電工基礎(chǔ)理論

1、第一部分 電工基礎(chǔ)理論第一單元 交流電路第一節(jié) 三相正弦交流電路 一、三相交流電勢的產(chǎn)生：定子鐵芯圓周的槽內(nèi)有三個獨(dú)立的繞組Ax、By和Cz，分別叫做A相繞組、B相繞組和C相繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)時，磁力線就依次切割A(yù)、B、C三相繞組的導(dǎo)線，在其中產(chǎn)生了感應(yīng)電勢。 由于三相繞組的匝數(shù)和形狀是一樣的，而且磁場對于它們是以同一速度旋轉(zhuǎn)著，所以，在三相繞組中產(chǎn)生的電勢頻率和最大值彼此相同，但由于三個繞組在空間位置彼此差，則三相電勢在相位上差120（電角）。 注：在三相繞組中把哪一個繞組當(dāng)作A相繞組是無關(guān)緊要的，但把A相確定后，則產(chǎn)生比eA滯后120的電勢eB的那個繞組就是B相，產(chǎn)生比eB滯后的

2、電勢eC的那個繞組就是C相，不可混淆。發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)的相序確定了以后就不再改變。高壓方面采用黃、綠、紅三種顏色分別表示A、B 、C 三相。二、三相繞組的連接方法 三相電源的連接方法有兩種，一個是星形（簡記為Y）接法，另一個是三角形（簡記為）接法。 Y形接法形接法三、電源作星形連接：線電壓和相電壓的關(guān)系A(chǔ)ABAABUUUUU330cos2BBCBBCUUUUU330cos2CCACCAUUUUU330cos2線電壓在數(shù)值上等于相電壓的倍，在相位上線電壓分別超前其所對應(yīng)的相電壓30。 3負(fù)載作星形連接：線電壓與相電壓的關(guān)系 流過端線的電流（叫線電流）也就是流過與其相接的對應(yīng)相的電流（叫相電流）。所

3、以，對于星形連接的負(fù)載，其線電流I和相電流I是相等的，即I= I 。 由于各相的阻抗相等，并且電源電壓又是對稱的，各相承受的電壓彼此對稱；流過的電流也彼此對稱。 平衡的三相負(fù)載，每相承受的電壓是電源電壓的 ，即U=U/ 由于各相電流對稱，即線電流對稱，所以三個線電流的相量和（或復(fù)數(shù)和）等于零，即 3/13/100CBAIIII四、電源作角形連接：線電壓與相電壓的關(guān)系結(jié)論：1、將電源的三相繞組的每一相末端與下一相首端依次連接，即X接b，Y接c，Z接a，構(gòu)成一個閉合回路，再由三個連接點(diǎn)引出端線，這就是三角形接法。 2、從圖2-4（a）可看出：三個相等的直流電源接成三角形，將在閉合回路中有著值為3E

4、的電勢作用，造成電源短路，這當(dāng)然是不允許的。但與直流電勢不同，對稱的三相電勢，大小相等，在相位上彼此相差120，因此它們在各個時刻的瞬時值的和以及相量和皆等于零。由此可知，對于生產(chǎn)對稱電勢的三相電源，其三相繞組是完全可以做三角形連接的。3、三相繞組做三角形連接時 ，端線直接引出了相電壓，所以線電壓與相電壓是相等的，即U=U 。4、電源的三相繞組做三角形連接時，如果一相（或兩相）反接，則閉合回路中的總電勢就不再等于零。從圖2-4中可見，如果C相繞組接反，這時回路中的總電勢等于兩倍的負(fù)EC，即 CCBAEEEE2)( 由于電源的三相繞組的內(nèi)阻抗很小，所以在回路中將產(chǎn)生很大的環(huán)流，將燒毀繞組。因此，

5、在接線時，一定要注意接線順序，切不可接錯。負(fù)載作角形連接：線電流與相電流的關(guān)系結(jié)論：三相負(fù)載作三角形連接，是把三相負(fù)荷首尾相接，然后再把A、B、C三相電源火線與三個接點(diǎn)相接即可，見圖2-8（a）。負(fù)載對稱與否并不影響三相負(fù)載的工作。 并不是任何負(fù)載都可接成三角形，這要看負(fù)載的額定電壓是否與電源的線電壓相符，相符者可接，否則不可接。例如，當(dāng)電源電壓是380V時，電機(jī)銘牌上標(biāo)明“380/220V，Y/”就不能接成三角形，對于額定電壓為220V的電燈負(fù)載也同樣不能接成三角形。只有電機(jī)銘牌標(biāo)明為“380V，”才可以。如果電源電壓為220V，則只有“380/220V，Y/”的電機(jī)才可以接成三角形。 三相

6、負(fù)載作三角形連接，使每相負(fù)載直接承受電源的線電壓，即U=U。 在三角形連接的負(fù)載中，線電流等于和它相連的兩個相電流的相量差。 三相對稱負(fù)載作三角形連接時，線電流有效值為相電流的倍。而相位較它對應(yīng)的相電流滯后30。 五、三相電源功率1、一個電源發(fā)出的有功功率，或一個三相負(fù)載接受的有功功率，都等于它們各相有功功率之和，即CBAPPPP以三相負(fù)載為例，在已知各相電壓，電流的有效值及功率因數(shù)的情況下，三相的有功功率為CCCBBBAAAIUIUIUPcoscoscos如果電源電壓和各相負(fù)載都是對稱的，則每相功率皆為 cosIUP 這時三相總的功率為一相有功功率的3倍，即 cos33IUPP通常都用線電壓

