电气工程基础.docx

1、电气工程基础第一章1、电力系统主要是由（发电、输电、配电、负荷）组成。2、动力系统是将发电厂内的原动机部分3、发电厂的电能送到负荷中心有交流与直流输电两种输电方式，主要是通过（架空线路、电缆线路）来传送的；电力网是连接电源与负荷中心的纽带，其中居民生活用电电网的额定电压是（220）V4、超高压：提高传输能力，降低损耗5、电力系统的基本参量：总装机容量：系统中所有发电机组额定有功功率的综合（MW） 年电电量：系统中所有发电机组全年所发电能的总和(MWh) 最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值 年用电量：接在系统上所有用户全年所用电能的总和（WMh）6、10KV是最常见的城乡配电电

2、压，当负荷中高压电动机比重很大时才用6KV，35KV用于中等城市或者大工业企业内部供电，也用于农村网7、电力系统的接线图分为（地理接线图，单线电气接线图）8、简单接线可分为无备用（接线包括：放射式，干线式，链式）有备用（接线包括：双线放射式，干线式，链式及两端供电网）9、电力系统的中性点是指（星形连接的变压器或发电机的公共点），分为【中性点直接接地（又称大接地电流系统,），不接地（又称小接地电流系统），经电抗器接地】 10、为什么电力系统通常采用中性点直接接地方式？在较高电压等级的系统中，设备总价中的绝缘费用所占比重较大，降低绝缘水平带来显著的经济效益，通常采用中性点直接接地方式，以其他措施提

3、高供电可靠性11、在我国，110KV及以上的采用中性点直接接地方式（大接地电流系统，其优点是费用少，经济效益高），35KV及以下的系统采用中性点不接地方式12、发电方式按能源划分为（火力发电，水力发电，核能发电，风力发电，太阳能发电，地热发电，潮汐发电），火电机组出力变化的速度比水电机组要（慢）13、变电所是联系发电厂与用户的中间环节，起着电能变换和分配的作用 升压变电所和降压变电所 类型：枢纽变电所，中间变电所，地区变电所，终端变电所14、电力负荷分为：一级负荷，二级负荷，三级负荷15、对电力系统运行的基本要求是（足够，安全，优质，可靠，优质，经济，环保）：衡量电能质量的指标只要有（频率，电

4、压，波形），正常运行时系统频率允许偏差是（0.20.5）系统中的频率只要取决于系统中的有功功率的平衡，结点电压主要取决于系统中的无功功率的平衡第三章1、电力系统负荷是指（所有用户所使用的功率）2、综合用电负荷是指：将各行各业及居民的生活用电所消耗的功率叠加。电力系统供电负荷电力系统发电负荷3、负荷曲线分为：1、日负荷曲线是指电力系统负荷在一日24小时内变化的规律。最大值称为峰荷，最小值称为谷荷。作用：系统运行人员可据此曲线来制定日发电计划。2、年最大负荷曲作用是安排发电设备检修计划作用。3、年持续负荷曲线4、年最大负荷利用小时数Tmax=A/Pmax A为面积第四章1、电力线路包括（输电线路）

5、和（配电线路），他们都是用来传输电能的。主要分为(架空线路)和(电缆线路)两大类。架空线路是将导线通过杆塔架设在露天，而电缆线路一般埋在地底下的电缆沟或者管道中。2、架空线路由（导线，避雷线，杆塔，绝缘子，金具），作用：导线的作用是传导电流，输送电能：避雷器的作用是把雷电流引入大地，以保护电力线免遭雷击而引起过电压对线路及电气设备的绝缘破坏：杆塔的作用是支撑导线和避雷器，使导线与导线间、导线与地之间保持一定绝缘距离：绝缘子使导线和杆塔之间进行绝缘：金具的作用是支撑、连接导线，使导线固定在绝缘子上，并保护导线、避雷器及绝缘子固定在杆塔上。3、电力电缆的结构主要包括（导体、绝缘层和保护包皮）4、线

