压的计算方法；熟悉同步发电机对称短路时稳态短路电流的分析与计算、同步发电机对称短路的暂态过程、次暂态过程、暂态电抗、暂态电势、次暂态电抗、次暂态电势等物理概念；了解异步电动机对称短路时的暂态过程；掌握电力系统三相短路电流实用计算中输入阻抗、转移阻抗、电流分布系数和计算曲线法中计算电抗、发电厂合并原则以及用计算曲线解题等内容。本章内容：6.1短路的一般概念6.2标幺制6.3恒定电势源供电系统的三相短路6.4有限容量电源的三相短路6.5电力系统三相短路电流的实用计算重点：标幺值的定义、基准值的选择以及电力系统各元件标幺值的近似计算公式和运用；恒定电势源电路突然三相短路的分析、短路电流各分量的计算；输入阻抗、转移阻抗、电流分布系数和计算电抗的物理概念以及计算曲线和三相短路电流的实用计算。难点：基准值的选择以及电力系统各元件标幺值的近似计算公式；恒定电势源电路短路电流各分量的计算；输入阻抗、转移阻抗、电流分布系数的计算；计算曲线和三相短路电流的实用计算。7电力系统元件的序阻抗和等值网络掌握对称分量法及其在不对称短路计算中的应用；掌握变压器的零序参数及其等值电路；了解架空输电线路的负序和零序参数计算原理，熟悉双回架空输电线的零序阻抗及其等值电路；熟悉同步电机序阻抗的物理概念；熟悉负荷序阻抗的表示方法；掌握各序网以及复合序网的制定方法。本章内容：7.1对称分量的原理7.2变压器在各序电压作用下的等值电路及其序阻抗特性7.3输电线路在各序电压作用下的序阻抗及等值电路7.4架空输电线路的各序电纳（选学内容）7.5同步电机的序阻抗7.6负荷的序阻抗7.7电力系统各序网络的制定重点：序阻抗的概念；变压器的零序参数及其等值电路；各序网以及复合序网的制定方法。难点：变压器的零序参数及其等值电路；输电线路的序阻抗、序电纳的分析计算及等值电路；电力系统零序网络的制定。8电力系统不对称故障的分析掌握简单不对称短路的分析方法；掌握不对称短路时短路点各序电流、电压的计算方法以及正序等效定则；熟悉接地系数的概念及其应用；掌握各序电流、电压在网络中的分布规律以及计算方法；熟悉各序电压和电流分量经变压器后的相位变换。本章内容：8.1简单不对称短路的分析8.2不对称短路时网络中电流和电压的分布8.3电流和电压各序分量经变压器后的相位变换重点：简单不对称短路的分析方法；不对称短路时短路点各序电流、电压的计算方法以及正序等效定则；不对称短路时各序电流、电压在网络中的分布规律；电压和电流对称分量经变压器后的相位变换。难点：各种简单不对称短路的序量边界条件分析以及短路点各序电流、电压的计算；各序电流、电压在网络中的分布计算；电压和电流对称分量经变压器后的相位变换。9电力系统稳定的基本概念掌握功角的时间概念和空间概念及其在电力系统稳定分析中的重要意义；熟悉同步发电机的转子运动特性；掌握静态稳定、暂态稳定的基本概念以及提高电力系统稳定性的措施。本章内容：9.1同步发电机的机电特性9.2静态稳定的概念9.3暂态稳定的概念9.4提高稳定的措施重点：功角的时间概念和空间概念；同步发电机的转子运动特性；静态稳定、暂态稳定的基本概念以及提高稳定性的措施。难点：同步发电机的转子运动特性；静态、暂态稳定的分析及基本概念。10章远距离输电熟悉长输电线路的等值电路、长线基本方程及其稳态解、空载线路的电压分布及并联电抗器的作用等；了解高压直流输电的优缺点、直流输电的接线方式及换流站的作用等；了解灵活交流输电系统的工作原理及常用的几种补偿装置。本章内容：10.1交流远距离输电10.2并联电抗器的作用10.3高压直流输电10.4灵活交流输电系统重点：空长线的电容效应及并联电抗器的补偿作用。难点：远距离输电线路的自然功率与电压分布。11章电力系统内部过电压了解过电压的含义及分类、掌握产生各种内部过电压的根本原因、物理过程及其影响因素和限制措施。本章内容：11.1概述11.2操作过电压11.3谐振过电压11.4电压互感器饱和过电压重点：几种操作过电压的形成过程；铁磁谐振过电压的基本性质。难点：断线谐振过电压简化等值电路的分析。12章电力系统防雷保护了解雷电放电过程、雷电参数、直击雷过电压、感应雷过电压及雷电进行波的基本概念；主要保护设备的保护原理及工作特性；掌握输电线路过电压形成的及主要防雷措施；掌握变电站防雷保护所要求及基本防雷接线；掌握电力系统接地、接地电阻的概念。