电气系统的运行及操作知识.docx

第一篇 基础知识第一章 电力电子技术第一节 电力电子技术简介电力电子技术是以电力为对象的电子技术，具体地说，就是利用电力电子器件对电能进行控制、转换和传输的技术。电力电子电路的根本任务是完成交流和直流电能的转换。其基本的转换形式可分为如下四种：一是将交流电能转换为直流电能，也称为整流；二是将不可控的直流电能转换为可控的直流电能，也称为直流斩波；三是将直流电能变换为交流电能，也称为逆变；四是把交流阴极电位，承受正向阳极电压，同时又在控制极施加高于阴极电位的正向控制极电位（即触发脉冲）时，可控硅导通。可控硅导通的条件为：一是阳极与阴极之间必须加上一定大小的正电能的参数(幅值、频率)加以转换，称为交流变换电路 , 细分为交流调压和交流变频电路。电力电子电路一般由电力电子器件、电力变换电路和控制电路组成。第二节 常用电力电子器件简介电力电子器件根据不同的开关特性可分为不可控器件、半控型器件、全控型器件三种类型；根据控制信号不同，电力电子器件还可分为电流控制型器件、电压控制型器件两类。一. 半导体自然界中的物质，按照它们导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。凡容易导电的物质称为导体；不容易导电的物质称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。半导体具有热敏性、光敏性、杂敏性等特殊性能。二. 硅可控整流电路晶闸管又称可控硅 SCR，是一种可控的整流元件，习惯上简称可控硅。可控硅有三个级，分别为阳极A, 阴极K和控制极G。可控硅具有可控的单相导电特性，即：一是当可控硅阳极电位高于阴极电位,承受正向阳极电压；二是控制极与阴极间必须加上正向触发电压。只有同时满足这两个条件，晶闸管才能导通，否则处于阻断状态。在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角（正向控制极电压的施加时刻滞后于自然换流点的电角度称为控制角）的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压。应用:发电机励磁系统三相桥式全控整流电路三. 门电路与组合逻辑电路最基本的逻辑门有三种，它们是与门、或门和非门。由这三种基本门电路可组成各种复合门电路以及能实现复杂逻辑功能的组合逻辑电路。1、 与逻辑门电路实现与逻辑关系的电路称为与门。只有当输入端全为高电平时，输出才是高电平，否则输出均为低电平，符合与逻辑关系，故称为与门电路。如下图所示：2、 或逻辑门电路实现或逻辑关系的电路称为或门。只要有一个输入端为高电平时，输出就是高电平，只有输入端均为低电平时输出才是低电平，符合或逻辑关系，故称为或门电路。如下图所示：3、 非逻辑门电路实现非逻辑关系的电路称为非门。非门电路的输人与输出是相反的，即输入为1时，输出为0；输人为0时，输出为1,输出为输人的非，实现了非逻辑关系，故称为非 门电路。如下图所示：4、 与非逻辑门电路与非门是由一个与门和一个非门直接相连构成的。其中与门的输出连接非门的输入。与非门的逻辑关系可概括为：“有0为1,全1为0”。如下图所示：5、 或非逻辑门电路或非门是由一个或门和一个非门直接相连构成的，其中或门的输出连接非门的输人。或非门的逻辑关系可概括为：“有1为0，全0为1”。如下图所示：6、 TTL三态输出与非门(TSL)三态输出与非门，简称三态门。它是一种受控与非门，且输出有3种状态。高电平1态，低电平0态和高阻状态(称为开路状态或禁止状态)。逻辑符号中的EN为控制端，A、B为输入端。当EN有效时，输出 F=AB，三态门工作，且相当于与非门：当EN无效时，不管A、B的状态如何，输出端开路总处于高阻状态或禁止状态。如下图(a)所示为EN高电平有效，如下图 (b)所示为EN低电平有效。7、 基本 R-S 触发器：基本R-S触发器由两个与非门交叉连接而成。Rd、Sd是信号输入端，Q、Q是输出端。在正常情况下，两个输出端Q、苍的逻辑状态能保持相反。一般把Q的状态规定为触发器的状态。基本R-S 触发器有两个稳定状态，即置位(置1)或复位(置0)状态。在直接置位端加负脉冲(RD=0)即可置位(Q=1，在直接复位端加负脉冲(RD=0)即可复位(Q=0)。负脉冲除去后，直接置位端和直接复位端都处于高电平(因为两个输入端平时固定接高电平)，此时触发器保持相应负脉冲去掉前的状态(保持原状态不变)，实现存储或记忆功能。但要注意负脉 冲不可同时加在直接置位端和直接复位端。如下图所示：8、 可控R-S触发器：克服基本R-S 触发器输出状态直接受输入信号控制的缺点，在基本 R-S 触发器的基础上增加两个控制门和一个触发信号，让输入控制信号经过控制门传送 到基本触发器。与非门GA和GB构成基本R-S触发器；与非门Gc和GD是控制门；S和R是置1和置0信号输入端 (高电平有效)；CP是时钟脉冲，时钟脉冲起触发信号的作用。这就是可控R-S触发器。如下图所示：第二章 电路原理及设备参数释义第一节 基本概念及定律一. 基本概念1、 电路为实现一定的目的，将有关的电气设备或部件按照一定方式联接起来所构成的电流的通路。它包括电源设备、负载设备、中间设备。根据电源与负载之间连接方式的不同，电路有通路、开路、短路三种不同的状态。2、 电流带电体周围空间存在一种特殊形态的物质，称为电场。电场对置于其中的电荷有力的作用，称电场力。