6、路的特性阻抗与线路电感及电容相关，一般单回架空输电线路的特性阻抗变化范围很小，为375-410，分裂导线则为270-310，电缆线路为35-40第六章1、一次设备：一次系统是电网中电能传输的通路，其中的所有电气设备 二次设备：辅助电路，用来测量，控制，保护和自动调节一次设备运行的所有设备2、高压断路器特点：电力系统发生故障时开断线路，切断电流，消除故障，有灭弧 电力系统对高压断路器的要求： 在正常情况下能开断和关合电路在电力系统发生故障时应以较短时间将故障部分从电力系统中切除，以减轻故障对设备的损害 应能配合自动重合闸进行多次关合和开断3、高压断路器类型：油断路器，压缩空气断路器，六氟化硫断路

7、器，真空断路器，磁吹断路器，固体产气断路器。分为屋内式和屋外式4、最高工作电压：考虑到系统调度需要及供电线路上的电压降落，要求断路器能承受高出其额定电压的实际工作电压。220KV以下的为额定电压的1.15倍，330KV以上的为1.1倍5、断路器型号：D多油式。S少油式。K (压缩)空气。LSF6。Z真空。第二位：N户内式。W户外式。第三或四位：数字设计序号或额定电压(kV)。第四或五位：C手车式。G改进型。“/”后：数字额定电流(A )6、隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备。用途：隔离电路，切断或者接通小电流。隔离开关分类：户内，户外。按绝缘支柱的数目分为单柱式，双柱式和三柱式。按刀闸的运行

8、方式分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式。按有无接地闸刀分为带接地刀闸和不带接地刀闸。7、负荷开关是带有简单的灭弧装置、用来关合和开断额定电流或小于一定倍数过载电流的开关电器。用于配电网中。配合断路器使用。分为油负荷开关、真空负荷开关、六氟化硫负荷开关、产气式负荷开关、压气式负荷开关。还分为手动操作和电动操作负荷开关。8、熔断器是利用过载或短路电流将熔体熔断后，再依靠灭弧介质熄灭电弧以开断电路的电器。分为电力熔断器、电压互感器保护用熔断器、电容器保护用熔断器。广泛用的是限流式熔断器和跌落式熔断器9、熔断器时间-电流特性：又称为熔体的安秒特性。表示熔体熔化时间与通过电流间的关系10、六氟化

9、硫全封闭组合电路（GIS）是把断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端盒、接地开关等各种电气元件密封在充满SF6气体的若干间隔内，并按一定的方式组合起来而构成的一种可靠的输变电设备，国外又称为充气绝缘变压站11、GIS的优越性：GIS较常规的变电所占地少，安全可靠，运行安全可靠、维护工作量大、检修周期长，施工工期短，对无线电通信和电视广播无干扰第七章1、主接线就是指由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的通道，成为强电流、高电压的网络。2、电气主接线基本要求：可靠性和电能质量、灵活性、方便性、经济性、扩建的可能性3、变电容载比：变电容量在满足供电可靠性基础

10、上与对应最大负载之比值。负载率：变压器实际供给的最大负荷与其自身额定容量之比，可认为与容载比成反比。我国规程规定：220KV电网：容载比为1.61.9，35110KV电网：容载比为1.82.14、主接线的基本形式：有汇流母线和无汇流母线5、有汇流母线：单母线：简单单母线，单母分段，单母带旁母，单母分段带旁母。双母线：双母线，双母单分段，双母带旁母，双母双断路器，3/2接线（一倍半）。6、无汇流母线：桥形接线（内桥、外桥），多边形接线，单元接线，扩大单元接线7、常用厂用电率来表示：8、凝汽式火电厂： 5% 8% 热电厂： 8% 10%水电厂： 0.3% 2%9、厂用负荷分类：类厂用负荷：不允许停