7、、線電流來表達(dá)功率。三相對稱負(fù)載如果是星接，則3U=U，I=I；如果是角接，則 3 I=I ，U=U。由此可知，不論是星形連接，還是做三角形連接，其有功功率均為cos3cos33cos3UIIUIUP式中為每相的相電壓和相電流間的相位差，COS 是每相的功率因數(shù) 。三相電路的無功功率等于每相無功功率之和 CCCBBBAAABBAIUIUIUQQQQsinsinsin在各相負(fù)載對稱的情況下，總無功功率為sin3sin3UIIUQ對稱三相電路中的視在功率為 UIUIUIQPS3)sin3()cos3(2222在三相電壓對稱和負(fù)載對稱的情況下，三相瞬時功率之和可以證明是一個常數(shù)，其值等于有功功率，即

8、 就是說在對稱三相正弦電路中，并且負(fù)載也對稱的話，則每個瞬時的功率全一樣，這是三相電路中的優(yōu)點(diǎn)之一。因?yàn)樾D(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率有關(guān)，功率不變，則轉(zhuǎn)矩不變，這樣，旋轉(zhuǎn)電機(jī)就不會因轉(zhuǎn)矩變動而引起振動。PUIppppCBAcos3第二節(jié) 電力系統(tǒng) 重點(diǎn)內(nèi)容：介紹電力系統(tǒng)的基本概念；聯(lián)合電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)越性；系統(tǒng)的額定電壓；額定負(fù)荷；系統(tǒng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式。在電力工業(yè)發(fā)展的初期，發(fā)電廠都建設(shè)在用戶附近，規(guī)模很小，而且是孤立運(yùn)行的。 發(fā)電廠必須建設(shè)在動力資源所在的地方，而蘊(yùn)藏動力資源的地區(qū)與電能用戶之間又往往隔有一定距離。 一、電力系統(tǒng)的基本概念大城市、大工業(yè)中心等用電部門則由于原材料供應(yīng)、產(chǎn)品協(xié)作配套、

9、運(yùn)輸、銷售等原因以及各種地理、歷史條件的限制，往往與動力資源所在地相距較遠(yuǎn) 要實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸送電能，還必須建設(shè)升壓變電所和架設(shè)高電壓輸電線路。 1、電力網(wǎng)的類型 電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的供電部分成為電力網(wǎng)。它包括升壓、降壓變壓器和各種電壓等級的輸電線路。電力網(wǎng)按其供電范圍的大小和電壓等級的高低，可分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)及超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)等三種類型。地方電力網(wǎng)是指電壓不超過110kV、輸電距離在幾十公里以內(nèi)的電力網(wǎng)，主要是一般城市、工礦區(qū)、農(nóng)村的配電網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域電力網(wǎng)則把范圍較廣地區(qū)的發(fā)電廠聯(lián)系在一起，而且輸電線路較長、用戶類型也較多。目前在我國，區(qū)域電力網(wǎng)主要是電壓為110-22

10、0kV級的電力網(wǎng)。超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)主要有電壓為330-500kV及以上的遠(yuǎn)距離輸電線路組成。它擔(dān)負(fù)著將遠(yuǎn)區(qū)發(fā)電廠的功率送往用電負(fù)荷中心的任務(wù)，同時還聯(lián)系幾個區(qū)域電力網(wǎng)以形成?。▍^(qū)）與?。▍^(qū)）之間、國與國之間的互聯(lián)電力網(wǎng)。2、聯(lián)合電力系統(tǒng)的優(yōu)越性 變電所、輸電線路是電網(wǎng)的組成部分，電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的組成部分，兩個或兩個以上電力系統(tǒng)用電網(wǎng)連接起來，并聯(lián)運(yùn)行即可構(gòu)成地區(qū)性電力系統(tǒng)。若干地區(qū)電力系統(tǒng)在用電網(wǎng)連接起來就組成聯(lián)合電力系統(tǒng)。例如東北電力系統(tǒng)就是由遼寧省電力系統(tǒng)、吉林省電力系統(tǒng)、黑龍江電力系統(tǒng)，通過500kV東長哈大送電線及220kV跨省聯(lián)網(wǎng)線路連接起來的聯(lián)合電力系統(tǒng)。 聯(lián)合電力系統(tǒng)在技術(shù)上

11、具有很大的優(yōu)越性可以從五個方面加以說明： 1、提高了供電可靠性。大電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)多，備用機(jī)組多，線路也多，容量比較大，因此個別線路發(fā)生故障不會影響系統(tǒng)供電，這樣也就提高了供電的可靠性。 2、能充分保證電能質(zhì)量。電能質(zhì)量指標(biāo)有二項(xiàng)：其一是頻率穩(wěn)定，正負(fù)不超過0.2Hz；其二是電壓波動小。在大電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)容量大，個別負(fù)荷變動如高壓電動機(jī)起停、某些線路故障接地，都不會造成系統(tǒng)電壓波動或頻率的變化，能充分保證電能質(zhì)量。 3、減少系統(tǒng)備用容量，提高設(shè)備利用率。在聯(lián)合電網(wǎng)中，各個用戶的最大負(fù)荷出現(xiàn)時間并不相同。這是由于大電力系統(tǒng)占有地域很大，存在時差和季差的關(guān)系，因此最大負(fù)荷將小于各個用戶最大負(fù)荷的總

