发电厂电气主系统 自学指导书

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1、目录I、“发电厂电气主系统”课程介绍一、课程的性质、设置的目的及其基本要求二、“发电厂电气主系统”自学指导与教材的关系三、自学时间分配建议II、 课程学习指导第一章 电气设备第二章 电气主接线第三章 发电厂和变电所的自用电第四章 配电装置 第五章 电器选择第六章 二次回路第七章 电力变压器运行第八章 高压电气设备的预防性试验第九章 过电压及其防护措施附录附表1 矩形铝导体长期允许载流量附表2 隔离开关主要技术参数附表3 断路器主要技术参数附表4 限流电抗器主要技术参数附表5 电流互感器主要技术参数附表6 电压互感器主要技术参数附表7 常用电气图形符号对照表“发电厂电气主系统”自学指导I、“发电

2、厂电气主系统”课程介绍一、 课程的性质、设置的目的及其基本要求发电厂电气主系统是电力系统及自动化专业（专科）自学考试计划中的一门重要必修课。本课程是为培养发电厂和电力系统运行、检修、安装和管理等部门生产第一线高等应用性人才而设立的专业课。通过本课程学习，使学生掌握发电厂和变电所电气主系统中主要设备(或装置)的工作原理、结构性能、选择条件和运行特性等知识，为学习其他专业课准备必要的基础知识，并为今后从事电力系统及自动化专业打下一定基楚。本课程的基本要求：本课程的教学内容是根据循序渐进的原则排的，前一章为以后章节准备好必要的基础知识。在学习中应注意各章节不同内容的层次要求与相互之间的联系，并按照教

3、材章节顺序依次进行学习。1.了解开关电器中的电弧的特点、典型高低压电器基本结构和特点；掌握开关电器中的电弧熄灭原理；掌握典型高低压电器的工作原理、主要技术参数及使用条件。并为学习本课程电气主接线、电器选择、配电装置、二次回路等章节准备好有关的基础知识。2.了解对电气主接线的基本要求；掌握典型主接线的组成、运行方式及其典型的倒闸操作步骤。建立起发电厂和变电所一次系统的整体概念。3.了解发电厂自用电的一般概念和厂用电电压的确定原则。了解典型发电厂和变电所自用电接线的构成与工作特点。掌握电动机自启动的校验方法。4.了解配电装置分类及其各类配电装置的特点。5.掌握导体和电器选择的一般原则方法。掌握高压

4、断路器、隔离开关、矩形母线和电流互感器的选择方法。6.了解二次回路的基本组成与工作特点；了解发电厂和变电所的测量、中央信号、绝缘监察、同期回路的构成与工作原理。掌握典型断路器控制与信号构成与工作原理。7.了解电力变压器冷却系统的组成和电力变压器的负荷能力。掌握电力变压器运行特性的基本分析方法。8. 了解电器设备绝缘试验的作用与分类。掌握常用高压试验的目的、试验接线、试验方法以及试验结果分析的基本方法。9. 了解电力系统过电压的基本概念。熟悉大气过电压种类和形成过程。掌握过电压防护器具的种类、工作原理。掌握避雷针保护范围的计算方法。了解发电厂和变电所典型防雷方案的配置。 二、“发电厂电气主系统”

5、自学指导与教材的关系“发电厂电气主系统”自学指导仅从一般的学习方法和如何学习重点、难点等方面加以介绍。因此，在学习每章之前可先阅读本章的教材学习指导，学习每章之后，可以结合复习题与自学指导中的题例进行自我检查。自学指导中的题例不能一一例举，只能列出具有代表性题例，学员可以对照教材的复习题选题自行检查。三、自学时间分配建议： 本课程是一门重要的技术基础课，共4学分。自学时间包括阅读教材、做作业的时间，共需180小时，建议分配如下：章次课程内容自学时间（小时）1电气设备252电气主接线253发电厂和变电所的自用电154配电装置55电器选择306二次回路257电力变压器运行158高压电气设备的预防性

6、试验159过电压及其防护措施25合计180II、 课程学习指导第一章 电气设备一、学习方法一般指导本章内容可分为开关电器中的电弧理论、高低压开关设备和互感器三部分。开关电器中的电弧理论是分析高低压开关设备灭弧原理的理论基础。了解高低压开关设备的基本结构之后，可以更深入地掌握高低压开关设备的作用、工作原理，理解主要技术参数的物理意义。分析具体设备时，首先仔细学习分析一种设备，随后再分析其他类似设备时只需对照分析它与前者的异同，便能很快地掌握了第二种设备。例如掌握SH1010型断路器之后，再学习SW6110型断路器时只需了解其绝缘与灭弧室的不同，便能很快掌握SW6110型断路器。了解开关电器中电弧

7、产生与熄灭的条件及其原理，是分析各种高低压电器的基础。掌握开关电器中加速熄灭电弧方法的原理，是分析各种高低压电器灭弧原理的基础。各种高低压电器的工作原理、结构虽有差别，但其基本原理、基本结构均有相似之处,学习时应首先选择一种电器为深入学习的对象，然后再学习其他电器；在学习第二种电器时，注意它与前者的区别，对照学习。教材中断路器结构图均为断路器的装配图，在未见到实物或参加过断路器装配工作时很难看懂。学习断路器结构时最好结合实物进行学习，例如首先结合本厂具体设备学懂某种断路器的结构之后，然后再根据断路器的基本结构分析其他器类型断路器的结构与组成。通过本章学习，应以掌握典型高低压电器的工作原理、用途