11、电类厂用负荷：允许短时停电（几秒至几分钟）类厂用负荷：允许较长时间停电事故保安负荷10、采用6KV和380/220两种电压等级作为大中型火电厂厂用供电电压11、厂用电源有：工作电源，备用电源，事故保安电源。厂用电电源不少于2个，厂用电电压等级一般是（380V）12、电力系统中的无功功率平衡与电压水平有关，无功不足将导致电压（下降），对于10KV配电变电站常用的补偿方式是（无功补偿），常用设备是（电容器）。1.电力网：由各类升降压变电站、各种电压等级的输电线路所组成的整体。电力网的作用是输送、控制和分配电能。2.电力系统：由发电机、升降压变压器、各种电压等级的输电线路和广大用户的用电设备所组成的

12、统一整体3.动力系统：由带动发电机转动的动力部分、发电机、升压变电站、输电线路、降压变电站和负荷等环节构成的整体。 4.电力网的分类：地方电力网：是指电压等级在35110kV，输电距离在50km以内的中压电力网。区域电力网：是指电压等级在110220kV，输电距离在50300km的电力网。 超高压电力网：是指电压等级在330750kV，输电距离在3001000km的电力网。5.变电站的分类 : 枢纽变电站：处于电力系统的中枢地位，它连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，并具有多条联络线路。 中间变电站：是指将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系起来的变电站。一般汇集23个电源，起系统交换

13、功率或使长距离输电线路分段的作用。终端变电站：处于电力网末端的变电站，一般是降压变电站，也称为末端变电站。6.电力网的电压等级及确定原则确定原则：输送功率、输送距离、同系统中电压等级不宜过多或过少，级差不宜过大。1用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。国家规定，用户处的电压偏移一般不得超过5。 2发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5，用于补偿电网上的电压损失3变压器的额定电压，分一次绕组和二次绕组。一次绕组的额定电压：降压变压器一次绕组的额定电压与用电设备的相同，等于电网的额定电压；升压变压器一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。二次绕组的额定电压：升、降压变压器二次绕组的额定电压

14、一般比同级电网的额定电压高10；当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5 7.电力系统的特点：电能不能大量储存；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有着极为密切的关系；电力系统的地区性特点较强。电能质量指标: 频率电压波形指标要求：我国规定的额定频率值为50Hz，大容量系统允许频率偏差0.2Hz，中小容量系统允许频率偏差0.5Hz。 35kV及以上的线路额定电压允许偏差5%；10kV线路额定电压允许偏差7。 10kV以上波形畸变率不大于4；380V220V线路波形畸变率不大于5。8.电力系统负荷分类：综合负荷：电力

15、系统用户用电设备所消耗电功率的总和。供电负荷：综合负荷和电力网功率损耗之和。发电负荷：供电负荷与厂用电之和。8.负荷曲线：描述某一段时间内用电负荷大小随时间变化规律的曲线。日负荷曲线的定义:描述一天24小时内负荷随时间变化规律的曲线。在图上可以看出：日最大负荷、日最小负荷、峰荷、腰荷和基荷。年负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线。峰谷差：日最大负荷Pmax和日最小负荷Pmin的差值。日用电量Ad：日有功负荷曲线所围成的面积 = 日平均负荷Pav： = = 负荷率km： 最小负荷系数a: 两者之间的关系：km、a值愈小，表明负荷波动愈大，发电机的利用率愈差。km和a

16、愈大，负荷特性愈好。采用“削峰填谷”等措施，尽量使得km、a趋近于1。最大负荷利用时间：若系统始终以最大负荷 运行，经过一段时间后其围成的面积恰好等于曲线所围成的面积，即等于全年的电能消耗量时，则称这一段时间为最大负荷利用时间。9.负荷特性：反映负荷功率随系统运行参数(电压U或频率f ）的变化而变化规律的曲线或数学表达式。分静态特性和动态特性两种。实测系统特性（先调频再调压）：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，因为当系统频率增高时，发电机电势将要增高，系统的无功需求略有减少，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。如果首先去提高

