第一章绪论

本章重点难点
一、本章重点
1．火力发电厂、水力发电厂以及核电站的能量转换过程，以及它们在生产成本、生产效率、厂用电率和机组启停速度方面的区别。
2．现代电力系统的概念（了解反映电力系统常用的基本参数）；变电所的分类。
3．负荷的分级和供电要求。★★
4．电力系统的质量指标。★★
5．电力系统的接线方式。★★
6．我国交流电力网和电气设备的额定电压―――发电机、变压器、输电线路的额定电压的确定。★★★
7．电压等级的选择尤其是供电电压的选择

二、难点：
火力、水力、核能发电厂的工作原理及过程  
新能源发电方式
变电站类型

学习计划
1、首先进行课程预习，重点读懂教材，针对课程内容查找相关资料进行研究
2、了解本章节内容 后，通过观看视频文档，了解具体发电厂工作原理，特别是新能源发电厂工作原理，课后完成相应练习
3、进行拓展模块学习

学习说明
【教学目标】
1、使学生掌握我国电力工业发展现状；
2、了解发电厂和变电所概念分类。
【教学侧重点】
一、发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。
二、凝气式汽轮发电厂、穿越变电所。

●1.1火力发电厂

简述原料为煤的火力发电的生产过程 答：煤斗中的原煤送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。水被加热沸腾后汽化成水蒸汽，由汽包上部流出进入过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。

●1.2水力发电厂工作原理

水轮机的作用： 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。  水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。 水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。 发电机工作原理： 转子转动——转子中由励磁电流产生的按正弦分布的旋转磁场切割定子三相对称绕组——定子三相绕组中产生三相正弦交变电动势——定子三相绕组与负载连通后，电路在电动势的作用下 有电流通过——向负载输出电能。

●1.3核能发电厂工作原理

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。

●1.4太阳能发电厂工作原理

太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。       它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式。

●1.5风力发电厂工作原理

风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是可再生能源中技术最成熟、最有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

●1.6地热发电厂工作原理

地热发电利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。地热发电根据能量转换原理把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

●1.7变电站定义及分类

变电站定义及分类变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。电力网的变电站可分为三种：
1）枢纽变电站 是联络本电力系统中的各大电厂与大区域或大容量的重要用户，并实施与远方其它电力系统的联络，是实现联合发、输、配电的枢纽。
2）区域变电站  其主要作用是对一个大区域供电。（细分为中间变电站、地方变电站、终端变电站）
3）配电变电站 其主要作用是对一个小区域或较大容量的工厂供电，是电力系统最下层的变电站。

第二章电气设备

学习建议 
1、根据课程教学大纲，认真观看视频并阅读文本 
2、做相关练习题及测试题 ，查阅文献总结学习经验
 3、到实地发电厂和变电站观察电气设备 
重点难点 【教学目标】
1、使学生掌握开关电器用途和分类 
2、使学生初步了解电弧的基本理论 
【教学重点和难点】 
一、教学重点： 开关电器的分类和电弧理论。
二、难点： 电弧的产生和维持、间接复合、零休。 
学习说明 1、课前认真预习，查找课程相关资料进行预习 
2、重点了解掌握交流电弧熄灭的条件,能叙述电击穿和热击穿的区别；能叙述油断路器的工作原理。
3、听课后，根据老师讲解，进行学习习题测试，查找不足，巩固所学知识

●2.1发电厂和变电站中电气设备及开关电器

根据开关电器的不同性能可将其分为以下几类：
（1）仅用来在正常工作情况下开断或闭合正常工作电流Ig.zd的开关电器。例如低压刀闸开关、接触器、高压负荷开关等。 （2）仅用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如熔断器和可控气吹开断器等。
（3）只用来在检修时隔离电源，不能用其开断或闭合正常工作电流或短路电流的开关电器。例如高压隔离开关。
（4）用来在预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分段故障线路。
（5）即用来开断或闭合正常工作电流Ig.zd，也用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如高压断路器、低压空气开关等。

●2.2交流电弧中的去游离

带有异性电荷的质点相遇而结合成中性质点的现象，称为复合。  (1)空间复合：在弧隙空间内，自由电子和正离子相遇，可以直接复合成一中性质点。但由于自由电子运动速度比离子运动速度高的很多（约高1000倍），所以电子与正离子直接复合的机会很少。复合的主要形式是间接复合即电子碰撞中性质点时，一个电子可能先附着在中性质点上形成负离子，其速度大大减慢，然后与正离子复合，形成两个中性质点。间接复合的过程如图2-7所示。
(2)表面复合：在金属表面进行的复合，称为表面复合。主要有以下几种形式：电子进入阳极；正离子接近阴极表面，与从阴极刚发射出的电子复合，变为中性质点，负离子接近阳极后将电子移给阳极，自身变为中性质点。