12、和，所以可以減少備用機(jī)組、備用線路，并可提高設(shè)備利用率增加供電電量。 4、便于安裝大容量輸電線路降低造價。大機(jī)組容量大，必須建設(shè)大容量線路。超高壓線路送電容量大，單位千瓦造價低，線路可靠，相對線損小，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益。 5、充分利用動力資源。在聯(lián)合電力系統(tǒng)中，水電、火電并網(wǎng)運(yùn)行，冬季多發(fā)火電，夏季豐水多發(fā)水電，水主火從，從而降低成本，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。如吉林省東部水利資源豐富，夏季可多發(fā)水電。西部煤炭充足，冬季可多發(fā)火電，水電、火電在聯(lián)合電力系統(tǒng)中取長補(bǔ)短，共同發(fā)揮作用。二、系統(tǒng)的額定電壓 由于線路中有電壓降或稱電壓損耗存在，所以線路末端電壓比首端要低。沿線各點(diǎn)電壓也不相等。 國家規(guī)定的電

13、網(wǎng)額定電壓為：500、220、110、63、35、10kV。 三、系統(tǒng)負(fù)荷 連接在電力系統(tǒng)上的一切用電設(shè)備所消耗的電能，稱為電力系統(tǒng)的負(fù)荷。由電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能等是用電設(shè)備中真實(shí)消耗的功率，稱之為有功負(fù)荷，單位為W。電動機(jī)為帶動機(jī)械，需在其轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場，變壓器在線圈中產(chǎn)生磁場完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換所消耗的功率稱為無功負(fù)荷，單位為Var。為了滿足有功負(fù)荷和無功負(fù)荷的需要，發(fā)電機(jī)既要發(fā)有功功率，又要發(fā)無功功率，發(fā)電機(jī)全部功率稱為視在功率，單位為kVA，是發(fā)電機(jī)額定電壓與額定電流的乘積。有功功率與無功功率的比值成為功率因數(shù)。 系統(tǒng)負(fù)荷隨時間不同而不斷變化，一般一天中傍晚有功負(fù)荷最大，稱高峰負(fù)荷

14、，深夜負(fù)荷最小，稱低谷負(fù)荷。四、系統(tǒng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式 1、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指線路首端電壓所連接的變壓器三相繞組接成星形時繞組的末端連接點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式大體可分為三種：（1）中性點(diǎn)直接與接地裝置連接，稱為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，入地電流大于500A，因此也叫大接地電流系統(tǒng)，見圖4-2。（2）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，見圖b，即中性點(diǎn)與大地是絕緣的系統(tǒng)。（3）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)統(tǒng)稱為中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，入地電流小，也叫小接地電流系統(tǒng)，見圖c。 電力系統(tǒng)采用哪種接地方式，這對電氣設(shè)備及線路絕緣水平，桿塔空氣間隙有很大的影響，如中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的絕緣水平比中性點(diǎn)不直接接地

15、系統(tǒng)要低得多，絕緣子片數(shù)可以減少，桿塔空氣間隙也可減少，這對運(yùn)行與檢修是有很大影響的。中性點(diǎn)接地方式對鄰近通信的影響也有很大影響，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)電磁影響比中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)要嚴(yán)重得多。 中性點(diǎn)各種接地方式的應(yīng)用范圍。按照我國的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，各種額定電壓的電力系統(tǒng)其中性點(diǎn)接地方式一般是：1）110kV及以上電壓的電力系統(tǒng)采用直接接 地方式；2）63kV電壓的電力系統(tǒng)采用經(jīng)消弧線圈接地方式；3）35kV電壓的電力系統(tǒng)采用不接地方式； 2、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 凡接地電流不超過10A的35kV電力系統(tǒng)，采用不接地方式，見圖4-3、圖4-4。 線路每相電容電流為均布的，用集中電容代表，相間電容忽略不計(jì)，

16、正常運(yùn)行時各相電壓UA、UB、UC是對稱的。對地所產(chǎn)生的電容電流IA、IB、IC數(shù)值是相等的。相角分別超前相電壓90，所以流經(jīng)大地的總電流和為0。當(dāng)一相接地故障時，參看圖4-5及圖4-6。故障相UA，電壓為0。非故障相UB 、 UC上升為線電壓，即AOUU3BCOCUU3線間電壓不變，故B、C相對地電容電流 CCII3接地總電流 CBCOCIIII3 當(dāng)接地電流小于5A時，閃絡(luò)后很難在閃絡(luò)點(diǎn)形成穩(wěn)定電壓，所以電弧能自動熄滅，不致停電。 即使發(fā)生永久故障，因線電壓不變，不會影響用電設(shè)備運(yùn)行，也不會停電，可以一面倒閘操作切除故障線路，一面巡線或帶電檢修，還是能保證連續(xù)供電的。因此在系統(tǒng)電壓低、線路