17、电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降，因而无助于改善系统运行条件。 10.电力系统中的谐波：由于负荷的非线性使电压和电流波形产生畸变，出现各种谐波分量。谐波含量分为电压和电流两种（针对正弦波）。其中谐波电压含量（有效值） 谐波电流含量（有效值） 且只与所含各次谐波的有效值有关，与它们的相位无关。谐波总畸变率：谐波含量与基波分量的比值的百分数，用THD表示。电压总畸变率 电流总畸变率 谐波含有率：某次谐波的有效值与基波有效值的比值，记为HR。第n次谐波的电压含有率为 。谐波源：含电弧和铁磁非线性设备的谐波源；整流和换流子器件所形成的谐波源。谐波抑制方法：降低谐波源的谐波含量（增加整流器的脉

18、动数、脉宽调制法、三相整流变压器采用Y或Y的接线）、在谐波源处吸收谐波电流（无源滤波器、有源滤波器、防止并联电容器组对谐波的放大、加装静止无功补偿装置）、改善供电环境（选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡、谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电、对谐波源负荷由专门的线路供电）。电力系统接线方式按照供电可靠性可分为无备用和有备用两类。无备用接线网络中，每一个负荷只能靠一条线路取得电能，包括单回路放射式、干线式、树状网络。无备用接线的优缺点：简单方便，投资少；可靠性低。开式网络：每一个负荷都只能沿唯一的路径取得电能的网路，称为开式网。环式网络：由一个或者几个电源点和一个或者几个负荷点

19、通过线路连接而成的环形网络。电力系统主设备元件包括变压器和输电线路等。输电线路的参数有四个：反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻；反映载流导线产生磁场效应的电感；反映线路带电视绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率产生的电导；反映带电导线周围电场效应的电容。导线换位：避免由于三相架空线路参数不等而引起的三相电流不对称，给发电机和线路附近的通信带来不良影响。开关电弧的产生：当触头刚分开形成断口时，触头间的距离很小，加在断口上的电源电压将使断口间隙间出现很高的电场强度。此时工作在阴极状态的那一个触头表面的电自就会被电场力拉出成为自由电子如果触头温度足够高，金属中的电子也会因

20、动能增加而从阴极表面逸出。这些自由电子在电场的作用下向阳极的触头运动。在此过程中，自由电子会与空气中的中性质点发生碰撞，形成新的自由电子和正离子（热游离）。高速运动的中性质点也会互相碰撞，也会游离成为自由电子和正离子。当温度超过几千度，气体介质的导电性能主要靠热游离形成的等离子体维持，形成电弧放电。消游离：使断口间处于游离状态的自由电子和正离子快速减少或消失。灭弧的措施：使弧柱中的热游离过程减弱，消游离过程增加。具体措施：采用绝缘性能高的介质；提高触头的分断速度或断口的数目，使电弧迅速拉长；采用灭弧装置来加强电弧的冷却。 断路器的组成部分：开断部分；操动和传动部分；绝缘部分电磁式电压互感器的误

21、差 ：激磁电流 在一次绕组上的压降；负载电流 在一次绕组和二次绕组上的压降。 电流互感器的误差 ：电流互感器结构参数的影响 ：负载阻抗的影响；工作电流的影响。最大二次电流倍数（越小越好）:在额定负载阻抗下，电流互感器二次可能出现的最大电流和二次额定电流的比值.它随电流互感器的铁芯截面增加而增加，减小铁芯截面是降低限制二次侧可能出现的最大电流的常用办法。10%误差倍数（越大越好） ：误差为-10%时的一次电流和一次额定电流的比。继保准确要求10%误差倍数大，随铁心的截面增大而增大，随负载阻抗的增大而减小。发电厂或者变电所的电气主接线是由发电厂或者变电所的所有高压电气设备（包括发电机、变压器、高压

