华大电气工程导论复习

1、1、电气工程概念：电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术， 以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术2、电气工程学科的五个分学科 :电力系统及其自动化技术电机与电器及其控制技术高电压与绝缘技术电力电子技术电工新技术3、（1）开关电器用途与区别：1 断路器：电力网正常工作和发生故障时关合和开断电路。2 隔离开关：将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全。3 熔断器：电路发生故障或短路时 , 依靠熔件的熔断来开断电路。4 低压控制电器：接通和分断低压交、直流的控制电路。（2）开关电器技术参数1 额定电压：额定电压是指开关电器设计时所采用的标称电压。2 额定电流：开关电器在额

2、定频率下能长期通过而各个金属部分和绝缘部分的温升 不超过长期工作时最大容许温升的最大标称电流。3 额定短时耐受电流（热稳定电流） ：额定短时耐受电流是高压开关电器在规定时间能够通过而其温 升不超过规定条件的最大标称电流，主要反映开关电器承受短路电流热效应的能力。4 额定峰值耐受电流： 额定峰值耐受电流是指开关电器在规定条件下能够通过， 而不发生机械损坏的 最大标称电流，主要反映开关电器承受短路电流电动力效应的能力。4、真空断路器概念：利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器称为真空断路器 真空断路器优点： 真空断路器要求操动机构提供的能量小， 电弧电压低， 能量小， 开断时触头损耗小， 灭弧

3、效果很好，允许频繁操作，触头的行程小，动作速度快。真空断路器触头类型：圆盘形触头（结构简单、易于制造；只能在不大的电流下维持电弧为扩散型， 用于开断电流要求不大的真空开关和真空接触器上） 、横向磁场触头、 纵向磁场触头 触头材料特点：耐弧性能好、截断电流小、抗熔焊性能好、含气量低 真空断路器屏蔽罩作用：（ 1）有效地防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的表面，避免表面绝缘性能下降。（ 2）屏蔽罩可使交流电流过零时，灭弧室剩余的金属蒸气和导电粒子径向快速地扩散到屏蔽罩上 冷却、复合和凝结，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高。（3）提高触头间绝缘强度。5、波纹管：液压成型波纹管，工作行程为自由长度的20%-

4、30%，寿命为数万次薄片焊接成型波纹管，工作行程为自由长度的60%以上，寿命为几百万次6、变压器损耗 p变压器效率7、变压器分类8、三相变压器的磁路结构三相组式变压器三相芯式变压器9、钟时序法 三相变压器和三相变压器组可以连接成星形、三角形和曲折形。对应于高压和低压侧分别用Y、D、Z 和 y、d、z 来表示。当有中性点引出时，用YN 、 ZN和 yn 、 z n表示。一、二次侧感应的相、线电压总是相差 30 度的倍数。 若规定高压侧绕组的某感应线电压相量始终指向钟表的 12 点，则低压侧绕组所对应的感应线电 压相量所指的小时数就称为标号。 （钟时序法）10、变压器并联运行条件：（1）各台变压器

5、的一、二次侧的额定电压相同，变压器连接组的标号相同。（2）各台变压器的阻抗电压相对值相等，各变压器的短路阻抗幅角相等。11、我国制定的容量配合标准：按高压、中压、低压顺序有100/100/100 、 100/50/100 、 100/100/50（以变压器额定容量百分数表示）三种，二、三次绕组一般不能同时满载运行。12、自耦变压器优缺点： 优点：用料省，体积小，效率高，造价低； 缺点：自耦变压器变比的减小会使自耦变压器的短路阻抗值减小，短路故障电流增大。13、电流互感器（ TA）电流互感器工作原理图使用注意事项（1）电流互感器二次侧绕组绝对不允许开路。（2）电流互感器的二次侧绕组和外壳必须可靠

6、接地，以防止因绝缘击穿而危害人身安全 电压互感器 （TV）电压互感器按工作原理可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器。 电压互感器工作原理图使用注意事项： （1）电压互感器的二次侧绕组绝对不允许短路。 （2）电压互感器的二次侧绕组和铁芯必须可靠接地。（3）电压互感器的二次侧负载不易接太多，以免降低负载阻抗，影响测量准确性。14、电力电容器的用途 ： 应用在电力系统中的电容器称为电力电容器，其基本功能是存储电能（电荷） ，可用来实现对电 网的无功补偿（限制功率因数下降） 、滤除高次谐波（限制高次谐波电流）等功能，对提高电能质量、 提高电网运行的经济性、可靠性有重要的作用。性能指标： 损耗正切角