8、和主要技术参数等内容为主，为学习电气主接线、电器选择等有关章节奠定下较好的基础。例如掌握了高压断路器、隔离开关的作用，对理解主接线中每个支路的基本构成元件是十分容易。又如掌握了高压断路器、隔离开关的主要技术参数的意义之后，将能较熟练地掌握高压断路器、隔离开关的选择条件。二、开关电器中的电弧1.开关电器中电弧的形成在开关断开之前，电路具有一定电压与电流，该电路断开时将在断开点产生电弧。在开关触头刚刚分开时，由于动、静触头之间的距离很近，触头之间形成电场强度很高的电场，触头间隙中因碰撞游离使开关触头间隙内带电质点(指正离子、负离子和自由电子)的数量足够多，间隙中的正离子、负离子和自由电子在触头外加

9、电场作用下，分别向阴极或阳极运动，使触头间隙介质击穿而形成电弧，电弧为离子导电。电弧的主要特点是：电弧温度高；电弧弧柱区电场强度低；电弧电流密度大。2.电弧熄灭的条件根据电弧是离子导电的基本概念，分析开关中电弧熄灭的条件时，应考虑弧柱区域内介质的游离与去游离速度以及外电路加至触头间电压大小两方面影响：当弧柱区的去游离速度远大于游离速度时，弧柱区内带电质点数目锐减，随着弧柱区内带电质点数量的减少，不能保证单位时间内有足够数量的带电质点运动到两极，维持一定的弧电流，将会使触头间电弧熄灭；当外电路加至触头间的电压过低时，因带电质点运动速度减慢，不能保证单位时间内弧柱区内有足够数量带电质点运动到触头的

10、两极，维持一定的弧电流时，触头间的电弧同样会熄灭。应该强调的是，上述两个条件不满足其中的任何一个条件，电弧均会熄灭。交流电弧的熄灭。交流电弧熄灭是个复杂的物理过程，为分析交流电弧电流通过零值之后是否重燃，可将其灭弧条件用弧隙介质的击穿电压(Uds)和弧隙的恢复电压(Urec)两者之间的关系来表示。当电弧电流经过零值暂时熄灭之后，若弧隙的恢复电压(Urec)始终小于弧隙击穿电压(Uds)，弧隙则不会再击穿，电弧将最终彻底熄灭，即熄灭交流电弧的条件是弧隙介质的击穿电压(Uds)大于弧隙的恢复电压(Urec)。3.加速交流电弧熄灭的基本方法(1)利用气体吹动灭弧。采用冷却而未游离的低温气体吹动电弧时

11、，吹动的气流带走大量带电质点和热量，形成强迫扩散和降温，使弧柱区带电质点大量减少；横向吹动电弧的另一个作用是拉长电弧，增大电弧周长与截面之比，同样加强复合与扩散。显然，利用气体吹动灭弧是使弧柱区的去游离速度远大于游离速度，即提高弧隙击穿电压的方法加速电弧熄灭。(2)采用多断口灭弧。在高压断路器中，将一相触头的断点制造成两个或多个串联的断口(一般不超过6个)，当断路器断开时，多断点同时断开。当一相断路器触头选用n个断点时，在断路过程中形成n个电弧相串联的发弧方式。显然，采用多断口灭弧是利用降低每个断口的恢复电压的方法加速电弧熄灭的。(3)电弧与固体介质接触灭弧。当电弧与石英砂、瓷或石棉水泥等耐高

12、温的固体介质接触时，固体介质表面的带电质点使电弧的复合速度大大加快，并能加速电弧降温，其实质是采用使弧柱区的去游离速度远大于游离速度，即提高弧隙击穿电压的方法加速电弧熄灭。(4)将电弧分为多个串联的短电弧灭弧。电弧分为多个串联短电弧，加速电弧熄灭的方法又称之为金属灭弧栅灭弧，是低压电器通常采用的灭弧方法。利用金属灭弧栅加速熄弧，是当原有的一个电弧被多个金属栅片分为 多个串联的短电弧后，弧电流再次经过零值时所有短电弧几乎同时熄灭。低压外电路电源的线电压一般只有380V。电弧暂时熄灭之后，外电路再加到每个短电弧的恢复电压远小于近阴极效应所要求的150250V击穿电压，这时因弧隙介质的击穿电压大于弧

13、隙的恢复电压而熄灭。因此，在多个串联短弧形成之后，当弧电流再一次经过零值时，利用降低每个断口恢复电压的方法使电弧彻底熄灭。三、低压电器1.额定电压与额定电流本课程多处用到额定电压与额定电流的概念，为了更深刻地理解其意义，下面详细介绍本课程所需要的额定电压与额定电流的有关知识。(1)额定电压。为了使电气设备的设计与制造实现标准化、系列化，发电机、变压器、断路器等各种电器都规定了额定电压。各种电气设备在其额定电压下运行时的技术、经济效益为最佳。国家规定的部分额定电压等级列于表11、12之中。第二类额定电压为500V以下的低压，主要用于动力和照明设备。第三类额定电压为3kV及以上的高压，主要用于发电

14、机、变压器、线路和用电设备等。表11第二类额定电压(单位:V)受电设备发电机 变压器直流三相交流直流三相交流(线电压)三相交流单相交流线电压相电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组110220440(127)220380127220115220460（133）230(127)220380(133)230400(127)220380(133)230受电设备的额定电压与线路的额定电压相同。供电设备的额定电压(包括发电机及变压器的二次绕组)比用电设备的额定电压高；这是因为线路的最大允许电压损失为10%，为使用电设备实际的电源电压与额定电压尽可能相近，通常在运行中让线路首端电压比其额定电压高5%，而线路

15、末端电压比其额定电压低5%。这样，受电设备接在线路的任何地点，均可使它所承受的实际电源电压与其额定电压之差不超过5%，满足受电设备对供电电压的要求。表12 第三类额定电压 (单位:kV)受电设备交流发电机变压器一次绕组二次绕组361035（60）110（154）2203305003. 153.310. 513.815. 751837(63)115(162)2302455253及3.156及6.310及10.513.815.751835(60)110(154)2203305003. 15及3.36.3及6.610.5及1138.5(66)121(169)230363550 电力网、线路和配电装置