在电场的作用下，电荷有次序的流动这一物理现象叫做电流。衡量电流大小的量叫做电流强度，它等于单位时间内通过导体某横截面的电量。电流强度简称电流。并规定：正电荷流动的方向为电流的方向。3、 电压电荷在电场力的作用下从一点移动到另一点，其电位能的改变量称为电压。用来衡量电场力做功的能力。4、 有功在交流电能的发、输、送、用过程中用于转换成非电、磁形式（如光、热、机械能等）的那部分能量叫有功。5、 无功无功电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。6、 有功功率 （P）在有功中转换的平均功率叫有功功率。7、 无功功率 （Q）在无功交换中的最大功率叫无功功率。8、 视在功率 （S）对于单相电路来说，视在功率就是相电压与相电流的乘积，对于三相对称电路来讲则为线电压与线电流乘积的倍。视在功率（S）与有功功率（P）和无功功率（Q）之间的关系为：9、 功率因数额定有功功率与额定视在功率的比值。当机组并网运行后，若功率因数为正值，表示发电机发出感性无功，若功率因数为负值则表明发电机发出容性无功或者说发电机向系统吸收无功。10、 电动势衡量电源将非电能转换为电能本领大小的物理量，用e表示。电动势仅存在于电源内部，并规定：电动势的方向是从负极到正极，电位升的方向。11、 电位 在电场中，单位正电荷从a点移至参考点时，电场力所做的功，称为a点对参考点的电位。12、 电阻反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，是客观存在的，它与导体两端所加的电压和流过的电流强度大小无关，是用导体两端的电压同流过导体的电流强度的比值来表示该导体的电阻，单位用欧姆表示。 13、 电功电流通过用电器所做的功，称为电功。单位用焦耳表示。 14、 电功率单位时间内电流所做的功，称为电功率。单位用瓦特表示。15、 交流电流和电压大小和方向都随时间变化的电流和电压。16、 正弦交流电流电压及相关慨概念随时间按正弦规律变化的交流电流和电压。其表达式为：i=Imsin(t+) 、u=Umsin(t+)，正弦交流量的三要素：Im最大值（振幅角）、角频率、初相角。一个周期交流量（电压或电流）和某一直流量分别作用与同一电阻R上，若在相同的时间内它们所产生的热量相等，则称这个直流量的值为交流量的有效值，用I或U表示。设一交流量为： i=Imsin(t+)或u=Umsin(t+)，则其有效值与最大值的关系为：在正弦交流电路，某一时刻电路吸收或发出的功率，称为瞬时功率。在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式（如光、热、机械能等）的那部分能量的平均功率称为有功功率，即电路中电阻元件所消耗的功率之和，用P表示，P=UIcos。用于电路内电、磁场交换的那部分能量最大功率，称为无功功率，用Q表示，Q=UIsin。电路输入端电压有效值U和电流有效值的乘积，称为视在功率用，S表示，S=UI。有功功率、无功功率、视在功率三者的关系：S=P+Q。有功功率与视在功率的比值，称为功率因数，用cos表示。17、 谐振当一个含有 L 、 C 元件的无源一端口网络在正弦激励作用下，其端口阻抗呈电阻性，即网络中电压和电流同相时，这种工作状态称为谐振。谐振是正弦稳态电路的一种特殊工作状态，也是电路的一种特殊现象。当RLC串联电路发生谐振时称串联谐振，串联谐振条件：Xl=Xc，串联谐振又称为电压谐振，它具有很大的破坏性。当RLC并联电路发生谐振时称并联谐振，并联谐振的条件：C =1/L，并联电路发生谐振时，电感电流与电容电流大小相等，相位相反，支路电流在数值上会比总电流大很多，所以并联谐振又称电流谐振。18、 三相制由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电的体系。19、 对称三相正弦交流电源由三个频率相同、振幅相等、相位互差120度的正弦电压源按一定方式联接而成的。每一个电压源称为一相。对称三相电压通常由三相交流发电机产生。三相电源中，各相电压经过同一值的先后次序称为三相电源的相序。三相电源和负载均可联成Y形和形，三相电源和三相负载通过端线相联，可接成YY、Y、Y、四种形式。在三相电路中，流过每相的电流称相电流，流过每相的电压称为相电压。三相电源和三相负载间的联接线称为端线，流过端线的电流称为线电流，流过端线的电压称为线电压。三相电源的关系：对于三角型电源来说，线电压等于相电压，而线电流等于相电流的3倍；对于星型电源来说，线电压等于相电压的3倍，而线电流等于相电流。20、 三相四线制系统三相电源和负载采用Y-Y联接，且电源与负载的中性点相连接，称为三相四线制系统。电源与负载的中性点的连线称为中线，有时以大地作为中线，所以又称地线。在三相四线制系统中，即有中线的Y-Y系统，若中线阻抗ZN=0，则负载中性点和电源中性点电位相等，即中性点重合，这时虽然负载不对称，但是负载相电压仍是对称的。若中线阻抗ZN不等于0，则负载中性点和电源中性点电位相等，即中性点不重合，这种现象称中性点位移。21、 对称三相电路由对称的三相电源和对称的三相负载用输电线联接起来所组成的系统，称为对称三相电路。22、 不对称三相电路在三相电路中，电源、负载或线路阻抗只要有一部分不对称，就称为不对称三相电路。任意一组不对称的三相正弦电压或电流相量都可以分解三组对称的分量。一组是正序分量，用下标“1”表示，正序分量相序与原不对称正弦两的相序一致，各相位互差120度。