天津工业大学供电技术复习

1.为什么标幺值法可以避免阻抗规算：不论短路发生在哪一电压等级区段，只要选取短路段的平均电压为基准电压，则任一段线路电抗（欧姆值）对基准值的标幺值，等于该电抗有名值乘以基准容量后，被该线路所在区间段的平均电压的平方值去除。即选取了短路段的平均电压为基准电压后，元件电抗的标幺值就只与元件所在段的平均电压有关，而与短路点发生在哪一段无关。这也是用标幺值法进行短路计算的特点之一。2.电力系统故障分析方法流程：将发生不对称短路处出现的三相不对称电压分解成三组各自对称的正序、负序和零序分量，在电力网中，这三组分量都能独立的形成其序网络并满足欧姆定律和基尔霍夫定律，正是这一特点，就能由各序网络相应的求出各序电流，然后将它们叠加，还原为三相不对称电流。3•对称分量法：任意一组不对称的向量FA等可分解为对称的正负零三序之和。F=F+F+FTOC\o"1-5"\h\zAA1A2A01_2+TjF=F+F+F1_2+TjBB1B2B0F=F+F+Fa=ej120CClC2CO-F"■11■F"■1aa2AA11F—a2a1FT-1—-1a2aBA23Faa21FF—TFF—T-1F111CA0ABCA120，A120ABC~14.断路器，隔离开关的选择与校验1）断路器：（1）按工作环境选型；（2）按正常工作条件选择断路器的额定电压Un.qf及额定电流1N.QF，U>U,1>I；（3）按短路电流校验动、热稳定性。动稳定性校验:若要N-QFNN-QFN断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值iimax-QF不小于断路器安装处的短路电流冲击值ish，i>i；热稳定性校验:当断路器在max-QFshI2t>I2t通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：t-QF0j；（4）断流容量的校验断路器能可靠切除短路故障的关键参数是它的额定断流容量。因此，

断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏N-k-QFk-max2）隔离开关：隔离开关在供电系统中只用于接通和断开没有负荷电流流过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使需检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器分断以后才能进行。隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进行动稳定和热稳定的校验。瓦斯保护和差动保护工作原理：1）差动保护：正常工作或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的电流比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护部动作；在保护范围内发生故障，流入继电器的电流大于差动保护的动作电流，保护动作于跳闸。2）瓦斯保护：变压器正常运行时，瓦斯继电器上下油杯都充满油，油杯因平衡锤作用使其上下触电都为断开。变压器内部发生轻微故障时，产生的气体聚集在继电器的上部，迫使继电器内油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落，这时上接点闭合而接通信号回路，这称之为"轻瓦斯动作”。其动作值采用气体容积cm3表示。当变压器内部发生严重故障时，产生的大量气体或强烈的油流将冲击挡板，使下油杯立刻向下转动，使下触点接通直接动作于跳闸断路器而切除变压器，这称之为“重瓦斯动作”。其动作值采用油流速度（m/s）表示。如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器内的油也慢慢流尽，先是继电器的上油杯下降，发出信号，接着继电器的下油杯下降，使断路器跳闸。短路：指一相或多相载流导体接地或者相互接触并产生超出规定值的大电流。短路原因：1.电气设备、元件的损坏:设备绝缘自然老化、操作过电压、大气过电压、机械损伤2.人为事故误操作：带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸3.自然原因：鸟兽跨接裸导体短路的危害：1.短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；2.短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；3.短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；4.严重的短路会影响系统的稳定性；5.短路还会造成停电；6.不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。计算短路电流的目的：1为了选择和校验电气设备载流导体和整定供电系统的继电保护装置，需要计算三相短路电流；2在校验继电保护装置的灵敏度时还需计算不对称短路的短路电流值；3校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定，就要用到短路冲击电流、稳态短路电流及短路容量；4对瞬时动作的低压断路器，则需用冲击电流有效值来进行其动稳定校验。最大运行方式：是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式：是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，这是因为：1）并非所有设备都同时投入工作。2）并非所有设备都能工作于额定状态。3）并非所有设备的功率因数都相同。4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。电力系统供电的基本要求：安全、可靠、经济、合理地供配电能和使用电能用于生产、变换、输送、分配电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备等联系在一起组成的统一整体就是电力系统电力网=变压器、变换器、电力线路；电力系统=发电机+电力网+用电设备；动力系统=汽轮机/水轮机、电力系统、用电设备系统的延伸大型电力系统优点：1）不受地方负荷限制，提高发电效率降低发电成本。