电气工程基础笔记

十三、电气工程基础

1 电力系统基本知识

1.1 了解电力系统运行特点和基本要求

运行特点：不能大量存储、暂态过程短促、与经济生活密切相关。

基本要求：保证安全可靠供电、保证电能的质量（电压、频率和谐波）、经济性（降低网损、降低煤耗等）、电能生产要保护环境（限制二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放量）。 1.2 掌握电能质量的各项指标

电压幅值：允许变化范围为额定值的±5%或±7%，对于35kV及以上电压级为±5%；10kV及以下电压级为±7%。

频率：50Hz，正常运行时允许偏移为±0.2～±0.5 Hz。

谐波：电压正弦波形畸变率不超过4%或5%，对于6～10kV供电电压不超过4%；0.38kV电压不超过5%。（波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根对基波有效值的百分比。） 1.3 了解电力系统中各种结线方式及特点 接线按可靠性可分为无备用和有备用两种。

无备用接线：指每一个负荷只能靠一条线路取得电能。优点是设备费用小，缺点是可靠性差。主要有三种形式,即放射式、干线式、树状网络。

备用接线：指负荷可以从两条及以上线路取得电能。优点是可靠性高，缺点是设备费用高。主要有三种形式,即双回线、环网、两端供电。

1.4 掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压 网络额定电压=线路的额定电压=母线的额定电压=用户设备的额定电压

我国电力网络目前的额定电压主要有:3 kV，6 kV，10 kV，20 kV，35 kV，110 kV，220 kV，330 kV，500 kV。

发电机额定电压规定比网络额定电压高5%。

变压器额定电压，变压器一次绕组相当于用电设备，一次绕组额定电压=网络额定电压（=相连线路的额定电压），但当直接与发电机连接时，=发电机额定电压。变压器二次绕组相当于供电设备，二次绕组额定电压比网络额定电压（相连母线电压）高10%或5%（当变压器短路电压小于7%或直接与用户连接时高5%；当变压器短路电压大于等于7%时高10%）。

电力系统的平均额定电压，UavN≈1.05UN，并适当取整，具体为3.15kV，6.3 kV，10.5 kV，21 kV，37 kV，115 kV，230 kV，345 kV，525 kV。

变压器的分接头及其变比：

为了调节电压，变压器的高压绕组以及三绕组变压器的中压绕组一般有不同的分接头抽头，用百分数表示，即表示分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几。

1） 额定变比，即主抽头额定电压之比。

2） 实际变比，即实际所接分接头的额定电压之比。

1.5 了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级

电力网络中性点，指星形接线的变压器或发电机的中性点。

中性点的运行方式或称接地方式，可分为两大类：中性点直接接地；中性点不接地或经消弧线圈接地。 目前，我国110kV及以上电力网络采用中性点直接接地方式。优点：1）安全性好，因为系统单相接地时即为单相短路，保护装置可以立即动作切除故障；2）经济性好，因中性点直接接地系统在任何情况下，中性点电压不会升高，且不会出现系统单相接地时电弧过电压问题，网络绝缘水平可按相电压考虑。缺点：供电可靠性差。

35kV及以下电网一般采用不接地方式，在电容电流较大的10kV和35kV电网，采用中性点经消弧线圈接地的方式。优点：供电可靠性高，因为电力网络发生单相接地时，接地电流只是网络电容电流，比较小，不是单相短路，保护装置不作用于跳闸，只给出信号，电网可以继续运行2小时，故提高了供电可靠性。缺点：经济性差，因不接地网络发生单相接地时，使不接地相对地电压变为了线电压，故系统的绝缘水平应按线电压设计，费用较高。此外，中性点不接地系统发生单相接地时，易出现电弧引起的谐波过电压。为了使电弧容易熄灭，在电容电流较大的35kV或10kV电网，采用中性点经消弧线圈（电感线圈）接地。

2 电力线路、变压器的参数与等值电路

2.1 了解输电线路四个参数所表征的物理意义及输电线路的等值电路

电阻r、电抗x（0.1445）、电导g(一般情况约为0)、电纳b(7.58×10-6)。

导线的电阻率（铜取18.8，铝取31.5Ω·mm2/km）、导线载流部分的标称截面积、三相导线的互几何均距、导线的自几何均距、分裂导线的自几何均距、分裂间距、三相线路每公里的电晕损耗、线电压、每相导线组的等值半径。

近似计算时，对于单导线、二分裂、三分裂、四分裂，每公里的电抗值可分别取0.4Ω、0.33Ω、0.30Ω、0.28Ω左右。有相同长度分裂导线的等值电抗小于单导线的等值电抗。

集中参数等值电路一般用Π等值电路。

修正参数计算:串联阻抗Z’=Krr0l+jKxx0l；并联导纳Y’=jKbb0l (Kr=1-(x0b0l)/3；Kx=1-(x0b0-r02b0/x0)l2/6；Kb=1+x0b0 l2/12；) x0、b0、r0、l——分别为每公里电抗、电纳、电阻，线路长度。 当线路长度小于300km时，采用近似参数计算: 串联阻抗Z’=Z=(r0+jx0)l；并联导纳Y’=jb0l

35kV及以下电压的输电线路，由于线路长度较短，故也可略去并联导纳，只保留串联阻抗即可。 2.2 了解应用普通双绕组、三绕组变压器空载与短路试验数据计算变压器参数及制定其等值电路 双绕组变压器

PsUN电阻RT:RT=103() 2

SN

2

Us%UN

电抗XT:XT=103()：

SN100

2

电导GT:GT=

P0

103(S) 2

UN

电纳BT:BT=

I0%SN

2103(S)： 100UN

U1N(1挡位挡距)

U2N

变比KT: KT=

式中：ΔPS—三相短路损耗，kW; UN—变压器的额定线电压，kV; SN—变压器三相额定容量，kVA; Us%—变压器的短路电压百分值;

ΔPS—变压器的空载损耗，kW; I0%—空载电流百分值;

三绕组变压器(注意一般归算到高压侧，SN及UN就一定了。) 电阻：

1) 两两短路试验测得短路损耗（或厂家提供）：∆P’s,1-2、∆P’s,2-3、∆P’s,3-1 。 2) 折算短路损耗：

S

∆Ps,1-2=∆P’s,1-2N

S2N

2

SN

∆Ps,2-3=∆P’s,2-3

min(S,S)

2N3N

∆Ps,3-1=∆P’s,3-1

2

SN

S3N

2

3) 计算各绕组短路损耗

∆Ps,1=（∆Ps,1-2+∆Ps,3-1-∆Ps,2-3）/2 ∆Ps,2=（∆Ps,1-2+∆Ps,2-3-∆Ps,3-1）/2 ∆Ps,3=（∆Ps,2-3+∆Ps,3-1-∆Ps,1-2）/2 4) 计算各绕组电阻

PsiUNR