一组是负序分量，用下标“2”表示，负序分量相序与原正弦量相反，即A-C-B，相位互差120度。一组是零序分量，用下标“0”表示，三相的相位相同。二. 基本定律1、 部分电路的欧姆定理不含电源的电路称为部分电路。指通过某一导体的电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比，与该导体的电阻R成反比。即I=U/R。2、 全电路欧姆定律含有电源的闭合电路称为全电路。指在闭合回路中的电流与电源的电动势成正比，与电源内阻和外电阻之和成反比。3、 楞次定律线圈中感应电动势的方向总是企图使它所产生的感应电流反抗原有磁通的变化，即感应电流产生新的磁通反抗原有磁通的变化，这个规律就称为楞次定律。4、 库仑定律：两个点电荷之间作用力F的大小与两个点电荷q1、q2的乘积成正比，与两个点电荷间距离r的平方成反比，还和电荷所处的空间的媒介（用系数K表示）有关，即：F=Kq1q2/。5、 基尔霍夫电流定律（KCL）在某一瞬间，流入某一接点的电流之和等于从该接点流出的所有电流之和。6、 基尔霍夫电压定律（KCV）将单位正电荷，从电路的一点出发，沿着一回路绕行一周又回到原来的出发点时。其电位能的改变量的总和为0。即沿电路中的一个回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和等于0。7、 齐性原理在线性电路中，当只有一个独立源作用时，任一支路的响应与激励源的激励成正比。8、 叠加原理当线性电路中有两个或两个以上独立源作用时，任一支路的响应等于各独立源单独作用下，分别在该支路上所产生的响应的代数和，这个关系叫做叠加原理。9、 戴维南定理任何一个线性有源二端网络，对其外部电路而言，都可用一个由理想电压源与电阻的串联组合等效替代，该理想电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，其串联电阻等于有源二端网络中所有独立源均为0值时的入端电阻。10、 诺顿定理根据电压源与电流源之间的等效互换条件，可以将有源二端网络的等效电压源模型转换成等效电流源模型。任意一个线性有源二端网络，对其外电路而言，都可以用一个理想电流源与电阻并联的组合等效替代，该理想电流源的电流等于有源二端网络的短路电流其并联电阻等于有源二端网络的入端电阻。电阻的星型联接与三角形联接的等效变换公式： 三角形转换为星型为星型转换为三角形为 第二节 电路中基本元件介绍电路理论中，引用的基本电路元件有：反映消耗电能的电阻元件、反映储存电场能量的电容元件、反映储存磁场能量的电感元件，以及反映向电路提供电能或信号能的电压源或电流源。上述元件都有两个端口，称为二端元件。一. 电阻元件电阻元件是一个二端元件，通过电流时总是吸收电能，它的电流和电压方向是一致的，电流和电压的大小成代数关系。电阻元件上电压和电流之间的函数关系，称为电阻元件的伏安特性。电阻元件两端电压与电流的关系服从欧姆定理，其伏安特性成正比关系，这种电阻元件称为线性电阻元件，通常把线性电阻元件称为电阻。正弦交流电路中电阻两端电压与电流相位相同，电阻上电压和电流的最大值、有效值均满足欧姆定理。导体电阻与导体长度成正比，与导体截面积成反比，与导体的材料有关。金属导体的电阻值，随温度的升高而增大。二. 电容元件在两块金属极板之间隔以绝缘介质，就可以构成一个简单的电容器，当电容器的极板间接入电源时，沿电压方向将有等量异号电荷分别聚集在两个极板上，在任意瞬间，每个极板上聚集的电能决定于同一瞬间极板间电压的大小，在上述过程中，极板间建立电场，电能转换成电场形式的能量储存到电场中，所以，电容器具有聚集电荷而储存电场能量的基本性能。在任意时刻，电容器极板上储存的电量与电压大小成代数关系，如电量与电压大小成正比关系，则称为线性电容元件，简称电容元件。正弦交流电路中，电容电压与电流的相位关系是电压滞后电流90度。电容电压有效值与电流有效值成正比，其比值Uc/I=Xc具有电阻的量纲，称为电容的电抗，简称容抗。容抗反映了电容元件对正弦电流的限制能力。容抗只有在正弦交流电路中才有意义，从1/Xc=C可知，容抗Xc的大小与电容C和电源频率f成反比，所以高频电流容易通过电容，低频电流不容易通过电容，直流电路中电容元件相当于开路。故电容元件具有“通高频，阻低频，隔直流”的作用。在实际电路中，除人为制造的电容器外，还存在许多自然形成的电容器。例如：架空输电线的两根导线之间，导线与大地之间；设备中各部件之间等等。一般情况下，这些电容器的作用可以不计，但在高电压及远距离输电线路中，这些电容器的影响不小。所以对高电压远距离输电线路进行充电时，需适当降低电源侧母线电压，用断路器拉空载高电压远距离输电线路时，需适当升高电源侧母线电压。三. 电感元件一个用导线绕成的线圈，当线圈中有电流通过时，线圈周围即建立起磁场，磁场的磁通为，如果不考虑导线的电阻，这就是一个理想二端元件，称为电感元件，如果线圈的匝数为N，则把穿过线圈各匝的磁通的代数和叫做该线圈的磁通链，简称磁链。如磁链与电流的大小成正比的电感元件，称为线性电感元件，简称为电感元件。线性电感元件的磁链与电流的比值/i=L是一个常数，称为电感元件的电感，单位为亨利H。电感L是反映磁场储能性质的电路参数，电感L的大小只与线圈本身的几何尺寸、匝数及其周围媒的导磁率有关，而与线圈是否带电无关。正弦交流电路中，电感电压与电流的相位关系是电压超前电流90度。