16、的额定电压，等于受电设备的额定电压。 变压器具有电源和受电设备的两重性，它的一次绕组从电力网或发电机接受电能，相当于受电设备；二次绕组向外供电，相当于电源。因此，一般规定降压变压器的一次绕组额定电压等于电力网的额定电压；又考虑到某些变压器一次绕组与发电机端直接连接（发电机变压器组接线），故变压器一次绕组的额定电压也可以等于发电机的额定电压。变压器二次绕组的额定电压值规定为变压器空载时的电压值。因为变压器在有负荷电流通过时，变压器的阻抗上有电压损失，所以规定变压器二次绕组的额定电压比它所连接电力网的额定电压高5%10%。当变压器阻抗较小时，因其电压损失较小，这种变压器二次绕组的额定电压比它所连接

17、电力网的额定电压高5%；当变压器阻抗较大时，它的二次绕组额定电压比它所连接电力网的额定电压高10%。变压器的额定电压为其主分接头的电压，例如SFPL163000/12122.5%型升压变压器，主分接头的电压为121kV，其+5%分接头的电压为1211.05=127kV；SFPL163000/11022.5%型降压变压器，主分接头的电压为110kV，其+5%分接头的电压为1101.05=115kV。断路器、隔离开关和自动开关等各种电器设备的最大工作电压，是指其工作时可以承受的最大电压值。各种电器设备（断路器、隔离开关和自动开关等）的最大工作电压，通常较其额定电压高10%15%。因此，当断路器、隔

18、离开关和自动开关等各种电器设备安装在线路首端时，它所承受的实际电压也不会超过其最大工作电压。(2)额定电流。发电机、变压器、断路器和其他电器设备的额定电流，是指在一定的周围媒质( 环境)计算温度下，所允许长期通过的最大电流值， 而此时其绝缘部分和载流部分的长期最大发热温度不超过它长期工作的允许发热温度。各种电气设备的周围媒质( 环境)计算温度见表11。导体的长期工作的允许发热温度值详见表12。表11我国电气设备的周围媒质(环境)计算温度值电气设备名称电气设备的周围媒质(环境)计算温度（）电力变压器和电器(周围空气温度)40发电机(利用空气冷却时进入机内空气温度)3540放置于空气中的裸线、绝缘

19、线、母线和电力电缆(空气温度)25表12 导体设备的长期发热和短路时的允许发热温度值导体种类与材料长期工作发热短路时发热允许温度（C）允许温升（C）允许温度（C）允许温升（C）裸铜母线裸铝母线裸钢母线(不和电器直接连接时)裸钢母线(和电器直接连接时)7070707045454545300200400300230130330230运行中的电器设备，当环境温度与上述媒质计算温度一致时，该设备的额定电流为设备铭牌所标定的额定电流值；当环境温度高于上述规定的媒质计算温度时， 其额定电流应降低；反之，其额定电流可增大。四、隔离开关隔离开关的主要用途是隔离电压、切换电路或拉合小电流回路（例如电压互感器与避

20、雷器回路等）。隔离开关的结构简单，它没有特殊的灭弧装置，不能用来接通或断开有负荷电流或短路电流的电路，否则会在其触头间形成电弧，危及人身和设备的安全，造成误拉合隔离开关的恶性事故。电气设备停电检修时,通常用隔离开关将需要停电部分与其他带电工作部分可靠地隔离(绝缘)，以保证工作人员安全。隔离开关的触头全部敞露在空气之中，断开点明显可见，隔离开关断开后，其动静触头之间的击穿电压必须大于每相对接地的击穿电压，以便使电路中意外出现高电压时，相对地先于断开点间击穿，从而保证检修人员的安全。通过本节学习，应牢记隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置、不能用于接通或断开有负荷电流与短路电流的电路，以便于理解第二

21、章倒闸操作中要求断路器断开电路后才允许拉开隔离开关的要求。学习本节时应理解隔离开关的主要技术参数的物理意义，以便为学习第五章隔离开关的选择方法准备好相关知识。五、高压断路器 高压断路器是发电厂或变电站中最重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧装置，是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。1.高压断路器的用途 高压断路器是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。为保证高压断路器能在正常或故障的任何情况下，可靠地接通与断开电路，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。牢记高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作以及能在正常或故障的任何情况下可靠地接通与断开电路的

22、特性，以便于理解第二章倒闸操作中必须使用断路器接通或断开电路的基本要求。2.高压断路器的主要技术参数高压断路器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、额定开断电流、额定峰值耐受电流(额定动稳定电流)、额定短时耐受电流(额定热稳定电流)、额定短路持续时间(额定热稳定时间)、额定短路关合电流(峰值)和动作时间（分闸时间、燃弧时间与开断时间）。(1)额定电压。断路器的额定电压是指其导电和载流 部分允许承受的(线)电压等级。由于输电线路首、末端等处的运行电压不同，所以断路器所能承受的最高工作电压高于额定电压值的10%15%，例如断路器的额定电压为10kV时，其最高工作电压为11.5 kV。 (2)额定电

23、流。断路器的额定电流是指在规定的环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。(3)额定短路开断电流。额定短路开断电流简称为额定开断电流，它是指断路器在频率为50Hz的瞬态恢复电压下， 能够开断的最大短路电流值。 (4)额定峰值耐受电流(额定动稳定电流)。额定峰值耐受电流是表明断路器能承受短路电流电动力作用的性能，即断路器在闭合状态时能通过的不妨碍其继续正常工作的最大短路电流(峰值)。 (5)额定短时耐受电流(额定热稳定电流)。额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的性能。 额定短时耐受电流应等于额定短路开断电流值。 (6)额定短路持