●2.3弧柱区和近阴极区介质强度恢复

近阴极效应的应用： 低压开关中广泛采用灭弧栅装置，由铁磁材料制成的金属片组成短弧栅格。触头间产生电弧后，铁磁材料的栅片在电弧电流产生的磁场中产生电磁力，把电弧弧柱吸引到栅片之中，将长弧分割成一串短弧。设栅片数为n，则灭弧栅的总起始介质强度为n（150~250）V，加于触头间的恢复电压小于此值。即能可靠灭弧。栅片作成缺口形状，是为了减少电弧弧柱进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。

●2.4熄灭电弧的措施

由电弧的形成过程可知，熄灭电弧的基本方法是削弱游离作用和加强去游离作用。熄灭电弧的主要方法及相应的灭弧装置如下。 1．采用优良的灭弧绝缘介质 良好的灭弧绝缘介质可以有效抑止碰撞游离、热游离的发生，并具有较强的去游离作用。电力系统设备中常用的灭弧介质如下：(1)气体介质：六氟化硫(SF6)气体、氢气、空气等。 (2)液态介质：开关油(常选用变压器油)。 (3)固态介质：石英砂。
2．采用难熔的金属作开关触头 为有效降低灭弧过程中金属蒸气量和增加开关触头的使用寿命，通常采用金属钨或其合金作为引弧触头。
3．迅速拉长电弧 开关电器中常采用强力分闸弹簧装置，在分闸时能迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度；同时增加电弧与周围介质的接触面积，使冷却和扩散作用加强。
4．吹弧   在灭弧室中利用高速流动的气体介质或液体介质吹拂电弧，可以加强电弧的冷却和扩散，这种方法在开关电器中应用最广。用弧区以外新鲜且低温的介质吹拂电弧，对熄灭电弧起到多方面的作用。它可将弧柱中大量正负离子吹到触头间隙以外，代之以绝缘性能高的新鲜介质；使弧柱温度迅速下降，阻止了热游离的继续进行；使触头间的介质强度提高。

●2.5隔离开关基本介绍

负荷电路的正常接通或开断，短路电流的开断都可用断路器实现。几乎每次的开断或接通都可用断路器实现。几乎每次的开断或接通都有电弧的发生和熄灭的过程，断路器操作一定的次数后，就要进行检修。检修时必须用能隔离电源的电器将其与电源隔开，以保证检修安全。用于隔离电源的电器，就是隔离开关。

●2.6隔离开关及负荷开关

隔离开关可分为户内隔离开关和户外隔离开关，操作机构分为手力式和动力式两类。隔离开关主刀和接地刀间互相要实现连锁；隔离开关常见的故障：
（1）接触部分过热。
（2）瓷质绝缘损坏和闪络放电
（3）拒绝拉、合闸；
（4）错误拉、合闸。
高压负荷开关：只能开合负荷电流，不能切断短路电流。
作用：用于切断、关合线路负荷电流，空载线路、空载变压器及电容器等，并能通过规定的短路电流。
分类：按安装地点分户内、户外式；按灭弧方式分气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式；还可分为可带熔断器和不带熔断器。

●2.7高压断路器参数及型号

高压断路器技术指标 环境组别:属GB6587.1-1986《电子测量仪器环境试验总纲》中的Ш组仪器. 型式:便携式 包装:铝合金箱 尺寸与重量:: 主 机: 440×300×150(mm) 5 (kg) 附 件: 440×300× 80(mm) 3 (kg) 工作电源:AC220V ±10% 频率:50Hz ±5% 环境温度:-10°C~40°C 相对湿度:≤85% 绝缘电阻:≤2MΩ 介电强度:电源进线对机壳能承受1.5KV1分钟的耐压测试。 时间测试范围:1~499.9ms 分辩率:0.01ms 精度≤0.1ms 速度测试范围:15m/s 分辩率:0.01m/s 精度±1%读数+2个字 行程测试范围:不限 分辩率:0.01mm 精度±1%读数+2个字 直流电源选择范围: 25-265V/10A 分辩率:1V: 精度≤±1%

●2.8高压断路器的类型及其基本要求

高压断路器的类型及其基本要求

●2.9油断路器

油断路器灭弧原理： 油断路器以油作为灭弧介质。当断路器断开电路时，动、静触头之间产生电弧，将弧道附近的变压器油蒸发和分解，形成气泡；灭弧室内部气体压力增大，油气流由灭弧室的喷口喷出，电弧被拉长、冷却并熄灭。