电感电压有效值与电流有效值成正比，其比值Ul/I=Xl具有电阻的量纲，称为电感的电抗，简称感抗。感抗反映了电感元件对正弦电流的限制能力。感抗只有在正弦交流电路中才有意义，从1/Xl=1/L可知，感抗Xc的大小与电感L和电源频率f成正比，所以高频电流不容易通过电感，低频电流容易通过电感，直流电路中电感元件相当于短路。故电感元件具有“通低频，阻高频”的作用。第三节 常用电气设备参数释义一. 发电机参数释义1、 发电机短路比:指同步发电机在额定转速下，空载电压为额定值时的励磁电流与三相对称稳态 短路电流为额定值时的励磁电流的比值。2、 发电机效率：发电机输出功率与输入功率以百分数表示的比值。3、 额定电流：发电机正常连续运行的最大工作电流。4、 额定电压：发电机长期安全工作的最高线电压。5、 额定容量：发电机长期安全运行的最大输出功率。6、 额定功率因数：额定有功功率与额定视在功率的比值。二. 变压器参数释义1、 额定容量：变压器在额定电压和额定电流时连续运行所能输送的容量。2、 额定电压：变压器长期运行所能承受的工作电压。3、 额定电流：变压器允许长期通过的工作电流。4、 空载电流：当变压器在额定电压下，二次侧开路时，一次绕组中通过的电流称为空载电流。7、 空载损耗：变压器二次侧绕组开路在额定电压时，变压器铁芯所产生的损耗。（一般认为空载 损耗等于铁芯损耗）8、 短路损耗：将变压器的二次绕组短路，流经一次绕组的电流为额定电流时，变压器绕组导体 所消耗的功率。9、 负载损耗：在一对绕组中，当额定电流流经一个绕组的线路端子，而另一绕组短路时，在额定频率及参考温度下所吸收的有功功率。（又称为铜损）10、 阻抗电压：将变压器二次绕组短路，使一次侧电压逐渐升高，当二次绕组的短路电流达到额定值时，此时一次侧电压与其额定电压比值百分数。11、 短路电压：将变压器的一侧绕组短路，在另一侧绕组上慢慢地升高电压，当两侧绕组的短路电流等于额定电流值时，此时所施加的电压就称为短路电压。5、 百分阻抗：短路电压与一次额定电压比值的百分数就称为百分阻抗。6、 接线组别：三相变压器的一次绕组与二次绕组间电压和电流的相位关系。12、 冷却方式：分为油浸自然循环自冷、油浸自然循环风冷、强油循环风冷、强油循环水冷、强油循环导向冷却。13、 油浸式自冷（ONAN ）：以变压器内油的热升冷降自然对流作用将热量带到油箱壁，然后通过 散热管 或散热片靠空气的对流传导将热量散发。14、 油浸自然循环风冷（ONAF）：在油箱或散热器上加装风扇，利用吹风帮助冷却，使空气流速加快，以增大散热能力。15、 强油循环风冷（OFAF）：将变压器中的油，利用油泵加快油流，油散热器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风把热量带走的冷却方式。16、 强油循环水冷：将变压器中的油，利用油泵加快油流，油散热器做成容易散热的特殊形状，利用冷却水泵来的冷却水把热量带走的冷却方式。17、 强油循环导向冷却：用潜油泵将油分别送入绕组之间的油道和铁芯内的油道中，使铁芯和绕组中的热量由具有一定流速的冷油带走，而变压器上层热油用潜油泵抽出后，经冷却器后进入底部油箱的一种。三. PT技术参数释义1、 额定一次电压：作为互感器性能基准和标示在名牌上的一次电压值。2、 额定二次电压：作为互感器性能基准和标示在名牌上的二次电压值。3、 额定电压比：额定一次电压与额定二次电压之比。4、 实际电压比：实际一次电亚于实际二次电压之比。18、 电压误差：电压互感器在测量电压时所出现的误差；它是由于实际电压比不等于额定电压比而造成的。19、 相位差：电压互感器一次电压相量与二次电压相量的相位之差。相量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的。若二次电压相量超前一次电压相量，则相位差为负。20、 准确极：对电压互感器所给定的等级，互感器在规定使用的条件下的误差应在规定的限值内。21、 负荷：二次回路的导纳，用西门子和功率因数表示。但实际中常以视在功率伏安值表示，它是在规定的功率因数和额定二次电压下所汲取的。22、 额定负荷：确定互感器准确级所依据的负荷值。23、 额定输出：在额定一次电压及接有额定负荷的条件下，负感器所供给二次回路的视在功率值。24、 额定绝缘水平：一组耐受电压值，它表示电压互感器绝缘所能承受的耐受强度。25、 设备最高电压：最高相间电压的方均根值。26、 额定频率：技术标准要求所依据的频率。27、 额定电压因数：与额定一次电压值相乘的一个系数，以确定负感器必须满足规定时间的有关热性能要求并满足有关准确级要求的最高电压。四. CT参数参数释义28、 额定电压：变压器长期运行所能承受的工作电压。29、 额定容量：指电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次绕组输出的容量。30、 额定一次电流：作为电流互感器性能基准和标示在名牌上的一次电流值。31、 额定二次电压：作为电流互感器性能基准和标示在名牌上的二次电流值。32、 额定电压比：额定一次电流与额定二次电流之比。33、 实际电压比：实际一次电流与实际二次电流之比。34、 电压误差：电流互感器在测量电流时所出现的误差；它是由于实际电流比不等于额定电流比而造成的。35、 相位差：电流互感器一次电流相量与二次电流相量的相位之差。相量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的。