注冊電氣工程師教程(電氣工程基礎)

全國勘察設計注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試

電氣工程根底

〔不含電機、變壓器局部〕呂江虹2023年6月3日全國注冊電氣工程師考試培訓教材教材全國勘察設計注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試

精講精練〔專業(yè)根底〕

陳志新主編

中國電力出版社

2023年2月南京安防://輔導班的價值適用工作多年的、希望繼續(xù)學習的人員。起引領作用。注意：不要抱壓題的思想。復習方法〔自學者〕著重根底〔根本概念、根本方法和根本理論〕踏實認真適當做題注意：全面前言南京安防://

第4章

電氣工程基礎南京安防://鍋爐發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電能用戶輸電線熱能用戶汽輪機抽汽電力網電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)、電力網關系示意圖4.1電力系統(tǒng)根本知識電力系統(tǒng)的組成一、電力系統(tǒng)運行特點和根本要求電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠發(fā)電機、升降壓變電設備、輸電、配電和電能用戶組成的整體。電力網電力系統(tǒng)中的輸電、變電和配電的三個局部稱為電力網。電能用戶

消耗電能的場所，電能轉換為其他形式能量

。南京安防://4.1電力系統(tǒng)根本知識電能的特點電能生產、輸送、分配和使用在同一時刻內完成的。暫態(tài)過程迅速。與國民經濟密切相關4.1電力系統(tǒng)根本知識〔1〕保證供電可靠性3、對電力系統(tǒng)的要求負荷突然中斷對供電的影響，用電負荷又分為：1〕一類負荷也稱一級負荷一類負荷也稱一級負荷，指突然中斷供電將會造成人身傷亡或會引起對周圍環(huán)境嚴重污染，造成經濟上巨大損失；以及突然中斷供電將會造成社會秩序嚴重混亂或政治上的嚴重影響的用電負荷。3〕三類負荷也稱三級負荷三類負荷也稱三級負荷，指不屬于一類負荷和二類負荷的其他負荷，對此類負荷，突然中斷供電所造成損失不大或不會造成直接損失。2〕二類負荷也稱二級負荷二類負荷也稱二級負荷，指突然中斷供電將會造成較大的經濟損失；以及突然中斷供電將會造成社會秩序混亂或政治上的較大影響的用電負荷。4.1電力系統(tǒng)根本知識南京安防://(2)保證電能質量〔3〕經濟性〔4〕環(huán)保問題4.1電力系統(tǒng)根本知識4.1電力系統(tǒng)根本知識二、電能質量的各項指標電壓幅值、頻率、波形1、電壓偏差〔移〕2、電壓波動U%△U%3、電壓閃變

周期性電壓急劇波動引起燈光閃爍，光通量急劇波動，而造成人眼視覺不舒適的現(xiàn)象。4、不對稱度衡量多相負荷平衡狀態(tài)的指標。電壓不對稱度：電壓負序分量與正序分量的比值。電流不對稱度：電流負序分量與正序分量的比值。電壓緩慢變化電壓變動南京安防://4.1電力系統(tǒng)根本知識5、正弦波形畸變率 P2381〕n次諧波電壓、電流含有率2〕電壓、電流總諧波畸變率6、頻率偏差一般不超過±0.2Hz7、供電可靠性：根據用電負荷等級制定。三、電力系統(tǒng)接線方式及特點1、無備用接線〔開式電力網〕2、有備用接線〔閉式電力網〕4.1電力系統(tǒng)根本知識四、電力系統(tǒng)額定電壓額定線電壓