●2.10六氟化硫断路器

1、简述SF6气体的性能，SF6气体的电子具有共价键结构，其分子结构呈正八面体，属于完全对称型，硫原子被六个氟原子浓密包围，呈强电负性。SF6气体为无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物。在常温常压下，密度约为空气的5倍。常压下升华温度为-63.8℃。在常温下直至21大气压仍为气态。SF6气体化学性质非常稳定，在干燥情况下，与铜、铝、钢等材料在110℃以内都不作用；超过150℃时，与钢、硅开始缓慢作用；200℃以上，与铜或铝才发生轻微作用，到500~600℃与银也不发生作用。SF6气体热稳定性好，气体分解随温度升高而加剧；但一旦使它分解的能量解除，分解物将急速再结合为SF6气体，其结合速度不大于10-5S。故弧隙介质强度恢复速度快，灭弧能力强。SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。SF6气体是无毒的，但在电弧作用下可能分解出不同程度的毒性气体，如S2F10、SOF2等。因此，为了防止万一泄漏的有害气体被人体吸入，必须在通风良好的条件下进行操作。   2、简述LW3—10型SF6断路器的灭弧原理，LW3—10型SF6断路器的灭弧室是旋弧式灭弧室。

●2.11真空断路器的相关概念

"高压真空断路器"因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名;其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。发展简史 1893年，美国的里顿豪斯提出了结构简单的真空灭弧室，并获得了设计专利。1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空开关。1926年等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。

●2.12真空断路器的特点及过电压

真空断路器特点：
（1）触头开距小，10kV级真空断路器的触头开距只有10mm左右，所需的操作功率小，动作快。
（2）燃烧时间短，燃烧时间与开断电流大小无关，一般只有半个周波，称半周波断路器。
（3）触头间隙介质恢复速度快，对于开断近距离故障和开断电容电流性能较好。
（4）体积小，重量轻，便于柱上安装。
（5）能防火防爆。

●2.13真空灭弧室的基本结构

真空灭弧室，又名真空开关管，是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是，通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生，主要应用于电力的输配电控制系统，还应用于冶金、矿山、石油、化工、铁路、广播、通讯、工业高频加热等配电系统。具有节能、节材、防火、防爆、体积小、寿命长、维护费用低、运行可靠和无污染等特点。真空灭弧室从用途上又分为断路器用灭弧室和负荷开关用灭弧室，断路器灭弧室主要用于电力部门中的变电站和电网设施，负荷开关用灭弧室主要用于电网的终端用户。

●2.14真空断路器的适用知识

国内主要依据标准: JP3855-96《3.6~40.5kV交流高压真空断路器通用技术条件》 DL403-91《10~35kV户内高压断路器订货技术条件》 这里需要说明:IEC标准中并无与我国JB3855相对应的专用标准，只是套用《IEC56交流高压断路器》。因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个方面高于或严于IEC标准: (1) 绝缘水平: 试验电压 IEC 中国 1min工频耐压(kV) 28 42(极间、极对地)48(断口间) 1.2/50冲击耐压(kV) 75 75(极间、极对地)84(断口间) 。
(2)电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平:IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为:完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。
(3)触头合闸弹跳时间:IEC无规定，而我国规定要求不大于2ms。
(4)温升试验的试验电流:IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。 2.真空断路器的主要技术参数 真空断路器的参数

●2.15熔断器概述

熔断器是最简单和最早使用的一种保护电器，用来保护电路中的电气设备，使其免受过载和短路电流的危害，它串联在电路中使用，当电路中通过短路电流或过负荷电流时，利用熔体产生的热量使它自身熔断，切断电路，以达到保护的目的。熔断器不能用来正常地切断和接通电路，必须与其他电器配合使用。熔断器具有结构简单、价格低廉、维护方便、使用灵活等优点，但其容量小，保护特性不稳定。

●2.16高压熔断器

熔断器是最简单和最早使用的一种保护电器，用来保护电路中的电气设备，使其免受过载和短路电流的危害。它串联在电路中使用，当电路中通过短路电流或过负荷电流时，利用熔体产生的热量使它自身熔断，切断电路，以达到保护的目的。熔断器不能用来正常地切断和接通电路，必须与其他电器(隔离开关、接触器、负荷开关等)配合使用。熔断器具有结构简单、价格低廉、维护方便、使用灵活等优点，但其容量小，保护特性不稳定。它广泛使用在电压为1000V及以下的装置中；在电压为3～110kV高压装置中，主要作为小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备的保护。 熔断器结构主要由熔管、金属熔体、支持熔体的触刀及绝缘支持件等组成。管体为纤维或瓷质绝缘管。熔体是熔断器的核心，是一个易于熔断的导体，熔体的材料一般有铜、银、锌、铅和铅锡合金等。在500V及以下的低压熔断器中，熔体往往采用铅、锌等材料，这些材料的熔点较低而电阻率较大，所制成的熔体截面也较大；在高压熔断器中，熔体往往采用铜、银等材料，这些材料的熔点较高而电阻率较小，所制成的熔体截面可较小。

