电气工程基础复习提纲

第二章

1、能量形式：机械能、热能、化学能、核能、辐射能、电能

2、能源分类：一次能源与二次能源、常规能源与新能源、再生与非再生能源、含能体能源与过程性能源。

3、煤炭是我国最主要能源。

4、我国发电能源对输电网建设影响：西电东送，北煤南运，南水北调。 5、电厂核心：其他形式能-机械能-电能 火电厂：燃料化学能-热能-机械能-电能

三大主机（锅炉、汽轮机、发电机）

主要系统（燃烧系统、汽水系统、电气系统）

特点（运行人员多运行成本高、调节速度缓慢、在系统中担负较均匀负荷、对 环境污染大、布局灵活、一次性建设投资少） 水电厂：水的势能和动能-机械能-电能 基本生产过程（从河流较高处或水库内引水，利用水压和流速冲动水轮机旋转， 将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能换成电能） 坝后式水电厂、河床式水电厂、引水式水电厂、混合式水电厂

特点（综合利用水能资源、发电成本低效率高、运行灵活、适应负荷的急剧变 化可承担系统的调峰调频和作为事故备用、可储蓄和调节、不污染环境淹 没土地移民搬迁、建设投资大工期长、发电不均衡）

抽水蓄能电厂：理想的调峰调频电厂，电力系统负荷低谷期或丰水期利用电力系统富裕 电能将下游水库抽到上游以位能储蓄起来，电力系统高峰期或枯水季节 将水放下驱动发电。

在电力系统中作用（调峰、填谷（填谷是抽水蓄电厂独具特色）、备用、 调频、调相）

功能（降低电力系统燃料消耗，提高火电设备利用率，作为发电成本低的峰荷 电源，无污染可美化环境，可用于蓄能） 核电厂：核能-热能-机械能-电能

组成部分（核系统和设备既核岛，常规系统和设备又称常规岛） 分类（压水核电厂和沸水核电厂）

特点（压水堆核电厂反应堆只能一次装料定期停堆换料、运行过程中有放射性 废物、由于辐射给电厂运行和维修带来困难、运行和控制困难、反应堆停闭后 不能立即停止冷却需先排除余热、核电厂建设成本高但燃料便宜、尽可能在额 定功率下带基本负荷连续运行） 风电场：风能-机械能-电能

特点（建设投资大、发电间歇性不可控制、发电成本低、清洁可再生、需要其 他电源配合实现功率平衡）

第一章

第二节 基本概念

1、电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成。设备（变压器、架空线路、电缆） 分类（地方电力网、区域电力网、超高压远距离输电网、特高压输电） 2、电力系统：由发电机、变压器、输电线路及用电设备组成。

特点（电能不能大量储存、电力系统负荷处于时刻变化中参数也在变化因此功率平 衡式是动态平衡关系保证功率平衡是最根本任务，电能生产与国民经济各 部门和人民生活有着密切关系，地区性特点强、过度过程十分短暂）

稳态（正常稳态、故障稳态、故障后稳态）运行参数在某一恒定平均值附近发生微 小的变化。

暂态（从一种运行状态到另一种运行状态的过渡过程，十分短暂） 负荷（一类、二类、三类）

要求（保证供电可靠，保证良好的电能质量，保证电力系统运行经济性） 3、动力系统：在电力系统基础上，把发电厂动力部分包含在内的系统。

4、发电厂生成电能，变电所变换和分配电能，输配电线路输送电能，用户消费电能。

第三节 电能的质量指标

1、主要指标包括：电压、频率、波形。

2、必要性：对各设备的安全经济运行有影响、频率偏差会影响电力用户正常工作、谐波危害大，

为限制电力系统谐波电压必须限制各个谐波用户注入电力系统的谐波电流。

3、电压质量标准（供电电压允许偏差、点要允许波动和闪边、三相供电电压允许不平衡度） 频率质量标准（额定50hz，频率偏差：≥3000MW系统为±0.2，＜3000MW为±0.5 时钟偏差：≥3000MW系统±30s，＜3000MW系统±1min） 波形质量标准（正弦波电压和电流）

第四节 电力系统的电压等级及选择

1、经济电压：对应一定传输功率和输送距离的输电线路应有一个合理的电压值。有最经济的效果。

电力系统额定电压：由国家经济条件规定，又称电力网额定电压、线路额定电压 电力系统最高电压：运行时系统上任何一点出现电压最高值 电气设备额定电压：制造厂根据工作条件决定

电气设备最高电压：考虑设备的绝缘性和与最高电压有关性能允许运行的最高电压 数值上等于所在电力系统的最高电压值 同一电压级别下，电气设备的额定电压值不同！ 2、电力系统电压等级

