《电力系统及电气设备概论》读书笔记Word格式.docx
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水力发电站可分为堤坝式水电站、引水式水电站以及抽水蓄能电站，水电站具有以下特点：
1水力发电过程先对比较简单，由在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳推动水轮机转子旋转，而使得机械能转化成电能2水力发电站不消耗燃料，所以在发电过程中其电能成本低3水力机组的效率高，承受变动荷载的性能较好4在兴建水电站时，往往同时解决发电、防洪、灌溉、航运、养殖等多方面的问题，从而获得更大的综合经济效益。
火力发电厂按其工作情况不同可分为凝汽式火电厂和热电厂。
变电站是联系电厂和用户的中间环节，按其在系统中地位和供电范围分成以下几种类型：
枢纽变电站、中间变电站、地区变电站以及终端变电站。
1.4电力系统的接线方式及电压特点
电力系统的接线图有两种：
电气接线图和地理接线图。
电力系统结构的接线方式可分为无备用接线和有备用接线两种。
为了方便电气制造业的生产标准化和系列化，国家特别规定了标准电压等级系列。
选择线路电压等级，一般有下述规律：
1低压动力和照明采用380V和220V，以便动力、照明可以共用变压器2一般采用10kV，节省导线、降低电压损失和功率消耗明显，但是特殊情况例外3两个不同电压方案经济指标差不多时，应首先采用较高电压的方案，因为长期运行较经济并有利于发展。
1.5电力系统的电能质量及负荷曲线
电能的质量指标为电压偏差、电压波动以及电压正弦波畸变率。
电力负荷使用电能的用电设备消耗的电功率。
电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。
它们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究机构、文化娱乐和人民生活等方面的各种电力用户。
根据电力用户的不同负荷特征，电力负荷可区分为各种工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷等。
将电力负荷随时间变化的情况用图形表示就称该图形为负荷曲线。
包括日负荷曲线和年负荷曲线。
有了电力负荷曲线，调度机构可以根据各个发电厂的特点具体分配一昼夜的发电任务。
由于水电站在运行中的一些特点，除向系统发出电能外，还可以担任调峰、调频等一些特殊作用。
用于应付负荷波动的电站成为调频厂。
选择调频厂的原则是：
1具有足够的调频容量和调整范围2具有与负荷变化相适应的调整速度3调整出力时符合安全及经济运行的要求。
1.6电力系统中性点的运行方式
电力系统中性点的运行方式实际上是指发电机和变压器的三相绕组做星形连接时，其中性点的接地方式主要有三种：
中性点不接地，中性点经消弧线圈接地，中性点直接接地。
前两种称为小接地系统，后一种成为大接地电流系统。
（一）中性点不接地系统
当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。
所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。
在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。
在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。
由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达（2.5～3）Ux。
这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。
在电压为3-10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。
在20～60kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。
因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。
（二）中性点经消弧线圈接地系统
当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。
消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。
绕组的电阻很小，电抗很大。
消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。
显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。
采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少（如某回线路切除）也不会引起谐振，而是离谐振点更远。
在中性点经消弧线圈接地的系统中，一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至
倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。
接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。
在中性点经消弧线圈接地的系统中,各相对地绝缘和中性点不接地系统一样,也必须按线电压设计。
（三）中性点直接接地系统
中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。
在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。
中性点直接接地或经过电抗器接地系统，在发生一相接地故障时，故障的送电线被切断，因而使用户的供电中断。
运行经验表明，在1000V以上的电网中，大多数的一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。
目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。
中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相地对电压不会增高,因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。
电网的电压愈高，经济效果愈大；
而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。
目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是：
（1）对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。
（2）对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。
并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。
（3）20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。
（4）1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。
但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得机电压，地线是为了安全。
1.7电力系统短路
所谓短路就是一相或者多相载流导体接地或相接触。
电力系统短路原因包括：
（1）短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。
（2）误操作及误接。
（3）飞禽跨接裸导体。
（4）其它原因。
电力系统短路后果包括：
电力系统发生短路，短路电流数值可达几万安到几十万安。