第三章互感器

【教学目标】
1、使学生掌握电流互感器的作用及特点；
2、掌握电流互感器的误差理论；
3、电流互感器运行时注意事项。
【教学重点和难点】
一、教学重点：
1、电流互感器作用；
2、电流互感器误差
二、难点：
    电流互感器误差的向量图分析。
【内容提要】
一、电流互感器的作用及特点
二、电流互感器的误差
三、电流互感器的运行参数对误差的影响
四、互感器的准确级
五、互感器的接线类型
课前认真预习，了解互感器的作用及原理,查阅资料及相关文献。听视频课程讲解，针对预习时候的疑问进行互动，通过练习测试，查找不足，及时复习，巩固所学内容。
一、检查知识的理解和巩固情况
1、概括本节所讲主要知识点
2、通过学习，提问如下问题：
① 电流互感器的作用？
② 正常工作时，电流互感器的二次侧可否开路？
通过习题检测对学习目标的掌握情况。
二、作业：
1、电流互感器的各种运行参数对误差的影响？
2、电流互感器的各种接线形式特点？

●3.1互感器作用及工作原理

1、互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，是一种专门测量仪表、控制及保护设备用的特殊变压器。互感器可分为电压互感器和电流互感器两类。 2、互感器作用：
（1）使测量仪表和继电器与高压装置在电气方面很好地隔离保证工作人员的安全。
（2）使测量仪表标准化小型化，可以采用小截面的电缆进行远距离测量。
（3）当电路发生短路时，仪表和电流线圈不受冲击电流的影响。

●3.2电流互感器中的电流误差及角误差

电流互感器特点是：一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；电流互感器二次绕组所接仪表和继电器电流线圈阻抗很小所以在正常情况下，电流互感器在接近短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比，即Ki=I1e/I2e。

●3.3电流互感器误差因素分析

电流互感器的运行参数对误差的影响：
（1）一次电流的影响  一次电流I1与互感电势E2和磁感应强度B成正比，而且还与磁导率μ及铁芯损耗角ψ有关。 铁芯损耗角ψ随磁场强度的大小而变化。为了减少电流互感器的误差，一般铁芯选用的磁感强度不大，在额定二次负荷下，一次电流为额定值时，约为0.4T。当—次电流I1减小，µ值将逐渐下降，由于磁导率下降励磁损耗增大，故误差fi和δi随I1减小而增大，但由于µ随H减小而减小，故δi比fi增加快些，其误差变化特性曲线如图所示。当系统发生短路，一次电流为数倍的额定电流时，由于铁芯开始饱和，μ值下降，因而误差随I1增加而加大，其变化特性曲线fi比δi增加快些。
（2）二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响  当功率因数不变时，增加二次负荷阻抗Z2，I2减小，依磁势平衡I1N1﹢I2N2＝I0N1，I0N1将增加，因而fi和δi增大。当二次负荷功率因数角ψ2增加时，则a角增大，使fi增大，而δi减小。反之ψ2减小时，fi减小，而δi增大。

●3.4电流互感器的准确级与10%误差曲线

电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差。 电流互感器根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级。对于测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，—般只要求3—10级，但是对在可能出现的短路电流范围内，则要求互感器最大误差限值不得超过—10％。

●3.5电流互感器分类及接线

1、电流互感器的分类：
（1）按安装方式分贯穿式电流互感器、支柱式电流互感器、套管式电流互感器以及母线式电流互感器。
（2）按用途分测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组。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（或电流互感器的保护绕组。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。 
（3）按绝缘介质分干式电流互感器。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，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用。气体绝缘电流互感器。主绝缘由气体构成。 
（4）按电流变换原理分电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的。

●3.6电流互感器运行注意事项

电流互感器二次绕组开路的影响。二次绕组开路会产生下列现象：电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，即 ，励磁磁势由正常为数很小的 骤增为 ，由于铁芯饱和，磁通的波形畸变为矩形波，而二次绕组感应电势是与磁通的变化率 成正比的，因此二次绕组将在磁通过零时．感应产生很高的尖顶波电势，其值可达上万伏。产生的后果是：危及工作人员的人身安全和仪表、继电器的绝缘，磁感应强度骤增使铁芯损耗增加，引起过热使铁芯和线圈都有被损坏的危险；在铁芯中还会产生励磁使互感器误差增大。因此电流互感器一次侧通有电流时，二次线圈是不允许开路的。

●3.7电压互感器作用、特点及种类

1、电压互感器是二次回路中供测量和保护用的电压源，通过它能正确反映系统电压的运行状况。其作用有二，一是将一次侧的高电压改变成二次侧的低电压，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并便于监视、安装和维护，二是使低压二次回路与高压一次系统隔离，保证了工作人员的安全。    
2、电压互感器的特点：容量很小，类似一台小容量变压器；二次侧所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，互感器在近于空载状态下运行。  
3、简述电压互感器的类型和结构 。电压互感器的类型很多，根据相数可分为单相和三相式；根据线圈数目可分为双线圈和三线圈式；根据安装地点可分为户内和户外式；根据绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式。 干式电压互感器结构简单，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下的户内装置。浇注绝缘式电压互感器仪3一35kV户内使用。JDZ型为单相双线圈环氧树脂浇注绝缘式电压互感器，其原线圈额定电压为使用系统的线电压。JDZJ型为单相三线圈环氧树脂浇注绝缘式电压互感器，其原线圈额定电压为使用系统的相电压。