①低于3kV系统的额定电压（三相、单项交流和直流三种） 受电设备的额定电压和系统的额定电压一致

直流系统100V以下，受电设备与供电设备相同；110、220、440V受电设备对应115、 230、460V供电设备额定电压） ②3kV及以上

3、电力线路额定电压和电力系统额定电压相等U

发电机额定电压105%U

变压器一次绕组（相当于用电设备）U，特例直接连发电机105%U

变压器二次绕组（相当于发电设备）110%U，特例电压等级特别高105%U 4、电压等级选择

传输功率越大，输送距离越远，则选择较高的电压等级比较有利（电流小，损耗小）（电压越高，绝缘要求高，投资大） 原因：P=U^2/z；和斯蒂尔公式： U?5.50.6L?0.01P

第五节 电力系统中性点接地

1、为了保证工作人员安全，电力网电气设备正常运行，接地。

接地分类：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地 2、中性点接地方式：小电流接地（中性点不接地、中性点经消弧线圈接地），大电流接地（中 性点直接接地、中性点经电阻接地）

①中性点不接地：接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧 ②经消弧线圈接地：当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。（三种补偿方式，全、欠、过）

消弧线圈容量选择

Sar?1.35ICUN/3

③中性点直接接地：线路上流过大电流使继电保护启动，断路器跳闸将故障部分断开，从而防止了单项接地故障产生间歇性电弧过电压。发生单相接地故障时，接地相电流大，会造成设备损坏，危害系统稳定。

④中性点经电阻接地：主要用于配电网系统中

第四章

第一节 概述

1、配电网是指在电力网中起电能分配作用的网络，通常指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或间接降压后向用户供电的网络。

2、组成：架空或电缆配电线路-配电开关类设备-配电所-柱上变压器-配电箱 3、地位：发电厂-输电线-高压变电站-配电网-用户

4、分类：高中低压，城市（负荷集中布点多事故影响大短路容量大）农村（负荷分散供电半径大线路长维护工作量大短路容量小）工矿

5、我国配电网特点：①配电网规模增长迅速 ②配电设备数目庞大 6、配电网特点：配电网故障频繁处、保护选择性配合困难

配电网运行特点：开环运行、理异常是配电网运行首要工作、小电流接地系统、保证配电网经济性运行是重要工作、存在大量谐波源三相电压不平衡和电压闪变。

第二节 配电网主接线

1、T接线（不需要母线直接采用金具将两段配电线路连接） （简单，投资低，可靠性高）

①单电源T接线和单电源双T接线（双可提高可靠性） 由于配电线路上没有分段用的开关设备，若配电线路发生故障必将停用所有负荷，为了提高供电可靠性，通常架设双T

②双电源T接线和双电源双T接线

发生故障时可用开关将故障隔离在中间（相间保护动作后，依靠配电自动化系统的故障隔离功能将故障隔离在最近的两个开关之间）；正常工作时一侧送电。

③3T接线

变电站有3台变压器时，一般需要3回电源进线，为了简化线路，用3T

④环接

2、网络重构：由于配电网开环运行，故障隔离完成后经常会造成非故障区域停电，此时利用联络开关的合闸，使非故障区域恢复供电成为故障重构，由于配电网优化运行或为了消除配电原件过载而采用的运行方式调整，称为正常重构。 3、城网主接线

一般城网主电源为220kV，为了保证可靠性，在城市外围建设架空线双环网，地理上不能环网时就，架设C型电气环网。随负荷增加，短路容量超标，应建设高一级环网，将原有环网分片开环运行。环网适当地点建设枢纽变电所，降压后送往市区。负荷大且密集处，采用220KV直供。

城市高压配电网包括110、63、35kV。采用架空线路时，城区可同杆双回架设，尽可能设双侧电源。采用电缆线路时可为多回路。当线路上T接或环入三个或三个以上变电所时，应设双侧电源，但正常运行时两侧电源不并列。对直接接入高压配电网的小电厂或自备电厂，可采用单电源辐射方式向附近供电

城市中压配电网由10kV线路、配电所、开闭所、箱式配电站、杆架变压器等组成 依据高压配电变电所位置和负荷分布分成若干相对独立分区，各个分区一般不重叠 高压配电变电所中压出线开关停用时，应能通过中压电网转移负荷，对用户不停电 具有足够的联络容量，正常时开环运行，异常时转移负荷。单回中压线路长度一般不超过4～6km。市区架空配电网为沿道路架设的格子形布局网络，在道路交叉口连接。全网在适当地点用杆塔开关（即柱上开关）分断，形成多区段（区段中又分段）、多连接的开式运行网络 当负荷大量增加时，中压电网可由架空线过渡为电缆接线。

低压负荷分散，进户点多，从经济性考虑，以架空线为主。供电半径一般不超过400m 当变压器故障时，可将负荷拆开，向邻近电网2－3个方向转移，且故障负荷转移时，导线运行率不超过100％，线路末端电压不超过规定值。 4、农村配电网接线