22、开关电器、互感器、电抗器、避雷器及线路）通过连接线组成的用来接受和分配电能的电路。电气主接线的基本要求：可靠性：是电力生产的首要任务。灵活性：主接线应能适应于各种工作情况和运行方式，能根据运行情况方便地退出和投入电气设备。经济性：经济合理性。主接线的基本形式分为有汇流母线和无汇流母线。倒闸操作的原则“先通后断”。倒闸操作的五防：防止带负荷合隔离开关；防止误粉盒断路器；防止带地线合隔离开关和带电合接地刀闸；防止带地线合断路器；防止误入带电间隔。桥型接线中：内桥接线适用于线路较长、主变不易经常切除的情况；外桥接线适用于线路较短、主变压器须经常切除、且有穿越功率的情况。电力系统的中性点：指接成星形的

23、三相变压器绕组或者发电机绕组的公共点。分为两类：大电流接地系统（直接接地系统）和小电流接地系统（非直接接地系统）。在小电流接地系统中发生单相接地短路故障时，不会出现电源被短接的现象，因此系统可以带接地故障继续运行（一般允许2个小时），待做好停电准备后再停电排除故障。但是此时非故障相电压升为线电压，会破坏绝缘。因此，在110KV以上的电力系统采用中性点接地运行方式；60KV以下的电力系统采用中性点不接地或者接消弧线圈接地的运行方式。消弧线圈采用过补偿方式：采取消弧线圈接地可以使单相接地电流大为减小， 时为完全调谐，接地电弧就会自动熄灭，但是电网中性点可能出现谐振出现很高的电位。 为调谐度，在欠补

24、偿下（L大，电感电流小于电容电流），当线路出现非全相运行时，中性点电压升高使消弧线圈饱和而致L自动减小，从而出现严重的中性点移位。消弧线圈一般采取过补偿运行方式。电力系统潮流计算的任务就是针对具体的电力网络结构，根据给定的负荷功率和电源母线电压，计算网络中各节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。 潮流计算作用：电力网规划设计；电力系统运行（稳态、短路、稳定等）；继电保护、自动装置整定计算。电力网的功率损耗：电力网由线路和变压器组成，因此，电力网的功率损耗也由线路的功率损耗和变压器的功率损耗所构成。电压损耗电力网中任意两点电压的代数差。110kV以上电力网电压损耗电压损耗的计算公式： 110kV

25、及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落横分量，而将电压损耗的计算公式简化为电压降落的纵分量，若已知线路首端功率和电压，则 电压偏移：电力网中任意点的实际电压U同该处网络额定电压UN的数值差称为电压偏移。 电压偏移的大小，直接反映了供电电压的质量 。电力网环节中的功率传输方向：在高压电力网中 ，一般X R，令R=0，便有 ，电压降落的纵分量 无功功率，电压降落的横分量 有功功率。由于 相位差主要由通过电力网环节的有功功率决定，而与无功功率几乎无关。Sin0时，P2为正，有功功率从电压相位超前端向电压相位滞后端输送。 由于 ，电压的数值差主要由通过电力网环节的无功功率决定，而与有功功率几乎无关 。

26、U1U2 时，Q2 为正，感性无功功率是从电压高的一端向电压低的一端输送；同理，容性无功功率是从电压低的一端向电压高的一端输送。负荷频率特性：描述电力系统综合负荷有功功率随频率变化的关系曲线。负荷频率调节效应系数kLD P有功负荷变化量， f 频率变化量 kLD 负荷调节效应系数负荷调节效应系数的标幺值 注意：1其值与系统各类负荷的比重和性质有关，一般取值13； 2不能人为整定发电机组功频特性：描述发电机组输出的有功功率与频率之间关系的曲线。发电机组输出有功功率的大小随频率变化的关系斜率来确定 kG的标幺值为 PG发电机输出有功功率变化量，MWf 频率变化量 ，HzkG 发电机组的单位调节功率