●3.8电压互感器接线及运行注意事项

电压互感器运行中的注意事项：
（1）电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如，测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。 　　     
（2）电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继电压互感器电保护装置或自动装置的电压线圈并联，同时要注意极性的正确性。 　　     
（3）接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。 　　     
（4）电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。
（5）为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。

第四章电气主接线

一、重点：
有母线的主接线形式。
二、难点：
  单母线分段带旁路母线、单元接线的形式和特点。
【教学目标】
1、使学生掌握主接线设计的要求和原则；
2、了解发电厂和变电所的主接线基本形式。
【教学重点和难点】
一、教学重点：
主接线的设计基本原则。
二、难点：
  农村35kV变电所主接线的接线；主变压器容量和台数的选择。
【内容提要】
1主接线的设计要求和原则
2发电厂和变电所主接线
课前认真预习，查找课程相关资料进行预习，重点了解掌握主接线的基本形式，以及主变压器的容量计算。听课后，根据老师讲解，进行学习习题测试，查找不足，巩固所学知识

●4.1电气主接线概念及基本要求

1、电气的主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
2、主接线电路图是用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。电气主接线的基本要求是运行的可靠性、灵活性和经济性。
3、主接线可靠性的具体要求有：
（1）断路检修时，不宜影响对系统的供电。
（2）线路、断路器或母线故障时及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对Ⅰ类负荷及全部或大部分Ⅱ类负荷的供电。
（3）尽量避免变电所全部停运的可能性。
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。  
4、主接线对灵活性的要求：
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

●4.2单母线接线及单母线分段接线

1、单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路，母线即可以保证电源并列工作，又能使任一条出线路都可以从电源1或2获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关。  
2、单母线接线的优缺点：优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源；与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。  
3、单母线分段接线的优缺点。
优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。   
（2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。         
（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。  

●4.3单母线带旁路母线接线

单旁路断路器接至主母线是使该回路继续正常运行母线分段带旁路母线接线由一组分段的主母线和一组旁路母线组成的电气主接线。为了避免单母线分段接线中线路或主变压器回路的断路器检修时，引起线路或主变压器回路停电的缺点，设置了一组旁路母线。当线路或主变压器回路的断路器检修时，该回路可以通过旁路隔离开关接至旁路母线，再通过旁路断路器接至主母线，使该回路继续正常运行 单母线分段带旁路母线接线。

●4.4双母线接线

双母线接线的主要优点：
（1）运行灵活；     
（2）一组母线检测时所有回路均不中断供电；     
（3）检修任一回路的母线侧隔离开关时，只中断该回路的供电； （4）检修任一回路断路器时，可用母联断路器代替工作。

●4.5双母线分段接线及双母线带旁路母线接线

双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的优点，当线路（主变压器） 断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投 资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。

●4.6双母线分段带旁路母线接线

双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的优点，但投资费用较大，占用设备间隔较多，一般采用此种接线的原则为：（1） 当设备连接的进出线总数为12～16回时，在一组母线上设置分段断路器；
（2） 当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。

●4.7二分之三断路器接线

二分之三(三分之四)断路器接线就是在每3（4）个断路器中间送出2（3）次回路，一般只用于500kV（或重要220kV）电网的母线主接线。
它的主要优点是：
1) 运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；
2) 检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式霆，不需切换；
3) 运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电。
二分之三(三分之四)断路器接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。

●4.8桥形接线及多角形接线

桥形接线的工作原理：内桥接线的任一线路投入、断开、检修或故障时，都不会影响其他回路的正常运行。但当变压器投入、断开、检修或故障时，则会影响一回线路的正常运行。由于变压器运行可靠，而且不需要经常进行投入和断开，因此内桥接线的应用较广泛。外桥接线的变压投入、断开、检修或故障时，不会影响其他回路的正常运行。但当线路投入、断开、检修或故障时，则会影响一台变压器的正常运行。因此外桥接线仅适用于变压器按照经济运行需要要经常投入或断开的情况。此外当线路上有较大的穿越功率时，为避免穿越功率通过多台断路器，通常采用外桥接线。为了提高桥形接线的灵活性和可靠性，避免因检修线路或变压器时影响其他回路的正常运行，一般在接线中加设一组跨线（导线）。内桥接线的跨线位置与外桥接线中连接桥的位置相同，外桥接线的跨线位置与内桥接线中连接桥的位置相同。跨线上通常设置两组串接的隔离开关，以便于跨线上隔离开关进行检修，此两组隔离开关在正常运行时是断开的。