农网接线主要以无备用的树状、放射状、干线式为主，少数采用手拉手。有备用线（能从两个及以上方向获电）在一些发达乡村建设。

5、柱上开关：安装在柱上的配电开关设备，如断路器、分段器、重合器。

环网柜：一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的开关柜，其核心部分采用断路器，或者是负荷开关+熔断器，该开关柜的母线同时就是环形干线的一部分。 分段：配电线路装上配电开关将线路分成若干，将故障影响范围限制到最近两个开关内。 方法有柱上开关和环网柜。

联络：将两个配电电源供电线路链接起来，发生故障时可以实现负荷转移，联络开关正 常运行时是断开的。环网柜和柱上开关法。

第三节 配电网开关设备

1、重合器（具有控制和保护功能的开关设备，检测故障电流后在给定时间内遮断故障电流，并进行给定次数的重合，通常可以进行三次或四次重合，对于永久性故障，重合器达到次数后则不再重合，称为闭锁。如故障是瞬时的，成功自闭合后，终止后续动作，一段延时后恢复初态。）

分类：三相单项、介质、控制方式

参数：额定电压电流、短路开断电流、动稳定和热稳定电流 灭弧介质：油、真空、SF6 控制方式：电子、液压 典型操作顺序：重合次数 复位时间

动作特性：瞬时动作特性、延时动作特性。以TCC曲线描述。“一块二慢”“二块二慢”“一块三慢”等。相间短路跳闸的TCC，接地短路跳闸的TCC

相间短路跳闸A快B延时C超延时 反时限 定时限（9条）

2、分段器【与电源侧前级开关配合，在失压或无电流情况下自动分闸，分为电压-时间型和过流脉冲计数型】

电压-时间型分段器（失压后分闸，加压后合闸或闭锁），分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延（X时限），若分段器合闸后未超过（Y时限）又失压则闭锁在分闸状态，再加压也不合闸。不能用于开断短路电流。

过流脉冲计数型不能用于开断短路电流。当线路发生故障时，电源测开关切除故障，分段器计数；当计数到整定的次数后，在电源测开关断开线路后，分段器自动跳开。 3、重合器与分段器配合实现故障自动隔离 ①辐射装网故障区段隔离

A采用重合器，第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B、D和E采用电压—时间型分段器，X时限为7s；C亦采用电压—时间型分段器，X时限为14s； Y时限均整定为5s

②环状网开环运行时的故障区段隔离

A采用重合器，第一次15s，第二次重合为5s。

B、C和D采用电压—时间型分段器（常闭状态的分段开关），它们的X时限均整定为7s，Y时限均整定为5s；

E亦采用电压—时间型分段器，但设置在第二套功能（常闭状态的联络开关）

第五章

第一节 电力系统及负荷曲线

1、用电系统负荷：电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和

分类：有功负荷、无功负荷、视在符合；一类负荷（应由两个独立电源供电）、 二类（可以采用双回线路供电）、三类（无特殊要求）；用电（用户使用）、 供电（用电＋线损，发电厂提供）、发电（供电+发电厂厂用负荷） 2、电力系统负荷曲线（负荷-时间） ①日负荷曲线 尖峰负荷 124Pav?Pdt 低谷负荷 024 最大负荷Pmax 最小负荷Pmin

基本负荷：最小负荷以下部分 日平均负荷 负荷率

mavmax 最小负荷系数

?k?P/P??Pmin/Pmax

日用电量Wd??Pdt024②年最大负荷曲线（用每个月的最大负荷表示，将12个点平缓化）

③年持续负荷曲线（按一年内系统负荷大小和其持续小时数依次排列绘制） 8760全年耗电量

A??0PdtkW?h年最大负荷利用小时数

Tmax?APmax1?Pmax0?87600PdtPmaxTmax?A??则不平坦。】

8760Pdt【Tmax值较大，系统负荷线较为平坦，反之

第二节 用电设备计算负荷的确定（见报告纸整理）

1、通过负荷的统计计算求出、用来按发热条件选择供电系统中各组成元件的负荷值称为计算负荷。是供电设计的基本依据。有需要系数法和二项式法。 2、逐级计算法（从下往上,从配电处开始有损耗） 首先确定各用电设备组的计算负荷Pc1， 然后确定低压干线的计算负荷Pc2 确定低压母线的计算负荷Pc3。