網絡的額定電壓：線路首末端電壓的平均值用戶設備的額定電壓=網絡的額定電壓發(fā)電機額定電壓：比網絡的額定電壓高5%變壓器額定電壓：1）一次繞組：與發(fā)電機直接連接，等于發(fā)電機的額定電壓；與電網直接連接，與網絡的額定電壓同。2）二次繞組：相當于供電設備，，比電網高5%，，比電網高10%。4.1電力系統(tǒng)根本知識T1T2我國電力網絡的額定電壓等級：3、6、10、35、110、220、330、500kV例1南京安防://4.1電力系統(tǒng)根本知識我國電力網絡的額定電壓等級：3、6、10、35、110、220、330、500kV、750kV電力系統(tǒng)平均額定電壓：UavN=1.05UN3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525kV變壓器的分接頭及其變比調壓額定變比：主抽頭額定電壓之比實際變比：實際所接分接頭的額定電壓之比例1：P2404.1電力系統(tǒng)根本知識10.5kV10.5/242kV220/121/38.5kV110/11kV10.5/3.3kV35/6.6kV1)發(fā)電機、變壓器的額定電壓2)T1：5%抽頭，T2、T5：主抽頭，T3：-2.5%抽頭,T4：-5%抽頭3)各線路的平均額定電壓例1：P2414.1電力系統(tǒng)根本知識10.5kV10.5/242kV220/121/38.5kV110/11kV10.5/3.3kV35/6.6kV2)T1：5%抽頭，T2、T5：主抽頭，T3：-2.5%抽頭,T4：-5%抽頭T1：10.5/254.1kV，T2:220/121/38.5kVT3：110/10.725kV,T4：35/6.27kVT5：10.5/3.3kV例1：P2414.1電力系統(tǒng)根本知識3)各線路的平均額定電壓中性點接地方式4.1電力系統(tǒng)根本知識中性點：是指電力系統(tǒng)的輸、配電線路首端所連接的變壓器繞組接成星形時的公共點。中性點運行方式分為直接接地單相負載低壓〔380/220V〕、高壓110kV以上輸電線路非直接接地〔不接地或經消弧線圈、電阻、電壓互感器等接地〕。通常10—35kV經小電阻接地〔電纜線路多〕高壓系統(tǒng)，接地電流大于500A稱為大電流接地系統(tǒng)，小于500A稱為小電流接地系統(tǒng)。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地相對地電壓〔〕。A.最高為線電壓B.最高為相電壓C.最低為零中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可繼續(xù)運行〔〕。A.20小時B.2小時C.12小時中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，未接地相對地電壓升高，最高升至〔〕A.最高為線電壓B.最高為相電壓C.最低為零CBA中性點直接接地優(yōu)點：當系統(tǒng)發(fā)生一相接地故障時，能限制非故障相對電壓的升高，從而保證單相用電設備的平安。缺點：很大，繼電保護動作，斷路器跳開，造成停電；發(fā)生人身一相對地電擊時，危險性較大。1、中性點不接地系統(tǒng)1〕正常運行時正常運行時各相對地電壓是對稱的UBUA..120°120°120°UC.南京安防://2〕一相接地故障時AXYZBCeA+–eC+–eB+–特點30°中性點不接地系統(tǒng)特點

1〕發(fā)生單相接地故障時，接地相對地電壓下降，非故障相對地電壓升高，最高可達線電壓。對用電設備的絕緣水平應按線電壓考慮；2〕發(fā)生單相接地故障時，三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設備仍照常運行。可繼續(xù)運行2小時。3〕電容電流較大，接地點可能出現(xiàn)電弧，產生過電壓。當電容電流超過一定值時，要求中性點經消弧線圈接地，以減小故障電流。1、線路參數(shù)〔P247〕1〕電阻2〕電抗分裂導線：電抗減小4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路ZY/2Y/2南京安防://3〕電導4〕電納分裂導線：電納增加4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路ZY/2Y/22、輸電線路的等值電路1〕一字形等值電路：架空線不超過100km、電壓不高4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路2〕π形和T形等值電路：架空線為100-300km、電纜不超過100km例4-2P245二、變壓器〔P246〕4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路RTjXTGT-jBT1、雙繞組變壓器雙繞組變壓器4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路RTjXTGT-jBT2、三繞組變壓器P2474.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路RT1jXT2GT-jBTRT2RT3jXT3jXT1例4-3P249三、有名值、標幺值參數(shù)計算1、有名值2、標幺值：實際值/基準值3、基準值4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路一般選功率SB=100MVA，UB=UP標幺值計算4、不同基準值的標幺值之間的換算4.2電力線路、變壓器的參數(shù)和等值電路電網等值電路例4-4P2514.3簡單電網的潮流計算一、根本概念1、電壓降落RjXS1S24.3簡單電網的潮流計算一、根本概念2、電壓損耗RjXS1S24.3簡單電網的潮流計算一、根本概念3、功率損耗1〕線路功率損耗公式中的功率和電壓可用首端量S1、U1或末端量S2