●4.9单元接线

单元接线就是一台发电机对应一台主变变压器、一台高压厂用变压器。现在电厂基本都是单元接线，一台发电机对应一台主变，这样主变的容量不用太大，只要稍大于发电机的容量即可。电力装置中，各元件相互串联，其间没有任何横连的接线，区别于桥式连接。

●4.10变电站主接线形式

变电站主接线是指由变压器、开关、刀闸、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定的顺序连接，用来汇集和分配电能的电路，也称为一次设备主接线图。

●4.11发电厂主变压器容量选择

主变电器是在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器，主变压器又称主变。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

●4.12变电站主变压器选择

选择主变压器台数时应考虑的原则：
(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一级、二级负荷的变电所，应采用 两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一级、二级负荷继续供 电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，ATMEL代理或另有自备电源。     
(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台 变压器。
(3)除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当 大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
(4)在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

第五章电气设备发热和电动力计算

本章学习重点
1、重点掌握电气发热的原因与危害，掌握防止电气发热的方法与措施。
2、熟悉电气发热的各种计算方法和提高导体长期允许通过载流量方法与措施。
学习计划
1、了解发热对载流导体的影响。
2、学习接触电阻。
3、电气发热与允许温升及散热。
4、导体长度与短时发热。
学习说明
1、本章主要从理论上讲述发热对载流导体产生的不良影响，以及防止电气发热的基本措施与方法。
2、导体长时与短时的发热与散热工程。

●5.1发热产生原因及发热危害

简述发热产生的原因及危害

●5.2电气设备发热和电动力计算

电气设备的发热的不好影响：电气设备运行实践证明，当导体和电器的温度超过一定范围以后，将会加速绝缘材料的老化，降低绝缘强度，缩短使用寿命;显著地降低金属导体机械强度；将会恶化导电接触部分的联接状态，以致破坏电器的正常工作。因此，电气设备的发热是影响其正常使用寿命和工作状态的主要因素。

●5.3发热计算及提高导体载流量的措施

发热计算及提高导体载流量的措施

●5.4电气设备短时发热特点及等值时间计算

1、短时发热的特点： 
（1）短路电流大，发热量多 
（2）时间短，热量不易散出 
以上两点使导体的温度迅速升高

●5.5电气设备校验热稳定方法

什么是热稳定？
答：电流通过导体时，导体要产生热量，并且该热量与电流的平方成正比，当有短路电流通过导体时，将产生巨大的热量，由于短路时间很短，热量来不及向周围介质散发，衡量电路及元件在这很短的时间里，能否承受短路时巨大热量的能力为热稳定。

●5.6电气设备发热计算举例

1.发热对导体和电器产生的不良影响包括哪些？
(1)机械强度下降
(2)接触电阻增加
(3)绝缘性能降低

●5.7电气设备两相及三相电动力

1、两根平行载流导体间的作用力 
当两个平行导体通过电流时，由于磁场相互作用而产生电 动力，电动力的方向与所通过的电流的方向有关。当电流的方向相反时，导体间产生斥力；而当电流方向 相同时，则产生吸力。
计算两导体间的电动力可以根据比奥—沙瓦定律。

●5.8电气设备电动力计算

1、导体短路时的电动力有哪些影响？
 答：通过导体的电流产生磁场，因此载流导体之间会受到电动力的作用。正常工作情况下，导体通过的工作电流不大，因而电动力也不大，不会影响电气设备的正常工作。短路时，导体通过很大的冲击电流，产生的电动力可达很大的数值，导体和电器可能因此而产生变形或损坏。闸刀式隔离开关可能自动断开而产生误动作，造成严重事故．开关电器触头压力明显减少，可能造成触头熔化或熔焊，影响触头的正常工作或引起重大事故。

第六章电气设备选择和校验

本章学习重点
1、电气一次设备通用选择方法。
2、断路器、电抗器、TA、TV的选择校验条件。

学习计划
【教学目标】
1、使学生掌握电气设备选择的一般条件；
2、使学生掌握母线的选择
【教学重点和难点】
一、教学重点：
使学生了解应按照哪些条件选择电气设备。
二、难点：
    短路计算点、动稳定校验。
【内容提要】
第一节    电气设备选择的一般条件
            一、按正常运行条件选择电气设备
            二、按短路条件校验电气设备的热稳定和动稳定
第二节 母线的选择
            一、母线材料的选择
            二、母线截面形状的选择
            三、母线截面积的选择
            四、校验母线热稳定

学习说明
电气设备选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。要求学生在掌握电气设备选择共性基础上，掌握电气选择的个性部分。因此课前要认真预习，查找课程相关资料进行了解，重点了解各种类型电气设备选择的条件及校验。听课后，根据老师讲解，进行学习习题测试，查找不足，巩固所学知识，如有条件可以到发电厂变电站进行实地验证与测试

●6.1电气设备选择的一般条件

1、电气设备选择的一般条件
答：电气设备要尽可能可靠的工作，必须按正常的工作条件进行选择并且按短路条件进行各种校验（如热稳定校验和动稳定校验）；
对某些设备还要进行特殊项目的校验，比如断路器和熔断器要校验开断电流的能力，限流电抗器要校验正常电压损失和母线残压等。