（1）产生很大的热量，很高的温度，从而使故障元件和其它元件损坏。
（2）产生很大的电动力，该力使导体弯曲变形。
（3）短路时，电压骤降。
（4）短路可造成停电。
（5）严重短路要影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪。
（6）单相短路时，对附近通信线路，电子设备产生干扰。
三相短路时，由于短路回路的三相阻抗相等，因此三相电流和电压仍然是对称的，故又称对称回路。
无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统。
发生三相短路前后电流、电压的变动曲线
（1）正常运行状态：
因电路一般是电感性负载，电流在相位上滞后电压一定角度。
（2）短路暂态过程：
短路电流在到达稳定值之前，要经过一个暂态过程。
（3）短路稳态过程：
一般经过一个周期约0.2s后非周期分量消亡。
短路进入稳态过程。
短路电流瞬时达到的最值称为短路冲击电流瞬时值，用表示。
短路冲击电流有效值是短路后第一个周期的短路电流的有效值，用表示。
短路电流的计算方法包括对称的短路电流计算和非对称的短路电流计算。
对称的短路电流计算包括无限大容量系统和有限容量系统的计算。
无限大容量系统包括标幺制法和短路功率法。
有限容量系统包括实用运算曲线法和有名单位制计算法。
非对称的短路电流计算应用序网阻抗合成计算法。
标幺制法概念
任意一个有名值的物理量与同单位的基准值之比，称为标幺值。
无单位的纯数。
基准值选择以运算方便、简单为目的。
通常标幺值用Ad*表示，参考值用Ad表示，实际值用A表示，因此Ad*=A/Ad。
按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量Sd和基准电压Ud。
一般取Sd=100MV·
A。
基准电压取元件所在处的短路计算电压，即Ud=Uc。
基准电流按下式计算：
基准电抗按下式计算：
电力系统中各元件电抗标幺值的计算（Ud=Uc）
（1）电力系统的电抗标幺值
Xs为电力系统的电抗值;
Soc为电力系统的容量
（2）电力变压器的电抗标幺值
Uk%为变压器短路电压百分比;
XT为变压器的电抗;
SN为电力变压器的额定容量。
（3）电力线路的电抗标幺值
XWL为线路的电抗;
X0为导线单位长度的电抗;
l为导线的长度。
（4）三相短路电流周期分量有效值的标幺值：
三相短路电流周期分量有效值：
三相短路容量的计算公式为：
2电气设备
在第二章电气设备中，主要学到了电气设备概述、水轮发电机、电力变压器、开关电器、互感器、载流导体和绝缘子、雷电的危害及防雷措施、电器设备选择的一般条件这8大块内容。
2.1概述
发电厂和变电站的主要工作是：
1生产、输送和分配电能2根据电力系统要求，启动或停止机组，改变运行方式，调整器参数3对电路进行必要的切换4不间断地监视主要设备的工作5周期性地检查和维护主要设备6迅速消除发生的故障
电气设备按照其在电能生产过程中的地位和作用，可分为一次设备和两次设备。
直接生产，输送、分配和使用电能的设备，称为一次设备，主要包括一下几个方面：
1生产和转换电能的设备；
如将机械能转换成电能的发电机，变换电压，传输电能的变压器，将电能变成机械能的电动机等。
2接通和断开电路的开关设备。
如高低压断路器、负荷开关、熔断器、隔离开关、接触器、磁力启动器等。
3保护电气。
如限制短路电流的电抗器、防御过电压的避雷器等。
4载流导体。
如传输电能的软、硬导体及电缆等。
5接地装置
对一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的补助设备，称为二次设备。
1测量表计，如电压表、电流表、功率表、电能表用于测量电路中的电器参数。
2绝缘监察装置
3控制和信号装置
4继电保护及自动装置，如继电器、自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应异常和事故，然后作用于断路器，进行保护控制。
5直流电源设备，如蓄电池组、直流发电机、硅整流装置等，供给控制保护用的直流电源及用直流负荷和事故照明用电等。
6高频阻波器
为确保不间断地安全可靠地进行电能生产、电能输送和电能分配，电气设备应满足如下要求：
1安全可靠的绝缘2必要的载流能力3良好的机械性能4其他要求。
2.2水轮发电机
水轮发电机时指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。
水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。
是水电站生产电能的主要动力设备。
水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。
大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。
立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为悬式和伞式两种。
伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又分为普通伞式、半伞式和全伞式。
悬式水轮发电机的稳定性比伞式好，推力轴承小，损耗小，安装维护方便，但钢材耗量多。
伞式机组总高度低，可降低水电站厂房高度。
卧式水轮发电机一般用于转速大于375r/min的情况，以及一些小容量电站。
水轮发电机
水轮发电机由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成。
定子主要由机座、铁芯和绕组等部件组成。
定子铁芯用冷轧硅钢片叠成，按制造和运输条件可做成整体和分瓣结构。
水轮发电机冷却方式一般采用密闭循环空气冷却。
特大容量机组倾向于以水作为冷却介质，直接冷却定子。
如同时冷却定子和转子则为双水内冷水轮发电机组。
水轮发电机的主要技术参数包括：
1额定电压，即水轮发电机在额定工况下运行时的线电压。
2额定容量，即发电机在额定电压，额定转速，额定功率因素等规定条件下，长时期所能发出的最大有功功率3额定电流，即由发电机额定容量和额定电压所决定的线电流4额定功率因素，即发电机在额定工况下运行的功率因素5额定转速，即发电机在额定工况下每分钟的转速。
2.3电力变压器
变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。
在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。
变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。
电力变压器一般是由铁芯、绕组、邮箱、绝缘套管、分接头开关盒冷却系统、保护装置等主要部件组成。
2.4开关电器
开关电器是用来接通和断开电路的电器设备。
其主要任务是在正常工作情况下可靠地接通和断开电路；
在改变运行方式时灵活地进行切换操作；
在系统发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正常运行；
在检修设备时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。
电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10-20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。
电弧主要由以下几种危害：
1延长了开关电器切断故障的时间
2强大的电弧表面温度可达3000~4000℃，电弧中心温度更高
3在冲油开关电器中，电弧将使绝缘油强烈分解，产生大量气体，其温度和压力迅速升高，易引起着火甚至爆炸
4电弧在洛伦兹力作用下，可能飞弧而引起相间或相对地短路，以致造成严重事故或扩大事故
5电弧可能是电弧熔焊，破坏电器设备的正常工作；
亦会产生高次谐波，干扰附近的通信。
