电气工程基础

1.N-1法则：是电力系统可靠性评估或设计的一条准则，是指系统在失去任一元件后，对系统的影响能控制在规定的范围以内。

2.发电站或变电所的电气主接线是由发电厂或变电所的所有高压电气设备通过连接线组成的用来接受和分配电能的电路。

又称电气一次接线图或电气主系统。

电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主题，是电力系统网络结构的重要组成部分。

一般采用单线图
要满足可靠性，灵活性和经济性
3频率，电压和波形是电能质量的三个基本指标
额定电压等级3,6，10，20,35,63,110,220,330,500,750
用户处的额定电压比电网额定电压5%
±
发电机+5%
UAV为各元件所在处的平均额定电压，与各级额定电压相应的平均电压规定为525,345,230，115，37,10.5,6.3，3.15
变压器一次侧=电网电压或发电机
二次侧比同级电网高%10.
4.电力系统运行特点
1．电能的生产和使用同时完成2.正常输电过程和故障过程都非常迅速3.具有很强的地区性特点4与国名经济各部门关系密切
大电网优点：1.合理利用资源，提高系统运行经济效益2.较少总负荷峰值充分利用装机容量，降低备用3.提高供电可靠4.效率
电力系统运行基本要求：供电安全可靠2.保证电能的良好质量3.保证电力系统运行的稳定性4,。

保证运行人员和电气设备工作的安全5.保证电力系统运行的经济性
电力系统用户用电设备所消耗的电功率的总合称为电力系统的综合负荷。

简称负荷。

符合加上电力网的功率损耗成为电力系统的供电负荷，供电负荷与发电厂的厂用电之和称为电力系统的发电负荷
一些名词：
网损率：在同一时间内，电力网的损耗电量占供电量的百分比，称为电力网的损耗率，简称网损率或线损率。

最大负荷损耗时间：如果线路中疏松的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在τ小时内的能量消耗恰好等于线路的全年实际电能损耗，则称τ为最大负荷损耗时间
耗量特性：反应发电设备单位时间内能量输入（F）和输出功率（P）关系的曲线。

耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，称为比耗量。

其倒数为发电厂的效率。

耗量特性曲线上某点切线的斜率成为该点的耗量微增率。

等微增率准则：电力系统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行：从而使总的能量损耗最小运行最经济。

转移阻抗：如果仅在i支路加电势
E，其他电源电势均为0，则i E与在f支路
i
中产生的电流的比值就是i支路和f支路之间的转移阻抗
输入阻抗：
五防开关：防止带负荷拉合隔离开关；防止误分合断路器；防止带地线和隔离开关和带电合接地闸刀，防止带地线合断路器；防止误入带电间隔
电流分布系数：网络中某一支路的电流.
I与短路电流.f I的比值
i
均一电力网：网络中各段线路型号，截面积和几何均距都相同的电力网
中性点：连接成星形的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点。

4.日平均负荷，负荷率，最小负荷系数
最大负荷利用时间：若系统始终以最大负荷Pmax运行，经过一定时间达到
全年的电能消耗量，这段时间成为最大负荷利用时间Tmax。

5.电力系统综合负荷取用的功率一般随系统运行参数（主要是U电压和频率F）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式成为负荷特性。

分为静态特性和动态特性。

静态特性常见的有多项式，幂函数式，恒定阻抗式。

6.谐波分量：各次谐波平方和的开方，分为谐波电压含量和谐波电流含量
=谐波总畸变率：谐波含量占基波分量的比值
谐波含有率：畸波周期良种某次谐波的有效值与基波有效值的比值
谐波源：含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源；整流和换流电子器件所形成的谐波源
7.采用扩充空心导线或分裂导线来防止电晕并减少线路感抗。

避雷线一般是
接地的，但是绝缘避雷线在正常运行时是对地绝缘的
8.线路电阻反应的是线路通过电流时产生的有功功率损失，电抗反应载流线路周围的磁场效应，电导反应的是电晕现象产生的有功功率损失，电纳反应载流线路周围的电场效应
电晕现象是指在强电场作用下导线周围空气发生游放电的现象。

在游离放电时导线周围空气产生蓝紫色荧光，发出“兹兹”的放电声以及由电化学作用产生的臭氧，消耗有功电能。

9.开关电器：只起隔离电压作用而不来断电流的成为隔离开关，用来开断和关合负载电流的成为负荷开关，既能开断负载电流又能开断数百迁安短路电流的断路器。

熄灭电弧是开关电器必须具备的功能。

10.
电弧是一种等离子体，具有良好的导电能力。

强电场发射
由热游离维持的等离子称为电弧的弧柱。

维持电弧放电所需的电场强度很低，因此简单用拉长触头间的距离来熄弧不可取。

有效措施是：创造条件使断口处处于游离状态的自由电子和正离子快速减少或消失，这种措施称为消游离。

交流电弧的特点是电流每半个周期经过零值一次，在电流经过零值时电弧会自动熄灭
断口耐压能力随时间增长称为断口截止的恢复（因为弧隙间的带电离子在扩张和复合作用不断减少）
断口电压随时间变化的过程称为断口电压的恢复。

