电气工程基础

1、.,1,第 4 章 电 气 工 程 基 础,.,2,4.1 电力系统基本知识,1、电力系统的组成,一、 电力系统运行特点和基本要求,.,3,电力系统 是由发电厂发电机、升降压变电设备、输、配电线路和电能用户（用电设备）组成的整体。,电力网 电力系统中的输电、变电和配电的三个部分称为电力网。,电能用户 消耗电能的场所，电能转换为其他形式能量 。,4.1 电力系统基本知识,.,4,4.1 电力系统基本知识,2、电力系统运行的特点,1）同时性 电能生产、输送、分配和使用在同一 时刻完成的。,2) 快速性 暂态过程迅速。毫秒或微秒,3)重要性 与国民经济密切相关,.,5,4.1 电力系统基本知识,（1

2、）保证供电可靠性,3、对电力系统的要求（可靠、优质、经济、环保）,负荷突然中断对供电的影响，用电负荷又分为：,1）一类负荷也称一级负荷,一类负荷也称一级负荷，指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染，造成经济上巨大损失；以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或政治上的严重影响的用电负荷。,.,6,3）三类负荷也称三级负荷,三类负荷也称三级负荷，指不属于一类负荷和二类负荷的其他负荷，对此类负荷，突然中断供电所造成损失不大或不会造成直接损失。,2）二类负荷也称二级负荷,二类负荷也称二级负荷，指突然中断供电将会造成较大的经济损失；以及突然中断供电将会造成社会秩序混乱或政治上的较大影

3、响的用电负荷。,4.1 电力系统基本知识,.,7,(2) 保证电能质量（ 电压、频率、波形） （3）提高运行的经济性 （4）环保问题,4.1 电力系统基本知识,.,8,4.1 电力系统基本知识,二、 电能质量的各项指标 电压幅值、频率、波形 1、电压偏差（移）,U %,电压缓慢变化,电压允许偏差 ：35kV及以上5%， 10kV及以下7%，低压及农业用户+ 5% -10%,1）定义,2）原因：由系统滞后的无功负荷引起,3）危害：如异步电动机无法正常起动，照明设备影响,4）措施：合适的调压方式、合理选变压器分接头、减小系统阻抗、无功补偿、改善功率因数、使三相负荷平衡,.,9,4.1 电力系统基本

4、知识,2、电压波动和闪变,U %,电压波动,1）220kV及以上为1.6%、2） 35kV-110kV为2%。 3）10kV及以下为2.5%。,1）定义,2）原因：电压波动和闪变由冲击性负荷引起,3）措施：采用专用线和专用变压器、增大供电容量、减小系统阻抗、减少或切除引起电压波动负荷、选更高电压供电、装无功补偿装置,电压闪变 负荷急剧波动引起瞬间电压升高，照度急剧变化，造成人眼对灯闪感到不适的现象。,电压短时快速变动，变化速度等于或大于每秒0.2%时称为电压波动。,.,10,4.1 电力系统基本知识,3、三相不对称度 衡量三相负荷平衡状态的指标。 三相系统的电压负序分量与电压正序分量的方均根值

5、百分数表示。,1）定义：,3）措施：改善三相负荷不平衡,将不对称负荷接到更高电压等级的电网。,2）原因：三相负荷不平衡,.,11,4、谐波,1）产生原因：电力系统中存在各种非线性元件。,如一部电动机、感应电炉，尤为严重的是大型的晶闸管交流设备和大型电弧炉。,电压的波形 （1）理想的波形为正弦波（50Hz，基波） （2）非正弦波：基波叠加一系列的高次谐波 （3）高次谐波：为基波频率的整数倍,4.1 电力系统基本知识,.,12,3）谐波危害： 对设备危害很大，可使变压器、电动机的铁损增大，产生过热，介质老化，缩短寿命。 可使变压器噪音增大。 电动机的转子振动，影响产品质量。 电容易发热击穿。 表计

6、不准 。 系统发生谐振过电压等等,4）改善措施）三相整流变压器采用Yd或Dy联结增加换流器相数、装滤波装置、限制接入系统的交流设备及交流调压装置的容量、提高对大容量非线性设备的供电电压等,4.1 电力系统基本知识,.,13,4.1 电力系统基本知识,5、频率偏差 1）定义 ：,f %,2）频率不合格的原因 （1）发电容量不足 （2）用户未使用负控装置、低频减载装置,3）频率偏差允许值 一般不超过0.2Hz，容量较小为0.5Hz。 4）频率偏差的调整,.,14,4.1 电力系统基本知识,6、供电可靠性：根据用电负荷等级制定。,三、 电力系统接线方式及特点 1、无备用接线（开式电力网） 2、有备用

7、接线（闭式电力网）,Rs_-年供电可靠率 N -统计用户总数 t1 -年每次停电时间 n1 -年每次停电用户数,停电时间包括：事故停电、计划检修停电、 临时性停电,.,15,4.1电力系统基本知识,四、电力系统额定电压额定线电压,电网的额定电压：线路首末端电压的平均值 用户设备的额定电压=电网的额定电压 发电机额定电压：比网络的额定电压高5%,变压器额定电压： 1）一次绕组（接谁同谁）：与发电机直接连接，等于发电机的额定电压；与电网直接连接，与电网的额定电压同。 2）二次绕组：通常取UN10%，当 ，直接连接用电设备取UN5%。,.,16,4.1 电力系统基本知识,T1,T2,我国电力网络的额