7、 tan （ tan =P/Q） ； 自放电时间常数 T（T=RC）； 耐压性和比特性。 耐压性和比特性： 电力电容器出厂前必须经过各种测试， 其中极间耐压试验和极对壳耐压试验十分重 要， 其性能的好坏将直接影响到投入运行后电容器的可靠性和安全性。 比特性是表征电力电容器质量与容 量关系的一个参数，单位为 kg/kvar 。15、并联电力电容器的补偿原理：电力系统中的感性负载较大时， 会使母线上的电流滞后电压一定的电角度, 称之为功率因数角。角的增大会增加系统的无功功率， 造成电力系统及用户设备容量的浪费。 采用并联电力电容器可以 提高功率因数、降低线路损耗。16、雷闪放电与过电压： 雷闪过电

8、压：发生雷闪时，除了会产生直击雷过电压之外，还会在输电线路中出现感应过电压， 这两种过电压均会对输电线路和电力设备造成危害。避雷装置：避雷装置是一种接地良好的导电装置，可用来保护物体免遭雷击，它主要由引雷装置、接地装置和连接它们的引下线组成。按照引雷装置的形式，避雷装置可分为避雷针、避雷线和避雷带。避雷器：避雷器实质上是一种放电器，可优先于被保护电器放电动作，限制由线路传来的雷电 冲击电压和操作过电压，完成保护后迅速恢复原来对地绝缘的状态，准备下次保护动作， 同时使系统恢复正常工作状态。17、避雷器的伏秒特性 : 指避雷器的绝缘介质在不同幅值冲击电压作用下， 冲击电压值与放电时间之间的关系曲线

9、， 它是综合 衡量避雷器保护效果的重要依据。18、电抗器的作用：用于实现电力系统和工业用户的限流、无功补偿、移相等功能，对提高电能质量、 提高电网运行的可靠性、降低系统的故障具有重要的意义。消弧线圈： 是一个带有铁芯的电感线圈， 也称为中性点接地的电抗器。 对于中性点不接地的电力系统， 若短路电容电流过大， 通常需要装设接地消弧线圈， 用来补偿输电系统对 地故障时的容性电流。 消弧线圈的补偿原理：当 C 相发生弧光接地时，消弧线圈将产生感性电流，由相量图可以看出，该电流可以全部或部分抵消导线 对地电容产生的电流，破坏了弧光持续放电的条件， 提高了供电系统的可靠性。一极故障接地相量图中性点不接地

10、系统示意图19、电机分类： 按照电机的用途分类：可分为发电机、电动机和控制电机。 按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流电机，其流电机可以分为 同步电机和异步电机。 按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，如单相交流电机和最常见三相电机。 按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微型电机。20、直流电机的励磁方式：分为永磁体励磁、电机本体励磁（并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。直流电机优良的动态性能：，直流电机的电磁转矩与电枢电流、每极磁通成正比关系，电磁转矩随电流线性变化，因此具有良好的动态性能（调速性能） 。22、他励直流电动机的调速：(1)21、他励发电机的负载特

11、性和外特性： 负载特性 : 发电机 n 为常值， I0A 时，发电机端电压 U与励磁电流之间的函数关系。 外特性:发电机当 n为常值， I f为常值时 ,发电机电压 U与输出电流 I 之间的函数关系。串电阻调速优点：实现简单，适用于低速短时运行的拖动装置。缺点：机械特性软，静差率大；转速调节围小，只能低于额定转速调节；串接电阻消耗功率；只能实现有级调速。2)调压调速优点：机械特性硬度不变；励磁电流额定时，可实现恒转矩调速；调速围宽，可实现无级调速； 调速过程能量损耗小。缺点：需要调压电源；只能低于额定转速调节；随电压降低静差率增大； 串接电阻消耗功率；只能实现有级调速。3)弱磁调速(恒功率调速

12、)优点：控制方便，调速平滑，经济性好。缺点：调速围窄，受电机机械强度和换向火花的限制，转速不可太高； 此外还要防止电机飞车的现象发生。23、异步电机优缺点：优点：结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便。缺点：不能低成本的实现平滑调速，必须从电网吸收滞后电流，使电网功率因数降低。异步电机的运行方式与转差率的关系：转差率 s：旋转磁场的转速 n1与转子转速 n 的差值与同步速度 n1的比值。 S=(n1-n)/n1 可根据转差率来判断异步电机的运行状态。1 电动机运行状态： 0s12 发电机运行状态 : - s1 。24、同步电机有三种运行方式：发电机、电动机和调相机。电枢反应：电枢磁动