加强断口介质强度的恢复并提高其数值是提高开关熄弧能力的主要方法。

措施有：1.采用绝缘性能高的介质，一边在相同的断口距离下提高端口的耐压2.提高触头的分断速度或断口的数目，使电弧迅速拉长3.采用各种结构的灭弧装置来加强电弧的冷却，以加快电流过零后弧隙的去游历过程，常见的有吹弧
11．断路器要有在短路时间内连续多次开断和关合短路电流的能力。

按灭弧介质分：油断路器，压缩空气断路器，六氟化碳断路器，真空断路器，固体产生断路器
油断路器：电弧产生大量气体压缩在电弧周围，气泡的高压和氢气的优良的导热性能可加快电流过零后弧隙介质强度的恢复。

六氟化碳断路器：SF6的分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙参与导电的自由电子，生成负离子，容易与正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零是弧隙介质强度的恢复。

真空断路器：真空电弧其实是金属蒸汽电弧
出现集聚型电弧时，真空断路器就会失去开断能力。

提高出现阳极斑点的电流值，使电弧在大电流范围内仍能保持在扩散性电弧的形态，是提高真空断路器开断能力的有效措施。

、
隔离开关一般装在断路器和电流互感器组的两侧，只能在断路器切断负荷电流或短路电流后进行操作，使断路器和电流互感器彻底和电源隔开。

也就说隔离开关只需用来开断和关合有电压，无负荷的线路。

电压互感器：变比略小于匝数比，二次侧不允许短路
电流互感器：变比略大于匝数比，二次侧不允许开路
最大二次电流倍数：在额定负载状况下次，电流互感器二次可能出现的最大电流和二次额定电流的比值
10%误差系数：电流误差达到-10%时的一次电流和一次额定电流的比
单母线接线优点：接线简单，清晰使用设备少，投资小，运行操作方便隔离开关仅作为隔离电源作用不作为操作电器，误操作机会少，且便于扩建
缺点：可靠性和灵活性较差，最严重的故障是当汇流母线故障时，将使全厂回路停电；即使汇流母线有计划检修，也会使全厂停电。

此外，当出线断路器检修或故障，会使该回路停止工作
母线分段：汇流母线故障，仍保留一般的电源和负荷继续运行。

可轮流分段检修汇流母线，使停电范围减小。

重要用户可同时从不同分段引接电源供电实现双线供电。

加旁路母线：可做到检修与旁路母线相连的任一回路断路器时，该回路不停电。

双母线接线：优点：1）供电可靠2）调度灵活3）便于扩建
缺点：连接复杂，设备多，造价高；配电装置复杂，经济性差；主母线故障，仍需短时停电；特别是在倒闸操作中，隔离开关作为操作电器，容易引起误操作，对实现自动化不变。

其中一组主母线分段：加装旁路母线
一个半断路器接线：优点：1）任一组主母线故障或是检修，甚至两组主母线同
时故障的极端情况下，仍不至于停电 2）隔离开关仅作为检修作用，当一组主母
线停电检修时不需要切换操作，避免了道闸操作的误操作
缺点：设备多，造价高，经济性差，二次接线和继电保护整定复杂。

4-3. 我国常用的配电网电压等级有几种？
答：我国现行配电网的电压等级可分为三种，即高压配电网（35kV 、110kV ），中压
配电网（6kV 、10kV ）和低压配电网（220V 、380V ）。

4-11. 中性点接地方式有几种类型？概述它们的优缺点。

答：中性点的接地方式可分为两大类：一类是大电流接地系统（或直接接地系统），
包括中性点直线接地或经小阻抗接地；另一类是小电流接地系统（或非直接接地
系统），包括中性点不接地或经消弧线圈接地。

在大电流接地系统中发生单相接地故障时，接地相的电源将被短接，形成很大的
单相接地电流。

此时断路器会立即动作切除故障，从而造成停电事故。

单相接地
短路后，健全相的电压仍为相电压。

在小电流接地系统中发生单相接地故障时，不会出现电源被短接的现象，因此系
统可以带接地故障继续运行（一般允许运行2小时），待做好停电准备工作后再
停电排除故障。

可见采用小电流接地的运行方式可以大大提高系统供电的可靠性。

但这种运行方式的缺点是，发生单相接地时非接地相的对地电压将上升为线电压，
因此线路及各种电气设备的绝缘均要按长期承受线电压的要求设计，这将使线路
和设备的绝缘费用增大。