8、定电压等级：,3、6、10、35、110、220、330、500kV、750kV、1000kV,例,.,17,4.1 电力系统基本知识,我国电力网络的额定电压等级：,电力系统平均额定电压：UavN=1.05UN,3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525kV,变压器的分接头及其变比 调压 额定变比：主抽头额定电压之比 实际变比：实际所接分接头的额定电压之比,.,18,例1：如图，试求：,4.1 电力系统基本知识,10.5kV,10.5/242kV,220/121/38.5kV,110/11kV,10.5/3.3kV,35/6.6kV,1)发电机、变压器的额定电压,2) T

9、1：5%抽头， T2 、T5 ：主抽头， T3：-2.5%抽头, T4：-5%抽头,3) 各线路的平均额定电压,.,19,例1：P241,4.1 电力系统基本知识,10.5kV,10.5/242kV,220/121/38.5kV,110/11kV,10.5/3.3kV,35/6.6kV,2) T1：5%抽头， T2 、T5 ：主抽头， T3：-2.5%抽头, T4：-5%抽头,T1：10.5/254.1kV， T2 : 220/121/38.5kV T3：107. 25/11kV, T4：33.25/6.6kV T5 ： 10.5/3.3kV,.,20,例1：P241,4.1 电力系统基本知识

10、,3) 各线路的平均额定电压,.,21,4.1 电力系统基本知识,2011,46T 各级电网的额定电压如图，发电机G、变压器T1、T2的额定电压分别为（ ）,G：10.5kV T1：10.5/242kV， T2 : 220/38.5kV G：10kV T1：10/242kV， T2 : 220/35kV C. G：10.5kV T1：10.5/220kV， T2 : 220/38.5kV D. G：10.5kV T1：10.5/242kV， T2 : 220/35kV,A,.,22,五、中性点接地方式,4.1 电力系统基本知识,中性点：是指电力系统发电机、变压器接成星形绕组的节点称为中性点。,

11、中性点运行方式分为 直接接地 单相负载低压（380/220V） 、 高压 110kV以上输电线路。,非直接接地（不接地或经消弧线圈、电阻、电压互感器等接地），通常1035kV。 经小电阻接地 （电缆线路多）10kV,.,23,中性点直接接地优点：,当系统发生一相接地 故障时，能限制非故 障相对地电压的升高， 从而保证单相用电设 备的安全。,缺点： 很大，继电保护动作，断路器跳开，造成停电；发生人身一相对地电击时，危险性较大。,.,24,1、中性点不接地系统 1）正常运行时 正常运行时各相对地电压是对称的,4.1 电力系统基本知识,.,25,2）一相接地故障时,特点,4.1 电力系统基本知识,.

12、,26,4.1 电力系统基本知识,.,27,中性点不接地系统特点,1）发生单相接地故障时，接地相对地电压下降，非故障相对地电压升高，最高可达线电压。 对用电设备的绝缘水平应按线电压考虑；,2）发生单相接地故障时，三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍照常运行。可继续运行2小时。,3）电容电流较大，接地点可能出现电弧，产生过电压。当电容电流超过一定值时，要求中性点经消弧线圈接地，以减小故障电流。,4.1 电力系统基本知识,.,28,中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地相对地电压（） 。 A.最高为线电压 B.最高为相电压 C.最低为零,中性点不接地系统发生单相接地故障时，可继续运行（

13、） 。 A. 20小时 B. 2小时 C. 12 小时,中性点不接地系统发生单相接地故障时，未接地相对地电压升高，最高升至（） A.最高为线电压 B.最高为相电压 C.最低为零,C,B,A,4.1 电力系统基本知识,.,29,中性点经消弧线圈接地,为什么采用中性点经消弧线圈接地?,电缆线路较多,电容电流较大,单相接地故障时,接地点出现电弧,造成过电压。因此，加消弧线圈。,4.1 电力系统基本知识,2011,47T 在中性点绝缘的35kV系统发生单相接地短路时，其故障处的非故障相电压是（ ）。 A.115kV B.110kV C.38.5kV D.35kV,D,.,30,电容电流 电感电流,4.

14、1 电力系统基本知识,.,31,4.1 电力系统基本知识,1）完全补偿： IL=IC。串联谐振,2）欠补偿： IL IC 。当切除部分线路或故障， IC减小，会串联谐振。,3）过补偿： ILIC。一般采用 过补偿度 通常P= 5%-10%,补偿方式,.,32,4.1 电力系统基本知识,2011,58T 在中性点非有效接地配电系统中加装消弧是为了（ ）。 A.增大系统零序阻抗 B.提高继电保护装置的灵敏性 C.补偿接地短路电流 D.增大电源的功率因数,C,.,33,我国电力网中性点接地方式为： 110 kV及以上直接接地 2060 kV经消弧线接地 10 kV经消弧线接地或经小阻抗接 地（电缆为

15、主) 220/380 V直接接地,4.1 电力系统基本知识,2012,47T 我国110 kV及以上系统中性点接地方式一般为（ ） A. 中性点直接接地 B.中性点绝缘 C. 经小阻抗接地 D.经消弧线接地,A,.,34,4.1 电力系统基本知识,2011,49T 我国电力系统中性点直接接地方式一般用在（ ）及以上网络中。 A. 110 kV B. 10kV C. 35 kV D. 220kV,A,.,35,1、线路参数 1）电阻 2）电抗 分裂导线：电抗减小,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,Z,Y/2,Y/2,一、 输电线路的参数和等值电路,.,36,3）电导 4）电纳 分裂导线：