本章内容：12.1雷电过电压的成因及其特点12.2防雷保护装置12.3架空输电线路防雷12.4变电站防雷12.5配电变压器防雷12.6电力系统接地重点：输电线路防雷的两个重要指标、架空输电线路雷害过程和防雷措施；变电站防雷的基本接线方式中各元件的作用。难点：输电线路雷害过程、进线段保护。13章电力系统继电保护了解继电保护的任务及作用、继电保护的基本原理和组成，熟悉对电力系统继电保护的基本要求；了解电磁型电流继电器的基本原理；掌握相间短路的三段式电流保护的整定计算方法和电流保护的接线方式；掌握相间短路的方向性电流保护的工作原理；了解中性点直接接地电网接地短路的特点及其零序电流保护的构成；了解中性点不接地电网单相接地故障的特点及其接地保护；了解变压器常见故障及相应的保护方式；掌握纵差动保护的基本原理及变压器纵差动保护的特点。本章内容：13.1继电保护的基本原理13.2输电线路的继电保护13.3电力变压器的继电保护重点：继电保护的基本原理及对电力系统继电保护的基本要求；相间短路的三段式电流保护的整定计算方法（包括动作电流及动作时限的整定，灵敏度的校验等）；电流保护的接线方式；相间短路的方向性电流保护的工作原理；中性点直接接地电网接地短路的特点及中性点不接地电网单相接地故障的特点；纵差动保护的基本原理；变压器纵差动保护的特点。难点：相间短路的三段式电流保护的整定计算方法；功率方向继电器的工作原理；中性点不接地电网单相接地故障的特点分析；纵差动保护的基本原理。14章发电厂变电所的控制与信号系统熟悉一次系统和二次系统的基本概念；看懂二次接线图，熟悉其常用的文字及图形符号；了解控制和信号回路常用的低压电器；熟悉高压断路器的控制回路；熟悉高压隔离开关的电动操作与闭锁回路；了解发电厂和变电所的操作电源。本章内容： 14.1电气二次回路14.2控制回路和信号回路常用低压电器14.3高压断路器的控制回路14.4高压隔离开关的电动操作与闭锁14.5信号即测量回路14.6发电厂变电所的操作电源重点：一次系统、二次系统、二次回路、二次接线图的基本概念；低压断路器和接触器的基本原理；高压断路器的控制回路；高压隔离开关的电动操作与闭锁回路。难点：高压断路器的控制回路；高压隔离开关的电动操作与闭锁回路。15章电力系统通信了解通信系统的基本组成及分类、电力系统通信的作用和特点、我国电力通信网的现状及发展；掌握数字通信系统的基本模型及特点；了解数字通信系统的主要性能指标；掌握信源编码、信道编码及同步的概念；掌握数字基带传输、频带传输、数字调制与解调的基本概念；熟悉光纤通信系统的基本组成；了解光纤光缆的结构及光波的传输特性；了解光源和光发射机、光检测和光接收机的原理；掌握微波及其传输特性、微波信道及系统组成；了解微波通信设备、中继方式及抗衰落技术；掌握射频频率配置原则；了解电力线载波通信的基本原理、变频的基本原理和电力线载波通道的组成，了解数字式电力线载波的原理；掌握电力系统远动的基本概念；了解电力系统远动的工作模式及远动规约；了解电力通信网络技术。本章内容：15.1概述15.2数字通信原理15.3光纤通信15.4微波中继通信15.5电力线载波通信15.6电力系统远动及规约15.7电力通信网络技术重点：数字通信系统的基本模型及特点；数字调制（包括数字调幅、数字调频和数字调相）与解调；光纤通信系统的基本组成、光纤的传输特性；微波中继通信的频率范围及其传播特性；射频频率配置原则；变频的基本原理；电力系统远动的基本概念。难点：数字调制（包括数字调幅、数字调频和数字调相）与解调；光纤的传输特性；微波射频频率配置原则；变频的基本原理。16章电力系统自动控制技术了解电力系统安全运行的控制原则与措施、电力系统安全控制状态、电力系统安全控制的目的和内容；了解电力系统调度自动化的组织、任务、结构及功能；掌握同步发电机同期并列的基本概念；了解自同期并列的原理；掌握准同期并列装置的原理及实现方法；了解微机准同期并列装置的原理；了解电力系统频率的动态特性；掌握自动低频减负荷装置的原理及整定原则；了解水轮发电机组低频自起动装置和自动解列装置的原理；了解配电网的构成；了解配电网自动化的功能、要求及组成。本章内容：16.1概述16.2电力系统调度自动化16.3电力系统典型自动控制装置16.4配电网自动化重点：电力系统调度自动化的组织、任务；同步发电机同期并列、自同期、准同期的基本概念；准同期并列装置的原理及构成；自动低频减负荷装置的原理。难点：准同期并列条件的分析；准同期并列装置的原理；自动低频减负