17、不長的35kV系統(tǒng)用此種方式較多。2、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大、電網(wǎng)額定電壓的升高，中性點(diǎn)接地電流也增大了，這時發(fā)生瞬時接地的故障相就不能自動熄弧，產(chǎn)生弧光接地過電壓威脅系統(tǒng)安全，這時中性點(diǎn)宜用消弧線圈接地，所以在電壓較高、線路較長、接地電容電流大于10A時用這種方式。 消弧線圈是一個帶鐵芯電抗線圈，外形好像一個單相變壓器。為避免飽和使線圈的電流與所加電壓成正比，并保持有效的消弧作用，鐵芯柱中留有很多間隙，間隙中添以絕緣板，線圈有若干個分接頭，以此可調(diào)整線圈匝數(shù)改變電感電流。消弧線圈附有二次線圈，可測量其電流電壓或用于繼電保護(hù)，以便監(jiān)視。 故障時，故障點(diǎn)除接地電容電流外，還有消

18、弧線圈電感電流。由于電感電流滯后于電壓90，因而和電容電流互相抵消，故障點(diǎn)電弧自動熄滅。滅弧的條件，當(dāng)然是線路電容電流等于消弧線圈的電感電流，見圖4-7、圖4-8。即IL=IC，且 OOCOOLCUjILjUI3)13(31LCjUCUjULjIIOOOOOOCLOU，CL1CL1選 為全補(bǔ)償。但因線路三相對地電容不平衡，正常運(yùn)行時中性點(diǎn)有電壓 ，當(dāng) 時，容易產(chǎn)生串聯(lián)諧振，所以要使即 ，這樣 為過 CLXXCLXX CLIICLXX CLII013LCCL231補(bǔ)償。 又因線路要切換倒閘，當(dāng)切除一些線路時，又可能為全補(bǔ)償，所以一般用 ，即 ，則 為欠補(bǔ)償。 63kV接地故障殘余電流不超過10A

19、時，用這種消弧線圈接地方式。3、中性點(diǎn)直接接地方式 110kV及以上，如220、330、500kV都用此方式。故障時系統(tǒng)中性點(diǎn)保持原位，故障點(diǎn)為單相接地電流，繼電保護(hù)動作立即切除，這樣跳閘幾率比上述兩種系統(tǒng)多，影響可靠性。為了彌補(bǔ)這一缺陷，廣泛采用自動重合閘裝置。該裝置一般從發(fā)生瞬時接地故障引起跳閘到重合時間為0.5-1s，瞬時接地都能消除，不影響供電，如永久故障則繼電保護(hù)再次動作就切除故障，待檢修后才能送電。 直接接地的內(nèi)過電壓是在相電壓作用下產(chǎn)生的，所以比中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)要低20%-30%，因此絕緣水平和可降低20%左右。額定電壓愈高，由降低設(shè)備絕緣水平而減少的費(fèi)用愈多。所以用直接接地是經(jīng)

20、濟(jì)的，同時電壓愈高線路也愈可靠，高壓線不易斷線，線間距離大，不易受鳥害，耐電壓水平也高，再輔以自動重合閘，運(yùn)行的可靠性就大有提高。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，單相接地電流大，對鄰近通信線影響較大，有時會在通信線上出現(xiàn)危險(xiǎn)過電壓，危及通信人員安全和擾亂鐵路信號。因此針對這種系統(tǒng)接地方式，通信保護(hù)必須引起注意，不容忽視。 第二單元 變電所的主要電氣設(shè)備 第一節(jié) 電力變壓器一、變壓器的工作原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)（一）變壓器的工作原理 變壓器是一種交換交流電能的靜止電氣設(shè)備，它是利用電磁感應(yīng)作用把一種等級的電壓或電流變成為同頻率的另一種等級的電壓或電流。它由繞在同一鐵心上的兩個或兩個以上的線圈組成，線圈之間通過

21、交變的磁通相互聯(lián)系著。為了畫圖簡明起見，常把兩線圈畫成分別套在鐵心的兩邊，如圖2-1所示。 通常兩個線圈中的一個接交流電源，成為原繞組，也可以叫做原邊或初級；另一個接負(fù)載，成為副繞組，也可叫做副邊或次級。當(dāng)原邊外加交流電壓，原繞組中便有交流電流流過，并在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，其頻率和外加電壓的頻率一樣。這個交變的磁通同時交鏈原、副繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在原、副繞組中感應(yīng)出電動勢、。其大小分別正比于原、副繞組的匝數(shù)，副邊有了電動勢，便向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。只要改變原、副繞組的匝數(shù)，就可改變原、副邊感應(yīng)電動勢的大小，從而達(dá)到改變電壓的目的。這就是變壓器利用電磁感應(yīng)作用變壓的原理。 副邊電壓

22、大于原邊電壓時，叫做升壓變壓器，反之就是降壓變壓器。電壓高的繞組叫高壓繞組；反之就叫低壓繞組。（三）變壓器的額定值 變壓器銘牌上標(biāo)明了變壓器的各項(xiàng)額定值，主要有：1、額定容量SN 它是變壓器的額定視在功率，單位為VA或kVA 。由于變壓器效率高，通常把原、副邊的額定容量設(shè)計(jì)得相等。2、額定電壓U1N / U2N 單位為V或kV 。 U1N是原邊所加的額定電壓值， U2N是當(dāng)變壓器原邊加上時的副邊額定電壓。對三相變壓器而言，額定電壓是指線電壓。3、額定電流I1N/I2N 根據(jù)額定容量和額定電壓算出的原、副邊電流即為額定電流，單位為A。對三相變壓器，也指線值。為此，對單相變壓器NNNUSI11/N