16、电纳增加,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,Z,Y/2,Y/2,.,37,2、输电线路的等值电路 1）一字形等值电路： 架空线不超过100km、 电压不高,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,2）形和T形等值电路： 架空线为100-300km、电缆不超过100km,.,38,二、变压器,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,RT,jXT,GT,-jBT,1、双绕组变压器,.,39,双绕组变压器,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,RT,jXT,GT,-jBT,.,40,2、三绕组变压器,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,RT1,jXT2,GT,-jBT,RT2,

17、RT3,jXT3,jXT1,例 4-8 P224,.,41,三、有名值、标幺值参数计算 1、有名值 2、标幺值：实际值/基准值 3、基准值,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,一般选功率SB=100MVA ，UB=Uav,标幺值计算,.,42,4、不同基准值的标幺值之间的换算,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,电网等值电路,5、多电压级电网中参数的归算,例4-9 P226,.,43,2012，46T 电力系统采用标幺值计算时，当元件的额定容量、额定电压为SN、UN，系统统一基准容量、基准电压为SB、UB，设某阻抗原标幺值为Z*N,则该阻抗统一基准Z*为（ ）。,4.2 电力线路、

18、变压器的参数和等值电路, ,.,44,4.3 简单电网的潮流计算,电力系统的潮流计算主要包括的内容：,1）电力系统各元件的参数计算 2）电力线路和变压器等值电路的计算 3）电力线路和变压器电压损耗的计算 4）电力线路和变压器功率损耗的计算 5）电力线路和变压器电能损耗的计算 6）电力系统无功平衡及优化方案计算 7）简单电力系统潮流分布计算（解析法） 8）复杂电力系统潮流分布计算（计算机计算） 9）电力线路导线截面积选择,.,45,4.3 简单电网的潮流计算,潮流计算的方法：,1）解析计算 2）模拟计算 3）计算机计算,.,46,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,1、电压降落,R,jX,

19、S1,S2,一般称为电压降落纵分量,一般称为电压降落横分量,.,47,4.3 简单电网的潮流计算,2012,45T 电力系统电压降定义为（ ）。,B. C. D.,A,.,48,4.3 简单电网的潮流计算,D,.,49,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,2、电压损耗,R,jX,S1,S2,.,50,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,3、功率损耗,1）线路功率损耗,公式中的功率和电压 可用首端量S1、U1或末端量S2 、U2表示。,.,51,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,2）变压器功率损耗,.,52,4.3 简单电网的潮流计算,二、开式网潮流计算 已知同一点电压和功率

20、，求另一点的电压和功率。,S1,S2,S1,S2,S2,S1,S1,例4-10：P229 例4-11、例4-12 P230,.,53,4.3 简单电网的潮流计算,三、已知不同点的电压和功率的潮流计算（P230） 已知始端电压、末端功率，求始端功率、末端电压（居多）；或已知末端电压、始端功率，求末端功率、始端电压。,1、同一电压等级下潮流精确计算 2、近似计算 例4-13（P231）,设：所有未知电压节点的电压为线路的额定电压。,闭式网络的潮流计算 P231,.,54,2011，50T 一条220kV的单回空载线路，长200km，r1=0.18/km, x1= 0.426/km， b1=2.86

21、 10-6S/km,线路受端电压为242kV，则线路送端电压为(）。 （A）236.27kV （B）242.2kV （C）220.35kV （D）230.6kV 解：选A。,A,.,55,R=36，X=83，B=5.7210-4S 空载时，电压降落纵分量 电压降落横分量 则送端电压为,.,56,2012，50T 某330kV的输电线路的等值电路如图，已知 线路始端功率 及末端电压 为(）。 （A） （B） （C） （D） 解：选D。,.,57,.,58,.,59,S1,S2,S1,S2,例题2 （09 50）输电线路等值电路及参数如图，已知末段电压 ，末端负荷 MVA，始端功率为：,1.1,1

22、.1,21.6+j33,（A）14.645+j10.162MVA （B）18.845+j10.162MVA （C）15.645+j11.162MVA （D）20.165+j7.216MVA 解：选C。,.,60,例题3（07 49）：一条空载运行的220kV单回输电线，长200km，导线型号为LGJ-300，r1=0.18/km, x1= 0.426/km， b1= 2.6610 6 S/=km ，线路受端电压为205kV，则线路送端电压为： （A）200.35kV （B）205kV （C）220kV （D）209.65kV 解：选A。,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,61,空载时，电压降

23、落纵分量,电压降落横分量,则送端电压为,解：,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,62,4.3 简单电网的潮流计算,四、输电线中的功率流向与电压相角和幅值的关系,当R=0,虚部相等,实部相等,有功流向：电压相位 超前流向滞后,无功流向：幅值高端的流向幅值低端,.,63,C,.,64,4.3 简单电网的潮流计算,五、输电线路的空载与负载运行特性：P233,1、输电线路的空载运行特性,认为R=0，B0，则U1U2,、输电线路的负载运行特性,）输电线路轻载时，即 IFIC 时 ，U1U2,2）输电线路中，当IF IC 时 ，U1 U2,此时，传输最大功率,.,65,答：开关A合上时线路空载，末端电压

