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注册电气工程师基础考试-电气工程基础复习资料-附2011年真题


十三、电气工程基础

1 电力系统基本知识 1.1 了解电力系统运行特点和基本要求 运行特点:不能大量存储、暂态过程短促、与经济生活密切相关。 基本要求:保证安全可靠供电、保证电能的质量(电压、频率和谐波)、经济性(降低网损、降低煤 耗等)、电能生产要保护环境(限制二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放量)。 1.2 掌握电能质量的各项指标 电压幅值:允许变化范围为额定值的±5%或±7%,对于 35kV 及以上电压级为±5%;10kV 及以 下电压级为±7%。 频率:50Hz,正常运行时允许偏移为±0.2~±0.5 Hz。 谐波:电压正弦波形畸变率不超过 4%或 5%,对于 6~10kV 供电电压不超过 4%;0.38kV 电压不 超过 5%。(波形畸变率:指各次谐波有效值平方和的方根对基波有效值的百分比。) 1.3 了解电力系统中各种结线方式及特点 接线按可靠性可分为无备用和有备用两种。 无备用接线:指每一个负荷只能靠一条线路取得电能。优点是设备费用小,缺点是可靠性差。主要有 三种形式,即放射式、干线式、树状网络。 备用接线:指负荷可以从两条及以上线路取得电能。优点是可靠性高,缺点是设备费用高。主要有三 种形式,即双回线、环网、两端供电。 1.4 掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压 网络额定电压=线路的额定电压=母线的额定电压=用户设备的额定电压 我国电力网络目前的额定电压主要有:3 kV,6 kV,10 kV,20 kV,35 kV,110 kV,220 kV, 330 kV,500 kV。 发电机额定电压规定比网络额定电压高 5%。 变压器额定电压,变压器一次绕组相当于用电设备,一次绕组额定电压=网络额定电压(=相连线路的 额定电压),但当直接与发电机连接时,=发电机额定电压。变压器二次绕组相当于供电设备,二次绕组 额定电压比网络额定电压(相连母线电压)高 10%或 5%(当变压器短路电压小于 7%或直接与用户连接 时高 5%;当变压器短路电压大于等于 7%时高 10%)。 电力系统的平均额定电压, avN≈1.05UN, U 并适当取整, 具体为 3.15kV, 6.3 kV, 10.5 kV, kV, 21 37 kV,115 kV,230 kV,345 kV,525 kV。 变压器的分接头及其变比: 为了调节电压,变压器的高压绕组以及三绕组变压器的中压绕组一般有不同的分接头抽头,用百分数 表示,即表示分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几。 1) 额定变比,即主抽头额定电压之比。 2) 实际变比,即实际所接分接头的额定电压之比。

1.5 了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级 电力网络中性点,指星形接线的变压器或发电机的中性点。 中性点的运行方式或称接地方式,可分为两大类:中性点直接接地;中性点不接地或经消弧线圈接地。 目前,我国 110kV 及以上电力网络采用中性点直接接地方式。优点:1)安全性好,因为系统单相接 地时即为单相短路, 保护装置可以立即动作切除故障; 经济性好, 2) 因中性点直接接地系统在任何情况下, 中性点电压不会升高,且不会出现系统单相接地时电弧过电压问题,网络绝缘水平可按相电压考虑。缺点: 供电可靠性差。 35kV 及以下电网一般采用不接地方式,在电容电流较大的 10kV 和 35kV 电网,采用中性点经消弧 线圈接地的方式。优点:供电可靠性高,因为电力网络发生单相接地时,接地电流只是网络电容电流,比 较小,不是单相短路,保护装置不作用于跳闸,只给出信号,电网可以继续运行 2 小时,故提高了供电可 靠性。缺点:经济性差,因不接地网络发生单相接地时,使不接地相对地电压变为了线电压,故系统的绝 缘水平应按线电压设计,费用较高。此外,中性点不接地系统发生单相接地时,易出现电弧引起的谐波过 电压。为了使电弧容易熄灭,在电容电流较大的 35kV 或 10kV 电网,采用中性点经消弧线圈(电感线圈) 接地。 2 电力线路、变压器的参数与等值电路 2.1 了解输电线路四个参数所表征的物理意义及输电线路的等值电路 电阻 r、电抗 x(0.1445)、电导 g(一般情况约为 0)、电纳 b(7.58×10-6)。 导线的电阻率(铜取 18.8,铝取 31.5Ω·mm2/km)、导线载流部分的标称截面积、三相导线的互几 何均距、导线的自几何均距、分裂导线的自几何均距、分裂间距、三相线路每公里的电晕损耗、线电压、 每相导线组的等值半径。 近似计算时,对于单导线、二分裂、三分裂、四分裂,每公里的电抗值可分别取 0.4Ω、0.33Ω、0.30 Ω、0.28Ω左右。有相同长度分裂导线的等值电抗小于单导线的等值电抗。 集中参数等值电路一般用 Π 等值电路。 修正参数计算:串联阻抗 Z’=Krr0l+jKxx0l;并联导纳 Y’=jKbb0l (Kr=1-(x0b0l)/3;Kx=1-(x0b0-r02b0/x0)l2/6;Kb=1+x0b0 l2/12;) x0、b0、r0、l——分别为每公里电抗、电纳、电阻,线路长度。 当线路长度小于 300km 时,采用近似参数计算: 串联阻抗 Z’=Z=(r0+jx0)l;并联导纳 Y’=jb0l 35kV 及以下电压的输电线路,由于线路长度较短,故也可略去并联导纳,只保留串联阻抗即可。 2.2 了解应用普通双绕组、三绕组变压器空载与短路试验数据计算变压器参数及制定其等值电路 双绕组变压器 电阻 RT:RT=

?PsU N ? 103 (?) 2 SN
2

电抗 XT:XT=

Us % UN ? ? 103 (?) : SN 100

2

电导 GT:GT=

?P0 ? 10 ?3 ( S ) 2 UN

电纳 BT:BT=

I0 % SN ? ? 10 ?3 ( S ) : 100 U N 2 U1N (1 ? 挡位? 挡距) U 2N

变比 KT: KT=

式中:ΔPS—三相短路损耗,kW; UN—变压器的额定线电压,kV; SN—变压器三相额定容量,kVA; Us%—变压器的短路电压百分值; ΔPS—变压器的空载损耗,kW; I0%—空载电流百分值;
三绕组变压器(注意一般归算到高压侧,SN 及 UN 就一定了。) 电阻: 1) 两两短路试验测得短路损耗(或厂家提供):?P’s,1-2、?P’s,2-3、?P’s,3-1 。 2) 折算短路损耗:

?S ?Ps,1-2=?P’s,1-2 ? N ?S ? 2N

? ? ? ?

2

? ? SN ?Ps,2-3=?P’s,2-3 ? ? min(S , S ) ? ? 2N 3N ? ?

2

?S ?Ps,3-1=?P’s,3-1 ? N ?S ? 3N

? ? ? ?

2

3) 计算各绕组短路损耗 ?Ps,1=(?Ps,1-2+?Ps,3-1-?Ps,2-3)/2 ?Ps,2=(?Ps,1-2+?Ps,2-3-?Ps,3-1)/2 ?Ps,3=(?Ps,2-3+?Ps,3-1-?Ps,1-2)/2 4) 计算各绕组电阻

?PsiU N R= ? 103 ?(i ? 1,2,3) 2 SN
2

电抗 1) 根据提供的短路电压百分数 (已折算为变压器额定容量相对应的值) Us,1-2%、 s,2-3%、 s,3-1%。 , U U

2) 计算各绕组短路电压 Us,1%=(Us,1-2%+Us,3-1%-Us,2-3%)/2 Us,2%=(Us,1-2%+Us,2-3%-Us,3-1%)/2 Us,3%=(Us,2-3V+Us,3-1%-Us,1-2%)/2 3) 计算各绕组电抗 Xi=

U si % U N ? ? 103 ?(i ? 1,2,3) 100 SN

2

电纳及变比 同双绕组变压器。 2.3 了解电网等值电路中有名值和标幺值参数的简单计算 标么值是一种相对值,没有量纲的量,大小与基准值的取值有关。

标么值 ?

有名值 基准值

基准值必须与有名值单位相同,取值可以任意选取。 在三相电路中,SB(三相功率)、UB(线电压)、IB(线电流)、ZB(阻抗),有: SB=

3U B I B
SB 3U B

,UB=

3I B Z B
=

IB=

,ZB=

UB 3U B

UB S ,YB= B2 SB UB

2

不同基准值的标么值之间的换算

UN 1) 把设备额定值下的标么值换算为有名值: X ? X N ? SN
UN’为基准的标么值。) 2) 再按统一基准,求出其标么值:

2

(XN 是以设备额定功率 SN 和额定电压

X? ?

