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1、 1 电气工程基础 1.1 绪论 1、电力网：由变电站和不同电压等级输电线路组成的网络称为电力网（不包括发电部分与用户）；电力系统：由发电厂在内的发电机、电力网以及用户的各种用电设备组成；动力系统：在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分。2、变电站一般分为枢纽变电站、中间变电站、地区变电站、终端变电站。3、为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统？这是因为：可以提高供电可靠性、可以减少备用容量、可以减少系统装机容量、可充分发挥水电在系统中的作用、可采用高效率大容量的火电机组、可提高系统运行的经济性。4、电力系统的特点：电能不能大量存储、过渡过程十分短暂、电能生产与国民经济各部门和人民生
2、活密切相关、地区特点较强。5、对电力系统的要求：保证供电可靠性、保证良好的电能质量、为用户提供充足的电力、提高电力系统运行经济性。6、衡量电能质量的三大指标：电压、频率、波形。（我国 3000MW 及以上系统频率偏差不超过 0.2Hz，3000MW 以下系统频率偏差不超过 0.5Hz）。7、谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降。系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比。所以电网公共连接点的短路容量越大，其谐波阻抗越小，则允许注入该点的谐波电流也越大。8、电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和最高电压，电气设备用的额定电压和最高电压。1.2 接地 9、为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员
3、的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接，称为接地。这种接地包括：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地等。10、工作接地所采用的中性点接地方式主要包括有：不接地、经消弧线圈接地、直接接地、经电阻接地等等。11、电力系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。12、电力系统中性点经消弧线圈接地有三种补偿方式：全补偿方式、欠补偿方式、过补偿方式。由于采用前两种方式容易引起铁磁谐振，因此一般采用过补偿方式。1.3 输变电系统（一次设备及主接线）13、断路器又称开关，隔离开关又称刀闸。接通是先合刀闸再合开关，断开时先断开关再断刀闸。隔离开关的作
4、用：1）隔离电源：将需要检修的电气设备用隔离开关与电网的带电部分可靠的隔离，使被检修的电气设备与电源有明显的断开点，以保证检修工作的安全。2）改变运行方式进行倒闸操作：如在双母线运行的电路中，可以利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线上去。3）接通和切断小电流电路 14、电流互感器二次侧接测量仪表或继电器的电流线圈，极性端按减极性法则（减极性法则：当电流互感器一次电流从首端流入，从尾端流出时，二次电流从首端流出，经二次负载从尾端流入，这样的极性标志规定为减极性）表示。15、电力系统接线的图示方式有两种：地理接线图和电气接线图。73、电气主接线的基本要求包括：可靠性、灵活性、经济性和
5、可扩展性。74、4/3 接线形式与 3/2 接线形式相比，可以节省投资但是可靠性有所降低，布置比较复杂。75、外桥形接线适用于外部系统频繁切换的场合；而外桥形接线则适用于内部变压器经常切换的场合，当外部系统有穿越功率流过时，也常采用外桥形接线。16、扩大单元接线：为了减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面积，也可将两台发电机与一台变压器相连，组成扩大单元接线。17、配电装置的安全净距：从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间，电气设备各带电部分之间，带电部分与接地部分之间应保持的最小空气间隙。18、接地电压是指电气设备接地体与零电位
6、之间的电位差。统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包
7、括系统用的额定电压和 19、起分配电能作用的网络称为配电网，它通常是指电力系统中二次降压变电站低压侧直接或降压后向用户供电的网络（高压配电网：35220kV，中压配电网：610kV，低压配电网 220660V）。20、配电网的几个重要指标：供电可靠性、网损率、电压波动和电压闪变、电压合格率。1.4 调压调频经济运行 40、当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的。如果先提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率下降更多，无助于改善系统的运行条件。42、必须注意，在系统无功不足的条件下，不宜采用调整
8、变压器分接头的办法来提高电压。46、在无功不足的电力系统中，首先应当装设无功功率补偿装置来补偿无功功率的缺额。53、采用并联电容器进行无功补偿时，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。因此，根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头，按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。45、在最大和最小负荷时，若电压的变化幅度超过了分接头的调整范围，或者调压要求的变化趋势与实际的相反，则利用普通变压器调压就无法满足调压要求，这时可采用有载调压变压器调压。与普通变压器相比，有载调压变压器的优点是可以在带负荷的条件下切换分接头，调压范围比较宽。54、调相机的特点是既能过励磁运行，发出
9、感性无功功率使电压升高；也能欠励磁运行，吸收感性无功功率使电压降低。因此调相机在最大负荷时按额定容量的过励磁运行，在最小负荷时按额定容量的欠励磁运行，调相机的容量将得到最充分的利用。统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐
10、波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 1.5 过电压与防雷 43、过电压是指超过正常运行电压并可使系统绝缘或保护设备损坏的电压升高。57、电力系统内部过电压可分为暂时过电压和操作过电压，暂时过电压又分为工频电压升高和谐振过电压。引起工频电压升高的原因有空载长线的电容效应、不对称短路、甩负荷等。操作过电压所指的操作并非狭义的开关倒闸操作，而应理解为“电网参数的突变”，引起操作过电压的主要原因有：中性点绝缘电网中的电弧接地过电压；切除电感性负载（空
11、载变压器、消弧线圈、并联电抗器、电动机）过电压；切除电容性负载（空载长线路、电缆、电容器组）过电压；空载线路合闸（包括重合闸）过电压、断续电弧接地、系统解列过电压等。48、必须借助外加电离因素才能维持的放电称为非自持放电，不需其他任何外加电离因素而仅由电场的作用就能维持的放电称为自持放电。自持放电是气体间隙击穿的必要条件。49、与气体电介质相比，液体和固体电介质不仅绝缘强度好，还可兼作冷却和灭弧介质。50、电介质在电场作用下的物理现象有极化、电导、损耗和击穿。51、电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离
12、和激励，因而出现电晕放电。52、在高电压作用下，介质表面绝缘发生的破坏性放电，其放电电压称为闪络电压。70、在防雷设计中，采用 2.6/40 的波形；在绝缘的冲击高压试验中，采用1.2/50 的波形。71、雷电过电压分为两种：直击雷过电压（雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压）、感应过电压（雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压）统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电
13、力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 47、避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称为直击雷保护；避雷器可以防止沿输电线侵入变电站的雷电过电压波，因此也称为侵入波保护（因为变电站中各种电气设备的绝缘水平远低于统计线路的绝缘水平）；防雷接地装置的作用是减少避雷针和
14、避雷线与大地的电阻值，以达到降低雷电压幅值的目的。避雷器 原理：当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。基本要求：1）具有良好的伏秒特性，易于实现合理的绝缘配合。2）有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行。分类：保护间隙 管式避雷器：多个间隙串联 阀式避雷器（带间隙）：普通阀式和磁吹阀式 氧化锌避雷器（无间隙）：ZnO 电阻片具有良好的非线性伏安特性 72、SF6 全封闭组合电路（GIS）在国际上称为气体绝缘变电站，是
15、将变电站中除变压器外的一次设备包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等按系统布置进行优化设计并有机组合的一个整体。2 电分 2.1 短路 21、所谓元件的序阻抗，是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值。22、正序等效定则：在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量，与在短路点每一相中加入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率
16、大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 55、网络中各点电压的不对称程度主要是负序分量决定，负序分量愈大，电压愈不对称。不管发生何种短路，短路点的电压最不对称。单相短路时电压的不对称程度要比其他类型的不对称短路小些。2.2 稳定 24、所
17、谓电力系统的静态稳定性，一般是指电力系统在受到微小扰动后，独立地恢复到它原来的运行状态的能力。25、电力系统具有暂态稳定性，一般是指电力系统在正常运行时，受到一个大的扰动后，能从原来的运行状态（平衡点），不失去同步地过渡到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地运行。23、电力系统正常运行的一个重要标志是系统中的同步电机（主要是发电机）都处于同步运行状态。26、两个不变电势源间的相角为 180度时电压最低的点称为振荡中心。27、联接发电机的升压变压器绝大多数采用三角形-星形接法，发电机都接在三角形侧。28、提高电力系统稳定性和输送能力的一般原则是：尽可能提高电力系统的功率极限；抑制自发振荡的发生
18、；尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度。30、提高暂态稳定性的措施：快速切除故障、实行快速强行励磁、采用自动重合闸装置、改善原动机的调节特性、采用电气制动。31、提高静态稳定性的措施：提高发电机电势 E、减少系统的总电抗 X、提高和稳定系统电压。41、改善发电机及其励磁调节特性有利于提高静态和暂态稳定性；改善原动机的调节特性有利于提高暂态稳定性；改善继电保护和开关设备的特性有利于提高暂态稳定性；改善线路和变压器电抗有利于提高静态和暂态稳定性；提高输电线路的额定电压有利于提高静态和暂态稳定性；线路串联电容、并联电抗有利于提高静态和暂态稳定性；统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动
19、力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 设置开关站、变压器中性点经小阻抗接地以及发电机采
