电气培训教材1

长沙天宁热电有限公司

电气培训教材

（试行版）

版次A/0分发号

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持有人

状态受控■非受控口作废

□

密级秘密■秘密口绝密口

编制/日期罗军2010.8.18

初审/日期谢存辉2010.8.19

复审/日期符卫科2010.8.23

审核/日期邙永胜2010.8.25

批准/日期刘宇汉2010.8.27

2010年8月30日发布

目录

第一篇电气基础知识............................................错误!未定义书签。

第一章基础知识..................................................................4

第一节公共部分基础知识.........................................................4

第二节发电机部分基础知识.......................................................7

第三节变压器部分基础知识......................................................11

第四节电动机部分基础知识......................................................14

第五节互感器部分基本知识......................................................19

第六节断路器部分基础知识......................................................21

第七节避雷器部分基础知识......................................................22

第二篇电气一次系统部分........................................................23

第一节电气主接线的介绍及正常运行方式.........................................23

第二节本厂需进行同期的开关....................................................23

第三节主系统的运行监视........................................................23

第四节主系统的事故处理........................................................24

第五节厂用电系统操作的一样规定................................................27

第三篇电气设备................................................................29

第一章发电机...................................................................29

第一节发电机简要介绍..........................................................29

第二节发电机答应运行方式......................................................31

第三节励磁系统.................................................................31

第四节发电机大修或小修后启动前的工作.........................................33

第五节发电机准同期并列的条件及操作步骤.......................................33

第六节发电机解列..............................................................35

第七节发电机非常运行及事故处理................................................35

第二章变压器...................................................................38

第一节变压器的构成及铭牌规范..................................................38

第二节变压器的答应运行方式....................................................40

第三节变压器投运前的检查......................................................41

第四节变压器的中性点接地刀....................................................41

第五节变压器的非常运行及处理..................................................42

第六节干式变压器的检查项目....................................................44

第三章电动机...................................................................45

第一节电动机额定参数及型号意义................................................45

第二节电动机运行参数的规定....................................................46

第三节电动机的检查项目........................................................47

第四节电动机的非常运行及处理..................................................48

第四章互感器...................................................................50

第一节电压互感器的原理及作用..................................................50

第二节电压互感器的铭牌介绍及类型..............................................51

第三节电压互感器操作注意事项及事故处理.......................................53

第四节电力互感器的工作原理及作用.............................................53

第五节电流互感器的规范及介绍..................................................54

第六节电流互感器的答应运行方式及检查项目.....................................55

第五章断路器...................................................................56

第一节断路器的运行操作........................................................56

第二节断路器的事故处理及联锁..................................................57

第三节六氟化硫断路器的介绍....................................................58

第四节六氟化硫断路器的检查项目及非常处理.....................................59

第五节交流接触器及熔断器的介绍................................................60

第六章隔离开关................................................................62

第一节隔离开关的作用及检查项目................................................62

第二节隔离开关的操作..........................................................62

第七章避雷器...................................................................64

第一节避雷器的规范及参数定义..................................................64