13、势对气隙磁场的影响称为电枢反应。类型又可分为 去磁和增磁。电枢磁动势作用在交轴上为交轴电枢反应；电枢磁动势作用在直轴上为直轴电枢反应。同步发电机外特性：对感性负载去磁，对容性负载增磁。功角的概念：表示发电机的励磁电势和端电压之间相角差。25、电力系统概念：由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备（ 发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等 ） 联系在一起组成的统一整体就是电力系统。26、新能源：新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电等。27、电力网的结构电力网由输电网和配电网组成。输电网主要是将远离负载中心的发电厂的大量电能经过变压器升高电压， 通过高压输电线，

14、送到 邻近负载中心的枢纽变电站。配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般为35110 kV 或更高，中压配电网的电压一般为 620kV，它们将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中等 容量的用户，低压配电网的电压为 380/220V ，用于向数量很大的小用户供电 。28、电网基本结构：放射式 a 链式 b 环式 c 多电源环式 d 串链式 e 干线式 f 网格式 g29、变电站的主要设施：a）配电装置：是交换功率和汇集、分配电能的电气装置的组合设施（母线、断路器、隔离开关、电 压互感器、电流互感器、避雷器等） ；b）电力变压器：是变换电压的设备，它连接着不同的电

15、压的配电装置，习惯称为变电站的主变压器；c）控制、测量、信号、保护和自动装置：是保证电气设备安全运行的监控和保护手段；d）通信设施：有微波通信、载波通信和光纤通信等；e）补偿装置：电力网无功功率要求就地平衡，为了平衡变电站供电围的无功功 率，在变电站装设并 联电容器组或同步调相机；为了补偿远距离输电线路的充电功率，需要在变电站装设并联电抗器；为 了增强系统稳定性，提高线路输电能力，优势还需要再变电站中装设串联电容器组。30、直流输电的特点：1、直流架空线路结构简单（只需两根导线） 、造价低、损耗小；2、电缆耐受直流电压的能力比交流电压约高3 倍以上；3、直流输电本身无交流输电的稳定性问题4、采

16、用直流输电可实现电网间的非同步互联，不增加被联电网的短路容量，被联电网可以是不同 频率或非同步独立运行，增强了电网的独立性和可靠性，运行管理也方便；5、利用直流输电的快速控制，可改善交流系统的运行性能；6、直流输电采用为回路，直流电流向电阻率很低深层流去，可很好地利用这个导体；7、直流输电换流站比交流输电的变电站增加了换流装置及相关的配套设备。31、电力系统的负载分类：异步电动机负载、电热负载、整流负载、照明负载。 （按行业用电的特点分为工业负载、农业负载、交通运输业负载、人民生活用电负载等）32、电力系统分析容 : 稳态分析、故障分析、暂态分析 稳态分析的主要方法 : 潮流计算； 故障分析的

17、主要容 : 短路电流计算； 电力系统暂态分析包括：电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析。 电磁暂态过程分析 : 主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压， 一次与二次系统相互作用的 控制暂态过程，电力电子设备的快速暂态过程，变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合及 过电压保护的选择， 降低或限制电力系统过电压技术措施的制定， 以及为电力电子控制设备的设计提供依 据等。机电暂态过程分析 : 主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。33、电力系统分析中负载模型主要考虑负载的静态特性和动态特性。在电力系统分析中常用二次多项式来近似表示负载电压特性，其零次项相当

18、于恒定功率负载； 一次项相当于恒定电流负载；二次项相当于恒定阻抗负载。34、潮流计算的基本要求 : 计算方法的可靠性和收敛性；对计算机存储量的要求；计算速度；计算的方便性和灵活性。35、短路基本类型：三相短路（危害最大） ；两相短路；两相对地短路；单相对地短路。36、电力系统正常运行：电力系统正常运行时 , 必须使所有运行设备的电流、电压及频率在允许的幅值与时间围保持稳定， 即同步稳定、电压稳定与频率稳定；必须保证电能质量。同步稳定：电力系统中所有发电机能以相同的电角速度运转 , 就是同步稳定。电力系统受到扰动后 , 发电机的机械输入和输出电磁功率将出现不平衡现象 . 发电机转子将出现振荡 ,

19、 如果振荡逐步减小消失 , 则 系统保持了同步稳定 , 否则就会失去同步稳定。电压稳定： 电力系统各点电压不尽相同， 但必须维持在正常围， 这时电力系统才能保持安全稳定运行。 如果电力系统中某些地区电压降得很低，则会引发电压崩溃，造成局部电网瓦解，这种情况称为电压失去 稳定，即电压失稳。频率稳定：电力系统各点的频率在正常情况下基本一致，其变化在规定的允许围，这时电力系统能保 持安全稳定运行。 当电力系统受到大干扰造成有功功率严重缺额时， 电力系统的频率会急剧下降甚至引发 频率崩溃，造成系统瓦解，这种情况称为频率失去稳定，即频率失稳。电能质量：频率质量、电压质量、电压波动和闪变、公网谐波、电压不