20、用电气制动均只能提高暂态稳定性。3 继保 3.1 基本概念 34、继电保护装置在技术上一定要满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性。35、采用自动重合闸ARD 时，当重合于永久性故障时，系统将再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统振荡。36、后备保护是在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，在主保护拒动时用以切除故障的保护称为近后备保护，而在断路器拒动时用以切除故障的保护则称为远后备保护。29、电力系统中架空输电线路的短路故障，大多数是由闪络放电造成的，在切断线路，经过一段电弧熄灭和空气去游离的时间之后，短路故障便完全消除了。这时，如果再把线路重新投入系统，它便能继续正常工作。若重新投入输电
21、线路是由开关设备自动进行的，则称之为自动重合闸。3.2 纵差保护与高频保护 32、利用线路内部短路时其两侧电流均为正，而外部短路时两侧电流一侧为正另一侧为负的特点可构成纵联保护。33、纵差保护一般可用在短线路，发电机、母线和变压器等元件上作为主保护。58、线路的电流电压保护用于中、低压电网一般都能满足对保护性能的要求。但是，对长距离重负荷线路，即使是定时限过流保护都不一定能满足灵敏度要求，因此在 35kV 及以上的网络中很难适用。59、电流电压保护和距离保护用于输电线路的主要问题是在靠近线路断路器处发生故障时，远离故障侧的保护只能以第二段延时切除故障，这对很多重要的高压网络是不允许的。统由发电
22、厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和
23、60、纵联保护的基本原理是：当输电线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流为正，两侧保护无延时动作跳两侧断路器；当输电线路外部短路时，两侧电流方向相反，保护不动作。61、纵差保护在原理上区分了线路的内部和外部故障，故不必采用逻辑延时元件就可以无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地方的故障。其缺点在于需要与输电线等长的辅助导线来传输线路两侧的电流讯号，故在技术与经济上存在很大困难，一般用于短线路、发电机、母线、和变压器作为主保护。62、为了提高电力系统并联运行的稳定性和增加线路的传输容量，电力系统中常采用平行双回线运行方式。平行双回线一般采用横联差动保护（横差保护），一般只能作为双回线路主保护
24、的补充。63、输电线路的高频保护（载波保护）是指将两侧电流的相位（或功率方向）变成高频讯号后再经加工后的输电线（称高频传输通道）传至对侧进行直接或间接的相位比较（或逻辑判断）来实现全线速动保护。64、当电流或功率方向为负时，启动元件启动发讯机一直发讯，闭锁方向电流保护的出口跳闸回路，故这种保护称为高频闭锁方向保护，又称为方向高频保护。65、高频闭锁距离保护又称为距离高频保护，与方向高频保护相比，它的保护部分采用距离保护且需要振荡闭锁装置。66、根据电力系统的稳定性要求和保护配合的要求，目前，高频闭锁方向保护和高频闭锁距离保护等广泛用于高压或者超高压线路的常规与微机成套线路保护装置中，作为线路的
25、主保护。66、高频阻波器的主要作用是防止高频电流进入被保护线路以外的电力系统中的其他设备。3.3 元件保护 37、电力变压器的保护配置：轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳变压器各侧断路器；引出线、套管及油箱内的短路，应装设电流速断保护和纵差保护；变压器外部短路引起的变压器过电流，应装设过电流保护，500kV 高、中统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡
26、过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 压侧应装阻抗保护；中性点直接接地的变压器，对外部单相接地引起的过电流应装零序过电流保护；高压侧为 500kV 的变压器，应装反映变压器磁通密度的过励磁保护；38、发电机保护配置：相间短路保护为电流速断保护或者纵差保护；单相接地保护为零序电流或者零序电压保护；外部短路时的
27、后备保护为过电流保护或者阻抗保护。39、母线保护的配置（适用于高压母线）：母线电流纵差保护、母联电流比相式母线保护、断路器失灵保护（后备接线）4 电机学 56、在星-三角连接的变压器中，一次侧提供基波分量的励磁电流和励磁磁动势，二次侧提供三次谐波分量的励磁电流与励磁磁动势，合成的励磁磁动势其效果与三角-星形连接相同，于是主磁通和相电势的波形也就接近正弦波。67、在同样的励磁电流下，有功功率越大，电枢电流就越大，V 形曲线就越高；越过励，电枢电流越大，越欠励，电枢电流也越大。68、与同步发电机相反，同步电动机在过励的情况下电流超前于电压，在欠励的情况下电流滞后于电压。72、电流互感器的接线形式包
28、括：单相接线（测量单相电流）、星形接线（测量三相电流）、不完全星形接线（测量 A、C 相电流）；电压互感器的接线形式包括：单相接线（线电压或者相电压）、不完全星形接线（测量线电压）、星形接线（相电压及线电压）。统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为
29、用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和 5 电路 1.谐振时的品质因数1LQCR（为电感电压或者电容电压的幅值与电源电压的比值）。2.工程上常常把电感线圈的感抗与电阻的比值定义为这个线圈的品质因数。3.测量功率时，一表法主要用于测量单相负载的功率和对称三相四线制的功率，三表法主要用于不对称三相四线制电路的功率测量，二表法用于对称或不对称三相三线制电路的功率测量。4.中线具有限制中性点发生位移的作用，中线阻抗越小，中性点
30、的位移就越小。中性上不允许接保险丝，否则在火线发生短路的时候会引起中线保险丝烧断变成三相三线制，从而导致中性点严重偏移。统由发电厂在内的发电机电力网以及用户的各种用电设备组成动力系统在电力系统的基础上还包括了发电机的动力部分变电站一般分为枢纽变电站中间变电站地区变电站终端变电站为什么要将各个孤立的发电厂互相连接成电力系统效率大容量的火电机组可提高系统运行的经济性电力系统的特点电能不能大量存储过渡过程十分短暂电能生产与国民经济各部门和人民生活密切相关地区特点较强对电力系统的要求证供电可靠性证良好的电能质量为用户提供充足的率偏差不超过谐波电压是指谐波电流在谐波阻抗上的压降系统谐波阻抗近似与系统短路容量成反比所以电网公共连接点的短路容量越大其谐波阻抗越小则允许注入该点的谐波电流也越大电力系统的电压等级包括系统用的额定电压和