电压等级愈高，绝缘费用在电力设备造价中所占的比重
也愈大。

110KV 以上中性点直接接地
4-12. 简述消弧线圈的作用，在什么情况下需加装消弧线圈。

答：接在中性点与地之间的铁芯有气隙的电感线圈，其作用是补偿电力系统单相
接地电流及减缓接地故障点恢复电压的上升速度，从而增大接地故障点自动熄弧
的概率。

当3~10kV 电网单相接地电流大于30A ；35~66kV 电网单相接地电流大
于10A ；或发电机单相接地电流大于5A 时应当在中性点安装消弧线圈，对电容
电流进行补偿。

什么是消弧线圈的脱谐度，为什么消弧线圈一般应当运行在过补偿状 态？
答：将消弧线圈的L 值偏离调谐的程度用脱谐度v 表示
c L
c I I v I -= 或 1122331122331()()w C C C w L v w C C C ++-=++
在欠补偿的情况下，如果电网有一条线路跳闸（此时电网对地自部分电容减小）
时，或当线路非全相运行（此时电网一相或两相对地自部分电容减小）时， 或
U0 偶然升高使消弧线圈饱和而致L 值自动变小时，消弧线圈都可能趋近完全调谐，从而产生严重的中性点位移。

因此，消弧线圈一般应采取过补偿的运行方式
12.电力网任意两点电压的矢量差：电压降落
电力网任意两点打压的代数差：电压损耗
电力网中任意点的实际电压U同该处网络额定电压Un的数值差：电压偏移。

13.线路空载运行时，其末端电压将高于首端电压，这种由于线路电容功率使其
末端产生工频电压升高的现象称为法拉第效应（电容效应）
5-2 何谓潮流计算？潮流计算有哪些作用？
解：潮流计算：电力系统的潮流计算是针对具体的电力网络结构，根据给定的负荷功率和电源母线电压，计算网络中各节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。

在电力系统的设计和运行中都要用到潮流计算的结果，例如电力网规划设计时，要根据潮流计算的结果选择导线截面和电气设备，确定电力网主结线方案，计
算网络的电能损耗和运行费用，进行方案的经济比较；电力系统运行时，要根据潮流计算的结果制定检修计划，校验电能质量，采取调频和调压措施，确定最佳运行方式，整定继电保护和自动装置。

5-3 何谓功率分点？如何确定功率分点？功率分点有何作用？
解：能从两个方面获取功率的节点，称之为功率分点。

功率分点分为有功功率分点和无功功率分点，有功功率分点以“▼”标注在该节点处，无功功率分点则以“▽”标注。

通过计算初步功率分布，得到各负荷节点的有功功率与无功功率流向，找出能从两个方面获取功率的节点，即为功率分点。

确定了功率分点后，就可在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，然后应用开式电力网的方法计算其最大电压损耗
5-10 电力系统为何要设置有功备用？有功备用如何分类？
解：为了保证频率在额定值所允许的偏移范围内，电力系统运行中发电机组发出的有功功率必须和负荷消耗的有功功率在额定频率下平衡。

有功功率平衡通常用下式表示。

为了保证供电的可靠性和良好的电能质量，电力系统的有功功率平衡必须在额定参数下确定，但是系统的负荷经常波动，有时还会出现突发事故，为了保证电力系统安全、优质和经济运行，还应留有一定的的有功备用容量。

按用途分为：负荷备用，检修备用，事故备用，国名经济备用
按备用形式：热备用，冷备用
5-11 什么是一次调频？二次调频？各有何特点？
解：进行一次调频时，仅发电机组的调速器动作，依靠发电机组调速器自动调节发电机组有功功率输出的过程来调整频率，此时发电机组输出功率增加，负荷吸
收频率减少，直到二者平衡。