20、平衡度。37、电压崩溃的出现：在无功电源不足、 运行电压很低的地区， 负载的少许增长即可能使电压低于临界值而导致电压崩溃。 大量受电地区，当失去大容量无功电源或有功电源时，也有发生电压崩溃的危险。自励磁： 发电机与装有串联电容补偿的输电线路相连或只带一条空载长距离输电线路， 在一定条件 下，会发生参数谐振而使发电机自励磁，以致引起机组振动和损坏发电机绝缘。38、电力系统继电保护概念： 指当电力系统中的电力元件 （如发电机、线路等 ）或电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的 事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件 发展的一种自动化措施和

21、设备。电力系统继电保护的基本性能要求有：可靠性、选择性、快速性、灵敏性和结构简化。39、自动重合闸的分类：三相重合闸、单相重合闸和综合重合闸。40、电力系统安全自动装置的结构形式有两种： 一种是就地方式，即收集装置安装处的有关信息进行处理与判断，就地或者通过信息通道向另 一地发出执行命令； 另一种是集中方式，即除本地信息外，还通过信息通道同时收集系统中其他点的有关信息，进行 综合处理与判断，就地或者通过信息通道向其他点发出执行命令。41、电力系统的特点： 电力的生产、传输、分配、消费的各个环节是一个复杂的连续的过程, 在电气上是一个整体。 电能质量不合格会影响生产和生活过程 , 并可能会损坏设

22、备。 电力系统中任何一个元件的参数和运行状态的变化都会迅速地影响到系统中其他元件的正常工作，所以在电力系统中任何一处发生故障，会波及电力系统其他运行部分，以至造成大面积停电； 一次能源调度、发电机起停和负载分配、电网结构和潮流分布、负载控制和管理的合理与否，都会 影响电力系统运行的经济效益。42、电力系统自动化的基本要求如下：（1）迅速而正确地采集、检测和处理电力系统各的运行参数。（2）为运行人员提供调节和控制的决策，或者直接对各元件进行调节和控制。（3）实现全系统各层次、各局部系统和各元件间的综合协调，寻求电力系统电能质量合格和安全经济运行。（4）提高供电可靠性，减少电力系统事故，延长设备寿

23、命，提高运行水平，节省人力，减轻劳动强度。43、SCADA系统：它可对电力系统进行在线的安全监视，具有参数越限和断路器变位告警、显示、记录、 打印制表、事件顺序记录、事故追忆、统计计算及历史数据存贮等功能；还可对电力系 统中的设备进行远方操作和调节。EMS系统: 包括 SCADA功能、自动发电控制及经济运行、安全控制功能以及其他调度管理和计划功能 的系统称为能量管理系统 （energy management system ， EMS）DCS分散控制系统： （在火电厂自动化中得到应用）DCS 系统把各种不同的控制功能分别由数台以微处理器为核心的装置来实现，而由运行人员在 CRT 操作站上对它们统

24、一监控和管 理，使之实现集中监视、分散控制，达到对机组进行有效的控制和管理。44、四遥：对电力网和远方发电厂、 变电站的运行进行监视与控制， 完成遥信、 遥测、遥控和遥调的总称。45、气体放电的主要形式（1）火花放电：常压附近的放电行为（ 2）辉光放电：低气压下的放电行为（3）辉光放电：极不均匀电场下的放电行为（4）电弧放电：强放电行为46、气体中粒子的相互碰撞与四种碰撞效应： 1）激发 2 ）电离 3 ）复合 4 ）附着。47、电子雪崩： 当电场足够强时， 由于碰撞电离作用， 气体中电子数目将由一个增为两个， 两个增为四个， 从阴极出发的一个电子，运动单位距离后就增加为2n 个电子。48、气

25、体自持放电条件：在均匀电场：在不均匀电场：49、电负性气体及其特点：特点是具有高耐压比。50、流注理论（既考虑了汤逊放电的碰撞电离，又考虑了放电过程的光致电离）1. 在初崩中，电子集中在崩头，正离子留在崩尾，崩中部是一个既有电子也有正离子的混合区；2. 崩头的电子成为负空间电荷，加强了阳极电场，崩尾的正离子成为正空间电荷，加强了阴极电场， 而中部的正、负离子混合区近似为一个等离子区，电场很弱；3. 等离子区中电子与正离子浓度很高且有利于复合，复合时产生的光发射使空间光致电离作用大大 加强，产生许多新电子；4. 初崩两头的强电场使二次电子运动中的碰撞电离进行得更为激烈，形成二次电子崩，二次崩汇入