第二节避雷器的检查及事故处理..................................................65

第八章母线.....................................................................65

第一节母线规范及运行参数......................................................65

第二节母线的检查项目及型号说明................................................66

第四篇UPS系统................................................................68

第一节UPS的介绍及作用........................................................68

第二节UPS的运行方式..........................................................69

第五篇继电保护及自动装置......................................................70

第一节继电保护的概念、任务及基本要求.........................................70

第二节备用电源的作用及要求....................................................71

第三节继电保护的运行方式、规定、要求及注意事项...............................71

第三节继电保护投运注意事项及检查项目.........................................72

第四节保护回路联动试验时应遵守的项目.........................................73

第五节值班人员应对保护装置定期检查的内容.....................................73

第六节根据调度命令应执行并记录的内容.........................................74

第六篇蓄电池及直流系统........................................................75

第一节直流系统的作用和基本概念................................................75

第二节直流系统的运行监视及故障处理...........................................75

第三节蓄电池的充放电..........................................................76

第四节蓄电池的运行保护注意事项................................................77

第一章基础知识

第一节公共部分基础知识

1.涡流是怎样产生的？有何利弊？

置于变化磁场中的导电物体内部将产生感应电流，以反抗磁通的变化，

这种电流以磁通的轴线为中心呈涡旋形状，故称涡流。在电机中和变压器中，

由于涡流存在，将使铁芯产生热损耗，同时，使磁场减弱，造成电气设备效

率降低，容量不能充分利用，所以，多数交流电气设备的铁芯，都是用0.35

或0.5毫米厚的硅钢片迭成，涡流在硅钢片间不能穿过，从而减少涡流的损

耗。。涡流的热效应也有有利一面，如可以利用它制成感应炉冶炼金属，可

制成磁电式、感应式电工外表，还有电度表中的阻尼器，也是利用磁场对涡

流的力效应制成的。

2.什么是正弦交流电？

正弦交流电是指电路中的电流、电压及电势的大小都随着时间按正弦函

数规律变化，这种大小和方向都随时间做周期性变化的电流称交变电流，简

称交流。

3.什么是交流电的周期、频率和角频率？

交流电在变化过程中，它的瞬时值经过一次循环又变化到原先瞬时值所

需要的时间，即交流电变化一个循环所需的时间，称为交流电的周期。周期

用符号T表示，单位为秒。周期越长交流电变化越慢，周期愈短，表明愈快。

交流电每秒种周期性变化的次数叫频率。用字母F表示，它的单位是周/秒，

或者赫兹，用符号Hz表示。它的单位有赫兹，千赫、兆赫。角频率与频率的

区别在于它不用每秒钟变化的周数来表示交流电变化的快慢，而是用每秒种

所变化的电气角度来表示。

4.什么是交流电的相位，初相角和相位差？

交流电动势的波形是按正弦曲线变化的，其数学表达式为：e=EmSinot0

上式表明在计时开始瞬时导体位于水平面时的情形。如果计时开始时导

体不在水平面上，而是与中性面相差一个角，那么在t=0时，线圈中产生的

感应电势为E=EmsinW。

若转子以川角度旋转，经过时间t后，转过3t角度，此时线圈与中性

面的夹角为：（3t+W）

上式为正弦电势的一样表达式，也称作瞬时值表达式。式中：

3T+-----------------相位角,即相位;

山----------------初相角，即初相。表示t=0时的相位。

在一台发电机中，常有几个线圈，由于线圈在磁场中的位置不同，因

此它们的初相就不同，但是它们的频率是相同的。另外，在同一电路中，电

压与电流的频率相同，但往往初相也是不同的，通常将两个同频率正弦量相

位之差叫相位差。

5.简述感抗、容抗的意义。

交流电路的感抗，表示电感对正弦电流的限制作用。在纯电感交流电路

中，电压有效值与电流有效值的比值称作感抗。用符号X表示。

XL=U/I=«L=2JifLo纯电容交流电路中，电压与电流有效值的比值称做容抗,

用符号XC表示。即：XC=U/I=l/2JifCo

6.交流电的有功功率、无功功率和视在功率的意义是什么？

电流在电阻电路中，一个周期内所消耗的平均功率叫有功功率，用P表

示，单位为瓦。储能元件线圈或电容器与电源之间的能量交换，时而大，时

而小，为了衡量它们能量交换的大小，用瞬时功率的最大值来表示，也就是

交换能量的最大速率，称作无功功率，用Q表示，电感性无功功率用QL表

示，电容性无功功率用QC表示，单位为乏。在电感、电容同时存在的电路中，

感性和容性无功互相补偿，电源供给的无功功率为二者之差，即电路的无功

功率为：Q=QL-QC=UISin4>o

7.什么叫有功?什么叫无功？

在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能

量叫有功。用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。

8.什么是功率因数？提高功率因数的意义是什么？提高功率因数的措施有

哪些？

功率因数COS巾，也叫力率，是有功功率和视在功率的比值，即COS=P/S。

在一定的额定电压和额定电流下，功率因数越高，有功所占的比重越大，反

之越低。发电机的额定电压，电流是一定的，发电机的容量即为它的视在功

率，如果发电机在额定容量下运行，其输出的有功功率的大小取决于负载的

功率因数，功率因数低时，发电机的输出功率低，其容量得不到充分利用。

功率因数低，在输电线路上将引起较大的电压降和功率损耗。因当输电线输

送功率一定时，线路中电流与功率因数成反比即FP/C0S6,当功率因数降

低时，电流增大，在输电线电阻电抗上压降增大，使负载端电压过低，严重

时，影响设备正常运行，用户无法用电。此外，电阻上消耗的功率与电流平

方成反比，电流增大要引起线损增加。

提高功率因数的措施有：

合理地挑选和使用电气设备，用户的同步电动机可以提高功率因数，甚

至可以使功率因数为负值，即进相运行。而感应电动机功率因数很低，尢其

是空载和轻载运行时，所以应该避免感应电动机空载或轻载运行。

安装并联补偿电容器或静止补偿等设备，使电路中总的无功功率减少。

9.什么是三相交流电源？它和单相交流电比有何优点？

由三个频率相同，振幅相等，相位依次互差120度电角度的交流电势组

成的电源称为三相交流电源。它是由三相交流发电机产生的。日常生活中所

用的单相交流电，实际上是由三相交流电的一相提供的，由单相发电机发出

的单相交流电源现在已经很少采用。

三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转

换成机械能等方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较

制造容量相同的单相发电机、变压器节省材料，而且构造简单，性能优良，

又如，由同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%,在输送同

样功率的情形下，三相输电线较单相输电线可节省有色金属25%,而且电能

损耗较单相输电时少。由于三相交流电有上述优点所以获得了广泛的应用。

10.三相对称电路的功率如何运算？

三相对称电路，不论负载接成星形还是三角形，运算功率的公式完全相

同:

有功功率：P=U线*1线*Sin①；

无功功率：P=U线*1线*Cos①；

视在功率：P=U线*1线。

11.什么是中性点位移现象？

在三相电路中电源电压三相对称的情形下，不管有无中性线，中性点的

电压都等于零。如果三相负载不对称，且没有中性线或中性线阻抗较大，则

三相负载中性点就会显现电压，这种现象成为中性点位移现象。

12.什么是电源的星形、三角形连接方式？

12.1电源的星形连接：将电源的三相绕组的末端X、Y、Z连成一节点，

而始端A、B、C分别用导线引出接到负载，这种接线方式叫电源的星形连接

方式，或称为Y连接。如我厂的发电机接线。

三绕组末端所连成的公共点叫做电源的中性点，如果从中性点引出一

根导线，叫做中性线或零线。对称三相电源星形连接时，线电压是相电压的

倍，且线电压相位超前有关相电压30。。如我厂的主变为Yn,dH,在差动保

护中为了将超前的30°补偿过来，主变高、低压侧的电流互感器的接线采用

D,Y接线。

12.2电源的三角形连接：将三相电源的绕组，依次首尾相连接构成的闭

合回路，再以首端A、B、C引出导线接至负载，这种接线方式叫做电源的三

角形连接，或称为△连接。

三角形相连接时每相绕组的电压即为供电系统的线电压。

13.什么叫做内部过电压？什么叫大气过电压？对设备有什么危害？

内部过电压是由于操作、事故或电网参数配合不当等原因，引起电力系

统的状态发生突然变化时，引起的对系统有危害的过电压。

大气过电压也叫外部过电压，是由于对设备直击雷击造成直击雷过电压

或雷击于设备邻近的，在设备上产生的感应雷过电压。

内部过电压和大气过电压都较高，可能引起绝缘薄弱点的闪络，引起电

气设备绝缘损坏，甚至烧毁。

14.什么是相电流、相电压和线电流、线电压？

由三相绕组连接的电路中，每个绕组的始端与末端之间的电压叫相电压。

各绕组始端或末端之间的电压叫线电压。各相负荷中的电流叫相电流。各断

线中流过的电流叫线电流。

15.什么叫保护接地和保护接零？

保护接地是指把电气设备金属外壳、框架等通过接地装置与大地可靠的

接地。在电源中性点不接地系统中，它是保护人身安全的重要措施。保护接

零是在电源中性点接地的系统中，把电气设备的金属外壳、框架等与中性点

引出的中线相连接，同时也是保护人身安全的重要措施。

16.什么叫电气设备的倒闸操作？

当电气设备检修或故障时，运行人员须将电气设备停电并布置安全措施,

使检修人员能够安全地将设备检修完毕，这种将电气设备由一种状态转换为

另一种状态时，需要进行的一系列操作就称为电气设备的倒闸操作。

17.什么叫异步？

异步电动机转子的转速必须小于定子旋转磁场的转速，两个转速不能同

步，故称“异步”。

18.什么叫异步电动机的转差率？

异步电动机的同步转速与转子转速之差叫转差，转差与同步转速的比值

的百分值叫异步电动机的转差率。

19.什么是“远后备”？

“远后备”是指当元件故障而其保护装置式开关拒绝动作时，由各电源

侧的相邻元件保护装置动作将故障切开。

20.什么是“近后备”？

“近后备”则用双重化配置方式加强元件本身的保护，使之在区内故障

时，保护无拒绝动作的可能，同时装设开关失灵保护，以便当开关拒绝跳闸

时启动它来切开同一变电所母线的高压开关，或遥切对侧开关。

21.什么是零序保护？

在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和

零序功率显现，利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零

序保护。

22.什么叫距离保护？

距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，其动作和挑选性取

决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的被保护区段参数的比较结

果，而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比，故名距离保护。

23.什么是小电流接地系统？

中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当发生单相接地故障时，由于

不能构成短路回路，接地电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统称为是

小电流接地系统。一样66kv及以下系统常采用这种系统。

24.什么是大电流接地系统？

中性点直接接地（包括经小阻抗接地）得系统，当发生单相接地故障时,

接地电流一样都比较大，所以称为大电流接地系统。一样HOkv及以上的系

统采用大电流接地系统。

第二节发电机部分基础知识

1、发电机正常运行中，应保持额定频率50HZ,答应变化范畴为额定值的土

0.2%,在此范畴内时，发电机可按额定容量运行。当频率变化超过上述

范畴时，应使定子、转子电流和各部位温度不超过额定值。其影响如下:

1.1频率降低引起转子的转速降低，使两端风扇鼓进的风量降低，使发

电机冷却条件变坏，各部分温度升高。

1.2频率低，致使转子线圈的温度增加，否则就得降低出力。

1.3频率低还可能引起汽机断叶片。

1.4频率降低时，为了使端电压保持不变，就得增加磁通，这就容易使

定子铁芯饱和，磁通逸出，使机座的某些结构部件产生局部高温，有的部

位甚至冒火星。

1.5频率低时，厂用电动机的转速降低，致使出力下降，也对用户用电

的安全、产品质量、效率等都有不良的影响。

1.6频率低，电压也低，这是因为感应电势的大小与转速有关的缘故，

同时发电机的转速低还使同轴励磁机的输出减少，影响无功的输出。

2、在额定负荷连续运行时，发电机三相电流之差，不得超过额定电流的

10%,同时任何一相的电流不得大于额定值。原因如下：

2.1发电机转子表面过热。三相电流不对称，产生负序磁场，这个磁场

扫过转子表面、转子表面产生二倍工频电流而引起损耗，造成局部高温，

转子线圈的温度受到直接的影响。

2.2转子产生振动。一样振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生

与转子磁场不对称有关。不对称的三相电流所产生的负序磁场与转子有相

对速度，而转子磁路是不对称的，当负序磁场正对着转子纵轴邻近时，气

隙小，磁阻小，磁通就大，定子与转子的作用力就大，反之，当负序磁场

对着转子横轴邻近时，气隙大，磁阻大，定子转子的作用力就小。这样，

负序磁场与转子之间作用力时大时小，使力矩脉动，从而使转子产生振动。

所以发电机三相电流不平稳度愈大，这些不利因素愈利害。因此规程规定

发电机在运行时三相电流不对称程度不得超过额定值的10%o

3、发电机采用星形连接的特点：

发电机的电动势随时间变化的波形取决于气隙中磁通密度沿空间分布

的形状，在实际的电机结构中，不可能使磁通密度沿空间的分布完全做到

正弦分布，只能说是接近正弦分布，所以磁通势中都有高次谐波，电动势

中也有高次谐波。在高次谐波中，三次谐波占主要成分，其特点是A、B、C

三相电动势中三个三次谐波电动势是同相的。如果将发电机接成三角形接

线的话，那么在三角形接线中的三个三次谐波电动势叠加，三次谐波的电

流可以流通，这个电流就会产生额外的损耗使发电机绕组发热；而在星形

接线中，因为三次谐波电动势都同时指向中性点或背向中性点，三次谐波

电流构不成回路，不能流通，虽然三次谐波电动势存在于相电动势中，但

是并不存在于线电动势中，因此他们互相抵消了，所以发电机一样都接成

星形接线。

4、发电机的运行特性：

4.1发电机对称运行特性：

4.1.1同步发电机的基本特性：

同步发电机对称运行是指电机转速为额定值且保持恒定，并供给三相

对称负载时的一种稳态运行方式。此时，同步发电机的运行性能可以通过

它的基本特性，以及由这些特性所求得的一些主要参数来加以说明。对称

运行时，同步发电机的主要变量有端电压U、电枢电流I、激磁电流If和功

率因数cos9o说明上述变量之间关系的函数或曲线即为同步发电机的基本

特性。一样用特性曲线只能表示两个变量之间的关系，由此，同步机有以

下几个基本特性：

a)空载特性：当1=0时，Uo=/(1/)0

b)短路特性：当U=0时，Ik=f(I/)。

表征同步电机特性的主要参数是同步电抗Xs、Xd、Xq及漏抗X。

4.1.2同步发电机的空载特性：

同步电机作为发电机运行时，其转于由原动机带动。正常运行时其转

速固定不变，恒等于额定转速一一同步转速。同步发电机的转子绕组加上

直流激磁，而电枢绕组开路，即为同步发电机的空载运行。其时，空气隙

中只有一个由转子激磁的机械旋转磁场。该磁场截切电枢绕组便将感应三

相对称的空载电势Eo,由于电枢绕组开路，所以这时同步发电机的端电压

即等于空载电势Eoo空载运行特性就是讨论转子直流激磁电流I/和空载电

势Eo的关系。实际运行时，发电机空载运行是很少遇到的，但空载特性Eo

=/(If)却是同步电机的一个重要特性，体现着电机中磁与电的关系，并能

由此求出同步电机的一些主要参数。因为空载电势和转子磁场的每极磁通

中成正比，而转子激磁电流和转子激磁磁势成正比，因此只要选用不同的

比例尺，Eo=f(I/)和同步电机的磁化曲线由是相同的。

4.1.3同步发电机的短路特性：

和空载运行一样，短路也不是同步电机的正常工作方式。同步发电机

的短路特性是指在进行发电机三相稳态短路试验时，电枢短路电流/电

枢短路Ik与激磁电流If间的关系曲线。它不仅可以用来说明同步发电机的

性能，更主要的是可藉以测定同步电机的参数。发电机短路后，端电压U

=0,电枢短路电流Ik=Eo/Za。由于电枢电阻和同步电抗相比较时可以略去

不计，即Zs〜7乂，因此短路电流可认为是纯感应性电流，内功率因数角W