若二次电流相量超前一次电流相量，则相位差为负。36、 准确极：对电流互感器所给定的等级，互感器在规定使用的条件下的误差应在规定的限值内。37、 负荷：二次回路的阻抗，用欧姆和功率因数表示。但实际中常以视在功率伏安值表示，它是在规定的功率因数和额定二次电流下所汲取的。38、 额定负荷：确定互感器准确级所依据的负荷值。39、 额定输出：在额定一次电压及接有额定负荷的条件下，负感器所供给二次回路的视在功率值。40、 额定绝缘水平：一组耐受电压值，它表示电压互感器绝缘所能承受的耐受强度。41、 设备最高电压：最高相间电压的方均根值。42、 额定频率：技术标准要求所依据的频率。43、 额定短时热电流：在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒钟内能承受住且无损伤的最大一次电流方均根值。44、 额定动稳定电流：在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次电流峰值。45、 额定连续热电流：在二次绕组接有额定负荷的情况下，一次绕组允许连续流过的一次电流值，此时电流福感器的温升不超过规定的限值。五. 断路器参数释义1、 额定电压：指断路器在运行中所承受的正常工作电压。2、 额定电流：指断路器长期通过的最大工作电流.当长期通过额定电流时,断路器各部分发热不超过规定的温升标准。3、 额定开断电流：指断路器在额定电压下允许开断的最大电流。4、 额定开断容量：指断路器在额定电压下的开断电流与额定电压的乘积再乘以线路系数。线路系数在单相系统中为1，两相系统中为2，三相系统中为。5、 5s热稳定电流：指在5s 的时间内，流过断路器使其各部分发热不超过短时容许温度的最大短路电流，以有效值表示。6、 动稳定电流：指断路器能够承受短路电流的第一频率峰值产生的电动力效应，而不致损坏的峰值电流，为额定开断电流的2.55倍。（也称峰值耐受电流）7、 全开断时间：断路器接到分闸命令瞬间起到电弧灭为止的时间。8、 自动重合闸操作循环（分-合分-t-合分）：运行中断路器当线路内部故障发生时，先分闸（即循环操作中的第一个“分”，然后经无电流间隔时间“”之后又重合（即循环操作中的第一个“合”），若重合时线路短路故障还存在则分闸（即循环操作中的第二个“分”），若对于非常重要的线路允许经规定的时间“t”（一般为3分钟）后再手动强合一次（即循环操作中的第二个“合”），若线路故障还存在，则断路器再分闸（即循环操作中的第三个“分”）。9、 无电流间隔时间（）：断路器开断故障电流时从电弧熄灭起到电路重新接通的时间。六. 线路阻波器10、 额定电感：主线圈在100Hz的真实电感Lt。11、 工频电感：主线圈在工业频率下的电感LP。12、 额定持续电流：在规定工频下连续流过主线圈而不会使温升超过限值的最大电流的有效值IN。13、 额定短时电流：在一定时间内通过主线圈而不会引起热损坏或机械损坏的短路电流稳态分量有效值IKN 。14、 额定工频：阻波器所连接的高压电力系统的工频fpN。15、 调谐装置的阻塞电阻：组塞阻抗的电阻分量。七. 避雷器16、 额定电压：避雷器两端子间的最大允许工频电压的有效值（UR）。17、 参考电压：它包含共频参考电压和直流参考电压。在工频参考电流下测出的避雷器上的工频电压最大锋值除以为工频参考电压；在直流参考电流下测出的避雷器上的电压为直流参考电压。参考电压是避雷器伏安特性曲线小电流拐点附近的电压。18、 持续运行电压：允许持久的加在避雷器两端之间的工频电压有效值。19、 荷电率：持续运行电压的峰值与直流参考电压的比值，它的高低直接影响避雷器的老化过程，偏高时会加速避雷器的老化。20、 工频电压耐受时间：在规定的条件下，对避雷器施加不同的工频电压，避雷器不损坏、不发生热崩溃的相应最厂持续时间。21、 标称放电电流（In）：用以划分避雷器等级的冲击波形8/20的放电电流锋值，它用来确定在雷电过电压下的保护水平。22、 压力释放等级：避雷器耐受内部故障电流的能力。在规定短路电流下，具有压力释放装置避雷器的瓷套不会发生爆炸。第三章 电磁学基本概念及定律一. 基本概念1、 磁路由铁磁材料作成的、磁通集中通过的路径称为磁路。2、 磁场电流的周围空间存在着一种对磁体、载流导体、运动的电荷有作用力的特殊形态的物质，我们称在此空间中存在着磁场。磁感应强度(磁通密度)B是表征磁场的基本物理量，表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是个矢量。规定其值等于垂直于矢量 B 的单位面积的磁力线数。计算公式为B=/S，国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉(T)，即韦伯/(1T=lWb/)；磁场强度是计算磁场所用的物理量，反映的是电流的磁场，其强弱和方向均取决于电流，与介质无关。大小为磁感应强度和磁导率之比。H=B/，在国际单位制中，磁场强度的单位是安/米(A/m)。3、 磁通表示垂直穿过某一截面积S的磁力线总数，单位为韦伯 (Wb) 。4、 磁导率磁导率是一个用来表示磁场中介质导磁能力的物理量，单位为亨利/米(H/m)。真空中的磁导率为常数，通常采用。表示，其数值的等于410-7H/m。一般材料的磁导率和真空磁导率。的比值，称为该物质的相对磁导率r ,即r=/。，r越大，介质的导磁性能就越好。以下是几种常用磁性材料的磁导率。