26、初崩，使等离子区迅速扩大；5. 流注产生51、统计时延： 初始电子的出现及初始电子崩的形成完全是由偶然因素制约的（电极有短波照射时当然例外） 但是初始电子又是肯定会出现的， 从气隙电压上升至放电电压的瞬间起到初始电子出现的这段时间主 要受制于偶然因素，它是一个随机事件，应服从统计规律，所以称这段时间为放电的统计时延。形成时延： 初始电子出现后，电离开始至放电通道形成的一段时间主要由电子崩的发展及流注发展决定的， 称这段时间为放电形成时延。52、雷电放电的常用参数 雷电活动频度； 雷电活动频度； 雷道波阻抗； 雷电的极性 雷电流幅值 雷电流的波前时间、陡度及波长。 （雷电流的波前时间处于 1-4

27、 微妙的围，平均为 2.6 微妙。）53、电介质的极化形式有电子极化、原子极化和偶极子极化等三种，另外还有夹层极化和空间电荷极化。54、电介质极化种类及比较56、工程用液体介质的击穿过程及其特点：在低温时，极化损耗和电导损耗都较小。 随着温度的升高，液体的黏度减小，偶极子 转向极化增强，电导损耗也增大， tan 上升，并 在 t1 时达到极大值。在 t 1tt2 以后，电导损耗随温度急剧上升， 极 化损耗不断减小而退居次要地位， tan 将随温度 升高而增大。工程液体介质的特点是含有杂质。 在均匀电场中，当工频电压升高到某值时油中可能会出现一个火花放电，但旋即消失，即这个火 花没有引起油间隙击

28、穿， 油又恢复其电气强度， 电压再增加油中又可能出现火花， 但可能又旋即消失。 这样反复多次，最后才会发生稳定的击穿。杂质小桥： 由于水和纤维的相对介电常数很大， 很容易沿电场方向极化定向， 并排列成杂质小桥。 如果杂质小桥尚未接通电极时， 则纤维等杂质于油串联， 由于纤维的相对介电常数大以及含水分 纤维的电导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电离增 强，这样下去必然会出现有气体小巧引起的击穿。如果杂质小桥接通电极，因为小桥的电导大而导致泄露电流增大，发热会促使汽化，气泡扩大， 发展下去会出现气体小桥，使油隙发生击穿。57、用油杯测量工频击穿电压58、固体

29、介质的击穿：电击穿、热击穿和电化学击穿 电击穿理论：指仅由电场的作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。 热击穿理论：由于固体介质热不稳定过程造成的。 电化学击穿：固体介质在长期工作电场的作用下，由于介质部发生局部放电等原因而导致介质 绝缘性能劣化，电气强度逐渐下降，最终导致介质的击穿。59、累积效应： 固体介质在不均匀电场中以及在幅值不很高的过电压， 特别是雷电冲击电压下， 介质部可能出现 局部损伤，并留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损伤会逐步发展，这称为累积 效应。显然，它会导致固体介质击穿电压的下降。60、波阻抗： 表示只有一个方向的电压波和电流波的比值， 其大小只决

30、定于导线单位长度的电感和电容， 与线 路的长度无关，而导线的电阻与长度成正比。61、行波的折射与反射： 实际电力传输是一条分布参数的长线或与集中元件的集中阻抗如接地电阻等相连接， 不同波阻抗 的连接点称为节点，若有一行波来到节点时，将发生能量的重新分配过程，在节点上发生行波的折射 和反射。62、63、0其中为折射电压波与入射电压波之比值，称为电压波折射系数，其值永远为正值，且在 2 围； 表示反射电压波与入射电压波之比值，称为电压波反射系数，其值可正可负，且 -1 1。 1+= 降低行波陡度：通过串联电感与并联电容。64、暂时过电压的产生及防护措施：工频过电压：产生原因：长线电容效应、不对称接地和突然甩负载。 采取措施：传统的方法是使用同步补偿机或并联电抗器，近年来的发展了静止无功补偿技术。 谐振过电压：产生原因：电力系统大量存在的集中储能元件，由于电力系统受到扰动时，集中储能元件引起振荡。65、电力系统绝缘配合基本概念： 根据电气设备所在系统中可能出现的各种电气应力（工频