电力系统工程基础

第一章绪论

电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备：或发电厂、变电所、输配电线路以

及用户），按照一定的规律连接而组成的统一整体。

电能的质量指标主要包括：电压，频率，波形

电力系统中性点接地

接地，

为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设

备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。

电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。

电力系统的中性点接地方式：

小电流接地：

★中性点不接地（中性点绝缘）

适用范围

3kV〜60kV的电力系统

★中性点经消弧线圈接地

消弧线圈：

安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器

作用：

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,

补偿方式：

大多采用过补偿方式。

大接地电流：

★中性点直接接地

380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。

★中性点经电阻接地

适用范围：配网系统

第二章发电系统

火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。

第三章输变电系统

第一节概述

输变电系统：包括变电所和输电线路

★电气主接线

发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，称为电气主接线，也称为电

气一次接线或一次系统。

★一次设备

发电厂或变电所中直接通过大电流或接于高电压上的电气设备称为电气主设备或一次设备。

★二次设备

发电厂或变电所中用于对一次设备或系统进行监视、测景、保护和控制的电气设备称为二次

设备，由二次设备构成的系统称为二次系统。

第二节输变电设备

★电流互感器

运行特点：二次绕组不能开路，二次侧必须接地

二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线

★电压互感器

运行特点：二次绕组不能短路,二次侧必须接地

分为电磁式和电容式两种

第三节电气一次接线（重点）

第一大类有汇流母线接线

1.单母线接线

简单、清嘶、设备少

2.单母线分段接线

减少母线故障或检修时的停电范围

3.单母线分段加装旁路母线接线

旁路母线的作用是不停电检修进出线断路器

4.双母线接线

具有两组母线Wl,W2

5.双母线分段接线

工作母线分成2段，即母线II,IH段，备用母线I不分段

6.双母线带旁路母线接线

任一进出线的断路器检修时可不停电

7.一台半断路器接线

在母线Wl,W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，

故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。

第二大类无汇流母线接线

1.单元接线及扩大单元接线

2.桥形接线

3.角形接线

第四节配电装置

第五节保护接地及接零

★保护接地：

将电气设备金属外壳、金属构件或互感器的二次侧等接地，防备由于绝缘损坏而使外壳带危

险电压后，以保护工作人员在接触时的安全。

接地方式有：IT,TT,TN（又称保护接零）三种

第四章配电系统

第五章电力系统负荷

电力系统负荷：电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和

第六章电力系统各元件参数及等值电路

第一节电力系统各元件一相等值电路的概念

对称分量法：

在三相电路中，对「任意一组不对称的三相相晟，可以分解为三组三相对称的相量，这就是

“三相相量对称分量法”

4刀二

对称分量法实质上是一种叠加法

序阻抗的概念

元件的序阻抗，是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电

流的比值,即：

=△心//a1■

Z2=△乙2/乙

Z。=△"，/乙。.

Zl、Z2和Z0分别称为元件的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗。

第二节架空输电线路的正序参数及等值电路

1.基本电气参数有电阻、电抗、电导和电纳

分裂导线的采用等效地增大了导线半径，从而减小了导线的电抗。

架空输电线路的电导是用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗的参数

线路的电纳是由导线与导线之间，导线与大地之间的电容所决定的。

2.输电线的正序等值电路

n型和T型两种

第五节电力系统各元件的序参数

同步发电机，异步电动机，架空输电线路的负序电抗和零序电抗需查表或查图得出

变压器较复杂，有零序等值电路

变压器正、负序等值电路及其参数是完全相同的。这一结论也适用于电力系统中的一切静止

元件。

第六节标幺制

标幺值可定义为物理量的实际值（有名值）与所选定的基准值间的比值

基准值习惯上采用线电压U、线电流I、三相功率s和一-相等值阻抗Z

工程计算中，通常选定功率基准值Sd和电压基准值Ud

需记住一套换算公式

u=uRd

/==/*急

z=（/?«+

S—S*5*d

变压器联系的多级电压网络中标幺值的计算

先应将不同电压级中各元件的参数全部归算至某一选定的电压级，这个电压级称为基本级

（或基本段），然后选取统一的功率基准值和电压基准值，将各元件为参数的有名值换算为标

幺值。

在实际使用中，根据变压器变比是按实际变比或按近似变比（变压器两侧平均额定电压之

比），分为准确计算法及近似计算法。

第八章电气主接线的设计

包括厂、所和附近用户供也方案设计；限制短路电流的措施和短路电流的计算；电气设备的

选择；等

一：主变压器和主接线的选择

★主变压器：向电力系统或用户输送功率的变压器。

★联络变压器：用J•两种电压等级之间交换功率的变压器。

★自用电变压器：只供厂、所用电的变压器。

一般选用三相变压器

二：载流导体的发热和电动力

发热包括长期发热，短时发热，前者为了确定正常工作时的最大允许我流量。后者确定短路

切除以前可能出现的最大温度。

电动力验证支架的机械强度是否足够

三：电气设备的选择

1：高压断路器，隔离开关，高压熔断器的选择

2：限流电抗器的选择

限流电抗器的作用

限制短路电流：可采用轻型断路器，节省投资：

维持母线残压：若残压大于65%~70%UNS,对非故障用户，特别是电动机用户是有利的。

3：母线和电缆的选择

4：电流互感器，电压互感器选择

第九章现代电力系统的运行

第一节电力系统有功功率与频率的调整

一、电力系统的有功功率平衡

£%=£尸"+△尸x

i=1i=1

二、电力系统的频率调整

(1)、有功电源的频率特性

电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系

无调速系统时：

有调速系统时：原动机的静态频特性成为一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲线

近似地用直线表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。

(2)、电力系统负荷的静态频率特性

(3)、电力系统的频率调整分为一次调整(装调速器)，二次调整(装调频器)，三次调整(经

济调度)