23、NNUSI22/對三相變壓器 NNNUSI113/NNNUSI223/4、額定頻率fN 我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50（赫）。例 一臺三相油浸式鋁線變壓器SN=200kVA，U1N/U2N=10/0.4kV，試求原、副邊的額定電流。解：AUSINNN55.11101031020033311AUSINNN68.288104 . 031020033322二、變壓器的聯(lián)接組別 三相變壓器的聯(lián)接組別不同，原、副繞組相應(yīng)線電壓之間的相位差就不同，而這相位差關(guān)系又是三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行、晶閘管觸發(fā)電路與主電路同步等必須考慮的問題。因此本部分僅就三相變壓器的特殊問題聯(lián)接組別加以分析討論。（一）繞組的標(biāo)志方式

24、變壓器繞組中的感應(yīng)電動勢是隨時間變化的，僅就一個繞組而言，無所謂固定極性。如果兩個繞組套在同一個鐵心柱上，匝鏈同一個主磁通，當(dāng)主磁通交變時，在兩個繞組中感應(yīng)的電動勢之間會有相對極性關(guān)系。以下圖為例，當(dāng)某一瞬間磁通在圖示方向上增加時，根據(jù)楞次定律，兩繞組中感應(yīng)電動勢瞬時實(shí)際方向是從2指向1，從4指向3，即1端電位比2端高，3端電位高于4端。這就是說，1、3端（2、4端）同時處于高電位（低電位），成為同極性端，也稱同名端，我們將其標(biāo)上記號“”。圖2-4中兩個繞組繞向相反，則1、4端（2、3端）是同名端。 但是，對電力變壓器，國際上都采用一種叫做時鐘表示法的標(biāo)志方法。 這種方法，事先需要把變壓器的每

25、一條出線都標(biāo)上字母符號。對于單相變壓器，用AX代表高壓繞組，ax代表低壓繞組，其中A、a分別代表對應(yīng)繞組的首端，X、x代表末端。 把繞組的出線端分成首末端，并標(biāo)上字母的方法有兩種：一種是把變壓器原、副繞組的同極性端同時標(biāo)為首端，如圖2-5中的a）和d）；另一種是把原、副繞組的非同極性端標(biāo)為首端，如圖3-24中的b）和 c）。但是，不論采用哪種接法，在研究兩個繞組感應(yīng)電動勢的相位關(guān)系時，都規(guī)定采用首端指向末端的方向作為電動勢的正方向。原繞組的電動勢從A指向X為 ，簡寫為 ，副繞組的電動勢從a指向x為 ，簡寫為 。圖2-5畫出了4中不同標(biāo)法或繞法時原、副繞組電動勢 、 的相位關(guān)系。從圖中可以看出，

26、 與 可以同相也可以反相，要看繞組的繞向以及如何標(biāo)志首末端來決定?？梢赃@樣說，如果把原、副繞組的同極性端定為首端，它們的感應(yīng)電動勢同相位，如果把非同極性端定為首端，感應(yīng)電動勢反相位。 AXEAXEAEaxEaEAEaEAEaE時鐘表示法能形象簡明地表示高、低壓繞組電動勢的相位關(guān)系。所謂時鐘表示法，就是把高壓繞組和低壓繞組的電動勢相量分別看作時鐘的長針和短針，并永遠(yuǎn)把長針指向“12”，看短針指向鐘面上哪個數(shù)字，以確定變壓器的聯(lián)接組別。根據(jù)上面的分析，對單相變壓器聯(lián)接組別有兩種：一種是I,I0；一種是I,I6 ，其中I，I表示原、副邊均為單相繞組。0表示原、副繞組電動勢之間的相位差為030=0，6

27、表示原、副繞組電動勢之間的相位差為6 30= 180。圖2-5a）與d）的聯(lián)接組別為I，I0，圖2-5b）與c）的聯(lián)接組別為I，I6。 （二）三相變壓器的繞組接法 在三相變壓器里，三個相高壓繞組的首端用A、B、C表示，末端用X、Y、Z表示；低壓繞組的首端用a、b、c表示，末端用x、y、z表示。 1、星形接法 星形接法也叫Y接法，它是把三個相繞組的末端X、Y、Z連在一起，構(gòu)成中點(diǎn)N，把首端引出來。如下圖所示。 三相變壓器的相電動勢即為該相繞組的電動勢，用 、 、 表示，線電動勢用 、 、 表示，它們的正方向表示在圖2-6a）中。已知三相電源對稱，則三相電動勢有如下關(guān)系：AEBECEABEBCEC

28、AE0 EEA120120ABEEE240240ACEEE Y接法時，根據(jù)圖2-6a）給定的方向，線電動勢與相電動勢的關(guān)系為BAABEEECBBCEEEACCAEEE由此可畫上圖所示的電動勢相量圖。 2、三角形接法 三角形接法是將一相繞組的末端與另一相繞組的首端聯(lián)結(jié)在一起，順此連成一個閉合回路。若接線順序?yàn)锳XBYCZAX，線電動勢與相電動勢的關(guān)系為 AABEEBBCEECCAEE（三）三相變壓器的連接組別用時鐘表示法，這時短針?biāo)傅臄?shù)字即為三相變壓器聯(lián)接組別的標(biāo)號，將該數(shù)字乘以30，就是副繞組線電動勢滯后于原繞組相應(yīng)線電動勢的相位角。 已知繞組接法和同極性端時，確定變壓器聯(lián)接組別的方法是：（