24、续时间(额定热稳定时间)。当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间， 断路器的各部分温度不超过短时所允许发热的最高温度， 并且不发生触头熔接或其他妨碍正常工作的异常现象。额定短路持续时间一般为2s。 (7)额定短路关合电流(峰值)。保证断路器能关合短路而又不致于发生触头熔焊或其他损伤， 所允许接通的最大短路电流称为额定短路关合电流。 (8)动作时间。断路器的动作时间包括分闸时间、燃弧时间和开断时间。1)分闸时间。处于合闸状态的断路器，从分闸回路接受分闸命令(脉冲)瞬间起，直到所有灭弧触头均分离瞬间的时间间隔。 2)燃弧时间。从首先分离主回路触头刚脱离电接触起，到断路器各极中触头间的

25、电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。3)开断时间。从断路器接受分闸命令瞬间起，到断路器各极触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。学习本节时，应理解高压断路器的主要技术参数的物理意义并牢记，以便为学习第五章高压断路器的选择方法准备好相关知识。3.断路器的基本结构高压断路器的种类繁多，具体构造也不相同，但就其基本结构而言，可分为电路通断元件、绝缘支撑元件、基座、操动机构及其中间传动机构等几部分。断路器中的电路通断元件是关键部件，它承担着接通或断开电路的任务。断路器的通断由操动机构控制，分合闸操是作由操动机构经中间传动机构控制动触头的运动而实现的。电路通断元件主要包括接线端子、导电杆、触头和灭弧室等，

26、这些元件均安装在绝缘支撑元件之上。 绝缘支撑元件，起着固定通断元件的作用，并使其带电部分之间或带电部分与地之间绝缘。绝缘支撑元件安装在断路器的基座之上。了解高压断路器的电路通断元件、绝缘支撑元件、基座、操动机构及其中间传动机构等几部分的作用，便于分析各种断路器的结构及其工作特点。 4.断路器结构教材中断路器的结构均以其外形图和装配图的形式介绍，在未见到实物或参加过断路器装配工作时很难看懂断路器的装配图。因此，学习时最好结合实物进行，例如首先结合本厂的具体设备学习某种断路器的结构，在掌握某种断路器的结构之后，再阅读其他断路器的结构图分析其结构与组成。5.断路器的灭弧原理断路器的灭弧原理可以在学习

27、其基本结构之后，结合加速开关中电弧的熄灭方法进行分析,最后结合复习题进行自检。六、互感器1.电流互感器 电流互感器的一次绕组串联接入被测电路之内，电流互感器一次绕组中的电流完全取决于被测电路中电流的大小，与电流互感器二次电流无关。电流互感器二次绕组所接的负荷是仪表和继电器的电流线圈，这些负荷的阻抗值都很小，故电流互感器二次绕组正常工作时近于短路状态。 电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定变比KNI，其值为： IN1 N2 KNI IN2 N1(1)电流互感器的工作状态。电流互感器正常工作时，二次回路近于短路状态。这时二次电流所产生的二次绕组磁动势F2对一次绕组磁动势F1有去磁作

28、用，因此合成磁势F0F1-F2不大，合成磁通0也不大，二次绕组内感应电动势E2的数值最多不超过几十伏。因此，为了减少电流互感器的尺寸和造价，互感器铁心的截面是根据电流互感器在正常工作状态下合磁磁通0很小而设计的。使用中的电流互感器如果发生二次回路开路，二次绕组磁动势F2等于零，一次绕组磁动势F1仍保持不变，且全部用于激磁，合成磁势F0=F1，这时的F0较正常时的合成磁势(F1-F2)增大了许多倍，使得铁心中的磁通急剧地增加而达到饱和状态。由于铁心饱和致使磁通波形变为平顶波，因为感应电动势正比于磁通的变化率d/dt，所以这时二次绕组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动

29、势e2是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高，这对工作人员和二次设备以及二次电缆的绝缘都是极危险的。(普通电压表仅能测量电压的平均值，故尖顶的非正弦波电压幅值用普通电压表不能测出，应该用示波器测量。)另一影响是，因铁心内磁通的剧增，引起铁心损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大，使电流互感器的误差增加。因此，使用中的电流互感器二次回路是不允许开路的，在电流互感器二次回路内也不允许安装熔断器。使用中电流互感器的二次仪表或继电器因工作需要必须断开时，应先将电流互感器二次绕组短接后，再断开其二次仪表或继电器电流线圈。同理，恢复二次仪表或继电器的工作时，应先接入二次仪表

30、或继电器电流线圈，然后再拆除原有的短接线，即保持使用中的电流互感器二次回路处于近似短路工作状态。(2)电流互感器的误差与准确度级。由于电流互感器的一、二次绕组中存在着损耗，使得一、二次电流在数值上或相位上有差异，即测量误差。测量误差一般用变比误差和角误差表示。 1)变比误差(I%)。变比误差是指用电流互感器测出的电流KNII2和实际电流I1之差与实际电流I1之比的百分值。电流互感器变比误差与合成磁动势F0、一次绕组磁动势F1、二次绕组磁动势F2以及二次负荷的相位角有关。运行中的电流互感器F0为确定值，所以电流互感器误差将随一次绕组磁动势F1和副边电流I2的大小而变化。当一次通过电流比额定值小得

31、多时，由于F1较小，变比误差较大；当一次通过电流逐渐增大到(1.01.2)IN1时由于F1增大，变比误差则减小；一次通过的电流再继续增大时，因电流互感器铁心磁路的饱和，造成误差的迅速增大；二次负荷中的感性负荷相对增加时，因2的加大使变比误差亦增大；二次总负荷增加时，因I2的减小而使变比误差增大。 (2)角误差()。角误差是指电流互感器一次电流I1与反向二次电流-I2之间的夹角值。当一次侧通过电流较额定值小得多时，由于一次绕组磁动势F1较小，角误差会增大；当一次侧电流逐渐增加到(1.01.2)IN1时，由于一次绕组磁动势F1的增大，使角误差减小；当一次侧电流再继续增大时，由于铁心饱和， 又会使角