在一次调频的基础上，通过控制同步器调节发电机组输出功率来调整频率的方法，称为二次调频。

其特点为：
一次调频为有差调频，频率不会恢复到初始值。

一次调频时，系统中所有发电机组均参与。

二次调频的调节范围比一次调频大，可将频率恢复到偏移的允许范围或初始值。

二次调频时，仅系统中特定的调频电厂（主调频厂与辅助调频厂）参与。

5-12 如何选择主调频厂？
解：主调频厂一般应按下列条件选择：
①具有足够的调节容量和范围；
②具有较快的调节速度；
③具有安全性与经济性。

除以上条件外，还应考虑电源联络线上的交换功率是否会因调频引起过负荷跳闸或失去稳定运行，调频引起的电压波动是否在电压允许偏移范围之内。

按照调频厂的选择条件，在火电厂和水电厂并存的电力系统中，枯水季节可选择水电厂为主调频厂，在丰水季节则选择装有中温中压机组的火电厂作为主调频厂。

5-13 k LD 和k G 有何物理意义？二者有何区别？
解：称为综合有功负荷的频率调节效应系数，其数值表示频率发生单位变化时，有功负荷的变化量。

实际系统中的1~ 3，它表明频率变化1%时，有功负荷功率
就相应变化1% ~ 3%。

KG为发电机组的功频静态特性系数，其数值表示频率发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量。

KLD不能人为整定，它的大小取决于全系统各类负荷的比重和性质。

不同系统或同一系统的不同时刻，值都可能不同。

与KLD不同的是KG可以人为调节整
定，但其大小，即调整范围要受机组调速机构的限制。

不同类型的机组,KG的
取值范围不同。

5-14 何谓发电机原动机调速器的有差特性？为什么要采用有差特性的调速器？解：对应增大了的负荷，调速器调整的结果使发电机组输出功率增加，频率回升，但仍低于初始值；反之，如果负荷减小，调速器调整的结果使发电机组输出功率减小，频率下降，但仍高于初始值。

这种调节特性称为发电机原动机调速器的
有差特性。

有差特性的调速器，对发电机备用容量的要求相对较低，易于实现。

而且可以避免发电机由于预留了较多的备用容量，而使发电机的利用率不高。

5-15 什么叫电压中枢点？通常选什么母线作为电压中枢点？电压中枢点的调压
方式有哪几种？
解：对电力系统电压的监视、控制和调整一般只在某些选定的母线上实行。

这些母线称为电压中枢点。

一般选择下列母线为电压中枢点：①区域性发电厂
和枢纽变电所的高压母线；②枢纽变电所的二次母线；③有一定地方负荷的发电机电压母线；④城市直降变电所的二次母线。

这种通过对中枢点电压的控制
来控制全系统电压的方式称为中枢点调压。

根据电网和负荷的性质，中枢点电压的调整方式有顺调压、逆调压和恒调压三种。

顺调压：大负荷时允许中枢点电压低一些，但在最大负荷运行方式时，电压不应低于线路的额定电压的102.5%，小负荷时允许中枢点电压高一点，但在最小负荷运行方式下，中枢点的电压不应该高于线路额定电压的107.5%
逆调压：中书店电压随负荷增减而增减的调压方式，具体要求：最大负荷运行方式时，电高于于线路的额定电压的5%，在最小负荷运行方式下，中枢点的电压要等于线路额定电压。

恒定调压：在最大和最小负荷运行方式下保持中枢点电压等于线路额定电压的1.02-1.05倍的调压方式。

频率：电力系统综合负荷的有功功率-频率静态特性，发电机组的有功功率-频率静态特性电压：综合负荷的无功功率-电压静态特性，发电机的无功功率-电压静态特性
5-17 在无功不足的系统中，为什么不宜采用改变变压器分接头来调压？解：由负荷的电压特性分析可知，当改变变比提高用户端的电压后，用电设备从系统吸取的无功功率就相应增大，使得电力系统的无功缺额进一步增加，导致运行电压进一步下降。

如此恶性循环下去，就会发生“电压崩溃”，造成系统大面积停电的严重事故。

因此，在无功不足的电力系统中，首先应采用无功功率补偿装置补偿无功的缺额。

电力系统有哪些主要的无功电源，各有何优缺点？
1.发电机优点：无需增加额外投资，缺点是输出的无功功率受运行条件的限制，
远离负荷中心的发电厂若传输大量的无功功率会引起网络较大的有功和无功损耗，并增加网络的电压损耗
2.同步调相机优点：合理的调节调相机励磁电流的大小就可以平滑的改变无功
功率的大小和方向，达到调整系统运行电压的目的。

