电力工程 第3版

本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，国家精品课程配套教材，着重介绍电力工程的基本知识、基本原理和基本方法。全书内容分为4篇16章，其中：电力设备篇主要包括输电设备、电力负荷、同步发电机、开关类设备以及保护与控制；电力系统稳态分析篇主要包括电力系统的潮流、电力系统的频率、电力系统的电压；电力系统暂态分析篇主要包括电力系统的对称故障、电力系统的不对称故障以及电力系统的稳定；电力工程的设计与管理篇主要包括电气主接线、电力网络接线的设计、电气设备的选择以及电力工程管理。本书在内容上注重反映新技术，注重精练易懂，注重启发互动。 本书在体系上采用模块式结构，以便不同专业的灵活选用，既可以作为电气工程及其自动化专业的“电力工程”“电气工程”或“电力系统”课程的教材，也可以作为其他弱电专业有关电力工程类背景课程的教材。对于电气工程及其自动化专业，还可以根据学分数不同而选用不同的内容。 本书的读者对象主要为电气工程类专业的本科生、研究生，也可供高职高专及成人高校相关专业的学生使用，还可供电力行业的广大工程技术人员自学参考。 本书配有免费电子课件，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com下载。

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前言 第1章绪论1 1.1电力工程的发展历程1 1.2电力系统概述2 1.2.1电力系统的构成2 1.2.2电力系统的基本参量5 1.2.3发电厂简介7 1.2.4变电所简介8 1.2.5电力系统的特点和要求9 1.2.6电力系统中性点接地方式9 1.3电力系统计算的标幺制11 1.3.1标幺值的计算与选择12 1.3.2标幺值之间的换算13 1.3.3复杂网络中标幺值的计算14 1.3.4频率、角速度和时间的基准值18 1.4电力工程的发展趋势19 思考题与习题19 参考文献20第1篇电 力 设 备 第2章输电设备21 2.1输电线路21 2.1.1输电线路的结构特点21 2.1.2电缆线路及附件29 2.1.3架空线路模型30 2.1.4电力线路的等效电路38 ※2.1.5输电线路覆冰危害及除冰 防冰40 2.2变压器43 2.2.1双绕组变压器的参数计算43 2.2.2三绕组变压器的参数计算46 2.2.3自耦变压器的参数计算50 2.3互感器52 2.3.1互感器概述53 2.3.2电流互感器53 2.3.3电压互感器59 2.4直流输电63 2.4.1直流输电概述63 2.4.2直流输电系统的工作原理69 2.4.3直流输电系统的等效电路74 思考题与习题74 参考文献76 第3章电力负荷77 3.1负荷曲线77 3.2负荷分类79 3.3负荷模型79 3.3.1负荷模型概述79 3.3.2静态负荷模型80 3.3.3电动机负荷模型82 3.3.4综合负荷模型84 思考题与习题84 参考文献84 第4章同步发电机85 4.1同步发电机的基本方程与参数85 4.1.1abc坐标系下的方程85 4.1.2派克戈列夫变换87 4.1.3dq0坐标系下的方程90 4.2同步发电机的稳态方程与参数93 4.2.1稳态条件93 4.2.2稳态电压方程93 4.2.3相量方程、相量图、等效 电路图94 4.3同步发电机的动态方程与参数96 4.3.1次暂态方程与参数96 4.3.2暂态方程与参数98 ※4.4励磁系统及调压器102 ※4.5原动机及调速器104 思考题与习题106 参考文献106 第5章开关类设备107 ※5.1电弧与灭弧107 5.1.1电弧产生和熄灭的物理过程107 5.1.2灭弧的物理过程109 5.1.3熄灭交流电弧的基本方法109 5.2高压断路器112 5.2.1电力系统对高压断路器的要求112 5.2.2高压断路器的型号、分类和 特点112 5.2.3SF6高压断路器115 5.3高压隔离开关、负荷开关、熔断器118 5.3.1高压隔离开关118 5.3.2高压负荷开关120 5.3.3高压熔断器122 5.4低压电器125 5.4.1低压熔断器125 5.4.2低压刀开关127 5.4.3低压断路器129 