、U2表示。4.3簡單電網的潮流計算一、根本概念2〕變壓器功率損耗4.3簡單電網的潮流計算二、開式網潮流計算例4-5：P254S1S2S1’S2’S2’S1’S1U1U24.3簡單電網的潮流計算三、不同點的電壓和功率的潮流計算〔P259〕1、同一電壓等級下潮流精確計算2、近似計算例4-6〔P258〕四、輸電線中的功率流向與電壓相角和幅值的關系五、輸電線路的空載與負載運行特性：P2604.4無功功率平衡和電壓調整2、應就近滿足無功需求，盡量減少無功的流動，分區(qū)分級做到無功平衡。如超高壓電網線路電容產生大量無功，需安裝并聯(lián)電抗器予以吸收；配電網卻需配置大量的電容器進行無功補償。一、根本概念1、電壓與無功：系統(tǒng)的無功電源充足，運行電壓就高；反之，運行電壓低。3、系統(tǒng)無功平衡的根本要求：無功電源功率應與負荷的無功和無功損耗相平衡，且有一定的無功備用電源。4.4無功功率平衡和電壓調整二、無功電源的調節(jié)特性1、發(fā)電機：同步發(fā)電機可發(fā)有功，亦可發(fā)無功。2、同步調相機：只發(fā)無功的同步發(fā)電機。過勵磁時，發(fā)無功，欠勵磁時，吸無功。宜大量集中使用，常安裝在樞紐變電所。3、靜止無功補償器〔SVC〕：電容器與電抗器串聯(lián)，配備調節(jié)電抗器的電力電子裝置。4、靜電電容器：只能發(fā)無功。問題：當電壓降低時，供給的無功成平方比例減少，更惡化了電壓水平。不能連續(xù)調節(jié)。4.4無功功率平衡和電壓調整三、利用電容器補償電壓的原理與方法1、補償調壓原理2、補償方式就地補償集中補償補償容量與調壓要求和降壓變壓器的變比均有關，在最大負荷時電容器應全部投入，在最小負荷時退出。按最小負荷沒有補償時確定變壓器的分接頭，按最大負荷時調壓要求計算補償量。4.4無功功率平衡和電壓調整四、變壓器分接頭進行調壓時分接頭的選擇計算有載調壓變壓器：帶負荷切換分接頭，調壓范圍寬。U1U2無載調壓變壓器：工作在一個電壓等級下。1、變壓器分接頭確實定方法：P263例4-7P264變壓器分接頭裝設在：雙繞組變壓器高壓側三繞組變壓器高壓側、中壓側6300kVA以下，有三個分接頭，1.05UN、UN、0.95UN8000kVA以上，有五個分接頭，1.05UN、1.025UN、UN、