27、， MW/Hz一次调频的概念及特点一次调频：依靠发电机组调速器自动调节发电机组有功功率的输出来调整调率的过程。一次调频的特点： 只能实现有差调频；系统中的所有机组都参与。 二次调频的概念及特点二次调频：手动或电动发电机组的同步器来调节其有功功率输出的过程。由于所有发电机组的调速系统均为有差调节特性，因而一次调频只能改善系统的频率。当一次调频不能将频率调整到允许偏移范围时，二次调频的特点： 1、以实现频率的无差调节。效果就是平行移动功频静态特性.2、在一次调频的基础上，由一个或数个发电厂来承担。 无功电源 ：电力系统的主要无功电源：发电机、同步调相机、电力电容器、无功功率静止补偿器 电压中枢点：

28、对电力系统电压进行监视、控制和调整的母线。电压中枢点的选择区域性发电厂和枢纽变电所高压母线； 枢纽变电所的二次母线； 有一定地方负荷的发电机电压母线； 城市直降变电所的二次母线。 中枢点电压的调整方式：顺调压：最大负荷运行方式时，中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%；最小负荷运行方式时，中枢点的电压不应高于线路额定电压的107.5%。逆调压：最大负荷运行方式时，中枢点的电压要比线路额定电压高5% ；最小负荷运行方式时，中枢点的电压要等于线路额定电压。 恒调压：最大和最小负荷方式时保持中枢点电压为线路额定电压的1.021.05倍。电压调整措施：改变发电机的励磁电流调压；改变变压器的变比

29、调压； 改变网络的无功功率分布调压； 改变网络的参数调压。 电力系统经济运行的基本任务：在保证整个系统安全可靠和电能质量符合标准的前提下，尽可能提高电能生产和输送的效率，降低供电的燃料消耗或供电成本。电力网的能量损耗率： 供电量：在给定的时间内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之差。电力网的损耗电量：所有送电、变电和配电环节所损耗的电量。 能量损耗的计算方法： 最大负荷损耗时间：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在小时内的能量损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，即 则最大负荷损耗时间 降低网损的常用技术措施：提高功率因数，减少网络中无功功率的传送；合理组织或调整电力网的运

30、行方式。等微增率准则 ：电力系统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行，从而使得总的能源损耗最小，运行最经济。 7.短路就是指相与相或相与地(对于中性点接地的系统）之间发生不正常通路的情况。8.标幺制：采用物理量的标幺值进行分析计算的体制。标幺值的特点： 能简化计算公式和计算过程，便于判断设备的性能 具有相对性。当给出某个量的标幺值时，必须同时给出它的基准值，否则，这个量的标幺值是无意义的。只要选择合适的基准值，总可使得某物理量的标幺值为1。没有量纲，物理意义没有有名值明确。 10.实际采用近似算法计算电力系统各元件的参数标幺值： 发电机 变压器 输电线路 为各元件所在处的平均额定电压，与各额定

31、电压相应的平均电压规定为: (KV)361035110220330500(KV)3.156.310.537115230345525表征暂态短路过程的几个衡量指标：短路冲击电流、短路电流的有效值、母线残压。12.转移电抗Xif的物理意义：若仅在i 支路中加电势 Ei，其他电势均为0时，则Ei与在f 支路中产生的电流比值即为转移电抗。 13.输入电抗Xff的物理意义：在所有电源电势相等时，短路点f，对其它所有电源节点的转移电抗的并联值。14.计算电抗Xjs的定义：发电机的纵轴次暂态电抗和归算到发电机额定容量的外接电抗的标幺值之和。 15.将多个电源合并为一个等值电源前提：假定在短路暂态过程中系统所有的发电机都具有完全相同的变化规律。 发电机支路始端的电位都相同；等值电源的容量等于提供短路电流的所有电源的额定容量之和；将X归算为以等值电源容量和平均