U SB X S ? X B2 ? X N ? N 2 SN U B2 UB UB SB

2

3) 对于电抗器,其额定标么值是以电抗器的额定电压和额定电流为基准来表示的。

X R ? X R ( N )?

UN 3I N

或用百分电抗来表示:

XR ?

X R( N ) % U N 100 3I N

4) 理想变压器的变比标么值: K T ?

?

实际变比 基准变比

3 简单电网的潮流计算 3.1 了解电压降落、电压损耗、功率损耗的定义
?

阻抗元件的电压降落, d U

? U 1?U 2 ?
?U ?

?

?

P R ? Q1 X P X ? Q1 R 1 ?j 1 ? ?U1 ? ??U1 U1 U1

电压降落的纵分量

PR ? QX PX ? QR ;电压降落的横分量 ? U ? U U

已知首端电压 U1、等值电抗(R+jX),计算末端电压: U 2 阻抗元件的电压损耗, d U

? (U1 ? ?U ) 2 ? ?U 2

?

PR ? QX U ?S Z ? S2 P2 ? Q2 ( R ? jX ) ? ( R ? jX ) ? ?P ? j?Q U2 U2 ?S B ? ? jU 2 B ?ST ? U 2GT ? jU 2 BT ? ?P0 ? I0 % S NT 100

功率损耗,等值阻抗中的功率损耗

电力线路的并联导纳的无功损耗

变压器并联导纳支路的功率损耗

3.2 了解已知不同点的电压和功率情况下的潮流简单计算方法 电力网的潮流计算, 指根据给定的运行条件确定系统的运行状态 (主要是功率分布和各点电压的数值) 。 根据功率损耗和电压降落公式:

?S Z ?

P2 ? Q2 ( R ? jX ) 2 UN
2

功率损耗公式

?S B ? ? jU N B

?ST ? ?P0 ?
电压降落公式

I0 % S NT 100

U 2 ? (U1 ? ?U ) 2 ? ?U 2 ? U1 ? ?U
(电压降落的纵分量

?U ?

PR ? QX PX ? QR ; 电压降落的横分量 ? U ? ) U1 U1

简单环网的潮流计算: 1) 先不计功率损耗,求出支路的功率分布。

S12 ?

S 2 ( Z 23 ? Z13 ) ? S3 Z13 Z12 ? Z 23 ? Z13 S3 ( Z 23 ? Z12 ) ? S 2 Z12 Z12 ? Z 23 ? Z13

S13 ?

2) 找出功率分点(根据 1)算出功率分布,与各节点负荷进行代数运算,可发现有一个节点的功率 是从两个方向注入的,此节点即为功率分点)。 3) 在功率分点处,按不同支路注入的功率大小,把环网打开,形成两个开式网络。 4) 按开式网络计算潮流的方法,计算功率损耗和电压。 3.3 了解输电线路中有功功率、无功功率的流向与功角、电压幅值的关系 高压输电线路、电阻远小于电抗: 有功功率流向,由两端节点电压的相位决定,从电压相位超前的一端流向滞后的一端。 无功功率流向,由两端节点电压的幅值决定,由幅值高的一端流向低的一端。 3.4 了解输电线路的空载与负载运行特性 空载时,末端的功率为零;电阻可忽略;电纳呈容性; 线路末端电压高于始端电压,即末端电压升高现象。 负载时,轻负荷当负荷电流小于线路电容电流时,会出现末端电压升高现象。当负荷电流大于线路电 容电流时,末端电压将低于首端电压。线路传输的最大功率为 Pmax

?

U1U 2 X

,与两端电压幅值的乘积成

正比,与线路的电抗成反比。实际中要考虑导线发热和系统稳定性等因素,实际能传输的有功功率要小得 多。 4 无功功率平衡和电压调整 4.1 了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求 电力系统的运行电压水平与无功功率的平衡密切相关:系统的无功电源比较充足,系统就有较高的运 行电压水平;反之,无功不足就反映为运行电压水平偏低。 系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功需求,并留有必要的备用容量。当系统出现 无功功率缺额时,系统运行电压将下降;当系统出现无功功率过剩时,应适当减少无功电源发出的无功功 率,否则系统运行电压将上升。 电力系统无功功率平衡的基本要求: QGC

? QLD ? QL ? Qres ? 0 (QGC 为无功功率电源能供应的无

功功率之和;QLD 为无功负荷之和;QL 为网络无功功率损耗之和;Qres 为无功功率备用。) 4.2 了解系统中各无功电源的调节特性 1) 发电机:惟一的有功电源,最基本的无功电源。在不影响有功功率平衡的前提下,通过改变励磁电 流,改变发电机的功率因数,可以调节其无功功率的输出,从而调整系统的运行电压。 2) 同步调相机: 过励磁运行时为无功电源, 欠励磁运行时为无功负荷。 通过改变同步调相机的励磁, 可以平滑地改变其输出或吸取的无功功率,从而平滑地调节所在地区电压。

有功损耗较大,建设投资费用也较大,宜大容量集中安装在枢纽变电所。 3) 静电电容器(并联电容器):只能供给感性无功功率,不能吸收无功功率。所供感性无功功率与 所在节点的电压的平方成正比, QC

?

U2 XC

(其中 XC=1/ωC 为静电电容器的容抗)。

优点:(1) 由许多电容器组成,容量可大可小,可集中使用也可分散使用,使用灵活; (2) 功率损耗比较小,约为额定容量的 0.3%~0.5%;

(3) 没有旋转部件,维护方便。 不足:(1) 调节性能比较差。当系统电压下降需要无功功率时,它供给系统的感性无功功率按电压 的平方减少,导致系统电压水平进一步下降; (2) 靠电容器投、切进行调节,调节过程不连续,不能平滑调压。

4) 静止补偿器:由静电电容器(并联电容器)与电抗器组成。电容器发出无功功率,电抗器可吸收 无功功率,配电力电子调节装置,能够平滑改变输出或吸收无功功率。 同静电电容器(并联电容器)相比,能快速、平滑地调节无功功率,克服了电容器作为无功补偿装置 只能作为无功电源不能作为无功负荷,调节不连续的缺点。 与同步调相机相比的优点:(1)运行维护简单;(2)功率损耗小;(3)能做到分相补偿以适应不 平衡的负荷变化,对于冲击性负荷也有较强的适应性。 5) 在无功功率不足的电力系统中,首先应采取的措施是采用无功补偿装置补偿无功的缺额。 4.3 了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法 引起电压偏移的直接原因是线路和变压器的电压损耗,电压损耗近似等于电压降落的纵分量,即
?U ? PR ? QX U

,当网络参数 R、X 和运行电压 U 确定时,影响电压损耗大小的因素就是通过网络的有功

功率 P 和无功功率 Q。 并联电容补偿: 确定受端应装设的电容器补偿容量: (1) 计算补偿前变压器低压母线归算到高压侧的电压(首端电压已知,用首端功率计算网络的电压 损耗—按额定电压计算输电系统的功率损耗), (2)
' ' U 2 max 、 U 2 min ;

根据调压要求,按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头;

UT ?

' U 2 min U2N U 2 min

(其中, 2 min —最小负荷时低压母线归算到高压侧的实际电压; 2 min — U U

'

最小负荷时低压母线要求保持的电压; U2N—变压器低压绕组的额定电压。) 选定与 UT 最近的分接头 U1T,由此确定变压器的变比: k

? U1T / U 2 N 。

(3)

计算电容器的补偿容量:

QC ?

U 2C max U' ' (U 2C max ? 2 max )k 2 ( U 2 max —最大负荷时低 X k

压母线归算到高压侧的实际电压; U 2 C max —补偿后变电所低压侧要求保持的电压)。 (4) 验算最大负荷时变压器低压侧的实际电压。

并联电容补偿: 在线路上串连接入静电电容器,利用电容器的容抗补偿线路的感抗,在电压损耗中 QX/U 分量减小, 从而提高线路末端电压。提升的末端电压数值随无功负荷大小而变,负荷大时增大,小时减小,恰与调压 要求一致, 这是串联电容器调压的一个显著优点。 但对负荷功率因数高 (大于 0.95) 或导线截面小的线路, 由于分量 PR/U 的比重大, 串联补偿的调压效果就小。 故串联电容调压一般用在供电电压为 35kV 或 10kV 负荷波动大而频繁、功率因数又低的配电线路上。 4.4 了解变压器分接头进行调压时,分接头的选择计算 最大和最小负荷时,变压器低压侧的电压分别取最小和最大值。 降压变压器:(通过功率 P+JQ)

?U T ?

PRT ? QX T U1

U2 ?

U1 ? ?U T k

?

U1T ?

U1 ? ?U T U 2N U2

k?