●6.2电气设备的短路计算点

1、电气设备短路计算点选择
       答：高压母线低压母线，线路末端。
　　一般用户计算短路电流都是为了选择设备的需要，设备安装在哪里，哪里就是计算短路电流的短路点；
       但当一段导体的阻抗比较小，可以忽略不计时，某一范围内的短路电流值是近似相等的，如高压母线、低压母线、变压器高压侧、变压器低压侧、设备接入端等；人们也常用几个代表性的点来说明某一供电系统的整体短路水平，这几个点就是常说的计算短路电流的短路点。

●6.3母线选择考虑的因素

1、高压母线选择的原则
答：（1）根据可能出现的最大工作电流选取导体的截面积；
       （2）根据母线的布置形式决定母线材料（软质或硬质）；
       （3）根据要求的截面积决定每相母线的导体条数；
       （4）根据母线电压等级决定相间距离和绝缘支撑；
       （5）根据短路电流相间和条间的电动力校验决定母线导体的组合排列方式。

●6.4母线发热和电动力校验

1、在检验时如果σIzd>σy，则必须采取那些措施减小母线的计算应力
答：将母线由竖放改为平放；
        放大母线截面（但会使投资增加）；
        限制短路电流值能使其大大减小，但须增设电抗器；
       增大相间距离a；
        减小母线跨距I的尺寸，此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘瓷瓶间最大允许跨距。

●6.5电缆的概述及选择

1、什么是允许载流量
答：在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不不致使稳定超过允许值的最大电流。允许载流量不小于通过相线的计算电流
2、导线截面选择原则
答：（1）发热条件
    （2）经济电流密度
    （3）电压损耗条件
    （4）机械强度条件
    （5）低压动力线路截面
    （6）低压照明线

●6.6电缆的校验

1、验算电缆热稳定的短路点按什么确定:
答：(1)单根无中间接头电缆，选电缆末端短路;长度小于200m的电缆，可选电缆首端短路。 
     (2)有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。
     (3)无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。

●6.7断路器及隔离开关选择及校验

隔离开关在电路中起明显断开点的作用，以保证维修时人员的安全，一般只能切断线路的空载电流，不能切断负荷电流和短路电流；负荷开关也起隔离作用，但能切断负荷电流；断路器能切断负荷电流和短路（故障）电流，故障时能够自动跳闸；某些型号的断路器也具有隔离功能，可以作为隔离电器使用。

●6.8熔断器及其它设备选择及校验

熔断器在不同场合额定电流的选择
（1）保护电力线路熔断器熔体的额定电流。正常工作时熔断器不应熔断，因此，要求熔 体额定电流大于等于通过熔体的最大额定电流， 即 流。 通过熔体的最大工作电保护变压器时；
（2）熔体额定电流的选择。对于6~10KV变 压器，凡容量在1000kV.A及以下者均可采用熔断器作为 变压器的短路及过载保护，其熔体额定电流 可取变压 器一次侧额定电流的1.4到2倍；
（3）保护电压互感器时，熔体额定电流的选择。互感器 二次侧的负荷很小，近似空载，因此保护互感器的熔体额 定电流一般选0.5A一般选用RN2系列高压熔断器；
（4）保护并联电容器时，熔体额定电流的选择式为 式中K——系数，对高压限流式熔断器，保护一 只电容器时取1.5到2，保护一组电容器时取1.3到1.8,；对 高压跌落式熔断器，取1.2到1.3；
（5）熔断器之间保护选择性配合。低压网络中用熔断器作 为保护时，为了保证熔断器保护动作的选择性，一般要求 上级熔断器的熔体额定电流比下级熔断器的熔体额定电流大两级以上；
（6）熔断器熔体额定电流与导体或电缆之间的配合。为了保证线路在过载或短路时，熔断器熔体未熔

第七章配电装置

【教学目标】
使学生掌握配电装置的分类和基本要求
 
【教学重点和难点】
一、教学重点：
屋内配电装置、屋外配电装置的定义。
二、难点：最小安全净距。
【内容提要】
第一节 配电装置的分类和基本要求
一、配电装置概念
二、配电装置的基本要求
第二节 屋内配电装置
一、屋内配电装置最小安全净距
二、屋内配电装置的布置原则及形式
第三节 屋外配电装置
一、屋外配电装置最小安全净距
二、屋外配电装置的型式
...