24、会升高，（近似计算）,例4-14 P234,.,66,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、应就近满足无功需求，尽量减少无功的流动，分区分级做到无功平衡 。 如超高压电网线路电容产生大量无功，需安装并联电抗器予以吸收；配电网却需配置大量的电容器进行无功补偿。,一、基本概念 1、电压与无功：系统的无功电源充足，运行电压就高；反之，运行电压低。,.,67,4.4 无功功率平衡和电压调整,3、系统无功平衡的基本要求：无功电源功率应与负荷的无功和无功损耗相平衡，且有一定的无功备用电源。,-无功电源容量总和，kvar,-无功负荷总和，kvar,-无功损耗总和，kvar,-无功备用容量，kvar,.,68,

25、4.4 无功功率平衡和电压调整,二、无功电源的调节特性 1、无功功率负荷和无功功率损耗,2）变压器：无功损耗包括励磁支路和绕组漏抗,3）线路：无功损耗包括并联电纳（容性） 串联电抗（感性）,1）异步电动机：主要无功负荷,.,69,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、无功功率电源及调节特性 1）发电机：同步发电机可发有功，亦可发无功。可调,4）静止无功补偿器（SVC）：电容器与电抗器串联，配备调节电抗器的电力电子装置。,3）电容器：只能发无功。问题：当电压降低时，供给的无功成平方比例减少，更恶化了电压水平。不能连续调节。,2）同步调相机：只发无功的同步发电机。按需调节，过励磁时，发无功，欠励磁时

26、，吸无功。宜大量集中使用，常安装在枢纽变电所。逐渐被淘汰,5）静止无功发生器（SVG）：与SVC 比较，响应快、允许范围宽、谐波电流含量少，尤其低压时刻向系统注入较大无功电流。,.,70,4.4 无功功率平衡和电压调整,三、变压器分接头进行调压时分接头的选择计算 有载调压变压器：带负荷切换分接头，调压范围宽。,U1,U2,无载调压变压器：工作在一个电压等级下。,.,71,1、变压器分接头的确定方法：P238,变压器分接头装设在： 双绕组变压器高压侧 三绕组变压器高压侧、中压侧,6300kVA以下，有三个分接头，1.05UN、 UN、 0.95UN 8000kVA以上，有五个分接头，1.05UN

27、、 1.025UN、 UN 、 0.975UN、 0.95UN 我国110kV为7个分接头 220 kV为9个分接头,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,72,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、降压变压器分接头 的选择计算,最大负荷时，高压侧为U1，低压侧要求为U2，低压侧为U2N，,.,73,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、降压变压器分接头的选择计算：,（3） 分接头确定,例4-16P239 例4-17 P240,同理， 最小负荷时分接头电压,选择最近分接头。校验最大、最小负荷时低压母线电压,3、升压变压器分接头的选择计算：,.,74,电力系统调压方式（通过中枢点电压） 1）逆调压：高

28、峰负荷时中枢点电压升至1.05UN，低谷负荷时为UN。 2）顺调压：高峰负荷时电压为1.025UN，低谷负荷时为1.075UN。 3）恒调压：任何时候中枢点电压不变，一般为1.02UN-1.05UN。,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,75,例题1（08 51） ： 某变电所有一台变比为 110（22.5%）/6.3kV，容量为31.5MVA的降压变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为ZT=2.95+j48.8，变压器低压侧最大负荷为24+j18MVA，最小负荷为12+j9MVA，变电所高压侧电压在最大负荷时保持110kV，最小负荷时保持113kV，变电所低压母线要求恒调压，保持6.3kV，满足

29、该调压要求的变压器分接头电压为： （A）110kV （B）104.5kV （C）114.8kV （D）121kV 解：选B。,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,76,（2012 51） ： 一降压变电所，变压器归算到高压侧的参数变比为 110（22.5%）/11kV，容量为31.5MVA的降压变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为ZT=4.08+j62.5，变压器低压侧最大负荷为20+j15MVA，最小负荷为10+j7MVA，最大负荷时变压器高压母线电压维持在118kV，最小负荷时变压器高压母线电压维持在110kV，若不考虑功率损耗，变电所低压母线采用逆调压调压，变压器分接头电压为（ ）。 （A

30、）109.75kV （B）115.5kV （C）107.25kV （D）112.75kV 解：选B。,.,77,解：最大负荷时的电压损耗,最小负荷时的电压损耗,最大负荷时的抽头电压,最小负荷时的抽头电压,平均值,选择最接近分接头 115.5kV,.,78,4.4 无功功率平衡和电压调整,在无功平衡系统中，应优先采用改变变压器变比调压； 在无功不足系统中，应优先选择装设无功补偿装置，不宜采用改变变压器变比调压。 原因：为增加无功功率，只是改善局部电网的电压水平，却有可能恶化其他地区的电压水平。,.,79,4.4 无功功率平衡和电压调整,四、利用电容器补偿电压的原理与方法 1、补偿调压原理,补偿容