U1T U2N

其中,U1—高压侧实际电压;U2—低压侧要求得到的电压; U1T—高压绕组分接头电压;U2N—低压绕组额定电压; ?UT—归算到高压侧的变压器电压损耗。 升压变压器:(通过功率 P+JQ)

U1T ?

U1 ? ?U T U2N U2

其中,U1—高压侧要求的电压;U2—变压器低压侧的实际电压或给定电压; 有载调压变压器: 与普通变压器相比,有载调压变压器的优点是:可以带负荷的条件下切换分接头,调压范围较宽,一 般在 15%以上。 我国 110kV 电压等级的有载调压变压器有 UN±8×1.25%共 17 个分接头; 220kV 电压等级的有载 调压变压器有 UN±4×2.5%共 9 个分接头。

在无功充裕和无功能平衡的电力系统中,改变变压器变比调压有良好的效果,应优先采用。在无功不 足的电力系统中,不宜采用改变变压器变比调压,应当首先装设无功功率补偿装置来补偿无功功率的缺额。 5 短路电流计算 5.1 了解实用短路电流计算的近似条件 对称短路:三相短路 f(3),发生概率最小,但情况较严重; 不对称短路:两相短路接地 f(1,1)、两相短路 f(2)、单相短路 f(1),单相短路占大多数,两相短路较少。 短路故障的后果: 1) 出现比正常值大许多倍的电流; 2) 使设备发热; 3) 系统电压大幅下降; 4) 电源并列运行可能失去同步而破坏系统稳定; 5) 不对称短路时的不平衡电流在邻近的电路内感应出很大的电动势,对高压电力线路附近的通信 线路或铁道讯号系统等产生严重影响。 短路计算的目的: 1) 以短路计算为依据,选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备; 2) 对电力网发生的各种短路进行计算和分析,合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其 参数; 3) 设计和选择发电厂和电力系统主接线(确定是否需要采取限制短路电流的措施等); 4) 进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等。 短路电流计算简化假设: 1) 短路时系统中各电源仍保持同步; 2) 不计发电机、变压器等元件的磁路饱和(或应用求解线性电路的方法,如叠加原理进行计算); 3) 元件均用纯电抗表示(忽略高压输电线的电阻和电容,忽略变压器的电阻和励磁电流),可以 避免复数运算; 4) 负荷只作近似估计; 5) 三相系统对称。 5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法

如上图,a、b、c 为电源点,f 为短路点。通过网络变换求短路点的输入阻抗、短路电流。 (1) 星网变换:星形电路化为三角形电路(Y ?),有,

Z8 ? Z 2 ? Z 4 ?

Z2Z4 Z5

; Z9

? Z2 ? Z5 ?

Z 2Z5 Z4

; Z10

? Z 4 ? Z5 ?

Z 4Z5 Z2

?

(2) 将 Z8 和 Z9 支路在节点 b 分开,分开后每个支路电势均为 E 2 ,然后合并 Z8 和 Z1、Z9 和 Z3 。

ZZ Z11 ? 1 8 Z1 ? Z 8 Z Z Z12 ? 3 9 Z3 ? Z9

E 1 Z 8 ? E 2 Z1 ; E4 ? Z1 ? Z 8
?

?

?

E 3 Z9 ? E 2 Z3 ; E5 ? Z3 ? Z9
?

?

?

(3) 化 Z6、Z7 和 Z10 组成的三角形电路为星形电路(? Y),有,

Z13 ?

Z 7 Z10 Z 6 ? Z 7 ? Z10

; Z14

?

Z 6 Z10 Z 6 ? Z 7 ? Z10



Z15 ?

Z6Z7 Z 6 ? Z 7 ? Z10

(4) 合并去路

(Z12 ? Z14) Z11 ? Z13) ? ( E (Z12 ? Z14) E (Z11 ? Z13) ? 5 4 ; Z16 ? E? ? Z11 ? Z12 ? Z13 ? Z14 Z11 ? Z12 ? Z13 ? Z14
?

?

?

(5) 短路点输入阻抗: Z ff
? ?

? Z15 ? Z16

E? (6) 短路电流: I f ? Z ff

短路电流周期分量的计算: (1) 选取基值: SB、UB=Uav,则 IB=

SB 3U av

(2) 计算各元件阻抗标么值,绘出电路图。 发电机、调相机:
" X ? Xd

SB SG

(SG 为发电机、调相机额定功率);

变压器:

X?

U s % SB 100 S N

(Us%为变压器短路电压百分数,SN 为变压器额定功率);

电抗器: X

?

X K % I BU N 100 3I NU B

(XK%为电抗器电抗百分数,UN、IN 为电抗器额定电压、电

流); 负荷:

X ? 0.35

SB SL

(SL 为负荷容量);

线路:

X ? xl

SB 2 UB

(x 为单位公里电抗值,l 为线路长度)。

(3) 化简等值电路,求出电源至短路点 f 的总阻抗

X? 。

(4) 计算 f 点三相短路电流周期分量初值及其他待求量。 例:如下图所示,电力系统在 f 点发生三相短路时的起始次暂态电流。系统各元件参数如下:发电机 G:60MVA,
" " X d =0.12;调相机 SC:5MVA, X d =0.2。变压器 T-1:31.5MVA,Us%=10.5;

T-2:20MVA,Us%=10.5;T-3:7.5MVA,Us%=10.5。线路 L-1:60km;L-2:20km;L-3:10km。 各线路电抗均为 0.4?/km。负荷 LD-1:30MVA;LD-2:18MVA;LD-3: 6MVA。

解:将全部负荷计入,以额定标么电抗为 0.35、电势为 0.8 的电源表示。 (1) 选取 SB=100MVA 和 UB=Uav,计算等值网络各电抗标么值:

发电机 G

调相机 SC

负荷 LD-1

负荷 LD-2

负荷 LD-3

变压器 T-1

变压器 T-2

变压器 T-3

线路 L-1

线路 L-2

线路 L-3

100 ? 0.2 60 100 X 2? 0.2 ? ?4 5 100 X 3? 0.35 ? ? 1.17 30 100 X 4? 0.35 ? ? 1.95 18 100 X 5? 0.35 ? ? 5.83 6 100 X 6? 0.105 ? ? 0.33 31.5 100 X 7? 0.105 ? ? 0.53 20 100 X 8? 0.105 ? ? 1.4 7.5 100 X 9? 0.4 ? 60 ? ? 0.18 1152 100 X 10? 0.4 ? 20 ? ? 0.06 1152 100 X 11? 0.4 ? 10 ? ? 0.03 1152
X 1? 0.12 ?

取发电机的次暂态电势 E1=1.08。 调相机按短路前额定满载运行,可得: E2=U+
" X d I=1+0.2×1=1.2。

(2) 进行网络化简:

X 12 ? ( X 1 // X 3 ) ? X 6? X 9 ?

0.2 ? 1.17 ? 0.33 ? 0.18 ? 0.68 0.2 ? 1.17 4 ? 1.95 X 13 ? ( X 2 // X 4 ) ? X 7? X 10 ? ? 0.53 ? 0.66 ? 1.9 4 ? 1.95 0.68 ? 1.9 X 14 ? ( X 12 // X 13 ) ? X 11? X 8 ? ? 0.03 ? 1.4 ? 1.93 0.68 ? 1.9

E6 ?

E1 X 3 ? E3 X 1 1.08 ? 1.17 ? 0.8 ? 0.2 ? ? 1.04 X1 ? X 3 0.2 ? 1.17 E2 X 4 ? E4 X 2 1.2 ? 1.95 ? 0.8 ? 4 ? ? 0.93 4 ? 1.95 X2 ? X4 E6 X 13 ? E7 X 12 1.04 ? 1.9 ? 0.93 ? 0.68 ? ? 1.01 0.68 ? 1.9 X 12 ? X 13

E7 ?

E8 ?

(3) 起始次暂态电流的计算: 由变压器 T-3 供给的

I" ?

E8 1.01 ? ? 0.523 X 14 1.93

由负荷 LD-3 供给的

I " LD ?3 ?

E5 0.8 ? ? 0.137 X 5 5.83
?