●7.1配电装置概述

配电装置：
#用来计量和控制电能的分配装置。
#由母线、开关设备、保护电器、测量仪表和其他附件等组成。其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全。
#设在发电厂、变配电所等处，如配电室、配电柜、配电箱等。

●7.2屋内配电装置

屋内配电装置特点
（1）安全净距小并可分层布置，占地面积小 ；
（2）维护，巡视和操作都在室内进行，不受外界气象条件的影响，比较方便； 
（3）设备受气象及外界有害气体影响较小，可减少维护工作量 ；
（4）建筑投资大；

●7.3成套配电装置

成套配电装置

第八章接地装置

【教学目标】
1、使学生掌握多接地装置的作用和布置
2、使学生了解保护接零。
【教学重点和难点】
一、教学重点：
接地的作用和分类。
二、难点：接触电压、跨步电压、保护接零。
【内容提要】
第一节 护接地的作用
一、保护接地原理
二、接触电压和跨步电压
第二节 接地装置的布置
一、接地装置不知形式
二、接地装置的材料和埋设

●8.1接地装置的基本介绍

一、什么是接地
二、什么是接地装置
三、接地体和接地线分类
四、电气接地分类
五、故障接地
六、单相接地故障的处理
七、正常接地

●8.2工作接地

在正常或事故情况下，为了保证电气设备可靠运行而必须在电力系统中某一点进行接地，称为工作接地。

●8.3保护接地和保护接零

1、保护接地的定义
保护接地是将一切正常不带电但由于绝缘损坏有可能带电的金属部分接地。
2、保护接零
当电动机等设备发生“碰壳”故障时，金属外壳将相线与零线直接接通，单相接地故障变成单相短路。 短路电流的数值足以使安装在线路上的熔断器或其他过流保护装置动作，从而切断电源。

●8.4对接地装置的要求

1、接地装置构成 
2、自然接地体
3、人工接地体
4、接地线
5、零线
6、接地的一般要求

●8.5典型主接线接地装置的接地电阻允许值

发电厂的主接线
1，1000V 以上高压设备的接地电阻
2，1000V 以下低压设备的接地电阻

●8.6电气安全概述

1、电气安全
是指电气设备在正常运行时，以及在预期的非正常状态下，不会危害人身和周围设备的安全。 
 2、电气事故
是指由电流、电磁场、雷电、静电和某些电路故障等，直接或间接造成建筑设施、电气设备毁坏、人身伤亡，以及引起火灾和爆炸等后果的事件。

●8.7安全用电及防护

掌握安全用电的一些基本原则：
1.不接触高压带电物体；
 2.不接近高压带电物体；
3.不用湿手触碰开关； 
 4.人的安全电压是不高于36伏；
 5.使用试电笔不能接触笔尖的金属杆；
 6.功率大的用电器一定要接地线；
 7.不能用身体连通火线和地线； 
 8.不能用身体连通火线和零线；
 9.使用的用电器总功率不能过高，否则引起电流过大而引发火灾；
10.有人触电时不能用身体拉他，应立刻关掉总开关，然后用干燥的木棒将人和电线分开。 

第九章变电站设计

本章学习重点
1、变电站运行。
2、变电站的安全管理。

学习计划
【教学目标】
使学生掌握变电站设计的基本要求与原则
 
【教学重点和难点】
一、教学重点：
变电站运行
二、难点：
  变电站设计

学习说明
变电站世介于发电厂和电力用户之间的中间环节。在电力系统的正常运行中，变电站是一个重要环节，它完成电能的传输、电能的变换和电能的分配等多方面的功能，在电力系统中起着十分重要的作用。因此课前认真预习，查找课程相关资料，重点了解变电站运行与管理,听课后，根据老师讲解，进行学习习题测试，查找不足，巩固所学知识，可到实地变电站进行对比研究

●9.1变电站运行管理

1、变电站的值班方式
（1）有运行人员值班，分为1到2人值班和多人值班
（2）无运行人员值班（采用自动化手段）
2、管理标准的主要内容
（1）       安全管理
（2）       设备管理
（3）       技术管理
（4）       运行管理
（5）       变电站管理标准化流程

●9.2变电站的安全管理

变电站安全工作思路 
        1. 明确目标、落实责任，强化安全意识，从值班员安全意识入手，强化“安全第一、预防为主”意识，开展“百日无事故”“千次操作无差错”等劳动竞赛，杜绝违章操作，全年不发生事故。
        2.完善规章制度，严格执行电业安全规定及公司的各项规章制度,定期组织学习安规。
        3.完善应急机制，提高事故应急处理能力，线路与设备始终作为配电室安全工作的重中之重，配电室将按照电业部门及公司的要求，强化安全管理，制定完善应急方案，加强值班员对线路和设备突发事故的应急处理能力，落实安全措施。
        4.定期维保、加强巡视，确保安全稳定运行.在做好日常维保的同时，春秋两季进行停电维护保养，平常工作中加强线路与设备巡视管理，保证按时巡视到位，及时发现并排除隐患，确保设备安全正常运行。

●9.3变电站设计实例

1、四遥系统的概念
答：四遥功能由远动系统终端RTU实现，它包括：
遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值） 和负荷潮流等。
遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。
遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。
遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。