31、量与调压要求和降压变压器的变比均有关，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时退出。 按最小负荷没有补偿时确定变压器的分接头，按最大负荷时调压要求计算补偿量。,.,80,4.4 无功功率平衡和电压调整,四、电容器补偿的原理与方法 2、并联电容器，可减少线路的电压损耗。,U1,U2,U2,Z=R+jX,P+jQ,.,81,4.4 无功功率平衡和电压调整,U1,k:1,U2C,Z=R+jX,P2+jQ2,-jQC,U2C,补偿容量与调压要求和变比有关。,.,82,按最小负荷没有补偿时确定变压器的分接头，按最大负荷时调压要求计算补偿量。,.,83,五、提高功率因数的措施:,1、在感性负载两端并电容

32、,2、补偿方式 就地补偿 集中补偿,4.4 无功功率平衡和电压调整,.,84,某一降压变电所由双回路110kV，长70km的 电力线路供电，导线型号为LGJ-120，计算半径为 15.2mm，三相导线几何均距为5m。变电所有两台 变压器并联运行，其参数：SN=31.5MVA,UN为 110(122.5%)/11kV, Uk%=10.5。最大负荷时变电 所二次侧折算到一次侧的电压为100.5 kV,最小负荷 时为112.0 kV。变电所二次侧母线上的允许电压偏 移在最大、最小负荷时为额定电压的2.5%- 7.5%。 试根据调压要求，确定变电所二次侧母线上所需补 偿的最小容量。,4.4 无功功率平

33、衡和电压调整,.,85,4.4 无功功率平衡和电压调整,解：电路等值参数 线路 L,变压器T,又知,双回线,.,86,4.4 无功功率平衡和电压调整,（1）选择电容器的容量 1）最小负荷时补偿设备退出计算变压器的分接头电压,选最近分接头为5%，变压器变比,2）补偿设备容量,取补偿容量 QC=22Mvar,.,87,（2011 51） ： 简单电力系统接线如图，母线A电压保持在116kV，变压器低压母线C要求恒调压，电压保持在10.5kV，满足以上要求时接在母线C上的电容容量QC及变压器T的变比分别为（ ）。 （A）8.76MVar 115/10.5kV （B） 8.44MVar 112.75/

34、11kV （C） 9.76MVar 121/11kV （D） 9.69MVar 121/10.5kV 解：选B 。,.,88,总阻抗,选最近分接头为2.5%，变压器变比,2）补偿设备容量,1）最小负荷时补偿设备退出计算变压器的分接头电压,.,89,4.5 短路电流计算,一、基本概念 1、类型：对称短路、不对称短路。 最常见， 情况最严重。 2、短路电流计算目的： 设备选择 保护配置 主接线设计 暂态稳定计算 3、近似条件： 4、无限大功率电源及其特点（X=0）,.,90,4.5 短路电流计算,一、基本概念 5、短路后果： 短路点附近电流增大许多倍，机械应力很大，使导体破坏。 设备发热增加，损坏

35、。 电压下降，电动机停转，废品。 发电机失去同步，造成大面积停电。 通讯受到影响。,.,91,4.5 短路电流计算,二、简单系统三相短路电流的实用计算方法 1、思路：线性、对称，由简入繁。 2、恒电势源电路的三相短路分析,Z,Z,ea,=稳态（周期）分量+暂态（非周期）分量,.,92,4.5 短路电流计算,2、恒电势源电路的三相短路分析,=稳态（周期）分量+暂态（非周期）分量,物理意义：非周期电流的初值越大，暂态过程中短路电流最大瞬时值越大。它与短路发生时刻有关，与短路发生时电源电势的初始相角（合闸角） 有关。 冲击电流：短路电流最大瞬时值，在短路发生后约半个周期出现。用于校验设备的动稳定。,

36、.,93,4.5 短路电流计算,3、短路电流周期分量的实用计算 计算各元件标么参数、绘制等值电路，取SB， UB=Uav 。 系统 发电机 变压器 电抗器 负荷 线路,.,94,4.5 短路电流计算,短路点的输入阻抗 ：故障点f的阻抗。,.,95,4.5 短路电流计算,3、短路电流周期分量的实用计算 化简等值电路，求出电源至短路点f的总阻抗 。 计算f 点三相短路电流周期分量初值及其他待求量。 短路电流基准值,.,96,4.5 短路电流计算,三、短路容量 也称短路功率：,说明短路容量标么值等于短路电流标么值。 应用：主要用于校验开关的切断能力。,.,97,4.5 短路电流计算,四、冲击电流和最

37、大有效值电流（ 冲击电流=k*短路电流周期分量 最大冲击电流有效值,例 4-18 P244、例4-19 P245,冲击电流： 最大有效值电流：,.,98,4.5 短路电流计算,五、对称分量法和序网,同步机： 正常运行参数为正序参数。,2）旋转元件：发电机、电动机：各序阻抗不等,1、序分量：正序分量、负序分量、零序分量 2、序阻抗：参数对称时，某序电压与同序电流之比。 1）静止元件：架空线、电缆、变压器 三个单相的电抗器、电容器、变压器组成的三相电抗器、电容器、变压器,.,99,4.5 短路电流计算,变压器： 各序等值电路结构相同。 变压器的电阻、漏抗的正序与负序、零序相同。 变压器正序、负序的

