1、1電氣工程基礎1.1緒論1、電力網：由變電站和不同電壓等級輸電線路組成的網絡稱為電力網（不包括發電部分與用戶）；電力系統：由發電廠在內的發電機、電力網以及用戶的各種用電設備組成；動力系統：在電力系統的基礎上還包括了發電機的動力部分。2、變電站一般分為樞紐變電站、中間變電站、地區變電站、終端變電站。3、為什么要將各個孤立的發電廠互相連接成電力系統？這是因為：可以提高供電可靠性、可以減少備用容量、可以減少系統裝機容量、可充分發揮水電在系統中的作用、可采用高效率大容量的火電機組、可提高系統運行的經濟性。4、電力系統的特點：電能不能大量存儲、過渡過程十分短暫、電能生產與國民經濟各部門和人民生活密切相關

2、、地區特點較強。5、對電力系統的要求：保證供電可靠性、保證良好的電能質量、為用戶提供充足的電力、提高電力系統運行經濟性。6、衡量電能質量的三大指標：電壓、頻率、波形。（我國3000MW及以上系統頻率偏差不超過0.2Hz,3000MW以下系統頻率偏差不超過0.5Hz）。7、諧波電壓是指諧波電流在諧波阻抗上的壓降。系統諧波阻抗近似與系統短路容量成反比。所以電網公共連接點的短路容量越大，其諧波阻抗越小，則允許注入該點的諧波電流也越大。8、電力系統的電壓等級包括系統用的額定電壓和最高電壓，電氣設備用的額定電壓和最高電壓。1.2接地9、為了保證電力網或電氣設備的正常運行和工作人員的人身安全，人為地使電力

3、網及其某個設備的某一特定地點通過導體與大地作良好的連接，稱為接地這種接地包括：工作接地、保護接地、保護接零、防雷接地、防靜電接地等。10、工作接地所采用的中性點接地方式主要包括有：不接地、經消弧線圈接地、直接接地、經電阻接地等等。11、電力系統的中性點是指星形連接的變壓器或發電機的中性點。12、電力系統中性點經消弧線圈接地有三種補償方式：全補償方式、欠補償方式、過補償方式。由于采用前兩種方式容易引起鐵磁諧振，因此一般采用過補償方式。1.3輸變電系統（一次設備及主接線）13、斷路器又稱開關，隔離開關又稱刀閘。接通是先合刀閘再合開關，斷開時先斷開關再斷刀閘。隔離開關的作用：1）隔離電源：將需要檢修

4、的電氣設備用隔離開關與電網的帶電部分可靠的隔離，使被檢修的電氣設備與電源有明顯的斷開點，以保證檢修工作的安全。2）改變運行方式進行倒閘操作：如在雙母線運行的電路中，可以利用隔離開關將設備或線路從一組母線切換到另一組母線上去。3）接通和切斷小電流電路14、電流互感器二次側接測量儀表或繼電器的電流線圈，極性端按減極性法則（減極性法則：當電流互感器一次電流從首端流入，從尾端流出時，二次電流從首端流出，經二次負載從尾端流入，這樣的極性標志規定為減極性）表示。15、電力系統接線的圖示方式有兩種：地理接線圖和電氣接線圖。73、電氣主接線的基本要求包括：可靠性、靈活性、經濟性和可擴展性。74、4/3接線形式

5、與3/2接線形式相比，可以節省投資但是可靠性有所降低，布置比較復雜。75、外橋形接線適用于外部系統頻繁切換的場合；而外橋形接線則適用于內部變壓器經常切換的場合，當外部系統有穿越功率流過時，也常采用外橋形接線。16、擴大單元接線：為了減少變壓器臺數和高壓側斷路器數目，并節省配電裝置占地面積，也可將兩臺發電機與一臺變壓器相連，組成擴大單元接線。17、配電裝置的安全凈距：從保證電氣設備和工作人員的安全出發，考慮氣象條件及其它因素的影響所規定的各電氣設備之間，電氣設備各帶電部分之間，帶電部分與接地部分之間應保持的最小空氣間隙。18、接地電壓是指電氣設備接地體與零電位之間的電位差19、起分配電能作用的網

6、絡稱為配電網，它通常是指電力系統中二次降壓變電站低壓側直接或降壓后向用戶供電的網絡（高壓配電網：35220kV,中壓配電網：610kV,低壓配電網220660V）。20、配電網的幾個重要指標：供電可靠性、網損率、電壓波動和電壓閃變、電壓合格率。1.4調壓調頻經濟運行40、當系統由于有功不足和無功不足因而頻率和電壓都偏低時，應該首先解決有功功率平衡的問題，因為頻率的提高能減少無功功率的缺額，這對于調整電壓是有利的。如果先提高電壓，就會擴大有功的缺額，導致頻率下降更多，無助于改善系統的運行條件。42、必須注意，在系統無功不足的條件下，不宜采用調整變壓器分接頭的辦法來提高電壓。46、在無功不足的電力