32、误差迅速增大；如果二次感性负荷增加时，由于2的加大，使角误差反而减小。(3)电流互感器的额定容量。电流互感器二次绕组之外所接的全部阻抗为其二次负荷。电流互感器正常工作时，因二次绕组处在近于短路状态，故二次负荷应包括它所连接的全部测量仪表和继电器电流线圈的阻抗、二次电缆的电阻和接头的接触电阻等几部分。电流互感器的额定容量(SN)是指电流互感器在二次侧电流为额定电流、误差不超过规定值的条件下，二次绕组所允许输出的最大容量。 电流互感器额定容量也可以用阻抗表示，该阻抗称为额定二次负荷，两者关系为：SNI2N2ZN式中 SN电流互感器的额定容量，VA； IN2电流互感器的二次额定电流,A； ZN电流互

33、感器的二次额定负荷，。 由于电流互感器的误差与二次负荷的大小有关， 因此同一台电流互感器处在不同准确度级下工作时，便有不同的额定容量。例如某电流互感器二次额定电流为5A，工作在0.5级时，其额定容量为30VA(1.2)；当工作在1级时，其额定容量为60VA(2.4)。(4)电流互感器的接线。常用电气仪表和继电器，接入电流互感器有三种接线方式，如教材图11所示。图11电流互感器接线(a)单相式；(b)三相式；(c )两相式图11(a)所示接线图为单相式接线，适用于三相对称电路，由于三相对称负荷的三相电流大小相同、相位互差120，所以只测量一相电流便可以监测三相电流，故仅在C相装设电流互感器。图1

34、1(c)所示接线图为三相式接线，适用于三相四线制系统中。由于三相四线制系统中，三相电流的大小与相位均可能不相同，所以在三相上装设电流互感器，分别测量三相电流。 图11(c)所示接线图为两相式接线，适应用在三相三线制系统中。由于在三相三线制系统中三相电流的关系为IA+IB+IC=0,所以IB=-(IA+IC),即通过公共线上的电流表中的电流为-IB。显然，不完全星形接线可以测量三相三线制系统中的三相电流（即IA、-IB和IC）。2.电压互感器 (1)电压互感器的工作状态。电压互感器的一次绕组并联接入被测电路之中， 一次绕组所承受的电压将随被测电路电压变动而变化。它的二次绕组并联接入仪表和继电器的

35、电压线圈(阻抗很大)， 又由于二次额定电压通常为100V或100/3V，所以二次回路电流很小，故电压互感器正常运行时它的二次回路近于开路状态。 运行中的电压互感器二次绕组基本维持在额定电压值上下，如果二次回路中发生短路，必然会造成很大的短路电流。为了及时切断二次侧的短路电流，在电压互感器二次回路内必须安装熔断器或小型空气自动开关。电压互感器一、二次额定电压之比，称为电压互感器的额定变比KNV，其值为： UN1 KNV UN2(2)电压互感器的误差1)变比误差(U)。变比误差是用电压互感器测量出的电压KNVU2和实际电压U1之差与实际电压U1之比的百分值表示。运行中的电压互感器的变比误差与二次负

36、荷等因素有关，二次负荷愈大时，变比误差愈大；一次电压接近额定值时，变比误差减少，当一次电压超过1.1倍额定电压后，由于铁心的饱和而使变比误差增大。2)角误差(d)。角误差是指电压互感器一次电压U1与反向二次电压-U2之间的夹角值。(3) 电压互感器的额定容量。电压互感器的额定容量是指在最高准确度级工作时它所容许的二次最大负荷。电压互感器的额定容量一般用伏安表示。同一只电压互感器在不同准确度级工作时，其额定容量不同。 例如某电压互感器在0.5级工作时，额定容量为150VA；在1.0级工作时，额定容量则为500VA。 电压互感器的二次负荷一般仅考虑二次所接电压表和继电器电压线圈所消耗的功率。如果二

37、次电缆较长，需要精确测量时，应考虑电压互感器二次导线上的电压损失。 (3)电压互感器的接线。电压互感器的接线方式较多，本教材不可能一一列举，仅介绍发电厂和变电站中应用较广泛的几种典型接线，具体接线如图12所示。学习电压互感器的接线切忌死记硬背，应以掌握基本接线的构成及其测量电压的分析为主。分析比较接线图12之后可以看出：1)不同额定电压的互感器接入被测电路方式不同。在低压380V电路中，一次绕组与被测电路之间经熔断器连接，熔断器既是一次绕组的保护元件，又是控制电压互感器是否接入电路的控制元件。335kV电压互感器一次绕组需经隔离开关接入被测电路,而且在电压互感器的一次绕组与隔离开关之间安装高压

38、熔断器；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件，高压熔断器作为一次侧的短路保护元件。额定电压为110kV及其以上时，电压互感器一次绕组经隔离开关接入被测电路；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件；电压互感器的一次绕组与隔离开关之间不安装高压熔断器，一旦互感器高压侧发生短路故障，则由母线的继电保护装置动作切断高压系统的电源。图12电压互感器接线2) 不同接线的电压互感器所测量的电压。不同接线的电压互感器所测量的电压有所不同，具体测量的电压应根据其一、二次绕组电压的对应关系进行分析。当电压互感器一次绕组接于被测电路的线电压时，其二次绕组则反映线电压，二次电路可以直接测量线电压（电