38、励磁电抗相同。 变压器零序与其连接方式、中性点是否接地、结构（单、三相）有关。,.,100,4.5 短路电流计算,变压器： 零序等值电路与外电路的连接，取决于零序电流的流通路径，与绕组的接线方式和中性点是否接地有关。,零序电压施加在三角形侧和不接地星形侧，则无论另一侧绕组的接线方式如何，变压器中都无零序电流流过。 零序电压施加在接地星形侧，零序电流经由中性点流入大地，构成回路。另一侧绕组的零序电流流通情况取决于该侧绕组的接线方式。,.,101,4.5 短路电流计算,线路：静止元件，正、负序阻抗与等值电路相同。 零序电抗比正序电抗大。（表4-4）,.,102,六、绘制各序网等值电路 正序：不包括

39、中性点接地阻抗、 和空载线路 负序： 零序：读图,4.5 短路电流计算,例4-21P249,.,103,4.5 短路电流计算,七、复合序网 方法：故障边界条件。,.,104,4.5 短路电流计算,七、复合序网 方法：故障边界条件。,.,105,4.5 短路电流计算,简单不对称短路故障的短路点电流正序分量，与在短路点每一相中加入附加电抗 X(n)后发生三相短路时的电流相等（加上附加电抗后的等值网络，其实质是复合序网）。短路电流的绝对值与它的正序分量绝对值成正比。,正序等效原则：,不对称短路时的正序电流Id1(n) :,If(n) =m(n) Id1(n),m(n) ：不同短路的系数,X(n) :

40、附加电抗,.,106,4.5 短路电流计算,简单短路时的X(n) 和m(n),例4-22 、例4-23 P254,.,107,4.5 短路电流计算,八、不对称短路的电流电压计算 九、经 变压器后的相位变换,.,108,4.9 过电压及绝缘配合,一、基本概念 1、过电压：对绝缘有危险的电压升高。 2、分类： 内部过电压 1）操作过电压 2）暂时过电压 ：工频过电压 谐振过电压 雷电过电压 直接雷过电压 感应雷过电压,.,109,4.9 过电压及绝缘配合,1）工频电压升高：长线的电容效应、不对称短路、甩负荷、中性点位移、共同接地的高压接地串入低压。 2）操作过电压：指电网参数的改变，如切断空载线路

41、、空载线路合闸、切断空载变压器、断续电弧接地、切断小电感电流。 3）谐振过电压：线性（LCR线性）及非线性（变压器、电压互感器等磁饱和）,.,110,4.9 过电压及绝缘配合,3、绝缘水平： 220kV以下系统，由雷电过电压决定绝缘水平。 超高压系统，由内部过电压决定绝缘水平。 严重污秽地区，电网外绝缘水平主要由系统的最大运行电压决定。,.,111,4.9 过电压及绝缘配合,二、雷电过电压特性 1、感应过电压：静电感应、电磁感应 2、直击雷过电压 3、侵入雷过电压 防护措施:外皮接地、设置浪涌保护器,.,112,4.9 过电压及绝缘配合,三、接地和接地电阻、接触电压、跨步电压： 1、接地：与大

42、地等电位。,3、接触电压：人与接地设备之间的电压。距脚0.8m处与手触摸到1.8m处之间的电压。,2、接地电阻：与接地装置的形状、尺寸、大地电阻率有关，而与金属接地体自身的电阻无关。 如重复接地电阻10。,4、跨步电压：人的两脚（ 步长0.8m）之间的电压。 35kV及以下的小电流接地系统：,.,113,4.9 过电压及绝缘配合,四、氧化锌避雷器特点 1、氧化锌避雷器的伏安特性,2、氧化锌避雷器的特点 1）无串联火花间隙，即无灭弧电压、冲击放电电压等特性参数，体积小。 2）良好的陡波响应特性：无间隙的放电延时。 3）无续流，可重复动作实施保护。 4）通流容量大，可重载，可用于对内部过电压进行保

43、护。,3、技术参数：,.,114,4.9 过电压及绝缘配合,五、避雷针、避雷线的保护范围 1、目的：避免受直击雷击。受雷击概率小于0.1%。,2、避雷针一般用于保护发电厂、变电所，避雷线用于保护线路。,3、保护范围 避雷针在被保护物高度hx的 避雷针在地面上的保护半径,.,115,4.9 过电压及绝缘配合,4、独立避雷针，接地电阻应小于10欧姆，常用于配网中。,5、构架避雷针，经济性好，但在配网中易导致绝缘逆闪络（反击）。故常应用于110kV及以上系统中。 避雷线作用：保护变电所的电器设备、输电线路等免受直击雷过电压。,.,116,09，59T. 威胁变压器绕组匝间绝缘的主要因素是：( ) （

44、A）长期工作电压 （B）暂态过电压幅值 （C）工频过电压 （D）过电压陡度,A,08，54T. 电磁波传播过程中的波反射是因为下列哪种原因引起的( ) （A）波阻抗的变化 （B）波速的变化 （C）传播距离 （D）传播媒质的变化,A,08，56T. 一幅值为U0的无限长直角行波沿波阻抗为Z的输电线路传播至开路的末端时，末端节点上电压值是( ) （A）1/2U0 （B）U0 （C）0 （D）2 U0,D,.,117,58. 绝缘与污秽闪络等事故主要发生在( ) （A）下雷阵雨时 （B）下冰雹时 （C）雾天 （D）刮大风时,59. 决定电气设备绝缘水平的避雷器参数是( ) （A）额定电压 （B )