接近90度滞后。这时的电枢电流只有直轴分量，它所产生的电枢反应为纯

粹的去磁作用。同步发电机在短路时的相量图如图18-5所示，其空载电势

Eo和同步电抗电压降/IkXs相等。如系凸极机，则所用的同步电抗应为直

轴同步电抗。测定短路特性时，应先将三相电枢绕组在出线端处短接，再

起动原功机将发电机带到同步转速，通入不同数值的激磁电流"读取每次

相应的短路电流几即得同步发电机的短路特性。

4.2发电机不对称运行特性：

一样说来，同步发电机所带的负载是对称的。三相电力负载均系对称

负载，必要的单相负载如照明负载等也被尽可能平均地分配于三相中。在

特别情形下，三相电力系统也有可能供给大容量的单相负载，如冶金用单

相电炉，从而引起三相电压和三相电流的不对称。不对称负载将对同步发

电机带来不利的影响，因而我们有必要来研究同步发电机不对称运行的分

析方法及所带负载的容许不对称程度。分析同步发电机不对称运行的基本

方法，和分析异步电机不对称运行的方法一样是对称分量法。应用对称分

量法，可以把发电机不对称的三相电压、电流及其所鼓励的磁势分解为正

序分量、负序分量和零序分量，然后对各个分量分别建立的端点方程式和

相序方程式，求解各序分量并研究各序分量分别所产生的成效，最后，将

它们叠加起来，就得出实际不对称运行的结果和影响。在不对称运行时，

同步发电机的空气隙磁场为一椭圆形旋转磁场，即除了正序旋转磁场以外,

尚有负序旋转磁场。因为它们的旋转方向不同，所以转子回路的反应也各

不相同，对不同相序的电流，同步电机呈显的电抗也就有不同的数值。

当同步电机对称运行时，如前面各章所讨论的情形，定子电流为一稳

固的对称三相电流，实际上即一组正序分量，它们所产生的旋转磁场(即正

序旋转磁场)和转子之间没有相对运动，这个磁场并不能在转子绕组中产生

感应电势，这个电流所遇到的电抗便是同步电抗。故同步电机的正序电抗

即系同步电抗，即X+=Xso

不对称运行时，负序电流所产生的负序旋转磁场以同步转速向着和转

子转向相反的方向旋转，即该磁场将以两倍同步转速载切转子绕组，将在

转子绕组中感应一个两倍于电源频率的交变电流。对于负序旋转磁场而言，

转子绕组的作用为一短路绕组，致使负序电流所遇到的便不再是同步电抗,

而是另一个电抗X-称它为负序电抗，其数值远较同步电抗为小。

负序旋转磁场在转子激磁绕组和阻尼绕组中所感应的两倍频率的交变

电流，将引起附加的铜损耗；负序旋转磁场还将在转子表面产生涡流，从

而引起附加表面损耗。这些损耗都将使转子温升提高。止匕外，负序旋转磁

场还将在转子轴和定子机座引起振动。

当零序电流流过定子绕组时，由各相零序电流所产生的三个脉动磁势，

其幅值相等，时间上同相，而三者在空间各相隔120°电角度，因此三相

零序基波合成磁势恰相互抵消，不形成气隙互磁通，只存在一些漏磁场，

数值一样很小。零序电流所遇到的电抗为带有漏抗性质的零序电抗，用xo

代表，X0较X一更小。

定子绕组中的单相短路电流将产生一个脉动电枢反应磁场，它可以分

解为两个向相反方向旋转的旋转磁场。正序旋转磁场将以同步转速和转子

向着相同的方向旋转，它并不截切转子绕组，因而不会在转子绕组中感应

任何电势；负序旋转磁场将以2倍于同步转速截切转子绕组，因而将在转

子绕组中感应一具有2倍同步频率的电流。这一具有2倍同步频率的电流

将在激磁绕组回路中流通，也为一单相电流，它也将产生一脉动磁场，沿

着转子磁轴以2倍同步频率脉动。这一脉动磁场同样可以分解为2个向着

相反方向旋转的旋转磁场，对于转子各以2倍同步转速旋转。因为转子本

身正以同步转速旋转着，所以以上所得的由转子电流所生的负序旋转磁场，

相对于定子的转速便为同步转速，它和定子负序磁场同步。由转子电流所

生的正序旋转磁场，相对于定子的旋转转速却为3倍同步转速，它将在定

子绕组中感应一个三次谐波电流。定子绕组中的这个三次谐波电流分量又

将产生一个三次谐波的脉动磁场，沿着定子磁轴以3倍同步频率脉动。该

三次谐波脉动磁场仍旧可以被分解为2个向着相反方向旋转的旋转磁场。

由此而得的正序旋转磁场将以2倍同步转速截切转子绕组，与由转子电流

中的二次谐波分量所全的正序旋转磁场同步。负序旋转磁场则将以4倍同

步转速截切转子绕组，因而在转子绕组中感应一个四次谐波电流。转子电

流中的四次谐波分量将再鼓励2个向相反方向旋转的旋转磁场，对于转子

以4倍同步转速旋转。其负序分量以3倍同步速度截切定子绕组，与由定

子电流中三次谐波分量所生的负序磁场同步；正序分量则以5倍同步转速

截切定子绕组，因而在定子绕组中感应一个五次谐波电流。由定子电流中

的五次谐波分量所产生的定子磁场，将在转子绕组中感应一个六次谐波电

流。六次谐波的转子电流，再将感应一个七次谐波的定子电流。这种反复