7、系統中，首先應當裝設無功功率補償裝置來補償無功功率的缺額。53、采用并聯電容器進行無功補償時，在最大負荷時電容器應全部投入，在最小負荷時全部退出。因此，根據調壓要求，按最小負荷時沒有補償的情況確定變壓器的分接頭，按最大負荷時的調壓要求計算補償容量。45、在最大和最小負荷時，若電壓的變化幅度超過了分接頭的調整范圍，或者調壓要求的變化趨勢與實際的相反，則利用普通變壓器調壓就無法滿足調壓要求，這時可采用有載調壓變壓器調壓。與普通變壓器相比，有載調壓變壓器的優點是可以在帶負荷的條件下切換分接頭，調壓范圍比較寬。54、調相機的特點是既能過勵磁運行，發出感性無功功率使電壓升高；也能欠勵磁運行，吸收感性無功

8、功率使電壓降低。因此調相機在最大負荷時按額定容量的過勵磁運行，在最小負荷時按額定容量的欠勵磁運行，調相機的容量將得到最充分的利用。1.5過電壓與防雷43、過電壓是指超過正常運行電壓并可使系統絕緣或保護設備損壞的電壓升高。57、電力系統內部過電壓可分為暫時過電壓和操作過電壓，暫時過電壓又分為工頻電壓升高和諧振過電壓。引起工頻電壓升高的原因有空載長線的電容效應、不對稱短路、甩負荷等。操作過電壓所指的操作并非狹義的開關倒閘操作，而應理解為“電網參數的突變”，引起操作過電壓的主要原因有：中性點絕緣電網中的電弧接地過電壓；切除電感性負載（空載變壓器、消弧線圈、并聯電抗器、電動機）過電壓；切除電容性負載（

9、空載長線路、電纜、電容器組）過電壓；空載線路合閘（包括重合閘）過電壓、斷續電弧接地、系統解列過電壓等。48、必須借助外加電離因素才能維持的放電稱為非自持放電，不需其他任何外加電離因素而僅由電場的作用就能維持的放電稱為自持放電。自持放電是氣體間隙擊穿的必要條件。49、與氣體電介質相比，液體和固體電介質不僅絕緣強度好，還可兼作冷卻和滅弧介質。50、電介質在電場作用下的物理現象有極化、電導、損耗和擊穿。51、電暈放電是指氣體介質在不均勻電場中的局部自持放電。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣體發生電離和激勵，因而出現電暈放電。52、在高電壓作用下，介質表面絕緣發生

10、的破壞性放電，具放電電壓稱為閃絡電壓。70、在防雷設計中，采用2.6/40的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗中，采用1.2/50的波形。71、雷電過電壓分為兩種：直擊雷過電壓（雷電直接擊中桿塔、避雷線或導線引起的線路過電壓）、感應過電壓（雷擊線路附近大地，由于電磁感應在導線上產生的過電壓）47、避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護物體,因此也稱為直擊雷保護；避雷器可以防止沿輸電線侵入變電站的雷電過電壓波，因此也稱為侵入波保護（因為變電站中各種電氣設備的絕緣水平遠低于統計線路的絕緣水平）；防雷接地裝置的作用是減少避雷針和避雷線與大地的電阻值，以達到降低雷電壓幅值的目的。避雷器原理：當沿線路傳入變電

11、站的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電,并將雷電流經過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護設備雷電沖擊水平以下，使電氣設備受到保護。基本要求：1）具有良好的伏秒特性，易于實現合理的絕緣配合。2）有較強的絕緣強度自恢復能力，以利于快速切斷工頻續流，使電力系統得以繼續運行。分類：保護間隙管式避雷器：多個間隙串聯閥式避雷器（帶間隙）：普通閥式和磁吹閥式氧化鋅避雷器（無間隙）：ZnO電阻片具有良好的非線性伏安特性72、SF6全封閉組合電路（GIS）在國際上稱為氣體絕緣變電站，是將變電站中除變壓器外的一次設備包括斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器

12、、母線等按系統布置進行優化設計并有機組合的一個整體。2電分2.1短路21、所謂元件的序阻抗，是指元件三相參數對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值。22、正序等效定則：在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量，與在短路點每一相中加入附加電抗而發生三相短路時的電流相等。55、網絡中各點電壓的不對稱程度主要是負序分量決定，負序分量愈大，電壓愈不對稱。不管發生何種短路，短路點的電壓最不對稱。單相短路時電壓的不對稱程度要比其他類型的不對稱短路小些。2.2年急定24、所謂電力系統的靜態穩定性，一般是指電力系統在受到微小擾動后，獨立地恢復到它原來的運行狀態的能力。25、電力系統具

13、有暫態穩定性，一般是指電力系統在正常運行時，受到一個大的擾動后，能從原來的運行狀態（平衡點），不失去同步地過渡到新的運行狀態，并在新的運行狀態下穩定地運行。23、電力系統正常運行的一個重要標志是系統中的同步電機（主要是發電機）都處于同步運行狀態。26、兩個不變電勢源間的相角為180度時電壓最低的點稱為振蕩中心。27、聯接發電機的升壓變壓器絕大多數采用三角形-星形接法，發電機都接在三角形側。28、提高電力系統穩定性和輸送能力的一般原則是：盡可能提高電力系統的功率極限；抑制自發振蕩的發生；盡可能減小發電機相對運動的振蕩幅度。30、提高暫態穩定性的措施：快速切除故障、實行快速強行勵磁、采用自動重合閘

