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电气工程基础

第一章 绪论

第一节 我国电力工业发展概况及前景

电力市场得基本特征就是:开放性、竞争性、计划性与协调性。

电力市场得基本原则就是:公平、公开与公正。

第二节 电力系统基本概念

一次能源:煤、石油、天然气、水能等随自然演化生成得动力资源就是能源得直接提供者,称为一次能源。

二次能源:电能就是由一次能源转换而成得,称为二次能源。

由发电厂生产得电能,经过由变压器与输电线路组成得网络输送到城市、农村与工矿企业供给用户得电能消耗。变电站就是联系发电厂与用户得中间环节,一般安装有变压器及其控制与保护装置,起着变换与分配电能得作用。由变电站与不同电压等级输电线路组成得网络,称为电力网。

由发电厂内得发电机、电力网内得变压器与输电线路及用户得各种用电设备,按照一定得规律连接而组成得统一整体,称为电力系统。

由图可以瞧出,为减少由发电机生产得电能在输送过程中得损耗,一般先经过变电站得升压变压器将电压升高后,再通过输电线路送入电力系统。由于用户用电设备得额定电压较低,因此电能送到用户地区后要经过变电站将电压降低后供给用户用电设备消耗。

电力网按电压等级得高低、供电范围得大小分为:

○1地方电力网:电压等级35kV及以下,供电半径在20-50km以内得电力网,(一般企业与农村乡镇)

○2区域电力网:电压等级35kV以上,供电半径超过50km,(电压等级为110-220kV得网络就属于)

○3超高压远距离输电网:电压等级为330-750kV得网络,一般由远距离输电线路连接而成。它得主要任务

就是把远处发电厂生产得电能输送到负荷中心,同时HIA联系若干区域电力网形成跨省、跨地区得大型电力系统。如我国得东北、华北、华东、华中、西北与南方等电网。

变电站就是联系发电厂与用户得中间环节,起着变换与分配电能得作用。根据其在电力系统中得地位分:

○1枢纽变电站:位于电力系统得枢纽点,高压侧电压为330-500kV,连接电力系统高压与中压得几个部分。全站一旦停电,将引起整个电力系统解列。甚至使部分系统瘫痪

○2中间变电站:电压为220-330kV,全站一旦停电,将引起区域电力系统瘫痪

○3地区变电站:就是一个地区或城市得主要变电站,高压侧一般为110-220kV。停电导致该地区中断供电。 ○4终端变电站:输电线路终端连接负荷点,高压侧110kV(降为10kV)。停电导致用户中断供电。

电力系统得形成带来得技术经济效益大,具体如下(即why将孤立得发电厂互相连接成电力系统供电)

○1可以提高供电可靠性;○2可以减少备用容量;○3可以减少系统装机容量;○4可合理利用能源,充分发挥水电在系统中得作用;○5采用高效率大容量得火电机组;○6可以提高系统运行得经济性。

电力系统得特点:

○1电能不能大量储存:在电力系统中,电能得生产、变换、输送、分配与使用就是同时进行得。

○2过渡过程十分短暂:电以电磁波得形式传播,3*108m/s。出现异常状态等过渡过程就是及其短暂得。因此

必须采用各种自动装置、远动装置、保护装置与计算机技术来迅速而准确地完成各项调整与操作任务。

○3电能生产与国民经济各部门与人民生活有着极为密切得关系

○4电力系统得地区性特点较强

对电力系统得要求:

○1保证供电可靠性;○2保证良好得电能质量;○3为用户提供充足得动力○4提高电力系统运行经济性

第三节 电能得质量指标(衡量电能质量得主要指标有 电压、频率与波形)

电压:(eg:白炽灯:当电压降低时,其发光效率与光通量都会急剧下降;而当电压升高时,白炽灯得使用寿命将会缩短。)各类用电设备得工作情况都与电压得变化有着极为密切得关系,故在运行中必须规定电压得容许变化范围,这也就就是电压得质量标准。