短路处的基准电流: I B

100 SB ? ? 9.16kA 3U av 3 ? 6 .3

短路电流实际值: I 5.3 了解短路容量的概念

? ( I " ? I " LD ?3 ) I B ? (0.523 ? 0.137) ? 9.16 ? 6.05kA

短路容量也称短路功率,=短路电流有效值同短路处的正常工作电压(一般用平均额定电压)的乘积, 即 St

? 3U av I t ? I ?t S B (短路功率的标么值与短路电流标么值相等)

短路容量主要用来检验开关的切断能力。 在短路的实用计算中,通常只用周期分量电流的初始有效值计算短路功率。 5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系 短路冲击电流: 短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流,记作 im。 最大短路电流值用以确定电器设备容量或额定参数。

非周期电流最大初值的条件:(1)相量差 Im-Ipm 取最大可能值;(2)相量差 Im-Ipm 在 t=0 时与时 间轴平行。 冲击电流计算式:iim

? kim I pm

( kim 为冲击系数, 在实用计算中, 当短路发生在发电机电压母线时,

取 1.9;短路发生在发电厂高压侧母线时,取 1.85;短路发生在其他地点时,取 1.8)。 最大有效值电流: 短路电流最大有效值的计算公式: im I 取 1.8 时, I im

? I P 1 ? 2(kim ? 1) 2

(冲击系数取 1.9 时, im I

? 1.62 I P ;

? 1.51I P )。

5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路 静止元件,如变压器和输电线路,正序阻抗和负序阻抗相同。变压器的零序阻抗与其结构及绕组连接 方式有关。 输电线路的零序阻抗不同于正、负序阻抗。 旋转元件中,正序、负序和零序阻抗三者互不相同。 在短路的实用计算中,同步发电机的负序电抗可以认为与短路种类无关,取 Xd”和 Xq”的算术平均数, 即 X2=( Xd”+Xq”)/2。 发电机的零序电抗仅由定子线圈的等值漏磁通确定。 变压器等值电路参数: 1) 变压器的正序、负序和零序的等值电阻相等; 2) 变压器的正序、负序和零序的等值漏抗也相等; 3) 负序励磁电抗与正序相同; 4) 变压器的零序励磁电抗与变压器的铁心结构有关; 5) 变压器正、负序等值电路及其参数完全相同。 输电线路的正、负、零序等值电路: 1) 正、负序及其等值电路及其参数完全相同; 2) 零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能等因素有关; 3) 零序电抗要比正序电抗大,零序电流经过大地及架空地线返回,架空地线会对三相导线产生屏 蔽作用,使零序磁链减少,使零序电抗减小。 5.6 掌握简单电网的正、负、零序序网的制定方法 建立电力网各序网络的基本原理:根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始条件,在故障点分 别施加各序电势,从故障点开始,逐步查明程序电流流通的情况。 正序网络: 与计算对称短路时所用的等值网络相同。 除中性点接地阻抗、空载线路和空载变压器外,电力系统各元件均应包括在正序网络中。 正序网络电源包括所有的发电机和调相机,是有源网络。

负序网络: 将正序网络中各元件的参数都用负序参数代替,令电源电势等于零,并在短路点引入代替故障条件 的不对称电势源的负序分量,便得到负序网络。 负序网络是无源网络。 零序网络: 三相零序电流大小及相位相同,它们必须经过大地(或架空地线、电缆包皮)才能构成通路,电流 的流通与变压器的中性点接地情况及变压器的接法有密切关系。 在短路点施加代表故障边界条件的零序电势。 零序网络是无源网络。 5.7 了解不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网 正序等效定则:
? (n) ?

不对称短路时短路电流正序分量计算式

I al

E? ? ( j ( X 1? ? X ?n ) )

( I (f n ) ? m ( n ) I aln )

简单短路时的附加电抗

(n X ? ) 和比例关系 m (n )

短路类型 f(n) 三相短路 f(3)

附加电抗 0

(n X? )

比例关系 m 1

(n )

两相接地短路 f(1,1)

X 2? X 0? X 2? ? X 0?
X 2? X 2? + X 0?

3 1?

X 2? X 0? ( X 2? ? X 0? ) 2

二相短路 f(2) 单相短路 f(1) 5.8 了解不对称短路的电流、电压计算

3
3

节点的各序电压等于短路点的各序电压加上该点与短路点间的同一序电流产生的电压降。 短路点负序和零序电压最高,节点的负序电压和零序电压比短路点要低。在电源点负序电压等于 0, 零序电压一般在未到电源点就已经降至零值了。 电源点的正序电压最高,负序电压等于 0,零序电压等于 0。 网络各点电压的不对称程序主要由负序分量决定,负序分量越大,电压越不对称。短路点电压最不对 称。单相短路时电压的不对称程度要比其他类型的不对称短路时小些。 5.9 了解正、负、零序电流、电压经过 Y/ -11 变压器后的相位变化 电压、电流的对称分量经过变压器后,可能会发生相位移动,相位移动的方向、大小取决于变压器绕 组的连接级别。

经过 Y/?-11 接法的变压器,由 Y 侧到?侧时,正序系统逆时针方向转过 30°。负序系统顺时针方向 转过 30°。(相电压、线电流) 6 变压器 6.1 了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点 三相组式变压器:由三个独立的单相变压器组成的三相变压器叫三相组式变压器,也叫三相变压器。 结构特点:各相的磁路系统为独立的,彼此无关联。 为便于运输及减少备用容量,大容量的巨型变压器常采用三相组式变压器。 三相芯式变压器 结构特点是三相的磁路连在一起,每相磁通都以另外两相的磁路作为自己的回路。 三相芯式变压器具有消耗材料少,价格便宜,占地面积小,维护简单等优点而应用广泛。 6.2 掌握变压器额定值的含义及作用 额定容量 SN、额定电压 U1N/U2N、额定电流 I1N/I2N、额定频率 f、相数、绕组连接组图与连接组标号、 漏阻抗标么值或阻抗电压 Uk。(三相变压器指线电压、线电流) 6.3 了解变压器变比和参数的测定方法 变比

k?

N1 U 1 U 1 N ? ? N 2 U 20 U 2 N

空载试验(测励磁):可测得变压器的变比 k、空载损耗 P0 和励磁阻抗 Zm。 励磁电阻: Rm

? R0 ?

P0 I 02

(励磁电阻消耗功率即为 P0,相反可通过 P0 求励磁电阻)

励磁阻抗:

Zm ? Z0 ?
Xm ?

U 1N I0

励磁电抗:

2 Z m ? Rm 2

短路试验:可测得变压器的短路阻抗和阻抗电压。(通常将高压绕组接电源,低压绕组接短路。) 短路电阻: RK

?

PK 2 IK UK IK
2 Z K ? RK 2

短路阻抗:

ZK ?
XK ?

短路电抗:

按照技术标准规定,在计算变压器的性能时,对绕组的电阻要换算到 75℃时数值(对 A、E、B 级绝 缘而言,对 F、H 级绝缘为 115℃)。 对铜线变压器换算公式为:

RK 75?C ? RK?

234.5 ? 75 234.5 ? ?

(θ 为试验室温度)

75℃时的短路阻抗为:

2 Z K 75?C ? RK 75?C ? X K 2

阻抗电压 UK 指变压器短路阻抗

Z K 75?C

与一次侧额定电流 I1N 的乘积, 用一次侧额定电压 U1N 的百分

数表示的数据,即

UK ?

I1N Z K 75?C ? 100(%) U 1N

6.4 掌握变压器工作原理 基本工作原理:利用电磁感应作用,把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能。 6.5 了解变压器电势平衡方程式及各量含义 基本方程式 等效电路(T 形等效电路、简化等效电路) 6.6 掌握变压器电压调整率的定义 电压调整率?U%的定义:一次侧加额定电压,负载功率因数一定,二次侧空载电压 U20(也是二次额 定电压 U2N)与负载时电压之差(U20- U2)用二次侧额定电压 U2N 的百分数来表示,即

?U % ?

U 20 ? U 2 U ?U2 U ?U2 ? 100% ? 2 N ? 100% ? 1N ? 100% U 2N U 2N U 1N
'

? I1N R ? cos ? 2 ? I1N Rk sin ? 2 ' ? K 75 c ? ? 100% ?U % ? ? ? ? ? U 1N ? ?
器在额定情况下运行时 β 1; cos ? 2 为负载功率因数。)

(式中 β I1/I1N 为负载系数, 当变压

电压调整率?U%与变压器的参数(漏阻抗)和负载大小与性质有关。是变压器的一个重要运行性能 指标,标志着变压器输出电压的稳定程度。 6.7 了解变压器在空载合闸时产生很大冲击电流的原因 空载合闸时可能产生很大冲击电流,冲击电流的出现是和变压器磁通的建立密切联系在一起。 当电压初相角为 π/2,变压器空载合闸时不产生冲击电流。 合闸电流可达正常空载电流的 50~80 倍, 达额定电流的 5~8 倍 (空载电流约为额定电流的 1/10) , 为使大型变压器合闸电流加速衰减,可在变压器的一次侧串联一个电阻,合闸后将电阻切除。 6.8 了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件 变压器的效率(有功功率):

??

PCu ? PFe P2 P2 ? 100% ? ? 100% ? (1 ? ) ? 100% P2 ? PCu ? PFe P2 ? PCu ? PFe P1
(负荷系数:? ?

P2 ? ?S N cos ? 2 PFe ? P0 ? 常数

I2 ) I2N

PCu ? ? 2 PkN

? ? (1 ?