14、裝置、改善原動機的調節特性、采用電氣制動。31、提高靜態穩定性的措施：提高發電機電勢E、減少系統的總電抗X、提高和穩定系統電壓。41、改善發電機及其勵磁調節特性有利于提高靜態和暫態穩定性；改善原動機的調節特性有利于提高暫態穩定性；改善繼電保護和開關設備的特性有利于提高暫態穩定性；改善線路和變壓器電抗有利于提高靜態和暫態穩定性；提高輸電線路的額定電壓有利于提高靜態和暫態穩定性；線路串聯電容、并聯電抗有利于提高靜態和暫態穩定性；設置開關站、變壓器中性點經小阻抗接地以及發電機采用電氣制動均只能提高暫態穩定性。3繼保3.1基本概念34、繼電保護裝置在技術上一定要滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。35

15、、采用自動重合閘ARD時，當重合于永久性故障時，系統將再次受到短路電流的沖擊，可能引起電力系統振蕩。36、后備保護是在主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，在主保護拒動時用以切除故障的保護稱為近后備保護，而在斷路器拒動時用以切除故障的保護則稱為遠后備保護。29、電力系統中架空輸電線路的短路故障，大多數是由閃絡放電造成的，在切斷線路，經過一段電弧熄滅和空氣去游離的時間之后，短路故障便完全消除了。這時，如果再把線路重新投入系統，它便能繼續正常工作。若重新投入輸電線路是由開關設備自動進行的，則稱之為自動重合閘。3.2縱差保護與高頻保護32、利用線路內部短路時其兩側電流均為正，而外部短路時兩側電流

16、一側為正另一側為負的特點可構成縱聯保護。33、縱差保護一般可用在短線路，發電機、母線和變壓器等元件上作為主保護。58、線路的電流電壓保護用于中、低壓電網一般都能滿足對保護性能的要求。但是，對長距離重負荷線路，即使是定時限過流保護都不一定能滿足靈敏度要求，因此在35kV及以上的網絡中很難適用。59、電流電壓保護和距離保護用于輸電線路的主要問題是在靠近線路斷路器處發生故障時，遠離故障側的保護只能以第二段延時切除故障，這對很多重要的高壓網絡是不允許的。60、縱聯保護的基本原理是：當輸電線路內部任何地點發生故障時，線路兩側電流為正，兩側保護無延時動作跳兩側斷路器；當輸電線路外部短路時，兩側電流方向相反

17、，保護不動作。61、縱差保護在原理上區分了線路的內部和外部故障，故不必采用邏輯延時元件就可以無延時地切除線路兩側電流互感器之間任何地方的故障。其缺點在于需要與輸電線等長的輔助導線來傳輸線路兩側的電流訊號，故在技術與經濟上存在很大困難，一般用于短線路、發電機、母線、和變壓器作為主保護。62、為了提高電力系統并聯運行的穩定性和增加線路的傳輸容量，電力系統中常采用平行雙回線運行方式。平行雙回線一般采用橫聯差動保護（橫差保護），一般只能作為雙回線路主保護的補充。63、輸電線路的高頻保護（載波保護）是指將兩側電流的相位（或功率方向）變成高頻訊號后再經加工后的輸電線（稱高頻傳輸通道）傳至對側進行直接或問接

18、的相位比較（或邏輯判斷）來實現全線速動保護。64、當電流或功率方向為負時，啟動元件啟動發訊機一直發訊，閉鎖方向電流保護的出口跳閘回路，故這種保護稱為高頻閉鎖方向保護，又稱為方向高頻保護。65、高頻閉鎖距離保護又稱為距離高頻保護，與方向高頻保護相比，它的保護部分采用距離保護且需要振蕩閉鎖裝置。66、根據電力系統的穩定性要求和保護配合的要求，目前，高頻閉鎖方向保護和高頻閉鎖距離保護等廣泛用于高壓或者超高壓線路的常規與微機成套線路保護裝置中，作為線路的主保護。66、高頻阻波器的主要作用是防止高頻電流進入被保護線路以外的電力系統中的其他設備。3.3元件保護37、電力變壓器的保護配置：輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳變壓器各側斷路器；引出線、套管及油箱內的短路，應裝設電流速斷保護和縱差保護；變壓器外部短路引起的變壓器過電流，應裝設過電流保護，500kV高、中壓側應裝阻抗保護；中性點直接接地的變壓器，對外部單相接地引起的過電流應裝零序過電流保護；高壓側為500kV的變壓器，應裝反映變壓器磁通密度的過勵磁保護；38、發電機保護配置：相間短路保護為電流速斷保護或者縱差保護；單相接地保護為零序電流或者零序電壓保護；外部短路時的后備保護為過電流保護或者阻抗保護。39、母線保護的配