39、压表接于两相线之间），如图12(a)、(b)所示。当电压互感器一次绕组接于被测电路三相的相电压时，其二次绕组则反映相电压，二次电路可以直接测量相电压（电压表接于相线与中性线N之间）与线电压（电压表接于两相线之间），如图12(c)所示。当电压互感器一次绕组接于被测电路的相对地电压时，其二次绕组则反映各相对地电压，二次电路可以直接测量相对地电压（电压表接于相线与中性线N之间）和线电压（电压表接于两相线之间），辅助二次绕组则反映零序电压，如图12(d)、(e)所示。如何判断电压互感器一次绕组是接于被测电路的相电压或相对地电压呢？应根据一次系统发生一相金属接地前后，视其电压互感器一次绕组的电压是否变化

40、为依据。例如图12(c)所示接线，当一次系统发生一相金属接地前，电压互感器一次绕组所承受的电压为相电压；一次系统发生一相金属接地后，电压互感器一次绕组所承受的电压仍为相电压；故此种接线的电压互感器一次绕组为接于被测电路的相电压。又如教材图12(d)、(e)所示接线，当一次系统发生一相金属接地前，电压互感器一次绕组所承受的电压为相电压；一次系统发生一相金属接地后，电压互感器故障相所承受的电压为零，非故障相所承受的电压为线电压（即非故障相的对地电压）；故此种接线的电压互感器一次绕组为接于被测电路的相对地电压。复习题例 1.分析图13所示控制电动机的电路图有哪些错误。图13磁力启动器控制电动机的电路

41、图答：(本题是检查磁力启动器的工作原理及其控制电动机的电路图的掌握情况的。磁力启动器是由三极交流接触器、热继电器和按钮开关等组合而成的电器，它主要用于距离控制三相异步电动机，并具有过负荷和低电压保护功能,但不能起短路保护作用，实际工程中磁力启动器必须与熔断器配合使用。)图13存在以下错误：(1)错误之一：电源只经闸刀开关而未经熔断器接入磁力启动器。熔断器起短路保护作用，图中未接入熔断器，该回路无短路保护元件。(2) 错误之二：三极交流接触器的控制电源接在三极交流接触器主触头的负荷侧。按下合闸按钮时交流接触器吸持线圈仍得不到电源，交流接触器不能合闸，电动机无法工作。(3) 错误之三：交流接触器的

42、动合辅助触点3未与合闸按钮S1并联。当手动按下合闸按钮S1时交流接触器启动，断开合闸按钮S1后交流接触器因失去电源而立即返回（即无自保持回路），故不能保持交流接触器在启动后无法实现自保持，无法进入正常工作状态，电动机无法正常工作。(4) 错误之四：交流接触器控制回路中未接入A相热继电器的触点。当AB相过负荷时，因A相热继电器触点不能控制交流接触器吸持线圈的电源，无法实现AB相过负荷时的过负荷保护。2. 简述SN1010型少油断路器的灭弧原理。答：断路器动、静触头刚断开时，触头间形成电弧，电弧周围的绝缘油在电弧的高温作用下分解为气体。绝缘油被分解出的气体中包括氢(约占70)、油蒸汽(约占20)、

43、 甲烷和乙炔等等。绝缘油被分解成气体时体积膨胀，使得电弧周围压力迅速增加。由于静触头以下部分绝缘油的压力增加，所以静触头上部的逆止阀被关闭，这使得电弧周围空间压力继续增加。当动触头下移打开第一道横向吹道时，高压油气混合体从第一横吹道喷出形成第一道横吹；动触头继续下移电弧被拉长，并相继打开第二、第三横吹道形成三道横吹；由于强烈的气体吹动使弧隙击穿电压提高，当弧电流经过零值之后，当弧隙的恢复电压始终小于弧隙击穿电压时弧隙则不会再击穿，电弧将最终彻底熄灭。3. 简述SN1010型少油断路器切断大小短路电流有何异同。答：油断路器属于自能灭弧断路器，其灭弧能力与开断电流有关。开断大电流时，由于电弧能量较

44、大，仅靠三道横向吹道的作用便能熄弧。开断小电流时，由于电弧能量较小，仅靠三道横向吹道的作用不能熄弧，当电弧被继续拉至灭弧室下部，在灭弧室下部三块隔弧板处形成纵向吹弧，在横吹与纵吹的作用使弧隙击穿电压提高，促使电弧很快熄灭。此外，断路器动触头开始下移时，使油箱下部分的油因受到机械压力而流向电弧区，对电弧形成机械油吹。开断小电流时，机械油吹对电弧熄灭起到重要作用。4.运行中电流互感器二次回路为什么不允许开路?答：电流互感器正常工作时，二次回路近于短路状态。这时二次电流所产生的二次绕组磁动势F2对一次绕组磁动势F1有去磁作用，因此合成磁势F0F1-F2不大，合成磁通0也不大，二次绕组内感应电动势E2

45、的数值最多不超过几十伏。因此，为了减少电流互感器的尺寸和造价，互感器铁心的截面是根据电流互感器在正常工作状态下合磁磁通0很小而设计的。使用中的电流互感器如果发生二次回路开路，二次绕组磁动势F2等于零，一次绕组磁动势F1仍保持不变，且全部用于激磁，合成磁势F0=F1，这时的F0较正常时的合成磁势(F1-F2)增大了许多倍，使得铁心中的磁通急剧地增加而达到饱和状态。由于铁心饱和致使磁通波形变为平顶波，因为感应电动势正比于磁通的变化率d/dt，所以这时二次绕组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动势e2是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高，这对工作人员和二次设备以及二次电