反应的过程，理论上将无限止地连续下去，结果是定子电流中包含有基波

分量和所有的奇次谐波分量，转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐

波分量。

5、准同期并列的条件及不符合这些条件所产生的后果：

5.1电压相等。其后果是并列后，发电机和系统间有无功性质的环流显

现。

5.2电压相位一致。其后果是可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁,

或使端部受到庞大的电动力的作用而损坏。

5.3频率不等：其后果是将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的

有功成分在发电机机轴上产生的力矩，将使发电机产生气械振动。当频率

相差较大时，甚至使发电机并入后不能同步。

5.4相序不同会严重烧毁发电机。

6、发电机大轴接地电刷的用途：

6.1排除大轴对地的静电电压。

6.2供转子接地保护装置用。

6.3供测量转子线圈正、负极对地电压用。

7、发电机三相电流不对称运行的影响：

7.1发电机转子表面过热。三相电流不对称，产生负序磁场，这个磁场扫

过转子表面、转子表面产生二倍工频电流而引起损耗，造成局部高温，转

子线圈的温度受到直接的影响。

7.2转子产生振动。一样振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生与

转子磁场不对称有关。不对称的三相电流所产生的负序磁场与转子有相对

速度，而转子磁路是不对称的，当负序磁场正对着转子纵轴邻近时，气隙

小，磁阻小，磁通就大，定子与转子的作用力就大，反之，当负序磁场对

着转子横轴邻近时，气隙大，磁阻大，定子转子的作用力就小。这样，负

序磁场与转子之间作用力时大时小，使力矩脉动，从而使转子产生振动。

所以发电机三相电流不平稳度愈大，这些不利因素愈利害。因此规程规定

发电机在运行时三相电流不对称程度不得超过额定值的10%o

8、端电压高了对发电机本身的影响。

电压高时对发电机的影响：

8.1有可能使转子绕组的温度升高到超出答应值；

8.2定子铁芯温度升高；

8.3定子的结构部件可能显现局部高温；

8.4对定子绕组绝缘产生威逼。

9、端电压低了对发电机本身的影响。

9.1降低运行的稳固性，一个是并列运行的稳固性，一个是发电机电压

调剂的稳固性。

9.2定子绕组温度可能升高。

10、频率高了或低了对发电机本身的影响。

频率最高不应超过52.5HZ,即超出额定值的5虬频率增高，主要是受

转动机械强度限制，频率高，电机的转速高，而转速高，转子上的离心力

就增大，这就易使转子的某些部件损坏。

频率低对发电机的影响：

10.1频率降低引起转子的转速降低，使两端风扇鼓进的风量降低，使发

电机冷却条件变坏，各部分温度升高。

10.2频率低，致使转子线圈的温度增加，否则就得降低出力。

10.3频率低还可能引起汽机断叶片。

10.4频率降低时，为了使端电压保持不变，就得增加磁通，这就容易使

定子铁芯饱和，磁通逸出，使机座的某些结构部件产生局部高温，有的部

位甚至冒火星。

10.5频率低时，厂用电动机的转速降低，致使出力下降，也对用户用电

的安全、产品质量、效率等都有不良的影响。

10.6频率低，电压也低，这是因为感应电势的大小与转速有关的缘故，

同时发电机的转速低还使同轴励磁机的输出减少，影响无功的输出。

第三节变压器部分基础知识

1、变压器作工作原理：变压器工作原理是基于“电生磁、磁生电”这个基本

的电磁现象。以双绕组变压器为例，当一次线圈加上电压UL流过交流

电流il时，在铁芯中产生交变磁通，这些磁通的大部分即链接着本线圈，

也匝链着二次线圈，称为主磁通。在主磁通作用下两侧线圈分别感应起电

势E1和E2,电势的大小与匝数成正比。

2、作用：电力系统中，在向远方输送电力时，为了减少线路上的电能损耗，

需要把电压升高，为了满足用户用电需要，又需要把电压降低，变压器就

是用来改变电压高低的电器设备。仅改变交流电的电压，进行能量的传递,

而不能产生能量，遵守能量转换和守恒原理。

3、分类：

3.2按相数：单相、三相；

3.3按绕组数目：双绕组、三绕组；

3.4按冷却介质：油浸式（自冷、风冷、水冷、强迫油循环及导向风冷

或水冷）、干式；

4、变压器并列运行的条件：

变压器是电力网中的重要电气设备，由于连续运行的时间长，为了使

变压器安全经济运行及提高供电的可靠性和灵活性，在运行中通常将两台

或以上变压器并列运行。变压器并列运行，就是将两台或以上变压器的一

次绕组并联在同一电压的母线上，二次绕组并联在另一电压的母线上运行。

其意义是：当一台变压器发生故障时，并列运行的其它变压器仍可以连续