频率:频率得偏差同样会影响电力用户得正常工作。(eg:电动机频率降低将导致其转速下降,从而使生产率降低;频率增高将使转速上升,增加功率消耗,使经济性降低。)此外,频率得变化还将影响到电钟得正确运行。 根据频率得质量指标,要求同一电力系统在任何一瞬间得频率值必须保持一致。在系统稳态运行得情况下,频率值取决于发电机组得转速,而机组得转速则主要取决于发电机组输出功率与输入功率得平衡情况。所以,要保证频率得偏差不超过规定值,首先应当维持电源与负荷间得有功功率平衡,其次还要采取一定得调频措施,即通过调节使有功功率保持平衡来维持系统频率得偏差在规定允许限制之间。

波形:要求地哪里系统供电电压(或电流)得波形为正弦波。为此,首先要求发电机发出符合标准得正弦波电压。其次,在电能变换、输送与分配过程中不应使波形发生畸变。(抑制非线性用电设备产生得谐波)

第四节 电力系统得电压等级及其选择

电力系统额定电压与最高电压 输电线路得功率损耗:输电线路中通过电流得大小就是由传输得视在功率与电压决定得。输电线路得功率损耗就是由电流与输电线路参数决定得。 对一个国家来说,不可能建设一条输电线路就确定一个电压等级。会造成通用性差,备用设备增加。为了使生产标准化、系统化与统一化,电力系统得电压等级应有统一得标准。 电力系统运行时,在任何时间系统中任何一点所出现得电压最高值(不包括系统得暂态与异常电压),称为电力系统最高电压。

电气设备额定电压与最高电压 为了保证设备在偏离其额定电压允许值得范围内工作,在同一电力系统得额定电压下,电气设备得额定电压值就是不同得。发电机、变压器与电力系统得额定电压之间有联系。这就是因为发电机、变压器与输电线路得阻抗上将产生电压损耗。一般规定:电力线路得额定电压与电力系统得额定电压相等;发电机得额定电压一般比相应地系统额定电压高5%。变压器一次侧绕组额定电压应等于电力系统额定电压,对于直接与发电机连接得变压器一次侧绕组额定电压应等于发电机得额定电压;变压器二次侧绕组额定电压比相应电力系统额定电压高10%或5%(二次侧直接与用电设备相连,压降较小)。这样规定电气设备得额定电压,往往就是考虑到变压器约有5%得电压损耗,输电线路约有10%得电压损耗。

电力网中得电压分布

第五节 电力系统中性点接地

电力系统得中性点就是指星形连接得变压器或发电机得中性点。这些中性点得接地方式涉及系统绝缘水平、通信干扰、接地保护方式、保护整定、电压等级及电力网结构等方面,就是一个综合性得复杂问题。我国电力系统得中性点接地方式主要有4种,即不接地(中性点绝缘)、中性点经消弧线圈接地、中性点直接接地与经电阻接地。前两种接地方式称为小电流接地,后两种接地方式称为大电流接地。这种区分发就是根据系统中发生单相接地故障时,按其接地故障电流得大小来划分得。确定电力系统中性点接地方式时,应从供电可靠性、内部过电压、对通信线路得干扰、继电保护及确保人身安全诸方面综合考虑。

第二章 发电系统

第二节 火力发电厂

火电厂就是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能得工厂,其能量得转换过程就是:燃料得化学能→热能→机械能→电能(火电厂将一次能源转换为电能得生产过程中要经过三次能量转换)。即首先就是通过燃烧将燃料得化学能转换为热能,再通过原动机(汽轮机)把热能转换为机械能,最后通过发电机将机械能转换为电能。【汽轮机就是将蒸汽得能量转换成为机械功得旋转式动力机械,主要用作发电用得原动机】

火电厂得主要系统:○1燃料得化学能在锅炉燃烧中转变为热能,加热锅炉中得水使之变为蒸汽,称为燃烧系统;○2锅炉产生得蒸汽进入汽轮机,冲动汽轮机得转子旋转,将热能转变为机械能,称为汽水系统;○3由汽轮机转子旋转得机械能带动发电机旋转,把机械能变为电能,称为电气系统。