46、缆的绝缘都是极危险的。另一影响是，因铁心内磁通的剧增，引起铁心损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大，使电流互感器的误差增加。 第三章发电厂和变电所的自用电一、本章学习指导通过本章学习，应了解自用电的基本概念、自用电接线的确定原则，掌握电动机自启动的校验方法。学习自用电的基本概念与自用电接线的确定原则以明确基本要求为主。学习电动机自启动的校验方法时，应首先明确正常启动与自启动的异同点之后再熟悉其计算公式。二、发电厂自用电的基本概念1.发电厂的厂用电率发电厂在一定时间(例如一月或一年)内，厂用电所消耗的电量占发电厂总发电量的百分数，称为发电厂的厂用电率。2.发电厂

47、用电负荷的分类及其对供电的要求(1)类负荷。类负荷指短时(即手动切换恢复供电所需的时间)的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。类负荷应由两个独立电源供电，当一个电源消失后，另一个电源要立即自动投入继续供电。为此, 类负荷的电源应配置备用电源自动投入装置。除此之外,还应保证类负荷的电动机能可靠自启动。(2)类负荷。类负荷指允许短时停电，但停电时间过长有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。类负荷应由两个独立电源供电，一般备用电源采用手动切换方式投入。(3)类负荷。类负荷指较长时间停电不会直接影响发电厂生产的负荷。类负荷一般由一个电源供电。(4)不停电负荷。不停电负荷指机组启

48、动、运行到停机全过程中以及停机后的一段时间内，需要进行连续供电的负荷。一般采用蓄电池组供电的逆变装置对不停电负荷供电。(5)事故保安负荷。事故保安负荷是指发生全厂停电时，为保证机炉的安全停运、事故过后能很快地重新启动，或者为了防止危及人身安全等原因，需要在全厂停电时继续供电的负荷。按事故保安负荷对供电电源的不同要求，可分为交流保安负荷与直流保安负荷两类。交流保安负荷平时由交流厂用电供电，一旦失去交流厂用电时，可采用快速启动的柴油发电机组供电。直流保安负荷由蓄电池组供电。3.厂用电电压(1)发电厂厂用电的额定电压等级有3kV、6kV和10kV等三种。(2)高压厂用电电压等级的确定。发电机容量为6

49、0MW及以下的机组，发电机电压为10.5kV时,高压厂用电电压可采用3kV；发电机容量为100300MW的机组，宜采用6kV；发电机容量为600MW的机组，可根据工程具体条件采用6kV一种或3kV、10kV两种高压厂用电电压。(3)低压厂用电电压等级的确定。低压动力系统电压采用380V等级为宜。发电机容量为60MW及以上的机组，主厂房内的低压厂用电系统采用动力与照明分开的方式供电，动力系统采用三线三相制供电，照明系统采用三线四相制供电。4.厂用母线的接线方式(1)厂用母线的型式。厂用电一般采用单母线接线或单母线分段接线。(2) 按机、炉对应原则设置母线段的优点1) 一段母线故障时，只影响一台锅

50、炉和对应汽轮机组的运行。2) 便于安排同一机组的附属机械以及相应的电气设备同时检修。3) 高压厂用变容量较小，可以限制厂用系统的短路电流。4) 便于采用明备方式设置备用电源，提高供电可靠性。(3)厂用工作电源。厂用高压工作电源的引接方式有：1)当有发电机电压母线时，高压厂用母线由对应的发电机所接发电机电压母线段上引接,供给接在本段母线上的机组厂用负荷。2)当发电机与变压器为单元接线时，厂用高压工作电源采用厂用分支方式引接，供给该机组厂用电负荷。(4)备用电源的取得。备用电源的引接应遵照以下原则：1)当设有发电机电压母线时，可由该母线引接1个备用电源。2)当无发电机电压母线时，由高压母线中电源可

51、靠的最低一级电压母线或由联络变压器的第三（低压）绕组引接，并应保证在全厂停电情况下，能从外部电力系统取得足够的电源。3)全厂有两个及以上备用电源时，应分别引自两个相对独立的电源。4)当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路供电。三、电动机自启动校验1.电动机自启动自启动是指厂用电源消失，电动机在机械负荷阻力下惰行，经短时间(一般小于0.91.5s)停电后电源再恢复送电时，电动机能自行启动，并逐渐恢复到稳定运行的过程。为保证电厂安全运行，要求厂用类负荷的电动机能安全可靠地自启动。2. 电动机自启动电压校验电动机自启动电压校验计算公式与例题见教材。第四章 配电装置一、本章学习指导通过本章学习，应

52、了解配电装置的分类和特点，理解配电装置是电气主接线的体现，为学习电气设备选择等准备必要的知识。二、配电装置的分类和特点配电装置可分为屋内配电装置、屋外配电装置和成套配电装置。1. 屋内配电装置。屋内配电装置是将电气设备安装在屋内。屋内配电装置具有占地面积小、操作方便、运行条件较好、电气设备受环境污秽和气候变化影响小等优点。但是，它需要建造专用的房屋，土建工作量大，投资较多。2. 屋外配电装置。屋外配电装置是将电气设备安装在屋外。屋外配电装置具有土建工程量小、投资较少、建造工期短等优点。但是，它具有占地面积较大、操作不方便和维护条件较差、电气设备容易受环境污秽与气候变化的影响等缺点。3.成套配电

53、装置。成套配电装置一般指在制造厂根据电气主接线的要求，由制造厂按分盘形式制造成独立的开关柜(或盘)，运抵现场后只需进行开关柜(或盘)的安装固定、调整与母线的连接等项工作,便可建成配电装置。成套配电装置具有结构紧凑、可靠性高、占地面积小、建造工期短等优点。但是，它的造价较高、钢材消耗量较大。三、配电装置的安全净距在配电装置中的各种间隔距离中，最基本的距离是空气中的(最小)安全距离，即安全净距。安全净距表示在此距离下，配电装置处于最高工作电压或内部过电压时，其空气间隙均不会被击穿。第五章电器选择一、 本章学习方法指导通过本章学习，应了解电器元件选择的一般方法；掌握均匀截面导体热发热及电动力计算方法