材料名称铸铁硅钢片镇辞铁氧体锤铸铁氧体坡莫合金相对磁导率r=/。200-4007000-1000010-1000300-50002104-21055、 高导磁性和磁化性高导磁性指铁磁材料的磁导率很高，r 1, 具有被强烈磁化的特性。铁磁材料之所以具有良好的导磁性能，是由于材料内部的结构决定的。在铁磁材料内部存在许多体积很小的磁性区域，这些天然小磁性区域叫磁畴，每个磁畴在无外磁场作用时，排列杂乱无章，极性任意取向，磁性相互抵消，对外不呈磁性。当磁畴受到磁场的作用时，排列无序的小磁畴将顺着外磁场的方向转向 , 形成一个与外磁场方向一致的附加磁场，使铁磁物质内部的磁感应强度大大增加，这种原来没有磁性，在外磁场的作用下而产生磁性的性质称做磁化性。非磁性材料内部由于没有磁畴结构，所以不能被磁化。6、 磁饱和性当外磁场(或励磁电流)增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度Bj达到饱和值。这一特性称为磁饱和性。磁饱和性也可从铁磁材料的磁化曲线上看出，如图下图所示。当外磁场逐渐增大时，铁磁材料中的小磁畴将随之逐渐转向，起初随外磁场的增加，磁感应强度，成正比增大(Oa段)；接着磁感应强度B几乎呈直线上升(b段),这之后，由于铁磁材料内部的磁畴几乎全部转向完毕，所以再增加外磁场，磁感应强度B几乎不能再增加，此时称为磁饱和(cs段)。7、 磁滞性和剩磁性当铁心线圈中通有交变电流(大小和方向都变化)时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随H而变化，当H已减到零值时，但B未回到零值，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。当线圈中电流减到零(H= 0)，铁心在磁化时所获得的磁性还未完全消失，这时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁感应强度Br。实际工作中，永磁体的电机就是利用这种剩磁来工作的。8、 电磁损耗铁心线圈在正弦电压激励下的磁滞分量与端电压同相，其平均功率不为零，磁滞分量所消耗的平均功率称磁滞损耗。铁心中的感应电压使铁心中产生涡流状的电流，称涡流。铁心中的涡流要消耗能量而使铁心发热，这种能量损耗称为涡流损耗。铁心线圈的磁滞损耗与涡流损耗的总和称为铁心损耗。9、 交流铁心线圈中的电压、电流和磁通当铁心线圈的电压为正弦波时，磁通也为正弦波，电压的相位比磁通超前90度。电压有效值与磁通最大值的关系为：U4.44fNm上式表明：线圈匝数与电源频率一定时，若电压有效值U不变，则磁通的最大值m不变。若电压有效值U改变，则m与U成正比地改变。在正弦电压作用下，铁心线圈的磁通为正弦波，而由于磁饱和的影响，磁化电流为尖顶的非正弦波。m越大，铁心磁饱和越严重，则磁化电流曲线就越尖，反之，m越小，磁化电流曲线就越近似为正弦波。在实际工作中，变压器合闸时，如果合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬时值为零，在铁芯里一开始就建立了稳态磁通，变压器不会产生励磁涌流；如果合闸瞬间电压为零值时，在铁芯中建立的磁通为最大值（-m），由于铁芯中的磁通不能突变，合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零，则在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通aper，其幅值为m。此时，铁芯里的总磁通应为两个磁通相加而成，铁芯中磁通开始为零，到1/2周期时，两个磁通相加达最大值2m，这是最不利的合闸瞬间，这时铁芯的饱和情况将非常严重，励磁电流的数值大增，励磁电流波形很尖，这就是变压器的励磁涌流。励磁涌流可能达到变压器额定电流的68倍，比变压器的空载电流大100倍左右，但励磁涌流对变压器并无太大的危险，其一是大电流的冲击，会引起绕组间的机械力作用，可能使变压器的固定物松动。其二是可能引起变压器的差动保护动作。所以变压器操作时应当注意。二. 电磁学的基本定理1、 基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律给出了磁路节点处各支路磁通的相互关系，即进入节点的磁通等于离开节点的磁通，或描述成穿过闭合曲面S的磁通的代数和为零，即=0。2、 基尔霍夫第二定律闭合磁路中各段磁压的代数和等于各磁通势的代数和。3、 磁路的欧姆定律设磁路由单一的铁磁材料构成，其横截面面积为 S, 磁路的平均长度为L，通过实验发现，励磁电流I越大，产生的磁通就越多；线圈的匝数越多，产生的磁通也越多，把励磁电流I和线圈匝数 N的乘积NI看作是磁路中产生磁通的源泉，称做磁通势 F。则磁路欧姆定律可表述为=F/ Rm=NI/ Rm，式中Rm称为磁阻，反映了磁路中阻碍磁通的作用。磁阻的计算公式为Rm=L/S，L表示磁路的平均长度，单位为m；S是磁路的截面积，单位是；是铁心材料的磁导率，单位是H/m(亨利/米)。磁阻的单位是1/H(1/亨)。磁性物质的磁导率不为常量(随磁路的饱和而减小)。故其磁阻随磁路的饱和而增大。因此，在非线性磁路中，一般不能用磁路的欧姆定律进行定量计算。第二篇 电气系统的运行及操作第一章 电力系统基础知识第一节 电力系统简介一. 电力系统的概念及基本要求电力系统：所谓电力系统是指由电源、电力网及用户所组成的发电、输电、供电、配电以及用电设备的整体称为电力系统。