5.4.4接触器130 思考题与习题131 参考文献131 电力工程第3版目录第6章保护与控制132 6.1继电保护132 6.1.1继电保护概述132 6.1.2线路的继电保护133 6.1.3电力变压器保护148 ※6.1.4发电机保护149 6.2电力系统控制151 6.2.1电力系统控制体系151 6.2.2电力系统控制组成151 6.2.3电力系统自动安全稳定控制153 6.2.4电力系统自动发电控制154 6.2.5电力系统自动电压控制155 思考题与习题156 参考文献157第2篇电力系统稳态分析 第7章电力系统的潮流158 7.1电力系统潮流概述158 7.2输电线路运行特性及简单电力系统 潮流计算159 7.2.1电力线路上的电压降落、功率 损耗和电能损耗159 7.2.2变压器上的电压降落、功率 损耗和电能损耗164 7.2.3简单辐射型网络的潮流计算165 7.3复杂电力系统的潮流计算169 7.3.1潮流计算方法概述169 7.3.2电力网络方程169 7.3.3节点功率方程与节点的分类176 7.3.4牛顿拉夫逊法178 7.3.5PQ分解法192 7.4电力系统优化潮流简介196 7.4.1优化潮流的数学模型196 7.4.2优化潮流的算法197 思考题与习题197 参考文献200 第8章电力系统的频率201 8.1电力系统频率概述201 8.1.1电力系统频率的概念201 8.1.2电力系统频率的测量202 8.2电力系统的频率特性203 8.2.1发电机组的频率特性203 8.2.2电力负荷的频率特性206 8.2.3电力系统的有功功率频率 特性207 8.3电力系统的频率调整207 8.3.1电力系统频率的一次调整208 8.3.2电力系统频率的二次调整210 8.3.3互联系统的频率调整211 思考题与习题215 参考文献216 第9章电力系统的电压217 9.1电力系统电压概述217 9.1.1无功功率负荷与电压的关系217 9.1.2电压偏移的危害220 9.1.3电压偏移的标准221 9.2电力系统中无功功率的平衡与补偿221 9.2.1电力系统中无功功率负荷与 无功功率损耗221 9.2.2电力系统中的无功电源222 9.2.3电力系统的无功功率平衡与补偿225 9.3电力系统中的电压管理与调压方法226 9.3.1中枢点电压管理226 9.3.2电压调整的方法227 ※9.4电力系统中的谐波236 9.4.1谐波及其产生236 9.4.2谐波的危害237 9.4.3谐波的抑制237 思考题与习题239 参考文献241第3篇电力系统暂态分析 第10章电力系统的对称故障244 10.1电力系统故障概述244 10.2无穷大电源供电系统的三相短路 245 10.2.1定性分析 246 10.2.2冲击电流和最大有效值电流247 10.3同步发电机的突然三相短路250 10.3.1定性分析250 10.3.2各分量的初瞬值250 10.3.3各分量的终值251 10.3.4各分量的时间常数251 10.3.5合成转换252 思考题与习题255 参考文献256 第11章电力系统的不对称故障257 11.1对称分量法257 11.1.1对称分量法的基本原理257 11.1.2对称分量法在不对称故障分析中 的应用258 11.2电力系统各序网络的形成及序网 方程261 11.2.1序阻抗261 11.2.2正序和负序网络265 11.2.3零序网络266 11.3不对称故障的分析计算268 11.3.1不对称故障时故障点的电流和 电压计算268 11.3.2非故障点的电流和电压计算279 11.3.3非全相运行的分析和计算284 11.4电力系统不对称故障的计算机算法 简介288 思考题与习题290 参考文献292 第12章电力系统的稳定293 12.1电力系统稳定概述293 12.1.1电力系统稳定的定义与分类293 12.1.2电力系统稳定分析的模型294 12.2简单电力系统的静态功角稳定298 12.2.1概述298 12.2.2定性分析298 12.2.3稳定判据299 12.3简单电力系统的暂态功角稳定303 12.3.1概述303 12.3.2定性分析304 12.3.3稳定判据——等面积定则306 ※12.4简单电力系统的动态功角稳定308 ※12.5简单电力系统的电压稳定309 12.5.1概述309 12.5.2定性分析309 12.5.3稳定判据312 *12.6电力系统的频率稳定313 12.7多机电力系统的稳定分析方法313 12.7.1直接法313 12.7.2小扰动法314 12.7.3数值计算法315 12.8提高电力系统稳定的措施317 12.8.1提高静态功角稳定的措施317 12.8.2提高暂态功角稳定的措施318 *12.8.3抑制低频振荡的措施319 *12.8.4提高电压稳定的措施319 *12.8.5提高频率稳定的措施320 思考题与习题321 参考文献323第4篇电力工程的设计与管理 第13章电气主接线324 13.1电气主接线概述324 13.1.1对电气主接线的基本要求324 13.1.2电气主接线的基本类型325 13.1.3电气主回路中开关的配置 原则325 13.2电气主接线的基本形式326 13.2.1单母线接线326 13.2.2单母线分段接线327 13.2.3单母线带旁路母线接线328 13.2.4双母线接线329 13.2.5双母线分段接线331 13.2.6双母线带旁路母线接线331 13.2.73/2断路器双母线接线331 13.2.8单元接线332 13.2.9桥形接线333 13.2.10角形接线334 13.3电气主接线实例分析334 13.3.1火力发电厂电气主接线335 13.3.2水力发电厂电气主接线337 13.3.3变电所电气主接线339 思考题与习题339 参考文献339 第14章电力网络接线的设计341 14.1输电网接线341 14.1.1输电网接线的基本要求341 14.1.2输电网的规划设计方法341 14.1.3输电网的接线方式342 14.1.4输电网接线实例344 14.2配电网接线345 14.2.1配电网的结构345 14.2.2供电区域划分345 14.2.3用户供电要求与电源接入 要求346 14.2.4配电网的基本要求349 14.2.5配电网的接线方式350 思考题与习题356 参考文献356 第15章电气设备的选择357 15.1电气设备选择的一般条件357 15.1.1按正常工作条件选择电气 设备357 15.1.2按短路条件校验热稳定和动 稳定359 15.2输电线路的选择361 15.2.1架空线路的选择361 15.2.2电力电缆的选择368 15.3发电厂及变电所主变压器的选择369 15.3.1主变压器的容量和台数369 15.3.2主变压器的负载率371 15.3.3主变压器的型式371 15.4支柱绝缘子及穿墙套管的选择373 15.4.1支柱绝缘子的选择373 15.4.2穿墙套管的选择374 15.5高压断路器、隔离开关和高压熔断器的 选择375 15.5.1高压断路器的选择375 15.5.2高压隔离开关的选择376 15.5.3高压熔断器的选择377 15.6电流和电压互感器的选择379 15.6.1电流互感器的选择379 15.6.2电压互感器的选择381 15.6.3电流和电压互感器的配置 原则383 15.7SF6封闭式组合电器的选择386 15.7.1一般规定386 15.7.2性能要求386 15.8硬母线的选择387 15.8.1硬母线的材料、类型与布置 方式387 15.8.2硬母线的截面面积的选择及 热稳定、电晕校验388 15.8.3硬母线的动稳定校验388 思考题与习题391 参考文献392 第16章电力工程管理393 16.1电力工程管理概述393 16.1.1我国电力工业体制改革历程393 16.1.2我国电力市场化改革394 ※16.2电源侧管理395 16.2.1能源的分类395 16.2.2常规能源发电396 16.2.3新型能源发电396 16.2.4不同能源电厂的发展建议399 ※16.3需求侧管理399 16.3.1需求侧管理的概念399 16.3.2需求侧管理的内容和手段400 16.3.3实施需求侧管理的模式400 16.3.4需求侧管理的实施流程401 16.3.5需求侧管理节能技术401 思考题与习题402 参考文献402 附录403 附录A电力工程常用术语403 附录B部分常用导线、电缆安全载 流量表411 附录C常用变压器技术数据412