2）利用各厂优点，合理分配负荷，使系统在最经济条件下运行。3）可以在减少备用机组情况下，提高供电可靠性。中性点运行方式选择依据：单相接地时电气设备绝缘要求和供电可靠性。110KV以上电力网均采用中性点直接接地方式。理由：电器绝缘要求得以降低；380/220V低压配电系统也采用中性点直接接地方式，可以接入单相负载；6~35kV中压系统中，为提高供电可靠性，首选中性点不接地运行方式，当接地电流不满足要求时，可采用中性点经消弧线圈或电阻接地运行方式。电能质量的主要参数：电压，频率，可靠性。1理想电力系统电压波形应该是：幅值恒定、频率为50Hz的三相对称正弦波形。一AU%=U—UnxlOO%1）电压偏差，指电网实际电压与额定电压之差UN35kV及以上，±5%；10kV及以下，±7%；220V，+7%、-10%。2）电压波动和闪变：电网电压均方根值随时间变化称电压波动，由电压波动引起照明灯闪烁称闪变和电动机脉动。3）电压偏移的危害：①感应电动机：其最大转矩与端电压的平方成正比。当电压降低时电动机转矩显著减小，以致转差增大，从而使定子、转子电流都显著增大，引起温升增加，绝缘老化加速，甚至烧毁电动机；由于转矩减小，转速下降，导致生产效益降低，产量减少，产品质量下降。反之，当电压过高激磁电流与铁损都大大增加，引起电机的过热，效率降低。对同步电动机的影响除了不会影响其转速外，其他均与感应电动机相同。②电热装置:其功率与电压平方成正比。电压过高将损伤设备，电压过低又达不到所需温度。4）高次谐波：当电网电压波形发生非正弦畸变时，产生高次谐波。危害：使电能质量大大下降，给供电设备及用电设备带来严重危害。不仅使损耗增加，还使某些用电设备不能正常运行，甚至可能引起系统谐振，从而在线路上产生过电压，击穿线路设备绝缘；还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作；并对附近的通讯设备和线路产生干扰。5）三相不对称：三相电压的幅值和相位关系出现偏差。主要原因：1、系统运行参数不对称，2、三相用电负荷不对称。三相四线制供电系统中，由于某种原因使三相负载处于不对称情况下运行时，一旦中性线发生断线故障，则会引起断线点之后的中性点电位偏移（UN'n）。2）频率：我国的交流工频为50Hz，国际上有50Hz,60Hz。正常运行：300万千瓦以上，允许偏差±0.2，以下±0.5；非正常运行，±1.0。3）可靠性：1.一级负荷（关键负荷）：突然停电会引起人身伤亡或重大经济损失，或引起严重的政治影响。采用两个独立电源，最好是来自不同地方的电源。二级负荷（重要负荷）：突然停电会引起财产较大的损失如产品报废，设备损坏，交通事故，通讯中断，体育比赛中断等。采用两回线路供电。三级负荷（一般负荷）：其他情况的影响。无特殊要求。为什么要进行负荷计算：负荷估算的准确度直接影响电力设计质量，估计过低：电流过大、加快老化、降低寿命；估计过高：浪费有色金属、增加造价。电力负荷（设备）按工作制的分类：1）连续运行工作制：能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等；2）短时运行工作制：这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械（龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置）、水闸用电动机等；3）断续周期工作制：这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等。通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）FC=丄xlOO%亠t+1其中tg：运行时间；tx：停歇时间；tg+tx：工作周期（＜10min）gx电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间而变化的。电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。按性质分：有功无功负荷曲线；按负荷变动时间分：日负荷曲线（24h，30min间隔），年负荷曲线（8760h统计值）。年最大负荷利用小时数Tmax:电力负荷按照最大负荷P持续运行T时间所消耗的maxmaxT=Wa电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能WomaXPmaxa

PQ（1）负荷系数：平均负荷与最大负荷之比，a=p^，卩二。最大负荷Pmax最maxmax大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax或P30。（2）利用系数：用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷P与该设备组的总安装容av_PK—av量工PN之比XPNdPP即K—dPP即K—、~max—30d乙P乙PNN大负荷P（或p30）与该设备组的总安装容量YPN之比，max30NP—ePav（4）形状系数：有效负荷PP—ePaveav从等效的含义上讲，前述“半小时最大平均负荷”就是等效负荷。为什么要用P30：载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。功率因数分类：瞬时、平均、最大负荷时、自然、总功率因数。（平均cos为收费依据）无功补偿方式：个别补偿、分组补偿、集中补偿（电容器在变压器的低压侧或高压侧）。决定用户供电电压的高低因素是电压质量和安全经济性。用电负荷的大小和供电距离的远近决定了供电电压的选择。判断电压质量的重要指标：负荷距，输送功率与输送距离的乘积决定着线路上的电压损失。供电电压：一般用户的供电电压为6~10kV，大中型工业企业的供电电压可为35kV；高压配电：由于10kV技术经济指标好，如供电系统能耗和有色金属耗量均较小，因而高压配电电压应首选10kV；低压配电：1000V以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，对于供给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是380/220V。变电所的主要作用是降低电压并向用电设备或用电设备组配电。