54、；掌握断路器、隔离开关、矩形母线和电流互感器的选择方法。学习电器元件选择的一般方法是了解正确选择必须满足的条件。选择断路器、隔离开关、矩形母线和电流互感器的条件是在选择电器元件选择的一般方法基础上再增加各种电器的特殊工作要求的条件。在电器选择计算中应注意个计算量的单位，若计算单位有误其计算结果可以肯定是错误的。二、短路电流的电动力和发热1.短路电流的最大电动力当电力系统中发生三相短路后，三相平行导体流过三相冲击短路电流时导体之间产生最大的电动力为中间相所承受的电动力F（3），其计算公式： L F（3） =1.73 i(3)im 210-7 (N) (51) a 式中：i （3）im三相冲击短路

55、电流，A；L导体长度,m； a导体相间距离，m。使用式（51），当三相冲击短路电流的单位为安培(A)、导体长度与导体相间距离单位为米(或取两者单位相同)时，导体所承受的最大电动力单位为牛顿(N)；计算中应注意各物理量的单位，若三相冲击短路电流的单位为kA时，计算式中应乘以10-6其计算导体承受最大电动力的单位仍为牛顿(N)。2.短路电流的发热根据短路电流发热可以视为绝热过程的特点，利用导体短路时热平衡方程式的关系可以得到利用短路电流的热效应(Qk )表示短路电流产生热量大小的方法。因此，将复杂的短路电流发热计算变换为短路电流的热效应。短路电流的热效应(Qk )计算式： JQkS2 (A kA

56、i ) () (52) m4 1或 A kQkA i (53) S2 为在实用中简化A k和A i 的计算，将常用导体材料的平均参数代入公式后，绘制成f(A)关系曲线，如图51所示,图中横坐标为A值,纵坐为值。使用图51所示的曲线计算导体短路时的最高温度k的步骤如下：首先根据运行温度i从曲线中查出A i 之值，然后将A i 与Qk之值代入公式(53)中计算出A d之值，最后再根据Ad从图51曲线中查出d之值。同理，当导体材料的温度值确定之后，从图51中可直接查到所对应的A值；反之，已知A值时也可从曲线中找到对应的之值。使用图51应注意，其横坐标的单位为 J/(m4) ，图51导体f(A)曲线(

57、3)短路电流的热效应Qk 计算。短路电流的热效应Qk 为：Qk =0tI2dt0t(ik.p+ik. ap)2dt式中ik.p短路电流周期分量；ik.ap短路电流非周期分量。可以近似地认为短路电流的热效应Qk：Qk = Qk.p +Qk.ap （54）式中QK.p短路电流周期分量热效应；QK.ap短路电流非周期分量热效应。(1) 短路电流周期分量热效应QK.p根据短路电流热效应QK.P的定义知道，QK.P =0tIK.P2dt。在实用计算中QK.p的计算是以近似积分计算为基础，利用辛卜生近似计算公式求得，公式如下：I”2+ 10 I2KP(t/2)+ I2K.t2 QK.P= t （55）12

58、式中 I” 次暂态短路电流；IKP(t/2)t/2秒时短路电流周期分量有效值,A；IKP.tt秒时短路电流周期分量有效值,A；t短路电流持续时间,t。2) 短路电流非周期分量热效应QKaP根据短路电流热效应QK.aP的定义知道： QK.aP =0tIK.aP2dt=0t2I”e-(t/Ta)2dt=TaI” 21- e-(2t/Ta)=TI”2 （56）式中 Ta时间常数，Ta=XLS/R LS，XLS短路回路总电抗，R LS短路回路总电阻；T短路电流非周期分量发热等效时间,实用计算可以采用表51所示数据。表51 非周期短路电流发热等值时间T值短路点T值(S)t0.1t0.1厂用电回路0.02

59、一般高压电路0.05发电机及其母线0.080.095实际工程计算中，当短路电流持续时间t大于1S时，短路电流周期分量热效应QK.P将远大于短路电流非周期分量热效应QK.aP，这时短路电流非周期分量所产生的热量可以略去不计，近似地取QK QKP。使用式(55)、(56)时，为了数字计算上的方便通常选用短路电流的单位为kA。但是，将选用短路电流的单位为kA时的计算结果Qk值带入式(53)时乘以106，以便与图(51)所示曲线横坐标的单位一致。三、电器选择1.电气设备和载流导体选择的一般条件(1)按正常工作条件选择电器。按正常工作条件选择电器是保证电器正常工作所需的各项条件，若不满足将会在正常工作时

60、引起电器损坏。1)根据额定电压选择。电器的额定电压是在其铭牌上所标出的线电压值。此外，电器还有一个最大工作电压，即电器在长期运行中所能承受的最高电压值。一般电器的最大工作电压比其额定电压高1015，选择电器时必须保证电器实际承受的最高电压不超过其最大工作电压，否则会造成电器因绝缘击穿而损坏。为此，根据额定电压选择电器时应满足以下条件：电器的额定电压UN不小于电器装设地点电网的额定电压UNC,即：UNUNC （57）2)根据额定电流选择。电器的额定电流IN应不小于安装设备回路的最大工作电流Imax，即：IN Imax （58）若不满足按额定电流选择电器的条件，电器将会因正常工作时的温度超过其正常最高允许发热温度而引起损坏。(2)校验热稳定和动稳定。短路电流通过电器时，会引起电器温度升高，并产生巨大的电动力。若电器校验热稳定或动稳定不合格，当电器通过短路电流时，电器将因短路热效应或短路电动力效应而引起损坏。1) 校验动稳定。为保证电器的动稳定，在选择电器时应满足电器的动稳定电流iP不小