? 2 PkN ? P0 ) ? 100% ?S N cos ? 2 ? ? 2 PkN ? P0
? P0 PkN

效率最大时的负荷系数: ?

6.9 了解三相变压器联接组和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通的影响 6.10 了解用变压器组接线方式及极性端判断三相变压器联接组别的方法 6.11 了解变压器的绝缘系统及冷却方式、允许温升 7 感应电动机 7.1 了解感应电动机的种类及主要结构 按定子相数:单相、两相、三相感应电动机; 按转子结构:绕线型、鼠笼型(单鼠、双鼠和深槽型)感应电动机。 定子、转子 7.2 掌握感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路 1、三相感应电动机的额定值: 1)、额定功率 PN,指电动机在额定运行时,由轴端输出的机械功率,单位 kW。 2)、额定电压 UN,指电动机在额定运行时加在定子绕组上的线电压,单位 V。 3)、额定电流 IN,指电动机在定子绕组上加额定电压、轴端输出额定功率时,定子绕组中的线电流, 单位 A。 4)、额定转速 nN,指电动机定子边加额定频率的额定电压,且轴输出额定功率时转子的转速,单位 r/min。 5)、额定功率因数 cosφN,指电动机在额定负载时定子边的功率因数。 2、感应电机的同步转速(旋转磁场的转速 n1):

n1 ?

60 f (r / min) p

(式中,f—电网的频率;p—定子绕组的极对数)

3、转差率(S): S

?

n1 ? n n1

(式中,n—转子转速)

三相感应电动机: 电动机输出功率 P2=PN =输入功率 P1-定子铜损 Pcu1 及铁损 PFe-转子铜损 Pcu2-机械功率 Pmec-附加损耗 Pad ; 电磁功率 PM=输入功率 P1-定子铜损 Pcu1 及铁损 PFe ; =输出功率 P2+转子铜损 Pcu2+机械功率 Pmec+附加损耗 Pad ; 总机械功率 PMec=电磁功率 PM-转子铜损 Pcu2=输出功率 P2+机械功率 Pmec+附加损耗 Pad ; 总机械功率 PMec=电磁功率 PM×(1-转差率 S);

电磁功率 PM =总机械功率 PMec÷(1-转差率 S) 转子铜损 Pcu2=电磁功率 PM×转差率 S=电磁功率 PM-总机械功率 PMec; 电磁功率 PM =转子铜损 Pcu2÷转差率 S 7.3 了解感应电动机三种运行状态的判断方法 电动机运行状态:从定子边输入电能,从转子边输出机械能。满足,0<n<n1 或 0<S<1; 发电机运行状态:从转子边输入机械功率,从定子边输出电功率,满足,n>n1 或 S<0; 电磁制动运行状态:从定子边输入电功率,从转子边输入机械功率,满足,n<0 或 S>1。 7.4 掌握感应电动机的工作特性 感应电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率运行的情况下,电动机的转速 n、定子电流 I1、功 率因数 cosφ1、电磁转矩 T 和效率η与输出功率 P2 的关系。工作特性曲线如下:(P365) 效率特性: ?

?

? P? P2 ? 100% ? ?1 ? ? ? ? 100% ? P P ? 1 1 ? ?

(∑P=定子铜损 Pcu1+铁损 PFe +转子铜损 Pcu2+机械功率 Pmec+附加损耗 Pad)
7.5 掌握感应电动机的启动特性 启动时,启动电流很大,启动转矩不大。 启动电流: I

?

?R ? R ? ? ?X
1 ' 2 2

U1

1

' ? X2?

2

7.6 了解感应电动机常用的启动方法 直接启动:直接把电动机的定子绕组接到额定电压的电源上。只用在供电变压器的容量较大,电动机 的容量较小时。一般而言,容量在 7.5kW 以下的小容量电动机都可直接启动。 降压启动: 1)、Y—Δ启动法: 适用于额定运行时定子绕组为Δ连接的电动机。 启动时,定子绕组先作 Y 形连接,待转速增加到接近额定转速时再改换为Δ连接。 采用这种方法启动时,每相定子绕组所承受的电压降低到电源电压的 1/√3;启动的线电流为直接 启动时的 1/3;转矩也减小到直接启动时的 1/3。 这种启动方法只能用在空载或轻载启动的场合。 2)、定子边串联电抗器启动法: 在电动机开始启动时,在定子边串接电抗器以降低其端电压,到转速接近额定转速时再将它切除。 采用这种方法启动时,电动机的启动电流按其端电压的比例降低,启动转矩按其端电压的平方的比 例降低。 这种启动方法常用于高压电动机。 3)、自耦变压器启动法:

在电动机开始启动时,利用自耦变压器降低定子绕组的端电压,到转速接近额定转速时再将它切除 将电动机直接接电源。 采用这种方法启动时,电动机的启动电流和启动转矩按其端电压的平方的比例降低。 与串联电抗器 启动比较,这种方法的优点是电动机在同样降低的端电压下,电源供电电流可较小。 这种启动方法多用于大、中型电动机。 4)、延边三角形( )启动法:

适用于额定运行时定子绕组为Δ连接的电动机。 启动时,定子绕组先作 形连接,待转速增加到接近额定转速时再改换为Δ连接。

采用这种方法启动时,相电压比 Y—Δ启动时的 Y 连接的要高,它的启动转矩较大。因此这种启动 方法可以重载启动。 7.7 了解感应电动机常用的调速方法 感应电动机的转速表达式: n

? (1 ? S )n1 ? (1 ? S )

60 f p

变极调速(p); 变频调速(f); 改变转差率调速(S):改变定子端电压 U1、改变转子电阻 R2’、串级调速。(转子串电阻的方法是将 一部分电磁功率消耗在串入的电阻上,使输出功率减少来达到调速的目的。串级调速方法是将转子电路中 消耗的部分功率反馈到电网上去来实现调速,因而串级调速的经济性能好,但设备费用高。) 7.8 了解转子电阻对感应电动机转动性能的影响 启动转矩 Tst: Tst

?

' m1 U12 R2 ? ' ' ?1 R1 ? R2 2 ? X 1 ? X 2

?

? ?
2

?

2

??

2?n 2? 60 f 2?f ? ? ? 60 60 p p

Tst ?

' ' 2?f R1 ? R2 ? X 1 ? X 2

??

' m1 pU12 R2

? ?

??
2

(式中,R1、X1—定子电阻及漏抗;R2‘、X2‘—定子电阻及漏抗;m1—定子绕组相数;p—极 对数。)
' R2 m1 pU SN 2 1

额定转矩 TN:

TN ?

?? R' ? R1 ? 2 2?f ?? SN ?? ?

? ' ? ? X1 ? X 2 ? ?

2

?

?

2

? ? ? ?

m1 pU 12 最大转矩 Tm: Tm ? ' 4?f X 1 ? X 2

?

?

电动机的过载能力:km=Tm/TN

启动转矩倍数:kst=Tst/TN

转子串电阻调速:转子串入电阻 Rs 后转速为 n,调速后转差率 S=(n1-n)/n1,串入电阻的计算式:

RS ? (

S ? 1) R2 SN

(R2—转子实际电阻。)

T?

2Tm S Sm
' Sm ? 1) R2 Sm

Rj ? (

7.9 了解电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及其确定、冷却方式 7.10 了解感应电动机拖动的形式及各自的特点 7.11 了解感应电动机运行及维护工作要点 8 同步电机 8.1 了解同步电机额定值的含义 对同步发电机而言: 额定容量 SN 是指出线端的额定视在功率,单位为 kVA 或 MVA。 额定功率 PN 是指发电机输出的额定有功功率,单位为 kW 或 MW。(对电动机而言,PN 是指轴上输 出的有效机械功率,单位为 kW 或 MW。) 额定电压 UN 是指在额定运行时,电机定子三相的线电压,单位为 V 或 KV。 额定电流 IN 是指在额定运行时,流过电机定子的线电流,单位为 A。

IN ?