29、1）在接線圖上標(biāo)明各相電動勢與線電動勢的方向；（2）判斷同一相原、副邊相電動勢的相位關(guān)系，并畫出原、副邊對稱三相電動勢的相量圖，將相量和的頭和畫在一起；（3）根據(jù)原、副邊相應(yīng)線電動勢的相位差用時鐘表示法確定聯(lián)接組別的標(biāo)號； Y,y12聯(lián)接 其繞組接線圖如右圖所示。在三相變壓器繞組接線圖中，上下對著的高、低壓繞組表示套在同一鐵心柱上。圖中原副邊同極性端同為首端，打“”表示。各電動勢正方向見圖，按圖中的標(biāo)法，同一相的首端為同極性端，由前面的分析知原、副邊電動勢同相，即 、 、 分別與 、 、 同相位，畫出相量圖如右圖。 AEBECEaEbEcE注意須將A和a畫在一起。根據(jù)線電動勢與相電動勢的相量關(guān)

30、系，如，確定線電動勢 、 。baabEEEBAABEEEABEabE由相量圖中看出，它們是同相位的，即把 作為分針指向鐘面上的“12”， 作為時針，也指向“12”，故該變壓器的聯(lián)接組別為12，聯(lián)接組別表示為Y,y12。 ABEabE Y,y6聯(lián)接 還是Y,y聯(lián)接，只是把原、副邊不同極性端作為首端，如a)圖所示。根據(jù)同一相原、副邊相電動勢反相的的道理，這時原、副邊 電動勢相量圖如b)圖所示。從圖中看出， 作為分針指向12時， 作為時針指向6。所以該聯(lián)接組別為Y,y6。abEABE 用類似的方法，可以得到Y(jié),y2、Y,y4、Y,y8和Y,y10聯(lián)接組別。總之，Y,y聯(lián)接方式，只能得到標(biāo)號為偶數(shù)的聯(lián)

31、接組別。 Y,d聯(lián)接圖2-11 圖2-11a原邊為Y接，副邊是d接，原、副邊都以同極性端作為首端，相電動勢 、 ； 、 ； 、 同相。從而得到原、副繞組電動勢相量圖如圖b所示。顯然，這時相量 滯后于相量 1130=330 。如果 指向12， 就指向11，故其聯(lián)接組別為Y,d11。AEaEBEbECEcEabEABEABEabE類似的，還可得到Y(jié),d3、Y,d7和Y,d9聯(lián)接組別，標(biāo)號為奇數(shù)。 國標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別 為了制造與使用上的方便與統(tǒng)一，避免因聯(lián)接組別過多造成混亂，以致引起不必要的事故，同時又能滿足工業(yè)上的需要，國標(biāo)上規(guī)定了一些標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別。三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別有：Y,y

32、0、YN,y0、Y,yn0、Y,d11、YN,d11五種；單相變壓器只有I,I0一種。其中符號YN、yn表示三相繞組為星形接法，并把中性點(diǎn)引出箱外。 各種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別適用范圍如下：（1） Y,yn0主要用在配電變壓器中，供給動力與照明的混合負(fù)載。這種變壓器的容量可做到1800kVA，高壓邊額定電壓不超過35kV，低壓邊不超過400/230V。（2） Y,d11用在副邊電壓超過400V的線路中，最大容量為5600kVA，高壓邊電壓也在35kV以下。（3）YN,d11用在高壓邊需要中性點(diǎn)接地的變壓器。在110kV以上的高壓輸電線路，一般需要把中性點(diǎn)直接接地或者通過阻抗接地。（4）YN,y0用在原邊

33、中性點(diǎn)需要接地的場合。（5）Y,y0一般只供三相動力負(fù)載。第二節(jié) 變電所的繼電保護(hù) 一、電力系統(tǒng)的基本知識（一）電力系統(tǒng)故障及不正常狀態(tài) 在電力系統(tǒng)中，由于外界（如雷擊、鳥害等）、內(nèi)部（如絕緣老化、損壞）及操作等原因，可能引起各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)。最常見的同時也是最危險(xiǎn)的故障有：（1）三相短路；（2）兩相短路；（3）兩相接地短路；（4）單相接地；（5）斷線。 在這些形式的故障中，大電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地的幾乎最多，三相短路的后果最嚴(yán)重。 系統(tǒng)發(fā)生故障可能引起的后果是：短路點(diǎn)將通過很大的電流，此電流引起的電弧可能燒毀設(shè)備。電力系統(tǒng)部分地區(qū)的電壓大幅度下降，用戶的正常工作生產(chǎn)將遭到損失。故障

34、設(shè)備和某些非故障設(shè)備由于通過很大的電流并因此產(chǎn)生熱效應(yīng)和電動力，這將使設(shè)備遭到破壞和損傷，從而縮短其使用壽命。 電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間的穩(wěn)定性遭到破壞，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甚至引起整個系統(tǒng)的瓦解。 電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正常工作遭到威脅，但未發(fā)展成故障，這種情況稱為不正常運(yùn)行狀態(tài)，常見的不正常運(yùn)行狀態(tài)有：過負(fù)荷（負(fù)荷電流超過額定值）；小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地；過電壓等。 （二）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)任務(wù)和作用 繼電保護(hù)裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并作用于跳閘或發(fā)出信號的一種裝置。它的基本任務(wù)是：在發(fā)生故障時，能自動地、迅速地、有選擇地將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無故障設(shè)備迅速

