電氣工程及其自動化基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、'電氣工程及其自動化基礎(chǔ)知識1、電力系統(tǒng)基本概念1）電力系統(tǒng)定義 由發(fā)電廠內(nèi)的發(fā)電機、電力網(wǎng)內(nèi)的變壓器和輸電線路以及用戶的各種用電設(shè)備， 按照一定的規(guī)律連接而組成的 統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。2）電力系統(tǒng)的組成 電力系統(tǒng)由發(fā)電廠的發(fā)電機、電力網(wǎng)及電能用戶（用電設(shè)備）組成的。升斥槓電線路 買賈 配電鎬路 JB戶電機變市朋IGDl電力網(wǎng)電力系統(tǒng)（發(fā)r輸、變、配、用）動.力升壓變電站輸電線路降壓變電站岌電廠電力用戶高、低壓配電力網(wǎng)=變電站+輸配電線路電力系統(tǒng)=發(fā)電機+變電站+輸配電線路+電力用戶 =發(fā)電機+電力網(wǎng)+電力用戶動力系統(tǒng)二動力裝置+電力系統(tǒng)3）電力系統(tǒng)電壓等級系統(tǒng)額定電壓：電力系統(tǒng)各

2、級電壓網(wǎng)絡(luò)的標稱電壓值。系統(tǒng)額定電壓值是： 220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750 kV。4）電力設(shè)備電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，一次 設(shè)備（也稱主設(shè)備）是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生 產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機、電力變壓器、 斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等。 二次設(shè)備是對一次設(shè)備進行控制、 調(diào)節(jié)、 保護和監(jiān)測的設(shè) 備，它包括控制器具、繼電保護和自動裝置、測量儀表、 信號器具等。 二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一 次設(shè)備取得電的聯(lián)系2、電力系統(tǒng)故障及其危害凡造成電

3、力系統(tǒng)運行不正常的任何連接或情況均稱為電 力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線 或它們的組合。短路又稱橫向故障，斷線又稱為縱向故障。短路故障可分為三相短路、 單相接地短路 （簡稱單相短路） 兩相短路和兩相接地短路，注意兩相短路和兩相接地短路是 兩類不同性質(zhì)的短路故障，前者無短路電流流入地中，而后 者有。三相短路時三相回路依舊是對稱的， 故稱為對稱短路； 其他幾種短路均使三相回路不對稱，因此稱為不對稱短路。斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線。 斷線又稱為非全相 運行，也是一種不對稱故障。大多數(shù)情況下在電力系統(tǒng)中一 次只有一處故障，稱為簡單故障或單重故障，但有時可能有 兩處或兩處以上

4、故障同時發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或多重故障。短路故障一旦發(fā)生，往往造成十分嚴重的后果，主要有：（ 1） 電流急劇增大。 短路時的電流要比正常工作電流大 得多，嚴重時可達正常電流的 十幾倍。大型發(fā)電機出線端三相短路電流可達幾萬甚至十幾 萬安培。這樣大的電流將產(chǎn)生巨大的沖擊力，使電氣設(shè)備變 形或損壞，同時會大量發(fā)熱使設(shè)備過熱而損壞。有時短路點 產(chǎn)生的電弧可能直接燒壞設(shè)備。（2） 電壓大幅度下降。 三相短路時， 短路點的電壓為零， 短路點附近的電壓也明顯下降，這將導(dǎo)致用電設(shè)備無法正常工作，例如異步電動機轉(zhuǎn)速 下降，甚至停轉(zhuǎn)。（3） 可能使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞。 電力系統(tǒng) 發(fā)生短路后，發(fā)電機輸出的電

5、磁功率減少，而原動機輸入的機械功率來不及相應(yīng)減少，從 而出現(xiàn)不平衡功率，這將導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速。有的發(fā)電機 加速快，有的發(fā)電機加速慢，從而使得發(fā)電機相互間的角度 差越來越大，這就可能引起并列運行的發(fā)電機失去同步，破 壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引起大片地區(qū)停電。4） 不對稱短路時系統(tǒng)中將流過不平衡電流， 會在鄰近平行的通訊線路中感應(yīng)出很高 的電勢和很大的電流，對通訊產(chǎn)生干擾，也可能對設(shè)備和人 身造成危險。在以上后果中， 最嚴重的是電力系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性的破 壞，被喻為國民經(jīng)濟的災(zāi)難，其次是電流的急劇增大。除此之外，電力系統(tǒng)中還可能出現(xiàn)一些不正常工作狀態(tài)， 如電氣設(shè)備超過額定值運行（稱為過負荷） ，它也將使