45、残压 （C）工频参考电压 （D）最大长期工作电压,60. 用超低频（0.1HZ）对大电机进行绝缘试验时，所需的试验设备容量仅为工频试验设备的( ) （A）1/50 （B）1/100 （C）1/250 （D）1/500,C,B,D,.,118,55.下列说法中正确的是（ ） A.电网中性点接地方式对架空线过电压没有影响 B.内部过电压就是操作过电压 C.雷电过电压可分为感应雷过电压和直击雷过电压 D.间歇电弧接地过电压是谐振过电压中的一种,C,.,119,4.10 断路器,一、作用、功能、分类 1、作用 切断/闭合负载/空载电流 切断过负荷和短路电流 2、功能 灭弧特点，基本能可靠地开断工作电流

46、和短路电流。,.,120,4.10 断路器,三、分类,1、多油：以绝缘油为绝缘介质，耗材多，占地大。,2、少油：安全，耗材少，占地小，大量使用。,3、SF6：以SF6为绝缘介质，断口电压高，允许断路次数多，开断性好，占地小，易维护，检修周期长，价格高。（超高压）,4、真空：以真空为绝缘介质，距离间隙小，开断性好，占地小，在35kV及以下系统应用广泛。（配电网）,5、压缩空气：以压缩空气为绝缘介质，断路能力大，价格高。,.,121,4.10 断路器,5、压缩空气：主要用于110kV及以上有较高要求的系统以及大型发电机出口需要很大额定电流和开断电路的场合。,已被SF6 取代,6、磁吹：利用电弧电流

47、通过吹弧线圈产生的磁束吹弧。灭弧效果好，无油，可多次重复使用。,7、GIS(SF6全封闭组合电器)：不含变压器在内的一次设备的“气体绝缘变电站”。占地小，可靠性高，价格贵，主要用于110500kV系统。,.,122,4.10 断路器,4、断路器操作机构 1）手动操作机构（CS）：就地操作 2）电磁式操作机构（CD）：远距离控制 直流电源 3）弹簧储能操作机构（CT）：可进行一次自动重合闸，交流或直流电源。 4）压缩空气操作机构（CY）：用于空气断路器。,.,123,4.10 断路器,二、主要参数 1、额定电压 2、额定电流 ：200A20000A 3、额定开断电流 ： 额定电压下开断的最大电路

48、电流。1.6kA100kA 4、额定开断容量 ：表征开断能力。 5、额定关合电流 ：,合到已经短路的系统时断路器能闭合的最大短路电流。,6、耐受性能：发热 电动力,.,124,4.10 断路器,7、分闸时间 ：包括固有分闸时间和燃弧时间，2040ms 合闸时间 ：,临时性故障,断路器合闸,延时,断路器跳闸,延时：从电弧熄灭到电路重新接通的时间，称为无电流间隔时间，一般为0.30.5s。,永久性故障,断路器跳闸,延时,断路器跳闸,断路器合闸,强送电：自动重合不成功时，隔180s后手动合闸。,8、自动重合闸时间：,.,125,4.10 断路器,四、断路器常用的灭弧方法 1、交流电弧熄灭的条件 电流

49、过零点时熄弧。 弧隙介质强度恢复与弧隙电压强度的恢复。 阴极效应。,.,126,4.10 断路器,2、断路器开断短路电流时弧隙电压的恢复过程,由上式可得出,1）r可降低恢复电压的上升速度， r越小，恢复电压上升速度越低,2）若 ，灭弧难，若不并电阻，恢复 电压可达2U0,3）若 ，可知临界并联电阻值（R忽略）为,.,127,4.10 断路器,3、断路器常用的灭弧方法 介质选择：真空灭弧、油、SF6 吹弧：横吹、纵吹 多断口 快速分闸 长弧切短弧（低压电器） 固体介质的狭缝狭沟 QF的主触头两端并低值电阻 采用耐高温金属材料做灭弧触头 采用优质灭弧介质,.,128,五、断路器的运行和维护工作要点

50、 1、断路器的操作 2、正常运行的操作要求 1）断路器的正常操作要求 2）断路器操作机构的要求 3、故障状态下的操作要求 4、高压断路器的异常运行 5、真空断路器常见异常运行 6、SF6断路器常见异常运行,4.10 断路器,.,129,09,54T. 高压断路器一般采用多断口结构，通常在每个断口并联电容C。并联电容的作用是（ ） （A）使弧隙电压的恢复过程由周期性变为非周期性 （B）使得电压能均匀地分布在每个断口上 （C）可以增大介质强度的恢复速度 （D）可以限制系统中的操作过电压,A,08,60T 为使熔断器的弧隙电压恢复过程为非周期性的，可在熔断器触头两端( ) （A）并联电阻 （B）并联

51、电容 （C）并联电感 （D）并联辅助触头,B,.,130,B,.,131,4.11 互感器,一、电流、电压互感器的工作原理、 接线形式及负载要求,1、电流互感器：将一次大电流变为标准小电流，I2N=5A，供仪表或继电器使用。,（1）工作原理：与变压器相似。,.,132,4.11 互感器,1、电流互感器,（2）接线形式：,1）三相完全星接：反映每一相电流,2）两相不完全星接：无法反映单相接地故障,3）两相差动式接线：各类短路继电器整定值不同，无法反映单相接地故障,4）单相接线：可用于三相负荷平衡,5）两相三完全星接：均可反映各类接地故障,.,133,4.11 互感器,1、电流互感器,（3）接线中