0.975UN、0.95UN4.4無功功率平衡和電壓調整4.4無功功率平衡和電壓調整2、降壓變壓器分接頭的選擇計算：P263〔1〕最大負荷時分接頭電壓〔2〕最小負荷時分接頭電壓〔3〕分接頭確定4.4無功功率平衡和電壓調整在無功平衡系統(tǒng)中，應優(yōu)先采用改變變壓器變比調壓；在無功缺乏系統(tǒng)中，應優(yōu)先選擇裝設無功補償裝置，不宜采用改變變壓器變比調壓。原因：為增加無功功率，只是改善局部電網的電壓水平，卻有可能惡化其他地區(qū)的電壓水平。例4-8P264例4-9P2654.5短路電流計算一、根本概念〔P267〕1、類型：對稱短路、不對稱短路。最常見，情況最嚴重。2、短路電流計算目的：設備選擇保護配置主接線設計暫態(tài)穩(wěn)定計算3、近似條件：〔P267〕4、無限大功率電源及其特點〔X=0〕4.5短路電流計算一、根本概念5、短路后果：短路點附近電流增大許多倍，機械應力很大，使導體破壞。設備發(fā)熱增加，損壞。電壓下降，電動機停轉，廢品。發(fā)電機失去同步，造成大面積停電。通訊受到影響。4.5短路電流計算二、簡單系統(tǒng)三相短路電流的實用計算方法1、思路：線性、對稱，由簡入繁。2、恒電勢源電路的三相短路分析Z’Zea=穩(wěn)態(tài)〔周期〕分量+暫態(tài)〔非周期〕分量4.5短路電流計算2、恒電勢源電路的三相短路分析物理意義：非周期電流的初值越大，暫態(tài)過程中短路電流最大瞬時值越大。它與短路發(fā)生時刻有關，與短路發(fā)生時電源電勢的初始相角〔合閘角〕有關。沖擊電流：短路電流最大瞬時值，在短路發(fā)生后約半個周期出現(xiàn)。用于校驗設備的動穩(wěn)定。=穩(wěn)態(tài)〔周期〕分量+暫態(tài)〔非周期〕分量4.5短路電流計算3、短路電流周期分量的實用計算〔P267〕計算各元件標么參數(shù)、繪制等值電路，取SB，UB=Uav。系統(tǒng)發(fā)電機變壓器電抗器負荷線路4.5短路電流計算3、短路電流周期分量的實用計算〔P267〕化簡等值電路，求出電源至短路點f的總阻抗。計算f點三相短路電流周期分量初值及其他待求量。短路電流基準值4.5短路電流計算三、短路容量〔P269〕也稱短路功率：說明短路容量標么值等于短路電流標么值。應用：主要用于校驗開關的切斷能力。4.5短路電流計算四、沖擊電流和最大有效值電流〔P269〕沖擊電流=k*短路電流周期分量最大沖擊電流有效值例4-10、

4-11P270沖擊電流：最大有效值電流：

4.5短路電流計算五、對稱分量法和序網〔P272〕同步機：正常運行參數(shù)為正序參數(shù)。2〕旋轉元件：發(fā)電機、電動機：各序阻抗不等1、序分量：正序分量、負序分量、零序分量2、序阻抗：參數(shù)對稱時，某序電壓與同序電流之比。1）靜止元件：架空線、電纜、變壓器三個單相的電抗器、電容器、變壓器組成的三相電抗器、電容器、變壓器4.5短路電流計算變壓器：各序等值電路結構相同。變壓器的電阻、漏抗的正序與負序、零序相同。變壓器正序、負序的勵磁電抗相同。變壓器零序與其連接方式、中性點是否接地、結構〔單、三相〕有關：P2744.5短路電流計算變壓器：零序等值電路與外電路的連接，取決于零序電流的流通路徑，與繞組的接線方式和中性點是否接地有關。零序電壓施加在三角形側和不接地星形側，那么無論另一側繞組的接線方式如何，變壓器中都無零序電流流過。零序電壓施加在接地星形側，零序電流經由中性點流入大地，構成回路。另一側繞組的零序電流流通情況取決于該側繞組的接線方式。4.5短路電流計算線路：P274靜止元件，正、負序阻抗與等值電路相同。零序電抗比正序電抗大?！脖?-1〕例4-12序分量P275六、繪制各序網等值電路正序：不包括中性點接地阻抗、和空載線路負序：零序：讀圖4.5短路電流計算例：P27713.5短路電流計算13.5短路電流計算七、復合序網方法：故障邊界條件。4.5短路電流計算七、復合序網方法：故障邊界條件。八、不對稱短路的電流電壓計算九、經變壓器后的相位變換4.9過電壓及絕緣配合一、根本概念1、過電壓：對絕緣有危險的電壓升高。2、分類：內部過電壓工頻過電壓操作過電壓諧振過電壓雷電過電壓直接雷過電壓感應雷過電壓例4-16P3244.9過電壓及絕緣配合3、工頻電壓升高：長線的電容效應、不對稱短路、甩負荷。4、操作過電壓：指電網參數(shù)的改變，如切斷空載線路、空載線路合閘、切斷空載變壓器、斷續(xù)電弧接地。5、絕緣水平：220kV以下系統(tǒng)，由雷電過電壓決定絕緣水平。超高壓系統(tǒng)，由內部過電壓決定絕緣水平。嚴重污穢地區(qū)，電網外絕緣水平主要由系統(tǒng)的最大運行電壓決定。4.9過電壓及絕緣配合二、雷電過電壓特性1、感應過電壓：靜電感應、電磁感應2、直擊雷過電壓3、雷電波的侵入4.9過電壓及絕緣配合三、接地和接地電阻、接觸電壓、跨步電壓：1、接地：與大地等電位。3、接觸電壓：人與接地設備之間的電壓。距腳0.8m處與手觸摸到1.8m處之間的電壓。2、接地電阻：與接地裝置的形狀、尺寸、大地電阻率有關，而與金屬接地體自身的電阻無關。表4-2不同接地裝置的接地電阻如重復接地電阻10?。4、跨步電壓：人的兩腳〔步長0.8m〕之間的電壓。35kV及以下的小電流接地系統(tǒng)：4.9過電壓及絕緣配合四、氧化鋅避雷器特點1、氧化鋅避雷器的伏安特性