35、恢復(fù)運(yùn)行，并使故障設(shè)備免于繼續(xù)遭到破壞；當(dāng)發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)時，根據(jù)其情況和設(shè)備維護(hù)的條件，發(fā)出信號，由值班人員進(jìn)行處理或自動進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會引起事故的電氣設(shè)備切除。反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)，通常不需瞬時動作，可以帶一定的延時發(fā)出警報(bào)。由前述可見，繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的主要作用是預(yù)防事故或縮小事故范圍，以提高運(yùn)行的可靠性，最大限度的保證向用戶安全連續(xù)供電，所以，它是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行不可缺少的一個重要組成部分。（三）對繼電保護(hù)裝置的基本要求根據(jù)繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，繼電保護(hù)裝置滿足以下四個要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。一般情況下，作用于斷路器跳閘的繼電保

36、護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)同時滿足這四個要求，而反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)并作用于信號的繼電保護(hù)裝置，則有一部分要求可以降低一些。 （1）選擇性 電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求保護(hù)裝置只將故障設(shè)備切除，保證無故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，從而盡量縮小停電范圍，保護(hù)裝置的這種動作就叫有選擇性。 圖4-1如圖4-1所示，當(dāng)線路的L4點(diǎn)短路時，按選擇性要求，保護(hù)6應(yīng)動作，使斷路器6QF跳閘，變電站A、B、C及其用戶則照常運(yùn)行。又如線路L1的K1點(diǎn)發(fā)生短路，按照選擇性要求，保護(hù)裝置1和2應(yīng)動作，斷路器1QF、2QF跳閘，切除故障線路；變電站A經(jīng)線路L2向變電站照常供電。 但當(dāng)線路L4的K2點(diǎn)發(fā)生短路，如果保護(hù)裝置6或斷路器6QF由于某種原因

37、拒絕動作，而由保護(hù)裝置5動作，斷路器5QF跳閘，切除線路L3 ，這種情況也是允許的，雖然切除了一部分非故障線路，但是因斷路器或保護(hù)拒動，所以仍然是盡可能地限制了故障的發(fā)展，盡量縮小了停電范圍。保護(hù)裝置5實(shí)際上起著下一段線路后被保護(hù)的作用，因此又把它稱為下一段保護(hù)的后備保護(hù)。（2）速動性 速動性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，其目的之一就是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖4-2圖4-2所示，如K點(diǎn)發(fā)生短路，A廠母線電壓降低到幾乎接近于零而甩負(fù)荷，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來不及作相應(yīng)的調(diào)整，發(fā)電廠A的機(jī)組轉(zhuǎn)速必然升高。此時，發(fā)電廠B甩去的負(fù)荷不多（有較高的殘壓），發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加較少，這樣A、B兩廠的發(fā)電機(jī)就產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差

38、。如果短路持續(xù)時間較長，兩廠的發(fā)電機(jī)將失去同步，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至瓦解。如果能迅速切除故障，因兩廠發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差尚小，則切除故障后，很容易被拉入同步，恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，快速切除故障是提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性、防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大的重要措施。 另外，系統(tǒng)發(fā)生短路時，電壓大幅度降低，用戶的電動機(jī)受到制動而轉(zhuǎn)速減慢，若緩慢切除故障，電動機(jī)將停止轉(zhuǎn)動，用戶的正常運(yùn)行遭到破壞。若快速切除故障，電壓很快恢復(fù)，電動機(jī)就容易自起動并迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，從而大大減少對用戶正常生產(chǎn)的影響。另外，短路時，故障設(shè)備本身將通過很大的短路電流，由于電動力和熱效應(yīng)的作用，設(shè)備也將遭到嚴(yán)重破壞，短路時間越長，設(shè)備損壞越嚴(yán)重，

39、所以快速切除故障，便能減輕電氣設(shè)備的損壞程度，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。再則，快速切除故障，短路點(diǎn)易于去游離，從而可以提高自動重合閘的成功率。 以上表明，電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，繼電保護(hù)裝置盡可能快速地動作并將故障切除。故障切除時間，是指從發(fā)生故障到斷路器跳閘滅弧為止的這段時間，它等于繼電保護(hù)裝置動作時間與斷路器跳閘時間之和。所以快速切除故障保護(hù)裝置動作要快外，還要求采用快速斷路器?，F(xiàn)代高壓電網(wǎng)中快速保護(hù)裝置的最小動作時間約為0.02-0.03s；斷路器的最小動作時間約為0.05-0.06s。應(yīng)該指出的事，要求這樣短的時間切除故障，將使保護(hù)裝置復(fù)雜化。因此，在確定保護(hù)切除故障的時間時，必須從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、