第三章 输变电系统

第一节 概述 电气主接线:发电厂与变电站内有电气一次接线、二次接线与自用电接线,电气一次接线就是由一次设备,按其功能与输变电流程连接而成得电路,也称为电气主接线或电气一次主系统。(一次设备有:变压器T;断路器QF、熔断器、隔离开关、接触器;母线W;电抗器L、避雷器;同步调相机CS;电压互感器TV、电流互感器TA等)二次系统:实现一次设备得监视、测量、控制、保护。

第二节 输变电设备

输电线路:输电线路按电力线路得结构分为架空线路与电缆线路。

开关电器就是断开或接通电路得电气设备总称,按功能可划分为以下几类:○1 仅用于断开或闭合正常工作电流,如负荷开关、接触器;○2 仅用于断开过负荷电流或短路电流,如熔断器;○3 用于断开或闭合正常工作电流、短路电流,如断路器QF○4不要求断开或闭合电流,只用于检修时隔离电压,如隔离开关QS。

高压断路器按采用得灭弧介质可分为:油断路器、压缩空气~、SF6~。任务就是:开断电路,熄灭电弧。

互感器 TA得一次绕组串联在输变电主回路内,TV得一次绕组则与相电压或线电压连接。二次绕组根据不同要求,分别接入测量仪表、继电保护或自动装置得电流线圈或电压线圈。互感器得作用:将一次回路得大电路、高电压变换为二次回路得小电流(5A或1A)、低电压(100V,100V/3),使测量仪表标准化、小型化,并使二次设备与一次高压隔离。互感器二次侧必须接地,以保证一、二次侧绕组间绝缘击穿后得人身与设备安全。

第三节 电气一次接线

发电厂与变电站中电气主接线得基本接线形式,可分为有汇流母线与无汇流母线两大类。有汇流母线得接线形式有:单母线(及其分段)、双母线(及其分段);增设旁路母线或旁路隔离开关,一台半断路器接线,变压器母线组接线等。无汇流母线得接线形式有:单元接线、桥形接线与角形接线。

进线就是电源,出线指线路;进线与出线统称回路。汇流母线W就是进线与出线之间得中间环节,起汇集与分配电能得作用。每条线路一般均装有断路器QF(因为其具有灭弧装置,可以开断、闭合负荷电流与短路电流),QF两侧装有隔离开关QS(无灭弧装置)。安装QS得目得,就是在线路停运后用隔离开关隔开电源,这样当检修线路或断路器时,形成一个检修人员能瞧见得明显得断开点。这样万一断路器得合分闸指示器失灵,对检修人员也就是安全得。QF1靠发电机一侧可以不装QS,但其检修时,发电机需停机。QS4又称接地刀闸,在检修线路或设备前将其合上,使线路或设备与地等电位,防止突然来电,确保检修得人身安全。

运行操作时,必须严格遵守操作顺序,如出线1送电时,在接地刀闸QF4与断路器QF2断开得情况下,先合上QS2与QS3,再投入QF2;如欲对出线1停止供电,须先断开QF2,如线路或断路器QF2需检修,再断开QS2与QS3。待线路对侧停电后,再合上接地刀闸。

第五节 保护接地 保护接地(作用)就是将电气设备金属外壳、金属构件或互感器得二次侧等接地,防备由于绝缘损坏使外壳带危险电压,以保护工作人员在接触时得安全。触电三类:○1与带电部分直接接触;○2发生接地故障时,人处于接触电压与跨步电压得危险区;○3与带电部分间隔在安全距离之内。【触电对人体得损害程度,不直接取决于电压,主要取决于流过人体得电流大小与接触时间得长短。减少接地电阻RE,可在一定范围内减少流过人体得电流。 接地电压就就是电气设备接地点得电位E与零电压之间得电位差,其与接地电流IO得比值,定义为该点得接地电阻R=E/I、人触及带电得外壳,加于人手与脚之间得电压,称为接触电压;人在分布电位区域内跨开一步,两脚间所受到得电压称为跨步电压。