P3262、氧化鋅避雷器的特點1〕無串聯(lián)火花間隙，即無滅弧電壓、沖擊放電電壓等特性參數(shù)，體積小。2〕良好的陡波響應特性：無間隙的放電延時。3〕無續(xù)流，可重復動作實施保護。4〕通流容量大，可重載，可用于對內部過電壓進行保護。4.9過電壓及絕緣配合五、避雷針、避雷線的保護范圍1、目的：防止受直擊雷擊。受雷擊概率小于0.1%。2、避雷針一般用于保護發(fā)電廠、變電所，避雷線用于保護線路。3、保護范圍距地面X高度：避雷針一半高度以上避雷針一半高度以下地面：4.9過電壓及絕緣配合4、獨立避雷針，接地電阻應小于10歐姆，常用于配網中。5、構架避雷針，經濟性好，但在配網中易導致絕緣逆閃絡〔還擊〕。故常應用于110kV及以上系統(tǒng)中。避雷線作用：保護變電所的電器設備、輸電線路等免受直擊雷過電壓。4.10斷路器一、作用、功能、分類1、作用切斷/閉合負載/空載電流切斷過負荷和短路電流2、功能滅弧特點，根本能可靠地開斷工作電流和短路電流。4.10斷路器三、分類1、多油：以絕緣油為絕緣介質，耗材多，占地大。2、少油：平安，耗材少，占地小，大量使用。3、SF6：以SF6為絕緣介質，斷口電壓高，允許斷路次數(shù)多，開斷性好，占地小，易維護，檢修周期長，價格高。〔超高壓〕4、真空：以真空為絕緣介質，距離間隙小，開斷性好，占地小，在35kV及以下系統(tǒng)應用廣泛。〔配電網〕5、壓縮空氣：以壓縮空氣為絕緣介質，斷路能力大，價格高。4.10斷路器5、壓縮空氣：主要用于110kV及以上有較高要求的系統(tǒng)以及大型發(fā)電機出口需要很大額定電流和開斷電路的場合。已被SF6取代6、磁吹：利用電弧電流通過吹弧線圈產生的磁束吹弧。滅弧效果好，無油，可屢次重復使用。7、GIS(SF6全封閉組合電器)：不含變壓器在內的一次設備的“氣體絕緣變電站〞。占地小，可靠性高，價格貴，主要用于110~500kV系統(tǒng)。4.10斷路器4、斷路器操作機構1〕手動操作機構〔CS〕：就地操作2〕電磁式操作機構〔CD〕：遠距離控制直流電源3〕彈簧儲能操作機構〔CT〕：可進行一次自動重合閘，交流或直流電源。4〕壓縮空氣操作機構〔CY〕：用于空氣斷路器。4.10斷路器二、主要參數(shù)1、額定電壓2、額定電流：200A~20000A3、額定開斷電流：額定電壓下開斷的最大電路電流。1.6kA~100kA4、額定開斷容量：表征開斷能力。5、額定關合電流：合到已經短路的系統(tǒng)時斷路器能閉合的最大短路電流。6、耐受性能：發(fā)熱電動力4.10斷路器7、分閘時間：包括固有分閘時間和燃弧時間，20~40ms

