《电力系统及电气设备概论》读书笔记

《电力系统及电气设备概论》读书笔记刘镜婧（武汉大学经济与管理学院）经过一学期的学习，在宋老师的悉心教导下，我对《电力系统及电气设备概论》这门课有了较为深刻的认识。

作为一个文科学生，理工科的知识相对较为欠缺，但是我一直以来始终保持了对理工科类知识浓厚的兴趣，这也是我选择这门课的重要原因。

现将学习本门课的一些领悟和体会总结如下：1电力系统概述在第一章电力系统概述中，主要学到了电力工业的发展概况、电力系统的组成与特点、发电厂（站）和变电站的类型及特点、电力系统的接线方式及电压等级、电力系统的电能质量及负荷曲线、电力系统中性点的运行方式以及电力系统短路这7 大块内容。

1.1发展概况电力是国民经济各行业必不可少的动力，人民群众的生活须臾不可缺少。

电能能够简便地转换成另一种形式的能量，能够通过高压电线路输送到很远的距离，能够帮助实现自动化，提高产品的质量和经济效益。

我国在1949年之前电力工业极端落后。

建国以后，我国的电力工业建设得到了高速发展，并为国民经济的发展作出了巨大贡献。

80年代以来，尽管电力工业发展比较平稳，速度还是比较快的，但是同期国民经济的发展却远快于电力工业。

这一趋势若不及时遏止，必将再度危及国民经济的健康发展。

1.2组成和特点电力系统是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及用电设备组成的。

是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。

组成电力系统后，在技术和经济上都有很大的效益，主要有一下几个方面：1减少系统中的总装机容量2装设大容量机组3能够充分地利用动力资源4提高供电可靠性5提高电能质量6提高运行的经济型。

由于电能的特性，电力系统具有以下特点：1电能难以存储2电能生产与国民经济各行业及人民生活密切相关3过度过程十分短暂4电力系统组成结构的地区特点较强。

基于电力系统的特点，对电力系统提出了4条基本要求：1最大限度地满足用户的用电需要，为国民经济各行业提供充足的电力2保证供电的可靠性，根据用户对供电可靠性的要求，将用户分为三类3保证电能的良好质量4保证电力系统运行的经济性。

1.3发电厂（站）和变电站的类型及特点发电厂是把各种天然能源，如燃料的化学能、水能、核能、风能等转换成电能的工厂。

发电厂发的电能经过变压器升压，经高压输电线路输送，再由变电站降压后给各种不同用户使用。

发电站根据其能源分类，分为水力发电站、火力发电厂、核能发电站以及其他风力发电、潮汐发电、沼气发电、太阳能发电等。

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。