运行，以保证重要用户的用电；或当变压器需要检修时可以先并联上备用

变压器，再将要检修的变压器停电检修，既能保证变压器的计划检修，又

能保证不中断供电，提高供电的可靠性。又由于用电负荷季节性很强，在

负荷轻的季节可以将部分变压器退出运行，这样既可以减少变压器的空载

损耗，提高效率，又可以减少无功励磁电流，改善电网的功率因数，提高

系统的经济性。变压器并列运行最理想的运行情形是：当变压器已经并列

起来，但还没有带负荷时，各台变压器之间应没有循环电流；同时带上负

荷后各台变压器能合理地分配负荷，即应该按照它们各自的容量比例来分

担负荷。因此，为了达到理想的运行情形，变压器并列运行时必须满足下

面条件：

4.1.额定电压分别相等（答应误差在±5%以内）；

若加于变压器的电压低于额定值，对变压器寿命不会有任何不良影响，

但将影响变压器容量不能充分利用。若加于变压器的电压高于额定值，对

变压器是有不良影响的。当外加电压增大时，铁芯的饱和程度增加，使电

压和磁通的波形发生严重的畸变，且使变压器的空载电流大增。电压波形

的畸变也即显现高次谐波，这要影响电能的质量，其危害如下：

4.1.h引起用户电流波形的畸变，增加电机和线路上的附加损耗。

4.1.2.可能在系统中造成揩波共振现象，导致过电压使绝缘损坏。

4.1.3、线路中电流的高次谐波会影响电讯线路，干扰电讯的正常工作。

4.1.4.某些高次谐波会引起某些继电保护装置不正确动作。

4.2.接线组别相同；

在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线,Y表示

星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次

侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。我厂主变

的接线组别就是“Yn,d11"，其中11就是表示：当一次侧线电压相量作为

分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。

也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30

度）。如果接线组别不同，说明并列变压器的二次线电压不同相，在二次绕

组回路中产生很大的环流，会烧毁绕组。

4.3.阻抗电压应相等（答应误差在±10%以内）；

阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当

二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）

与额定电压的比值百分数。阻抗电压Uk（%）是涉及到变压器成本、效率

和运行的重要经济指标和对变压器进行状态诊断的主要参数依据之一。阻

抗电压不等的变压器并列运行时，其变压器的负荷分配与变压器的阻抗电

压大小成反比。因此要求并列运行的变压器其阻抗电压值之差应在10%以

内。

4.4.相序相同；

5、新变压器或大修后的变压器在正式投运前要做冲击试验的原因：

5.1.检查变压器绝缘强度能否承担全电压或操作过电压的冲击。当拉开

空载变压器时，是切断很小的激磁电流,可能在激磁电流到达零点之前发生

强制熄灭，由于断路器的截流现象，使具有电感性质的变压器产生的操作过

电压，其值除与开关的性能、变压器结构等有关外，变压器中性点的接地方式

也影响切空载变压器过电压。一样不接地变压器或经消弧线圈接地的变压

器，过电压幅值可达4-4.5倍相电压,而中性点直接接地的变压器，操作过电压

幅值一样不超过3倍相电压。这也是要求做冲击试验的变压器中性点直接

接地的原因所在。

5.2.考核变压器在大的励磁涌流作用下的机械强度和考核继电保护在大

的励磁涌流作用下是否会误动。新变压器投入一样需冲击五次，大修后的变

压器投入一样需冲击三次。

5.3.取变压器油样时不退瓦斯保护的原因：

因为只是取少量的油用来油质分析，是不用退出瓦斯保护，因为取油

量很少。取油时油流方向是反的，不会引起瓦斯动作，重瓦斯整定值是油

流速度达到一定值时我们是1M每秒，所以取少量油不可能是油流向油枕

产生很高的速度，而且重瓦斯挡板动作方向也是相反的。

6、瓦斯继电器。

6.1瓦斯继电器工作原理与作用：

在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,

两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以环绕各自的轴旋转。在正常

运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开;