40、被保護(hù)設(shè)備的重要性和工作條件等具體情況出發(fā)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后予以確定。 （三）靈敏性 保護(hù)裝置對在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力稱為保護(hù)裝置的靈敏性。為了使保護(hù)裝置對被保護(hù)電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時起到保護(hù)作用，要求保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下都應(yīng)具有足夠的靈敏度。對相間短路保護(hù)裝置來說，不但在最大運(yùn)行方式下三相金屬性短路時能夠靈敏動作，而且在最小運(yùn)行方式下兩相短路時也應(yīng)有足夠的靈敏度。最大運(yùn)行方式是指被保護(hù)系統(tǒng)的等值電源阻抗最小、短路電流為最大的那種運(yùn)行方式；最小運(yùn)行方式是指系統(tǒng)等值電源阻抗最大、短路電流最小的那種運(yùn)行方式。為保證選擇性、對相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護(hù)，

41、其靈敏度和動作時間均應(yīng)相互配合。保護(hù)裝置的靈敏度用靈敏系數(shù)KS來表示。反應(yīng)故障參量上升的保護(hù)裝置，其靈敏系數(shù)為 時故障參數(shù)最大計(jì)算值保護(hù)區(qū)末端金屬性短路保護(hù)裝置的動作值sK保護(hù)裝置的動作值值時故障參數(shù)的最小計(jì)算保護(hù)區(qū)末端金屬性短路sK 反應(yīng)故障參量下降的保護(hù)裝置，其靈敏系數(shù)為（四）可靠性 保護(hù)裝置的可靠性是指在其保護(hù)范圍內(nèi)、外發(fā)生故障時，改動作時應(yīng)可靠動作，不改動作時不應(yīng)誤動作。保護(hù)裝置的可靠性是非常重要的，因?yàn)椴豢煽康谋Ｗo(hù)裝置輕則誤發(fā)信號，重則將事故擴(kuò)大或直接造成事故。保護(hù)裝置不能可靠工作的主要原因是安裝調(diào)試質(zhì)量不高、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)、繼電器制造質(zhì)量差及設(shè)計(jì)不合理等。 保護(hù)裝置的選擇性、靈敏性、

42、速動性、可靠性這四大基本要求是互相聯(lián)系而有時又互相矛盾的。在具體考慮保護(hù)的四大要求時，必須從全局著眼。一般說來，在可靠性的前提下，首先要滿足選擇性，非選擇性動作時絕對不允許的。但是，為了保證選擇性，有時可能使故障的時間延長從而要影響到整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，這時就必須保證快速性而暫時犧牲部分選擇性，因?yàn)榇藭r快速性是照顧全局的措施，而這暫時犧牲的選擇性部分，盡量用自動重合閘或備用電源自動投入或其他措施予以補(bǔ)救。 一套保護(hù)裝置，在滿足選擇性的前提下，應(yīng)有較高的靈敏度。然而又是為了保證選擇性，往往需要適當(dāng)?shù)亟档鸵恍╈`敏度。例如，有些保護(hù)在計(jì)算其動作值時，為了保證選擇性，就需要考慮保護(hù)裝置間靈敏度的配合，

43、這往往要適當(dāng)增加其動作值而降低其靈敏度?？傊?，要處理好這四大要求之間的關(guān)系，必須根據(jù)實(shí)際情況合理地確定保護(hù)及正確地選擇保護(hù)的動作值。 二、輸電線路的繼電保護(hù)輸電線路正常運(yùn)行時，線路上流過的是負(fù)荷電流，母線電壓一般為額定電壓。當(dāng)輸電線路發(fā)生相間短路時，電源至短路點(diǎn)之間的電流會增大，故障相母線電壓會降低。因此，可利用這一特征反應(yīng)故障。線路電流超過某一預(yù)先整定值時，電流繼電器動作，就構(gòu)成線路電流保護(hù)；母線電壓低于某一預(yù)先整定值時，低電壓繼電器動作，就構(gòu)成了線路保護(hù)。（一）瞬時電流速斷保護(hù) 圖4-3 根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，在簡單、可靠和保證選擇性的前提下，在各種電氣元件上，應(yīng)裝設(shè)快速動作的繼電保護(hù)

44、，這種瞬時動作的電路保護(hù)就稱為瞬時電流速斷保護(hù)。如圖4-3所示，電流速斷保護(hù)裝載單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)的變電所A側(cè)，在線路AB上任意一點(diǎn)發(fā)生短路時，通過電流速斷保護(hù)的短路電流為： kSSkXXEI式中：Es系統(tǒng)的等效電勢； Xs系統(tǒng)的等效電抗； Xk短路點(diǎn)到保護(hù)安裝出的電抗。 當(dāng)短路點(diǎn)從線路末端逐漸移向變電所A母線時，由于Xk減少，因而短路電流Ik隨之增大。圖中曲線1和2分別表示在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路和最小運(yùn)行方式下兩相短路電流隨短路點(diǎn)不同電流變化曲線。 為保證選擇性，在相鄰線路出口K1點(diǎn)短路時，電流速斷保護(hù)不應(yīng)起動，為此電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)大于K1點(diǎn)的短路電流，但由于K1點(diǎn)的短路電流與線路末端K13點(diǎn)短路電流相同，因此電流速斷保護(hù)的動作電流可按大于本線路末端短路時流過保護(hù)的最大短路電流來整定，即 maxkrpUIkI式中 速斷保護(hù)的動作電流； 可靠系數(shù)，取1.2-1.3； 被保護(hù)線路末端短路時，流過保護(hù)的最大短路電流。 pU