PN 3U N cos ? N

额定功率因数 cos ? N

, cos ? N =PN/SN
2 2 S N ? PN

SN =PN/ cos ? N 。

额定输出的无功功率:QN=

8.2 了解同步电机电枢反应的基本概念 电枢磁动势(定子绕组上产生)对励磁磁场(转子磁动势)的影响。 8.3 了解电枢反应电抗及同步电抗的含义 电 电枢反应电抗 Xa 综合反映了电枢反应磁通对电枢一相绕组所产生的影响而转化为电路的一个参数。 枢反应电抗越大,电枢反应电动势就越大。电枢反应电抗的大小反映了电枢反应的强弱。 同步电抗=电枢漏电抗+电枢反应电抗之和。漏电抗小于电枢反应电抗。 同步发电机在正常运行时,气隙磁场以同步转速旋转而幅值大小恒定的旋转磁场,它与电枢绕组有相 对运动,故在电枢绕组内会感应电动势。而它与励磁绕组同速同方向旋转,即相对静止,它不会在励磁绕 组内感应电动势。

在隐极同步发电机中,由于气隙均匀,有:直轴电枢反应电抗 Xad=交轴电枢反应电抗 Xaq=Xa>漏电 抗 Xs。 凸极同步发电机中,由于气隙不均匀,直轴气隙小,交轴气隙大,有:直轴电枢反应电抗 Xad>交轴 电枢反应电抗 Xaq>漏电抗 Xs。 8.4 了解同步发电机并入电网的条件及方法 并入电网条件:频率相同、电压波形相同、电压大小及相位相同、相序相同。 同步发电机并入电网的方法:准同步法、自同步法。 准同步法先励后并,即先将发电机加励磁。后调节其转速和电压,当满足并网条件后并列。 自同步法先并后励,即发电机先不加励磁,而是先校验好发电机的相序后启动发电机,把转速调到接 近同步转速后即投入电网并立即加励磁,发电机便自动牵入同步。 8.5 了解同步发电机有功功率及无功功率的调节方法 有功功率调节:通过调节原动机对发电机的输入功率来实现。有功功率的变化按照发电机的功角特性 来变化的,输出功率大,功角就增大,输出功率小,功角就减小。 静态过载倍数或静态过载能力, k M

?

PM max 1 ? PN sin ? N

(一般要求,kM>1.7,同步发电机额定运

行时的功角为 25~35°。 无功功率调节:通过调节发电机的励磁电流来实现。 并联于无穷大电网的同步发电机,欲提高其静态稳定性能应当采取以下两种措施:1)增大励磁电流, 使励磁电动势 E0 增大;2)减小输出功率,使功角θ减小。 并联于无穷大电网的发电机,欲提高其过载能力,应当增大励磁电流,减小发电机的输出功率。 一台并联于无穷大电网的同步发电机,在电流落后于电压某一相角时,保持原动机输入不变,逐渐减 小励磁电流,则电枢电流先减小后增大。 并联于无穷大电网的同步发电机,若保持有功功率不变,由过励运行状态变为欠励运行,则功率因数 角由正变负,功角由小变大。 并联于无穷大电网的同步发电机,若保持电枢电流为额定值,欲使 cosφ=0.8(滞后)变为 cosφ =0.9(滞后),必须减小励磁电流,同时增加输入功率。 功角特性表达式: P

?

mUE0 sin ? XC

(隐极同步发电机 m=

3)

(m—极对数,3;E0—每相励磁电动势;U—每相电压;XC—发电机电抗;功角θ) 判断同步电动机运行在过励状态的依据是电流超前电压。 判断同步发电机运行在过励状态的依据是电流滞后电压。 故障时,端电压及频率都下降了 10%,则有:U、f、Xc、E0 及转速 n 都下降 10%。 8.6 了解同步电动机的运行特性 有功功率调节的功角特性

无功功率调节的 V 形曲线 8.7 了解同步发电机的绝缘系统、温升要求、冷却方式 绕组的绝缘:定子、转子绝缘 常用冷却介质:空气、氢所、水。 8.8 了解同步发电机的励磁系统 同步发电机的励磁系统指同步发电机励磁绕组的供电电源,分他励和自励。他励系统由本身以外的电 源供电的励磁系统。自励系统是由本身供电的励磁系统。 直流电机励磁系统 他励整流器励磁系统 自并励系统-由同步发电机的电压取得能量的自励系统。 自复励系统-由同步发电机的电压和电流两者取得能量的自励系统。 (三次)谐波励磁系统,用低压小型发电机。 8.9 了解同步发电机的运行和维护工作要点 9 过电压及绝缘配合 9.1 了解电力系统过电压的种类 过电压—指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高。 工频过电压 暂时过电压 内部过电压 电力系统过电压 操作过电压 直接雷电过电压 雷电过电压 感应雷击过电压 引起工频电压升高的原因:空载长线的电容效应、不对称短路、甩负荷等。 线性谐振过电压、铁磁谐振、参数谐振 引起操作过电压的原因:切断空载线路、空载线路合闸、切断空载变压器、断续电弧接地等。 220kV 以下的系统中,要把雷电过电压限制到比内部过电压还低的水平是不经济的,因此这些系统中 电气设备的绝缘水平主要由雷电过电压所决定。 超高压系统中,雷电过电压一般不如内部过电压危险性大,因此系统中电气设备的绝缘水平主要由内 部过电压水平所决定。 严重污秽地区的电网外绝缘水平主要由系统最大运行电压所决定。 9.2 了解雷电过电压特性 雷电放电引起很高的雷电过电压,雷电流高达数十、数百千安,从而会引起巨大的电磁效应、机械效 应和热效应。 谐振过电压 线性谐振过电压 铁磁谐振过电压 参数谐振过电压

雷电流是指被击物体的集中阻抗为 0 时流经被击物体的电流。 在防雷设计中,采用 2.6/40μs 的波形。 雷电流的幅值和波前时间的比值为波前陡度α,它也是防雷设计和决定防雷保护措施时的一个重要参 数,我国规定,α=I/2.6(kA/μs),最大极限值一般可取 50 kA/μs 左右。 雷电过电压的特点:幅值高,频率高。 对于感应过电压: 1) 由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应过电压称为感应过电压的静电分量。 感应过电压的静电分量是由于先导通道中的电荷被中和所引起。 2) 感应过电压的极性与雷电流的极性相反。 3) 感应过电压的电磁分量是由于先导通道中雷电流所产生的磁场变化而引起。 9.3 了解接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念 接地就是将电气回路中的某一节点通过导体与大地相连,使该节点与大地保持等电位。 埋入地中的金属接地体称为接地装置。由于金属的电阻率远小于土壤电阻率,所以接地体本身的电阻 在接地电阻中可以忽略不计,接地电阻的数值与接地装置的形状、尺寸有关,也与土壤电阻率有关。 接地电阻 R:接地点处的电位与接地电流的比值。 接触电压 Uj:人所站立的地点与接地设备之间的电位差,取人手摸设备的 1.8m 高处,人脚离设备地 水平距离 0.8m。 跨步电压 Uk:人的两脚着地点之间的电位差,取跨距为 0.8m。 一般超过 10mA 的电流通过人体就有危险, 减小接地电阻或改进接地设备的结构形状可以降低接触电 压和跨步电位。 电力系统中的三类接地: 1) 工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地,如三相系统的中性点接地,双极直流 输电系统的中性点接地等。它要求的接地电阻值大约在 0.5~10Ω的范围内。 2) 保护接地:为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它在故障条件下才发挥作用。 它要求的接地电阻值大约在 1~10Ω的范围内。 3) 防雷接地:用来将雷电流顺利泄入地下,以减少它所引起的过电压,是防雷保护装置不可或缺 的组成部分。接地电阻值一般在 1~30Ω的范围内。 9.4 了解氧化锌避雷器的基本特性 MOA—金属氧化物避雷器。 非线性特性:正常工作电压下,阻值很大(电阻率高达 1010~1011Ω·m),通过的漏电流很小(< 1mA);在过电压作用下,阻值会急剧变小。 避雷器带(串联火花)间隙的作用:解决大电流下残压过高的问题。(正常运行,串联电阻共同承担 工作电压,可以将漏电流限制到足够低的数值;在遇到冲击放电电流过大,残压可能超过应有的保护水平 时,与串联电阻并联的间隙立即放电、短接串联电阻,残压仅由未短接电阻决定,从而解决大电流下残压 过高的问题。)

与传统的有串联间隙的 SiC 避雷器相比,无间隙 ZnO 避雷器有下列优点: 1) 省去了串联火花间隙,结构大大简化,体积也缩小很多; 2) 保护特性优越:没有间隙的放电时延,有良好的陡波响应特性,特别适合于伏秒特性十分平坦的 SF6 组合电器和气体绝缘变电所的保护。 3) 无续流(ZnO 避雷器的续流仅为微安级),动作负载轻,能重复动作实施保护。在雷电或内部过 电压作用下,只吸收过电压的能量,而不吸收续流能量,因而动作负载轻;再加上 ZnO 阀片的通 流容量远大于 SiC 阀片,所以 ZnO 避雷器具有耐受多重雷击和重复发生的操作过电压的能力。 4) 通流容量大(可用来对内部过电压进行保护)、能制成重载避雷器(采用多阀片柱并联的办法增 大通流容量)。 5) 耐污性能好。 6) 无串联火花间隙,也就无灭弧电压、冲击放电电压等特性参数。 9.5 了解避雷针、避雷线保护范围的确定 装设避雷针或避雷线可使设备免受直接雷击,所谓免受是指受雷击的概率小于 0.1%。 1、单支避雷针保护范围: 当 hx≥h/2 时,rx=(h—hx)p 当 hx<h/2 时,rx=(1.5h—2hx)p 其中:h—避雷针高度,m; hx—保护高度,m; rx—hx 水平面上保护保护范围的截面,m; p—高度影响系数,h≤30 m 时,p=1;30<h≤120 m 时,p=