档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生

轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中第一积存于

瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，

接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，

则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方

向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方

向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重

瓦斯”。重瓦斯动作，立刻切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩

大，起到保护变压器的作用。

6.2瓦斯继电器保护范畴：

瓦斯保护是变压器的主要保护，油箱内绕组相间短路、绕组匝间短路、

绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降、分接开关接触不良

等使瓦斯保护动作。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障,

所以不能作为保护变压器内部故障的唯独保护装置。另外，瓦斯保护也易

在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。

6.3瓦斯继电器的安装：

瓦斯继电器安装在变压器到储油柜的连接管路上，安装时应注意：

6.3.1先将气体继电器管道上的碟阀关严。如碟阀关不严或有其他情形，

必要时可放掉油枕中的油，以防在工作中大量的油溢出。

6.3.2新气体继电器安装前，应检查有无检验合格证明，口径、流速是否

正确，内外部件有无损坏，内部如有暂时绑扎要拆开，最后检查浮筒、档

板、信号和跳闸接点的动作是否可靠，并关好放气阀门。

6.3.3气体继电器应水平安装，顶盖上标示的箭头方向指向油枕，工程中

答应继电器的管路轴线方向往油枕方向的一端稍高，但与水平面倾斜不应

超过4%0

6.3.4打开碟阀向气体继电器充油，充满油后从放气阀门放气。如油枕带

有胶囊，应注意充油放气的方法，尽量减少和避免气体进入油枕。

6.3.5进行保护接线时，应防止接错和短路，避免带电操作，同时要防止

使导电杆转动和小瓷头漏油。

6.3.6投入运行前，应进行绝缘摇测及传动试验。

7、突然短路对变压器的危害：

当变压器一次加额定电压，二次端头发生突然短路时，短路电流很大,

其值可达额定电流的20~30倍（小容量变压器倍数小，大容量变压器倍数

大）。强大的短路电流产生庞大的电磁力，对于大型变压器来说，沿整个线

圈圆柱体表面的径向压力可能达几百吨，沿轴向位于正中位置承担压力最

大的地方其轴向压力也可能达几百吨，可能线圈变形、蹦断甚至毁坏。短

路电流使线圈损耗增大，严重发热，温度很快上升，导致线圈的绝缘强度

和机械强度降低，若保护不及时动作切除电源，变压器就有可能烧毁。

第四节电动机部分基础知识

1、感应电动机基本结构及工作原理：

感应电机是一种交流电机，主要作为电动机使用。感应电机运行时，

在气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在相对运动，从而在转于绕组中感

生电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换。感应电机和所有旋转电机一

样，由固定和旋转两大部分组成。固定部分称为定子，旋转部分称为转子,

定转子之间的小间隙称为气隙。为了减小电机的激磁电流，提高功率因数,

感应电机的气隙比其他旋转电机都小，一样为0.2—2mm。

1.1感应电机的定子：

定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。定子铁心是电机磁

路的一部分，为了减少铁心中由交变磁场引起的涡流和磁滞损耗，铁心材

料选用0.5mm厚的硅钢片叠成。10kW以上的电机，硅钢片两面应涂有绝缘

漆以减少涡流损耗。•

1.2感应电机的转子

感应电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。转子铁心也是

电机磁路的组成部分。铁心材料也用o.5mm厚的硅钢片叠成。铁心与转

轴之间必须可靠连接以传递转矩。转子铁心也平均冲出转子槽以嵌放或

浇铸转子绕组。

2、感应电动机的运行原理：

感应电动机是利用电磁感应作用把能量从定子传到转子的，从工作原

理上讲，它与变压器相似，因此可以应用变压器的分析方法导出类似的基

本方程式、等效电路和相量图。当三相感应电动机的定子绕组接至对称的

三相电源时，便有三相电流流通，产生旋转磁动势，并建立旋转磁场。

3、感应电动机的启动：

3.1全电压直接起动：所谓全电压直接起动，就是电动机经开关直接接入额

定电压的电网进行起动。这种起动方法，操作和起动设备都很简单，缺点是

起动电流大，一样达4~7倍额定电流。直接起动受电网容量限制。一样若单

机起动时，如不使电网电压降低10%以上，是答应全压直接起动的。

3.2降压起动：所谓降压起动，就是利用某些设备或者采用电动机定子

绕组换接的方法，使电动机起动时，定子绕组的端电压低于额定电压，从

而减小起动电流，不过，因为电动机的转矩和端电压平方成正比，所以起

动转矩也就减小了。降压起动主要有以下几种方式。

3.2.1在定子电路中串电抗器起动

3.2.2星一三角《/△)起动：这只适用于正常运行时定子绕组为三角形接

法的电动机。定子三相绕组引出线经切换开关使绕组在起动时接成星形，

待升速后，再换成三角形接法投入正常运行。

3.2.3自耦变压器起动

3.3感应电动机的调速：

感应电动机的转速关系式为：

n=(l-s)nl=(l-s)/60f/p

从上式看出，要改变电动机转速，可以从三个方面着手。

1).改变电动机定子绕组的极对数目即变极调速。

2).改变电动机所接电源的频率目即变频调冷。

3).改变电动机的转差率s。在恒转矩调速时，臼

3.3.1变极调速：

变极调速的方法适用于三相笼型电动机，将定子绕组的极对数改变后,

笼型转子绕组的极对数会自动改变，并与定子绕组极对数相同。变极调速

不是平滑调速，而是有级调速、通常定子上只装一套绕组，利用改变绕组

接法得到不同的极对数，故称单绕组变极调速。

3.3.2变频调速：_

用改变电源频率来进行电动机的转速调剂，如使频率H连续变化，则可

得到大范畴的平滑调速，因而调速性能好。只是需要一套价格较昂贵的变

频装置。

3.3.3绕线式电动机转子回路串电阻调速：

当转子回路串入的电阻增大时，由于机械惯性作用，电动机转速不能

突变，则转子电流随电阻增加而减小，电磁功率和电磁转矩又将随转子电

流减小而减小，由于负载转矩不变，转矩平稳受到破坏，因而使电动机减

速，转差率增加，这时转子电动势和转子电流随转差率增加而增加，直至

转矩在新的转速下达到重新平稳为止。转子串电阻调速，方法简单而且可

以平均调速，缺点是转子串入电阻后使铜耗增加，电动机效率降低。

3.4感应电动机的制动：

感应电动机在拖动生产机械时，为满足生产的需要，有时要求制动，

如起重机在重物下放时，为限制下放速度，就需要制动。所谓制动，是指

电动机产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反的一种运行状态，转矩对转

子运动起制动作用。

3.4.1反接制动：

电机转子转向与定子旋转磁场的转向相反，故称反接制动。具体有下述两

种方法。

a）反接正转：状态下运行的电动机定子任意两相对调，则定子电流相序改

变，于是电机进入s=2的制动状态，这时的电磁转矩对转子产生制动作用，

为了使反接时电流不致过大，对绕线式电动机，反接时可在转子回路中串

入电阻，当电动机转速接近零时，应切断电源。

b）正接反转：起重机重物下放时，其运行状态便是正接反转的制动状态。

这时定子接线按电动机运行状态时的接法不变（即所谓正接），利用转子回

路串入较大电阻使转子反转进入制动状态。重物下放时，可调剂转子所串

电阻的大小来控制下放速度。这种制动又称倒拉反转。

3.4.2能耗制动：

将正在运行中的感应电动机的定子绕组从电网中断开，而改接到一个

直流电源上，由于直流激磁在气隙中建立一个静止的磁场，于是对正在旋

转的转子来说；相当于磁场向后旋转，因此由它感应的转子电流所产生的

转矩对转子起制动作用，这时转子上的动能全部消耗在转子铜耗和铁耗中，

故称能耗制动。

3.4.3回馈制动：

当转子的转速超过同步转速，电机进入发电状态，电磁转矩变为制动转矩，

将电能回馈到电网。如起重机用改变电源相序使电机反转下放重物，由于

电磁转矩与重力产生的转矩方向相同，下降速度将超过同步转速，当n

>nl后，电磁转矩变为制动转矩，它与重力矩相平稳时，电机以高于同步

转速的速度匀速下放重物，此时，重物下降失去的位能转换为电能回送给

电机所接的电网。

4、直流电机：

直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流发电机将机械能转

换为电能；直流电动机将电能转换为机械能。

4.1构造

直流电动机主要由磁极、电枢和换向器组成。

4.2工作原理：

和其它各种电机一样，直流电机有一闭合的主磁路。和磁通即在主磁

路中流通，且将与二个电路交链。其中一个电路是用以产生主磁