断路器有油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器、空气断路器、磁吹断路器以及产气断路器等。
隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。
刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。
熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。
熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。
熔断器是一种过电流保护电器。
熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。
使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。
以金属导体作为熔体而分断电路的电器。
串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备及家用电器起到保护作用。
具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；
过载电流大时，熔断时间短。
因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。
熔断器主要由熔体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。
2.5互感器
互感器是按比例变换电压或电流的设备。
互感器的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。
互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。
互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：
将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；
将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；
将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。
电压互感器按用途分为测量用电压互感器（或电压互感器的测量绕组。
在正常电压范围内，向测量、计量装置提供电网电压信息、保护用电压互感器（或电压互感器的保护绕组。
在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电压信息。
按绝缘介质分为干式电压互感器（由普通绝缘材料浸渍绝缘漆作为绝缘）、浇注绝缘电压互感器（由环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型）、油浸式电压互感器（由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，是我国最常见的结构型式）、气体绝缘电压互感器（由气体作主绝缘）。
通常专供测量用的低电压互感器是干式，高压或超高压密封式气体绝缘（如六氟化硫）互感器也是干式。
浇注式适用于35kV及以下的电压互感器，35kV以上的产品均为油浸式。
按电压变换原理分为电磁式电压互感器（根据电磁感应原理变换电压，原理与基本结构和变压器完全相似）、电容式电压互感器（由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置防护间隙等组成，用在中性点接地系统里作电压测量、功率测量、继电防护及载波通讯用）、光电式电压互感器（通过光电变换原理以实现电压变换）。
按使用条件分为户内型电压互感器（安装在室内配电装置中，一般用在及以下电压等级）、户外型电压互感器（安装在户外配电装置中）。
按一次绕组对地运行状态分为一次绕组接地的电压互感器（单相电压互感器一次绕组的末端或三相电压互感器一次绕组的中性点直接接地）、一次绕组不接地的电压互感器（单相电压互感器一次绕组两端子对地都是绝缘的；
三相电压互感器一次绕组的各部分，包括接线端子对地都是绝缘的，而且绝缘水平与额定绝缘水平一致）。
按磁路结构分为单级式电压互感器（一次绕组和二次绕组）、串级式电压互感器（一次绕组分成几个匝数相同的单元串接在相与地之间，每一单元有各自独立的铁芯，具有多个铁芯，且铁芯带有高电压，根据需要可设多个二次绕组处在最末一个与地连接的单元）。
组合式互感器由电压互感器和电流互感器组合并形成一体的互感器称为组合式互感器，也有把与组合电器配套生产的互感器称为组合式互感器。
电流互感器按用途分为测量用电流互感器（在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息）、保护用电流互感器（在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息）。
按绝缘介质分为干式电流互感器（由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘）、浇注式电流互感器（用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器）、油浸式电流互感器（由绝缘纸和绝缘油作为绝缘）、气体绝缘电流互感器（主绝缘由气体构成）。
按电流变换原理分为电磁式电流互感器（根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器）、光电式电流互感器（通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器，目前还在研制中）。
按安装方式分为贯穿式电流互感器（用来穿过屏板或墙壁的电流互感器）、支柱式电流互感器（安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器）、套管式电流互感器（没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器）、母线式电流互感器（没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器）。
2.6载流导体和绝缘子
载流导体主要包括裸载导体和电缆两大类。
绝缘子用来支持和固定架空导线、配电装置母线以及电器设备的带电部分，使带电导体之间或导体与大地之间有足够的距离并绝缘。
2.7雷电的危害及防雷措施
雷电的危害由以下三种情况造成：
直接雷击、感应雷击、雷电侵入波。
防雷措施包括：
避雷针、避雷线和避雷器。
接地装置是指埋设在地下的接地电极与由该接地电极到设备之间的连接导线的总称。
按接地的目的，电气设备的接地可分为：
工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地。
工作接地：
是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。
例如中性点直接接地系统中的变压器中性点接地，其作用是稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘降低。
保护接地：
也称安全接地，是为了人身安全而设置的接地，即电气设备外壳（包括电缆皮）必须接地，以防外壳带电危及人身安全。
保护接零：
在中性点直接接地的低压电网中，把电气设备的外壳与接地的中性线直接连接，以实现对人身安全的保护作用。
防雷接地：
是针对防雷保护的需要而设置的接地。
例如避雷针（线）、避雷器的接地，目的是使雷电流顺利导入大地，以利于降低雷过电压，故又称过电压保护接地。
防静电接地：
对生产过程中有可能积蓄静电荷的设备所采取的接地。
用以实现接地作用的装置称为接地装置。
包括自然接地体和人工接
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