5.5 。 h

2、两支等高避雷针保护范围: 一般两针间的距离与针高之比 D/h≤5。 两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定。 两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点 o 的圆弧来确定, 点的高度 o ho=h—D/7p bx=1.5(ho—hx) 3、两支不等高避雷针保护范围:f=D’/7p。 4、多支等高避雷针 5、避雷线(架空地线)的保护范围: 1) 单根避雷线的保护范围 当 hx≥h/2 时,rx=0.47(h—hx)p 当 hx<h/2 时,rx=(h—1.53hx)p 2) 两根等高避雷线的保护范围

两线外侧的保护范围按单线计算。 两根间的保护范围应按通过两点及保护范围上部边缘最低点 o 的圆弧来确定,o 点的高度 ho=h—D/4p 独立避雷针:指有自己专用的支座和接地装置的避雷针,其接地电阻一般不应超过 10Ω。 规程规定: 1)、110kV 及以上配电装置,一般将避雷针装载构架上,但在土壤电阻率 ρ>1000Ω·m 的地区,仍 宜装设独立避雷针,以免发生反击。 2)、35 kV 及以下配电装置应采用独立的避雷针来保护。 3) 66kV 配电装置,在土壤电阻率 ρ>500Ω·m 的地区,装设独立避雷针。在土壤电阻率 ρ<500 Ω·m 的地区容许采用构架避雷针。 10 断路器 10.1 掌握断路器的作用、功能、分类 作用:正常情况下接通和断开电路;故障下迅速开断故障电流的开关设备。包括,1) 能切断或闭合 高压线路的空载电流;2) 能切断与闭合高压线路的负荷电流;3) 能切断与闭合高压线路的故障电流。 最大特点:能断开负荷电流和短路电流。(隔离开关的主要功能:保证高压电气设备在检修时的安全, 即隔离高压)。 最重要的任务:熄灭电弧。 分类:多油、少油、SF6、真空、空气断路器、GIS。 SF6 断路器的特点:1)断口电压高;2)允许断路次数多,检修周期长;3)开断性能良好;4)不易 着火,运行更安全;5)占地少;6)价格高。(SF6 气体绝缘介质的灭弧能力是空气的大约 100 倍。) 真空断路器的特点:真空作绝缘和灭弧介质。真空间隙较小,触头开距小。 空气断路器的特点:压缩空气不仅作为灭弧和绝缘介质,还作为传动的动力。具有:断流容量大,灭 弧时间短,快速自动重合闸断流容量不降低。 GIS 的特点:占地面积小、占用空间少、运行可靠性高、检修周期长、不受外界环境条件下的影响、 抗震能力强。价格昂贵。 10.2 了解断路器的主要性能与参数的含义 额定电压 UN:断路器长期工作的标准电压。 最高工作电压:3-220kV 断路器,最高工作电压比额定工作电压高 15%,330kV 及以上电压,高 10%。 有 3.5、6.9、11.5、40.5、126、252、363、550、825kV。 额定电流 IN:断路器允许的长期工作电流。我国规定的额定电流有:200、400、630、1000、1600、 2000、3150、4000、5000、6300、8000、12500、16000、20000A。 额定开断电流 IbrN:额定电压下断路器能够开断的最大电路电流。我国规定的额定开断电流有:1.6、 3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA。 额定开断容量 SbrN:胜于表征断路器的开断能力,SbrN=

3 UNIbrN。

额定关合电流 Imc: 预伏故障—当断路器合到已经短路或设备检修后未拆除接地线的系统时, 合闸的过 程中就会发生短路故障,这种故障叫预伏故障。Imc=2.55IbrN。断路器的关合能力与操作机构密切相关。 额定热稳定电流 It:一般规定 2s 时间内能够承受的电流有效值为额定热稳定电流,单位 kA。 额定动电稳定流 Iam:在额定状态下,断路器所能承受的峰值电流,规定 Iam=Imc。 分闸时间:全分断时间包括固有分闸时间和燃弧时间。 延时是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 0.3~0.5s。 强送电时间一般选择为 180s。 10.3 了解断路器常用的熄弧方法 电弧的形成主要取决于游离过程与去游离过程。电弧中游离和去游离的竞争,决定了电弧的状态。 熄弧的方法:1)高强度介质(油—氢气-是空气的 7.5 倍、SF6 气体-是空气的 100 倍、高真空、高 气压);2)吹弧;3)多断口;4)快速分断。 10.4 了解断路器的运行和维护工作要点 11 互感器 11.1 掌握电流、电压互感器的工作原理、接线形式及负载要求 电流互感器: 一次绕组串接于一次系统,二次绕组在正常情况下近于短路状态下运行,不能开路。 负载要求:不能开路。二次侧接测量仪表、继电器以及各种自动装置的电流线圈。二次负荷阻抗很小, 负载包括所接仪器仪表的阻抗和连接电缆的阻抗。二次负荷阻抗的大小对互感器的准确度有很大的影响。 接线形式: 单台电流互感器接线,常用于对称三相负荷电流测量,只测量一相电流。 星形接线,可测量三相电流,监视每相负荷不对称的情况。 不完全星形接线,只测量 A、C 两相电流。 电压互感器: 一次绕组并接于一次系统,二次绕组在正常情况下近于开路(空载)状态下运行,不能短路。 二次侧负荷比较恒定,所接测量仪表和继电的电压线圈阻抗很大。 二次侧电压统一定为 100V(中性点直接接地系统),100/ 接线形式: 单相接线,用于测量线电压。 星形接线,可测量三相电压,第三绕组接成开口三角形,用于测量零序电压。 不完全星形接线,用于测量各相间电压,但不能测量相对地电压。 3~35kV 电压互感器,一般经隔离开关与熔断器接入电网。110kV 及以上电压互感器,由于互感器 可靠性较高,且高压熔断器制造困难,价格昂贵,因此电压互感器经隔离开关直接接入电网。 负载要求: 不能短路; 二次负荷超过允许范围, 准确度会下降, 负载一般要求在额定负载容量的 25%~ 100%范围内,过大或过小,互感器的误差都会增大。

3 (中性点非直接接地系统)。

二次设接地点,确保二次设备和人身安全,属于保护接地。 11.2 了解电流、电压互感器在电网中的配置原则及接线形式 电流互感器的配置要求: 1)、应尽量避免主保护出现死区。 2)、应能可靠保护系统的各种类型故障,一般情况下,在中性点有效接地的电网中,应配置三相电流 互感器;在非有效接地的电网中,可配置二相或三相电流互感器。 3)、为可靠地保护主设备的各个部位,一般情况下,每个主设备至少配置 1 组电流互感器。 4)、二次绕组的数量及其特性应满足继电保护、自动装置和测量仪表、电能计量装置的要求。 电压互感器的配置应满足继电保护、自动装置、测量仪表和计量装置的要求,一般在下列地点应设置 电压互感器: 1)、发电厂、变电所的每段母线上(主母线接,旁路母线不接)。 2)、发电机的出线端部。 3)、需要检测电压的同期点。 4)、在继电保护、自动装置和计量装置需要时,在进、出线的外侧。 5)、多绕组的电压互感器不能满足要求或实施困难时,应按用途装设独立的电压互感器。 11.3 了解各种形式互感器的构造及性能特点 12 直流电机基本要求 11.1 了解直流电机的分类 按防护形式、用途、容量大小、励磁方式。 12.2 了解直流电机的励磁方式 直流电机的励磁方式是指对励磁绕组的供电方式。分他励、并励、串励、复励。 他励发电机:电压变化率小,电压调节范围大,适用于实验室设备及要求调压范围大的大型电机,如 发电机—发动机组。 并励发电机:不需要其他电源励磁,使用方便。广泛应用于供电线路较短而不需要补偿线路压降的电 源,如同步电动机的励磁机、蓄电池的充电电源等。 复励发电机:可通过调节其串励部分以满足不同负载的要求,用途广泛。 并励电动机:有硬的机械特性,适用于要求硬机械特性的场合,如切削机床、轧钢机、造纸机等。 串励电动机:有软的机械特性,过载能力大,走动转矩大,适用于电力机车、无轨电车、起重机、卷 扬机和电梯等。 复励电动机:起动转矩大,机械特性硬,又无空载飞速的危险,因此广泛用于冲床、刨床、吊车、电 梯、船用甲板机械等。 12.3 掌握直流电动机及直流发电机的工作原理 直流电动机的工作原理:从电枢端输入电功率,从轴上输出机械功率。 直流发电机的工作原理:电机从转子边输入机械能,从电枢端送出直流电能。 直流电机的电枢电动势大小与电机结构、每极磁通和转速有关。

他励直流发电机

Ea ? Ce?n
直流电机的电磁转矩大小与电机结构、(负载时)每极磁通和电枢电流有关。

T ? CT ?I a
直流电动机有关计算: 输入功率: P 1

CT ? 9.55Ce

?