电力系统俗称电网。电力网：将各电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而成的网络，以及为保证该网络设施的正常运行所需要的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。电力系统运行基本要求：一是保证可靠的持续供电。二是保证良好的电能质量。三是保证系统运行的经济性。四是电网必须统一调度、分级管理。二. 电力系统运行中各类稳定的具体含义电力系统静态稳定：指电力系统受到小的扰动后不发生非同期性失步，自动恢复到起始运行状态。电力系统暂态稳定：系统在某种运行方式下突然受到大的扰动后，经过一个机电暂态过程达到一个新的稳定运行状态或恢复到原来的稳定状态。电力系统动态稳定：电力系统受到扰动后不发生振幅不段增大的振荡而失步。电力系统的电压稳定：指电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力。它与电力系统中的电源配置、网络结构及运行方式、负荷特性等因数有关。频率稳定：指电力系统维持系统频率于某一规定的运行极限之内的能力。当频率低于某一临界值时，电源与负荷的平衡遭到彻底的破坏，一些机组相继退出运行，造成大面积的停电，也就是电压崩溃。三. 直接接地系统及非直接接地系统电力网中变压器的中性点与大地直接连接。发生单相接地故障时，相地之间就会构成单相直接短路，这种电网称为中性点直接接地系统（也称大接地系统）。我国规定：110kV及以上网络中性点直接接地。我厂220kV采用中性点直接接地系统或间隙接地系统。电力系统中变压器的中性点不接地或经电阻、消弧线圈接地的电力系统，称为中性点非直接接地电力网（也称小接地系统）。我国规定：35kV及以下输电网络中性点主要经消弧线圈接地，也有经电阻接地或不接地。我厂厂用6kV采用中阻接地系统，接地电阻40。四. 中性点直接接地及非直接接地系统的特点中性点直接接地系统的特点是过电压数值小，设备绝缘水平要求相对较低，因而投资少，经济。但单相接地电流大，接地保护动作于跳闸、降低供电可靠性；另外，短路电流大，电压急剧下降，还可能导致电力系统动稳定的破坏。非直接接地系统的优点：接地电流小，系统线电压仍保持对称，不影响负荷供电，因此接地一般动作于信号，提高了供电的可靠性 但运行人员要及时处理、消除。缺点：过电压数值大，对电网绝缘水平要求高，因而投资大，不经济。单相接地时，非故障相接地电压升高为线电压，存在电弧接地过电压的危险，另外接地保护比较复杂。第二节 电气主接线一. 电气主接线概述电气主接线指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系和传送电能的电路。电路中高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它们的连接方式，对供电的可靠性、运行灵活性、经济合理性等起着决定性作用。电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。二. 电气主接线的基本形式电气主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体，概括地分为两大类：有汇集母线的接线形式和无汇集母线的接线形式。发电厂电气主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）、母线和出线（馈线）。根据发电厂的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过4回）为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。这种电气主接线采用有汇集母线的接线形式；如进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电所。采用无汇流母线的接线形式，使用开关电器较少，占地面积小。有汇集母线的接线形式有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、双母线带旁路接线、一个半短路器接线等几种形式。无汇集母线的接线形式有桥形接线（分内桥和外桥两种）、角形接线、单元接线等几种形式。1、 单母线接线形式电源（发电机或变压器）和出线（馈线）均接在单一的一根母线上，母线既可保证电源并列运行，又能使任一出线都可以从任一电源获得电能。1） 单母线接线的优点接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。2） 单母线接线的缺点a） 可靠性差。任一元件（母线及母线隔离开关）故障或检修，均需使整个回路停电。也就是会造成全厂或全所长期停电。b） 灵活性差，调度不方便。电源只能并列运行，不能分列运行。2、 单母线分段接线形式该接线形式即有单母线接线的优点，又弥补了单母线接线的部分缺点1） 单母线分段接线优点：a） 用断路器将母线分段后对重要用户可以从不同段引出两个回路，相当于有两个电源供电。b） 当一段母线发生故障，分段断路器自动切除故障段母线，保证正常母线不间断的供电和不使重要用户停电。2） 单母线分段接线缺点：a） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。