合閘時間：臨時性故障斷路器合閘延時斷路器跳閘延時：從電弧熄滅到電路重新接通的時間，稱為無電流間隔時間，一般為0.3~0.5s。永久性故障斷路器跳閘延時斷路器跳閘斷路器合閘強送電：自動重合不成功時，隔180s后手動合閘。8、自動重合閘時間：4.10斷路器四、斷路器常用的滅弧方法1、交流電弧的滅弧電流過零點時熄弧。弧隙介質強度恢復與弧隙電壓強度的恢復。陰極效應。2、常用滅弧方法：介質選擇：真空滅弧、油、SF6吹?。簷M吹、縱吹多斷口快速分閘五、斷路器的運行和維護工作要點1、斷路器的操作2、正常運行的操作要求1〕斷路器的正常操作要求2〕斷路器操作機構的要求3、故障狀態(tài)下的操作要求4、高壓斷路器的異常運行5、真空斷路器常見異常運行6、SF6斷路器常見異常運行4.10斷路器4.11互感器一、電流、電壓互感器的工作原理、接線形式及負載要求1、電流互感器：將一次大電流變?yōu)闃藴市‰娏鳎琁2N=5A，供儀表或繼電器使用。（1）工作原理：與變壓器相似。4.11互感器1、電流互感器〔2〕接線形式：1〕三相完全星接：反映每一相電流2〕兩相不完全星接：無法反映單相接地故障3〕兩相差動式接線：各類短路繼電器整定值不同，無法反映單相接地故障4〕單相接線：可用于三相負荷平衡5〕兩相三完全星接：均可反映各類接地故障4.11互感器1、電流互感器〔3〕接線中本卷須知1〕二次側在使用時絕對不可開路。不允許裝熔絲。2〕二次側必須有一點接地。保證人身和設備平安。3〕接線時注意極性4〕一次側串接線路，二次側串接儀表或繼電器5）負荷要求：〔4〕鐵磁性質的選擇：測量要求精度高，繼保相對低。4.11互感器2、電壓互感器1、電壓互感器：將一次高電壓變?yōu)榈碗妷?，U2N=100V，供儀表或繼電器使用?！?〕工作原理：電磁式電壓互感器的與變壓器相同。電容式電壓互感器：實質為分壓器4.11互感器1、電壓互感器〔2〕接線形式：1〕單相接線：可測相間電壓，亦可測相對地電壓。2〕V-V接線〔不完全星接〕：可測相間電壓。4〕Y0-Y0接線：可測線電壓及相電壓。3）Y0/Y0/接線：可測線電壓、相電壓及絕緣監(jiān)察。4.11互感器1、電壓互感器〔3〕接線中本卷須知1〕二次側在使用時絕對不可短路。2〕二次側必須有一點接地。保證人身和設備平安。3〕接線時注意極性4〕一、二次側裝熔絲氣短路保護，一次側裝隔離開關。檢修用。（4）負荷要求：5〕一次側并接線路中，二次側并接儀表或繼電器4.11互感器二、電流、電壓互感器配置原那么及接線1、電流互感器1〕發(fā)電機、變壓器、出線、母線分段及母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路。

大接地電流系統(tǒng)：裝三相完全星接、兩相完全星接

保護線路小接地電流系統(tǒng)：6—10kV裝兩相不完全星接,保護線路

6—10kV裝兩相差接，保護線路、小容量的電動機、變壓器4.11互感器二、電流、電壓互感器配置原那么及接線2、電壓互感器母線：一組線路：35kV及以上裝一臺單相，用于監(jiān)測線路發(fā)電機：兩組變壓器：一組南京安防