第二节电力系统无功功率与电压的调整

一、电力系统的无功平衡

无功电源：包括发电机、同步调相机、静电甩容器及静止补偿器等。注意四种的区别和发出

无功的公式。

无功损耗：主要是异步电动机。

无功损耗：包括变压器和输电线路的损耗。

无功功率的就地平衡原则

二、中枢点的电压管理

中枢点指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变甩站的母线，系统中大部分负荷由这些节

点供电。

中枢点调压方式有逆调压，顺调压，常调压

三、电力系统的调压措施

★调压措施1：发电机调压

在负荷增大时，损耗增加，用户端电压降低，这时增加发电机励磁电流，提高发电机的端电

压：在鱼荷减小时,损耗减少,用户端电压升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的

端电压。

★调压措施2：改变变压器变比调压

★调压措施3:利用无功功率补偿调压

通过在负荷侧安装同步调相机、并联电容器或静止补偿器，以减少通过网络传输的无功功率,

降低网络的电压损耗而达到调压的目的。

涉及补偿容量选择的计算

★调压措施4：改变输电线路参数调压

从电压损耗的计算公式来看，改变电阻R和电抗X都可以改变电压损耗。

第三节电力网运行的经济性

降低电能损耗的技术措施

1.提高电力网负荷的功率因数

(1)合理选择异步电动机的容量及运行方式

(2)实行无功功率就地补偿

2.合理组织电力网的运行方式

(1)适当提高电力网的运行电压水平

(2)合理组织并联变压器的运行

第四节电力系统运行的稳定性

一、电力系统稳定性的概念

电力系统运行的稳定性，就是指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。

二、发电机转子运动方程

电力系统稳定性的核心问题是研究同步发电机转子运动状态受干扰的响应。

同步发电机组的转子运动方程式

J/1如=-此,

teRdt

三、发电机的功率特性

1、隐极机的功率特性

隐极机：其纵轴与横轴的同步电抗相等，即Xd=Xq

2、凸极机的功率特性

凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等

图9-24凸极机的功角特性

上面虚线表示的是隐极机的功角特性，功率与功角3成壬弦关系，凸极机则为非正弦关系

四、电力系统的静态稳定性

静态稳定性指系统在受到小扰动的情况下能自动恢复到原来运行状态的能力。

1、简单电力系统静态稳定的实用判据

2、功率极限与静态稳定储备系数

发电机功率特性曲线的最大值称为功率极限，功率极限可通过对发电机功率特性求极值，即

令dP/d8=()求得。

稳定裕度的大小，通常用稳定储备系数表示。

3、提高电力系统静态稳定的措施

应着力于提高电力系统的功率极限

从电力系统功率极限的简单表达式：

F^=SU/X

可见，应从提高发电机的电势E,减小系统电抗X、提高和稳定系统电压U等方面着手。

五、电力系统的暂态稳定性

最重要曲线图

图9-29功率特性曲线

由a、b、c、e所围成的面积，通常称之为“加速面积”

由e、d、f、g围成的面积称为“减速面积”

最大可能减速面积必须大于加速面积的原则，可以判断电力系统是否具有暂态稳定性

提高暂态稳定性的措施：

★快速切除故障

★实行快速强行励磁

★采用自动重合闸装置

★改善原动机的调节特性

★采用电气制动

第十章发输变配电系统的二次系统

原理接线图：是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等工作原理的一种二次接线图。

展开接线图：用来说明二次回路的动作原理，在现场使用极为普遍。

安装接线图：制造厂加工制造屏（屏盘）和现场施工安装所必不可少的图，也是运行试验、

检修和事故处理等的主要参考图。

不对应原则：就是指控制开关的位置与断路器的分合闸位置不一致。可利用这个特征发出自

动跳、合闸信号。

第十一章电力系统继电保护

第一节基本知识

★电力系统继电保护

是一门研究自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。

★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；

反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应

★基本原理

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

★构成

输入电路，测量元件，逻辑元件，输出部分，执行部分

★基本要求

选择性，动作迅速，灵敏度好，可靠性高

第二节线路的电流保护

一、相间短路的电流保护

1.无时限电流速断保护（电流保护【段）

无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障

无时限电流速断保护的动作电流n°pi整定为：

=心篮

动作时间：tlopl=0

灵敏度：保护范围不少于线路长度的15%。

2.带时限电流速断保护（电流保护II段）

在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端）。

整定：

IIIopl=KIIrelIIop2/Kbmin

tIIopl=tIop2+At=At

灵敏度：其值在“技术规程”规定

注意：当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第n段整定值

配合

3.定时限过电流保护（电流保护in段）

作本线路主保护的后备保护（近后备保护）：

作相邻下一线路（或元件）的后备保护（远后备保护）。

整定电流三者关系Illlopi«IIIopl<IIopl

二、相间短路方向电流保护

1.采用方向电流保护的必要性

保障双电源网络中三段式电流保护的选择性

2.功率方向元件

方向电流保护与一般电流保护的差别仅多了一个功率方向元件

三、接地短路的