b） 当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越。c） 扩建时需向两个方向均衡扩建。3、 双母线接线形式双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。当出线回路数或母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时要求不影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定的要求时采用适用这种接线形式。1） 双母线接线优点a） 供电可靠。通过两组隔离开关的倒换操作，可以轮流检修母线而不使供电的中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；b） 检修任意回路的母线隔离开关，只停该回路。c） 调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的需要。d） 扩建方便。e） 便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。2） 双母线接线缺点：a） 增加一组母线及回路要增加一组隔离开关。b） 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。为了克服双母线接线的缺点，在双母线接线的基础上增设旁路母线，即双母线带旁路接线形式，出线断路器检修时，由专用旁路断路器代替出线断路器工作，通过旁路母线供电，对双母线的运行没有影响。但倒闸操作相对较复杂。4、 发电机-变压器组单元接线形式发电机出口，直接经变压器接入高电压系统的接线，称为发电机-变压器组单元接线。我厂发电机-变压器组采用单元接线。优点：接线最简单、设备最少、操作简单，在发电机与变压器之间采用封闭母线，使得在发电机与变压器低压侧短路的几率小。缺点：变压器故障或检修时，发变组停运。5、 桥形接线形式两回变压器线路单元接线用一个断路器（或跨接线）相连，接成桥形接线。桥形接线分内桥接线和外桥接线两种，是长期开环运行的四角形接线。根据功率走向，当桥短路器（或跨接线）靠变压器侧，则称内桥接线。当桥断路器（或跨接线）靠出线侧，则称外桥接线。我厂110kV系统采用外桥接线。1） 内桥形接线。根据功率走向，当桥短路器（或跨接线）靠变压器侧，则称内桥接线。适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高情况。a） 内桥形接线优点高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。b） 内桥形接线缺点： 变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的短时停运。 桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 出线断路器检修时，线路需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关。桥连断路器检修时，也可利用此跨条。2） 外桥形接线。根据功率走向，当桥短路器（或跨接线）靠变压器侧，则称内桥接线。当桥短路器（或跨接线）靠出线侧，则称外桥接线。适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。a） 外桥形接线优点高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。b） 外桥形接线缺点： 线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器短时停运。 桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 变压器侧的断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条。3） 多角形接线形式多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用三五角形接线为宜，并且变压器与出线回路宜对角对称布置。此外，当进出线回路较多时，个别电厂采用了双联四角形接线，形成多环形，从而保证了供电可靠性，但断路器数量增多，有的回路连着三个断路器，布置和继电保护较复杂。a） 多角形接线优点 投资省，平均每回路只需装设一台断路器。 没有汇流母线，在接线的任一段上发生故障，只需切除这一段及与其相连的元件，对系统运行的影响小。 接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性灵活性较高。 每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施，隔离开关只作为检修时隔离之用，可减少误操作可能性。 占地面积小。b） 多角形接线缺点 任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性。因此断路器数量不能多，即进出线回路数要受到限制。 每一进出线回路都连着两台断路器，每一台断路器又连着两个回路，从而使继电保护和控制回路较单、双母线接线复杂。 对调峰电站，为提高运行可靠性，避免经常开环运行，