PN

?N

;额定电流: I N

?

P 1 UN

;励磁电流: I f

?

UN Rf

;额定转矩:

TN ?

PN P ? 9550 N nN ?N

有: P 1

? PM ? Pcuf ? Pcua ? Pc

PM ? P ? Pcuf ? Pcua ? Pc 1

PM ? P2 ? PFe ? Pmec ( P2 ? PN )
P ? P2 ? ?P 1
励磁电流: I fN

?P ? Pcuf ? Pcua ? Pc ? PFe ? Pmec


?

UN Rf

励磁损耗: PCuf

? I fN R f ;
2

电枢铜耗 PCua 与电枢接触损耗 Pe 之和为: P Cua 电机的总损耗: ?P

? Pe ? I aN Ra
2

(Ra 电枢回路电阻);

? Pcuf ? Pcua ? Pc ? PFe ? Pmec ; ? I aN ? I fN ;

电机的额定电流: I N 输入功率: P 1

? UN IN ? P ? ?P 1

额定输出功率(kW): PN

电磁转矩: TN

?

PN P ? 9550 N nN ?N

额定负载时的效率: ? N

?

P2 PN PN ? ? P PN ? ?P PM ? PFe ? Pmec 1

直流发电机有关计算:

输入功率: P 1

?

PN

?N
UN Rf

;输入转矩: T1

?

P P 1 ? 9550 1 nN ?N

;额定电流: I N

?

PN UN

励磁电流: I f

?



额定运行时的电枢电流: I aN

? IN ? I f



电枢铜耗 PCua 与电枢接触损耗 PC 之和为: P Cua 励磁损耗: PCuf

? Pc ? I aN Ra
2

(Ra 电枢回路电阻);

?UNI f ;

额定运行时的电磁功率(kW):PM=PN+PCuf+ PCua+Pc; 电磁转矩: T

?

PM P ? 9550 M nN ?N

额定负载时的效率: ? N

?

P2 PN PN ? ? P PN ? ?P PM ? PFe ? Pmec 1 PM ? P ? Pmec ? PFe 1

有: P 1

? PM ? Pmec ? PFe

PM ? P2 ? Pcuf ? Pcua ? Pc
P ? P2 ? ?P 1

?P ? Pmec ? PFe ? Pcuf ? Pcua ? Pc

12.4 了解并励直流发电机建立稳定电压的条件 并励直流发电机的自励条件: 1)、电机有剩磁。 2)、励磁绕组与电枢绕组的连接和电枢旋转方向必须正确配合,以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁 方向一致。 3)、励磁回路的总电阻小于与电机额定转速相对应的临界电阻,以使场阻线与电机的磁化曲线有交点, 该点就是电枢电动势的稳定点。 4)、电机磁路饱和。 12.5 了解直流电动机的机械特性(他励、并励、串励) 直流电动机的机械特性是指电压 U 为常数,电枢回路和励磁回路的电阻不变的情况下,电动机的转速 n 和电磁转矩 T 之间的关系 n=f(T)称为机械特性。直流电动机的励磁方式不同,机械特性也不同。 他励和并励直流电动机的机械特性:

根据,直流电动机的电动势平衡方程式: U

? Ea ? I a Ra ;电枢电动势: Ea ? Ce?n ;电磁转矩:

T ? CT ?I a ,得到:

并励直流电动机: 直接启动时(n=0,Ea=0)启动电流: I

? I a? I f ?

UN UN ? Ra R f

额定电流: I N

?

P P 1 ? N U N ? NU N

欲使启动电流限制为额定电流的 m 倍,求启动变阻器电阻 Rj:

mI N ?

UN ? If Ra ? R j

Rj ?

UN ? Ra mI N ? I f PN nN

额定运行时的输出转矩 TN: TN

? 9550

额定运行时的电磁功率 PM: PM

2 ? P ? PCuf ? ( PCua ? Pc ) ? U N I N ? U N I fN ? I aN Ra 1

电磁转矩 T: T

? 9550

PM nN

由额定运行时电动势平衡方程式 U N

? Ea ? I aN Ra 和 Ea ? Ce?nN ,可得到:
Ce? ? U N ? I aN Ra nN

理想空载转速 n0: n0

?

UN Ce?

负载不变,电枢电流 IaN 不变,当串入电阻 Rj 后的转速 n: n

?

Ea U N ? I aN ( Ra ? R j ) 。 ? Ce? Ce?

将直流发电机改为电动机运行,其额定功率将减小; 将直流电动机改为发电机运行,其额定功率将增大; 一台并励直流电动机,在电枢电路串电阻调速时,如果电源电压不变,励磁不变,负载转矩不变, 则输入功率不变。

一台并励直流电动机,如果电源电压和负载转矩不变,若减小励磁电流,则稳定运行时,电枢电 流增加,转速上升。 12.6 了解直流电动机稳定运行条件

12.7 掌握直流电动机的起动、调速及制动方法 对直流电动机启动的基本要求: 1) 有足够大的启动转矩; 2) 启动电流限制在允许范围内; 3) 启动时间要短,符合生产要求; 4) 启动设备简单、经济、可靠。 常用的启动方法有:直接启动、电枢电路串变阻器启动、降压启动。在任何一种启动方法中,最根本 的原则是确保足够大的启动转矩和限制启动电流。 直流电动机的调速方法有三种:调节励磁电流调速,即调节电动机的磁通调速、调节电枢端电压调速、 调节电枢电路中的电阻调速。 直流电动机的制动有三种方法:能耗制动、反接制动、回馈制动。 13 电气主接线 13.1 掌握电气主接线的主要形式及对电气主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求:可靠性(最基本要求)、灵活性(操作、调度、扩建方便性)、经济性(节 省一次投资、 占在少、损耗少)、可扩展性。 电气主接线的主要形式: 有汇流母线接线:包括单母线形式、双母线形式(特点:供电可靠,高度灵活)、3/2 接线形式、4/3 接线形式、变压器母线组接线,以及相关的分段、旁路派生形式等。 一般特点:接线清晰,运行方便,易于安装;但配电装置占地面积大,使用断路器等设备较多。 一般适用于:有较多出线的场合。 无汇流母线接线:包括单元接线、桥形接线、角形接线等。 一般特点:使用开关设备少,占地面积;但运行不灵活,不易扩建。 一般适用于:出线少、不再发展的场合。 系统中设置旁路母线的主要作用为:可检修出线断路器时不致中断该出线回路供电。 工作可靠性由高到低的次序排列:3/2 接线>双母线>单母线接线。 内桥接线适用于外部系统频繁切换的场合;外桥接线则适用于内部变压器经常切换的场合。当外部系 统有穿越功率流过时,也常采用外桥式接线。 13.2 了解各种主接线中主要电气设备的作用和配置原则 断路器具有来弧能力,一般用于载流线路的开合;隔离开关不具有灭弧能力,只提供一个明显的断口。 13.3 了解各种电压等级电气主接线限制短路电流的方法 (1) 采用适当的主接线形式;

(2) 采用适当的运行方式(环网接线系统在负荷允许条件下,在穿越功率最小处解环); (3) 采用限流电抗器; (4) 采用低压分裂绕组变压器。 14 电气设备选择 14.1 掌握电器设备选择和校验的基本原则和方法 按正常工作方式选择电气设备: 1) 选择额定电压:电气设备最高耐压不得低于安装位置的最大可能工作电压,电气设备的额定电压 UN 不低于安装位置的系统额定电压 UNs。 2) 选择额定电流:电气设备的额定电流应不小于在各种合理运行方式下流过设备的最大持续工作电 流。 各种可能的运行方式下流过设备的电流: a) 发电机、变压器回路的最大可能工作电流——为其额定电流的 1.05 倍。变压器有过载可能 时,按变压器最大过载能力(1.3~2 倍额定负荷能力)选取; b) c) 母联回路的最大可能工作电流——一般取母线上最大一台发电机或变压器的最大工作电流; 母线分段回路的最大可能工作电流——按照所联母线上最大一台发电机故障时为保障母线 负荷所需的最大穿越功率选取; d) 出线回路的最大可能工作电流——除考虑正常方式外,还要考虑故障时从其余回路转移过来 的负荷。 3) 考虑环境条件的影响:海拔、温度、污秽等。 按短路方式进行设备的校验: 短路热稳定、短路动稳定 14.2 了解硬母线的选择和校验的原则和方法


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