缺点是1）调相机是旋转机械，运行维护比较复杂2）有功功率损耗较大，满载运行时，有功功率损耗约为额定容量的1.5%-5%，容量愈小，有功损耗的百分数愈大。

3）单位容量的投资费用较大
3.电力电容器优点是运行维护方便，有功功率损耗小，单位容量投资小且与总
容量的大小几乎无关缺点是1）无功功率调节性能差2）无功功率的改变靠投入和切除电力电容器组来实现，调压方式不是平滑无级的，而是阶跃的4.静止补偿器具有电力电容器的结构优点和同步调相机良好的调节特性，可以
迅速的按负荷变化改变无功功率输出的大小和范围，调解或稳定系统的运行电压，尤其适合做冲击性负荷的无功补偿装置
5-16 电力系统的调压措施有哪几种？
解：调整负荷端的电压，可采用如下措施：
①改变发电机的励磁电流，从而改变发电机的机端电压；
②改变升、降压变压器的变比、；
③改变网络无功功率的分布；
④改变网络的参数R,X
降低网络损耗措施：
1.减少电力网中无功功率的传送（即提高功率因数）：1）合理选择异步电动机
的容量2）采用并联无功补偿装置
2.合理组织或调整电力网的运行方式。

1）合理确定电力网的运行电压水平2）
组织变压器的经济运行
3.在闭式网中实现功率的经济分布（闭式网中的功率按电阻成反比分布时其功
率损耗为最小称为经济分布）1）对环网中比值R/X小的线段进行串联电容补偿2)在环网中装设混合型加压调压变压器
除以上措施外调整用户的负荷曲线，较少高峰负荷和低谷负荷的差值，提高最小负荷率也可降低网络损耗
6-1 何谓短路冲击电流？什么情况下短路产生的短路冲击电流有最大值？
答：短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流。

即短路恰好发生在电源电势过零时，短路后T/2时刻左右出现短路电流的最大值。

限制短路电流的五种方法：1.抑制短路电流，采用高阻抗电压器2.系统解列3.串联电抗器4.分裂绕组变压器5.消弧线圈，在中性点上接上接地电阻或接地电抗
恒定电势源的短路电流周期分量幅值不变，有限容量电源短路电流的周期分量不再是一个常数而是随时间衰减
8.1 不对称短路时的基准相一般应如何选择？
答：在简单不对称短路的分析计算中，一般均选三相中的特殊相（即故障处的状况不同于另外两相的那一相）为基准相。

如发生的为单相接地故障，则故障相为特殊相；如发生的为两相或两相接地故障，则非故障相为特殊相。

8.2 何谓正序等效定则？
答：简单不对称短路时，短路点正序电流分量的大小与在短路点每一相中串接一附加电抗，并在其后面发生三相短路时的电流相等。

这称为正序等效定则
8.4 不对称短路时的各序电压分布有何规律？。

由图可见正序电压在电源处最高，随着与短路点的接近而逐渐降低，在短路点处降到最低值。

负序电压和零序电压则在短路点处最高，随着与短路点距离的增加而降低。

零序电压在变压器三角形出线处降到零值，而负序电压则在电源点处降到零值。

UAV为各元件所在处的平均额定电压，与各级额定电压相应的平均电压规定为525,345,230，115，37,10.5,6.3，3.15
五防开关
序分量的独立性是对称分量计算的前提
稳定分为功角稳定和电压稳定。

功角稳定与有功功率平衡有关，电压对应无功平
衡。

攻角既能反映系统的功率传输特性也能反映系统两端发电机电子转子位置的特
性，也称位置角
发动机出力增大，转子得到加速，使得功角增大。

功角《90，静态稳定。

9-1 试比较电力系统功角静态稳定与暂态稳定的特点。

答：在小干扰作用下，系统运行状态将有小变化而偏离原来的运行状态，即平衡
点，如干扰不消失，系统能在偏离原来平衡点很小处建立新的平衡点，或当干扰
消失后，系统能回到原有的平衡点，则电力系统是静态稳定的。

反之，若受干扰
后系统运行状态对原平衡状态的偏离不断扩大，不能恢复平衡，则称电力系统是
静态不稳定的。

对于简单电力系统且发电机无励磁调节的情况，系统的功角静态
稳定条件可以用的符号来判定。

电力系统的暂态稳定是指电力系统在正常工作的
情况下，受到一个较大的扰动后，能从原来的运行状态过渡到新的运行状态，并
能在新的运行状态下稳定地工作。

而保持暂态稳定的条件就是转子在加速过程中
所积累的动能在减速过程中能为系统所吸收。

面积定则：只有当加速面积abc S 小于可能的减速面积cde S 时，系统才能保持暂态
稳定反之，暂态稳定就会破坏。

发电机的电势越高，发电机之间的转移阻抗越小，则功率特性的幅值越高，静态
稳性愈好、
提高系统稳定性的措施：
1. 采用自动励磁调节装置
2. 故障后进行合理操作。

（1）快速切除故障（减少故障的持续时间）（2）采用
自动重合闸（3）采用单向自动重合闸 （4）发电机的强行励磁
3. 降低作用在发电机轴上的不平衡转矩
4. 调整线路参数。