组成：高低压开关、供配电线路、测量保护设备。选址：总降压变电所的位置应接近负荷中心，并适当靠近电源的进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小。因素：建筑环境、进线出线的便利性、防火防爆、防腐蚀要求、安全保护程度、周边障碍、今后预测发展空间等用户变电所按电压等级分为总降压变电所和10（6）kV变电所（车间变电所）。总降压变电所将进线35~110kV降为6~10kV，配电给10（6）kV变压器或高压用电设备，然后由10（6）kV变电所再次降压为380/220V供给低压用电设备。如果进线电压为10（6）kV，则可在用户区内设置10（6）kV总配电所。由35kV直接供电的35/0.4kV变电所称为直接降压变电所。变压器的台数应根据供电条件，负荷性质，用电容量和运行方式等综合确定。还应考虑到变压器的过负荷能力和经济运行条件。两种超负荷运行现象：1）正常过负荷：温度是决定负荷大小的重要因素，因为稳升太高容易引起绝缘加速老化。夏季低负荷运行；冬季允许一定的过负荷运行，最大过负荷量<15%。2）事故过负荷：当供电系统发生故障或并列运行变压器中一台发生故障运行时,另运行一台变压器可在急救过负荷下运行一段时间。两个变压器互为备用的方式：1）明备用:每台变压器按100%负荷来选择,其中一台工作,另一台备用。2）暗备用:正常运行时,两台变压器各承担50%负荷但按70~80%负荷计算。一次设备是指直接生产、输送和分配电能的设备，主电路中的变压器、高压断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路以及母线等设备都属于一次设备。对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。高压断路器作用：线路正常时，用来通断负荷电流；线路故障时，在保护装置作用下切断巨大短路电流。负荷开关作用：线路正常时，通断负荷电流，但不能用来切断线路短路电流。隔离开关：没有灭弧装置，检修时隔离高压电源，造成一个明显的断开点，不允许带载操作。熔断器：电流超过规定值并经过一定时间后，用于切断强大的短路故障电流。电流互感器：将大电流变为小电流，二次侧额定电流通常为5A或1A,二次侧不允许开路，避免高压对操作者造成伤害。必须有端接地，断开点有大电压。电压互感器：将高电压变为低电压，二次侧额定电压通常为100V,二次侧不允许短路。断开点有大电流。电气主接线基本要求：安全、可靠、灵活、经济。安全包括设备安全和人身安全。可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。灵活就是在保障安全可靠的前提下，主接线能够适应不同的运行方式。经济是在满足以上要求的前提下，尽量降低建设投资和年运行费用。母线制：母线是从配电变压器或电源进线到各条馈出线路之间的电气主干线，它起着从电源接收电能和给各馈出线分配电能的作用。母线制是指电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制。用户供电系统中，总降压变电所的常用电气主接线可概括为两类：线路变压器组方式和桥形接线方式。内桥接线适用于线路较长或不需经常切换变压器的情况，而外桥接线适用于供电线路较短或需要经常切换变压器的情况。配电所的配电母线可以是单母线或单母线分段制。中央信号装置按形式分：灯光，音响信号。按用途分有事故、预告和位置信号。配电网常用的典型配电方式分为放射式、树干式和环式三种。放射式接线的特点是配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。树干式接线的特点是配电母线上每路馈电出线给同一方向的多个负荷点供电。环式接线又称环网接线，其特点是把两回树干式配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络。分为普通环和拉手环。工厂高低压配电网最普通的两种户外结构是架空线和电缆。架空线的主要优点有：①设备简单，造价低。②有故障时易于检修和维护。③利用空气绝缘，建造比较容易。缺点：①需占一定的空间。②架空线影响厂区美化。电缆户外敷设有三种类型：1）直接埋地2）敷设在混凝土管中3）敷设在电缆沟中导线截面选择需要考虑的两个最基本要求：架空线的机械过载能力和导线最高允许工作温度。机械过载能力决定了导线的最小允许截面积。从满足正常发热条件看，要求通过导线或电缆的电流不应大于它的允许载流量；从满足机械强度条件看，要求架空导线的截面不应小于它的最小截面；从保证电压质量看，线路电压损失不应大于正常运行时允许的电压损耗；满足经济要求。电能消费的形式包括：电能损耗和电能消耗。无限大容量电源内阻抗为零的电源。当电源内阻抗为零时，不管输出的电流如何变动，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5%〜10%,或当电力系统容量超过用户供电系统容量50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。高压（大于1000V）时，=2.55II=1.51/；低压（小于1000V）时,=1.84II=1.09Ishzshzshzshz三相同步电动机突然短路分析同步电动机的运行状态分为过励磁和欠励磁，过励磁状态下短路，电动机次暂态电势明显大于机端电压，可作为发电机看待；欠励磁状态下电动机只有在短路点附近时方可看作发电机。与异步机相比，同步电动机转子有外加的励磁电流，故定子短路电流存在一衰减的稳态分量；计算方法与同步发电机相同；转子带有机械负载时，转速将迅速下降。无论起动和返回，继电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为“继电特性”。过电流继电器的返回系数恒小于1，低电压继电器的返回系数总大于1.29．所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器的电流误差为10%时一次电流对其额定电流的倍数k=1//与二次侧负荷阻抗Z2的关系曲线11TA为表述继电器电流］k与电流互感器二次侧电流1TA-2关系，引入一个接线系数'kX'k"tA・2三相三继电器式完全星形接线，两相两继电器式接线和两相三继电器不完全星形接线k=1k=1kx；两相-继电器，三相短路k