52、注意事项,1）二次侧在使用时绝对不可开路。不允许装熔丝。,2）二次侧必须有一点接地。 保证人身和设备安全。,3）接线时注意极性,4）一次侧串接线路，二次侧串接仪表或继电器,5）负荷要求：,（4）铁磁性质的选择：测量要求精度高，继保相对低。,.,134,4.11 互感器,2、电压互感器,1、电压互感器：将一次高电压变为低电压，U2N=100V，供仪表或继电器使用。,（1）工作原理： 电磁式电压互感器的与变压器相同。,电容式电压互感器：实质为分压器,.,135,4.11 互感器,1、电压互感器,（2）接线形式：,1）单相接线：可测相间电压，亦可测相对地电压。,2）V-V接线（不完全星接）：可测相间

53、电压。,4）Y0-Y0接线：可测线电压及相电压。,3） Y0/Y0 /接线：可测线电压、相电压及绝缘监察。,.,136,4.11 互感器,1、电压互感器,（3）接线中注意事项,1）二次侧在使用时绝对不可短路。,2）二次侧必须有一点接地。 保证人身和设备安全。,3）接线时注意极性,4）一、二次侧装熔丝起短路保护，一次侧装隔离开关。检修用。,（4）负荷要求：,5）一次侧并接线路中，二次侧并接仪表或继电器,.,137,4.11 互感器,二、电流、电压互感器配置原则及接线,1、电流互感器,1）发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路。,大接地电流系统：装三相完全星接、两相完全星接

54、保护线路 小接地电流系统：610kV装两相不完全星接,保护线路 610kV装两相差接，保护线路、小容量的电动机、变压器,.,138,4.11 互感器,二、电流、电压互感器配置原则及接线,2、电压互感器,母线：一组 线路：35kV及以上装一台单相，用于监测线路 发电机：两组 变压器：一组,.,139,09,55. 电压互感器副边开口三角形的作用是( ) （A）测量三次谐波 （B）测量零序电压 （C）测量线电压 （D）测量相电压,06,56. 选择10kV 馈线上的电流互感器时，电流互感器的接线方式为不完全星形接线，若电流互感器与测量仪表相距40m，其连接线长度计算Ljs应为（ ） A.40m B

55、.69.3m C.80m D.23.1m,B,B,.,140,4.13 电气主接线,一、要求 可靠性、灵活性、 安全性、经济性、 具有发展与扩建的方性。,二、主要接线形式 1、单母线：,隔离开关与断路器。,断路器先开后合、 隔离开关先合后开。,.,141,4.13 电气主接线,二、主要接线形式 2、双母线：,旁母作用：检修出线断路器时，不中断出线的工作。,.,142,4.13 电气主接线,二、主要接线形式 3、3/2接线： 4、4/3接线：,有汇流母线：运行方便、易于扩建、占地大、设备多、较多出线。,.,143,4.13 电气主接线,二、主要接线形式 4、桥：,无汇流母线：运行不方便、不易扩建

56、、占地小、设备少、出线少。,.,144,4.13 电气主接线,可靠性从高到低：,3/2接线,单母分段,双母,.,145,4.13 电气主接线,四、电气主接线限制短路电流的方法 1、适当的主接线和运行方式： 无汇流母线的计算阻抗大。 适当的：采用分列运行、单回运行等。,2、采用限流电抗器：一般电缆出线加装出线电抗器、母线分段处加装母线电抗器。 * P328 分裂电抗器 3、采用低压分裂绕组变压器,三各种主接线中主要电气设备的作用和配置原则,.,146,09,57. 发电厂厂用电系统接线通常采用( ) （A）双母线接线形式 （B）单母线带旁路接线形式 （C）一个半断路器接线 （D）单母线分段接线形

57、式,08,59. 外侨形式的主接线适用于（ ） （A）出线线路较长，主变压器操作较少的电厂 （B）出线线路较长，主变压器操作较多的电厂 （C）出线线路较短，主变压器操作较多的电厂 （D）出线线路较短，主变压器操作较少的电厂,07,57. 在320kV电网中，为了测量相对地电压通常采用( ） （A） 三相五柱式电压互感器 （B） 三相三柱式电压互感器 （C） 两台单相电压互感器接成不完全星形接线 （D） 三台单相电压互感器接成Y/Y接线,D,C,B,.,147,07，56. 内桥形式的主接线适用于( ) （A） 出线线路较长，主变压器操作较少的电厂 （B） 出线线路较长，主变压器操作较多的电厂

58、（C） 出线线路较短，主变压器操作较多的电厂 （D） 出线线路较短，主变压器操作较少的电厂,06，57. 内桥形式主接线适用于（ ） A.出线多，变压器操作少 B. 出线多，变压器操作多 C.出线少，变压器操作多 D. 出线少，变压器操作少,58.主接线中，旁路母线的作用（ ） A.作备用母线 B.不停电检修出线断路器 C.不停电检修母线隔离开关 D.母线或母线隔离开关故障时，可以减少停电范围,A,D,B,.,148,4.14 电气设备选择,一、原则 按正常工作选择，按短路校验。,二、按正常工作选择设备,1、额定电压,2、额定电流 不小于流过设备的最大持续工作电流。,.,149,4.14 电气设备选择,三、按短路校验设备