配变高压母线计算负荷Pc4=Pc3 +损耗

总变电站或变电所低压侧负荷Pc5=Pc4 +配电线路损耗 有总降压变电站的区域，要求Pc6

第三节 电力系统负荷特性及模型

将电力系统网覆盖的大量的电力用户合并为数量不多的负荷，分接在不同地区不同电压等级的母线上。每一个负荷都代表一定数量的各类用电设备及相关的变配电设备的组合，这样的组合就称为综合负荷。综合负荷的功率一般是要随系统的运行参数（主要是电压和频率）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性包括动态特性和静态特性。

动态特性反映电压和频率急剧变化时负荷功率随时间的变化规律。

静态特性则代表稳态下负荷功率与电压和频率的关系当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的静态电压特性。当负荷端电压维持额定值不变时，负荷功率与频率的

2PL?PN[aP(UL/UN)2?bP(UL/UN)?cP]?PN(aPUL??bPUL??cP)2QL?QN[aQ(UL/UN)2?bQ(UL/UN)?cQ]?QN(aQUL??bQUL??cQ)aP?bP?cP?1aQ?bQ?cQ?1关系称为负荷的静态频率特性。

①静态特性的多项式形式

负荷的有功和无功功率都由三个部分组成，第一部分与电压平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分与电压成正比，代表与恒电流负荷相对应的功率；第三部分为恒功率分量

小幅变化线性处理

LNpuQL?QN(1?kqu?U)

LNqf

LNpf

P?P(1?k?U)P?P(1?k?f)Q?Q(1?k?f)PL?PN(1?kpu?U)(1?kpf?f)QL?QN(1?kqu?U)(1?kqf?f)

需要同时考虑电压和频率时

PL?(UL/UN)?(1?kpf?f②静态特性指数形式

PN

QL ?(UL/UN)?(1?kqf?f)QN

③负荷的动态特性主要由感应电动机的暂态特性决定

)实践中，经常把负荷看做静态和动态两部分组成

第三章

序节

1、三相交流输电优点：易于产生旋转磁场、瞬时功率不随时间变化而恒定，输电线路所用 导线金属消耗小。（除了室内配电等小功率供电时采用单相交流方式 外，其他场合都采用三相交流输电）

直流输电优点：无充放电电流，不存在稳定性问题，不存在同期问题，输电线建设成本 低，整流站逆变站成本高。（适用于长距离大容量输电、海底电缆、非同期系统） 2、输电电压越高，输电容量越大

短距离输电线路中，输电容量一般取决于热极限、电压损耗和电力损失。稳定性几乎不是问题。在长距离输电线路中，输电容量除受热极限影响外，稳定性是重要的影响因素。 3、输电线路的热极限

导体长期发热：由正常工作条件下引起的发热。裸导体不允许超过70℃ 短时发热：短路电流引起的发热。 4、均匀导体的长期发热

最大允许温升=最高允许温度-环境温度

aF?staF(?al??0) 导体的最大允许载流量（热极限）

I?? a：总换热系数(w/m2·C)；F：散热面积

RR（m2）；?0：周围环境温度（?℃）。

为提高最大允许载流量，可以采用电阻率小，散热面积、散热系数大的材料，和散热效果

好的布置方式。 5、电压损耗

PR?QX?U?U22必须保证足够高的输电电压才能将电压损耗、和电力损

失抑制在较小的范围内。

P?Q?P?3IR?R2U

2

6、电力损失

7、稳定性：在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力。失去稳定性是电力系统最严重的故障。提高输电电压，减小电抗。

?

PL?PN(UL/UN)输变电设备

①高压断路器

基本参数：额定电压、额定电流

额定开断电流INbr、全开断时间tab、合闸时间ton

额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能 ②电流互感器TA

QL?QN(UL/UN)?

运行特点：二次绕组不能开路——“电流源”

二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线

③电压互感器TV

运行特点：二次绕组不能短路——“电压源”

电气一次接线

1、电力系统接线（地里接线图和电气接线图）和输变电网络接线（无备用又称开始网络只能从一条线路获得电能，有备用称闭式网络至少从两条线路不同方向获得电能） 2、电力网络接线分为输电网络和配电网络。 3、断路器与隔离开关的操作顺序：

送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。

停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方仃 电后，再合上接地刀闸。 隔离开关前提：两侧电压相等！

4、汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。

QF

进、出线：进线指电源，出线指线路。 断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸

QS

配电装置

1、配电装置是根据电气主接线的要求，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用于接受和分配电能的装置 2、安全净距

A1：带电部分至接地部分最小电气距离 A2：不同相导体之间的最小电气距离

BCDE在A的基础上考虑其他因素再决定的。

第十章

1、继电保护的作用：能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。

2、基本任务：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行；

3、利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。

4、继电保护装置的构成有输入、测量、逻辑判断、输出和执行等主要部分。

第十一章

一、概述

一次设备有：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系统，它是发电、输变电和配电的主体。

二次设备包括监视测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组或厂（所）用低压电源供电。 表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。

二、断路器的控制和信号回路

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