6、電氣 設(shè)備絕緣加速老化，造成故障隱患甚至發(fā)展成故障；如發(fā)電 機尤其是水輪發(fā)電機突然甩負荷引起定子繞組的過電壓、電 力系統(tǒng)的振蕩、電力變壓器和發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)故障以及電 力系統(tǒng)的頻率下降等。系統(tǒng)中的故障和不正常運行狀態(tài)都可 能引起電力系統(tǒng)事故，不僅使系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，甚 至可能造成電氣設(shè)備損壞和人身傷亡。3、電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)中的各元件之間有十分緊密的電或電磁聯(lián)系，旦某個元件發(fā)生故障，電氣信息將以近似光的速度向系統(tǒng)各處傳播。這種故障不可能用人工手動方法排除而必須有高速 自動化的裝置來排除。這是保證電力系統(tǒng)安全運行最有效的 方法。電力系統(tǒng)繼電保護就是一門研究這種自動識別故障并排 除故障

7、元件的自動裝置的技術(shù)學(xué)科。也就是說，繼電保護自 動裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件故障或不正常運行狀 態(tài)并動作于斷路器跳閘或發(fā)出指示信號的一種自動裝置。1）繼電保護的作用I 、自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中 切除， 使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞， 保證無故障部分迅 速恢復(fù)正常運行。II 、反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維 護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。2）繼電保護裝置 當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時， 能夠向 運行值班人員及時發(fā)出警告信號， 或者直接向所控制的斷 路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措 施

8、和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套設(shè)備,一般通稱為繼電保護裝置。3) 繼電保護裝置的組成及工作原理一般繼電保護裝置由測量比較元件、邏輯判斷元件和 執(zhí)行輸出元件三部分組成。I 、測量比較元件：測量通過被保護的電力元件的物理 參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出 “是”、“非”、“ 0”或“ 1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判 斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。II 、邏輯判斷元件：根據(jù)測量比較元件輸出的邏輯信 號的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時間等，使保護裝置按一定的 邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍， 最后確定是否應(yīng)該使斷 路器跳閘、 發(fā)出信號或不動作， 并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行 輸出部分。III 、執(zhí)行輸出元

9、件：根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令， 發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應(yīng)的動作信息、 發(fā)出警報 或不動作。4) 繼電保護的分類I 、按被保護的對象分類： 輸電線路保護、 發(fā)電機保護、 變壓器保護、母線保護、電動機保護等。II 、按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保 護、差動保護、方向保護、零序保護等。III 、按保護所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護、接 地短路保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁 保護及過勵磁保護等。IV 、按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術(shù)分類：機電型保護、 整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護、微機型保 護。V、繼電保護測量值與整定值的關(guān)系分類：過量保護（測量值整定值）、欠

10、量保護（測量值V整定值）VI 、按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔 助保護等。主保護是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最 快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。后備保護是指主保護或斷路器拒動時用來切除故障 的保護。又分為近后備保護和遠后備保護。近后備保 護：在本元件處裝設(shè)兩套保護，當(dāng)主保護拒動時，由 本元件的另一套保護動作。遠后備保護：當(dāng)主保護拒 動時，由該電力設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的 保護；當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的 后備保護。5）繼電保護的基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性可靠性是指保護該動作時應(yīng)動作， 不該動作時不動作。選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器拒動時， 才允 許由相鄰設(shè)備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障 時，保護裝置具有的正確動作能力的裕度， 一般以靈敏系 數(shù)來描述。速動性是指保護裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障，其目 的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度， 縮小故障波及范圍， 提高自動重合閘和備用電源或備用設(shè) 備自動投入的效果等。4、變電站綜合自動化系統(tǒng)利用先進的計算機技術(shù)、 現(xiàn)代電子技術(shù)、