電氣工程及其自動化基礎(chǔ)知識

（培訓(xùn)）

'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)機(jī)電、電力網(wǎng)內(nèi)的變壓器和

輸電路線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)機(jī)電、電力網(wǎng)及電能

用戶（用電設(shè)備）組成的。

動力升壓降壓變

裝首發(fā)機(jī)電變電所電刖用戶

Z?jODl

一電力系統(tǒng)（發(fā)、輸’變‘配‘用）

動力系統(tǒng)

電力網(wǎng)二變電站+輸配電路線

電力系統(tǒng)二發(fā)機(jī)電+變電站+輸配電路線+電力用戶二發(fā)機(jī)電+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)各級電壓網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)

稱電壓值。

系統(tǒng)額定電壓值是：220V、380V、3kV、

6kV、10kV.35kV、63kV、HOkV.

220kV、330kV>500kV、750kV。

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)機(jī)電、電力變壓器、斷路器、隔離

開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電路線等。二

次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)

和監(jiān)測的設(shè)備，它包括控制器具、繼電保護(hù)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

凡造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接或者情

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、斷線或者它們的組合C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(shí)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(yùn)行，也是一種不對稱故障。大多數(shù)

情況下在電力系統(tǒng)中一次惟獨(dú)一處故障，稱為簡

單故障或者單重故障，但有時(shí)可能有兩處或者兩

處以上故障同時(shí)發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或者多重故

障。

短路故障一旦發(fā)生，往往造成十分嚴(yán)重的后果,

主要有：

(1)電流急劇增大。短路時(shí)的電流要比正

常工作電流大得多，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)正常電流的

十幾倍。大型發(fā)機(jī)電出線端三相短路電流可達(dá)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)備變形或者損壞，同時(shí)會大量發(fā)

熱使設(shè)備過熱而損壞。有時(shí)短路點(diǎn)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(shí),短路點(diǎn)

的電壓為零，短路點(diǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速下降，甚至停轉(zhuǎn)。

(3)可能使電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破

壞。電力系統(tǒng)發(fā)生短路后，發(fā)機(jī)電輸出的電

磁功率減少，而原動機(jī)輸入的機(jī)械功率來不及相

應(yīng)減少，從而浮現(xiàn)不平衡功率，這將導(dǎo)致發(fā)機(jī)電

轉(zhuǎn)子加速。有的發(fā)機(jī)電加速快，有的發(fā)機(jī)電加速

慢，從而使得發(fā)機(jī)電相互間的角度差越來越大，

這就可能引起并列運(yùn)行的發(fā)機(jī)電失去同步，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(shí)系統(tǒng)中將流過不平衡電

流，會在鄰近平行的通訊路線中感應(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（wei）險(xiǎn)。

在以上后果中，最嚴(yán)重的是電力系統(tǒng)并列運(yùn)行

穩(wěn)定性的破壞，被喻為國民經(jīng)濟(jì)的災(zāi)難，其次是

電流的急劇增大。

除此之外，電力系統(tǒng)中還可能浮現(xiàn)一些不正常

工作狀態(tài)，如電氣設(shè)備超過額定值運(yùn)行（稱為過

負(fù)荷），它也將使電氣設(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)機(jī)電特別是水輪發(fā)

機(jī)電驀地甩負(fù)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)機(jī)電的冷卻系統(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(yùn)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(hù)

電力系統(tǒng)中的各元件之間有十分密切的電或者

電磁聯(lián)系，一旦某個(gè)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(yùn)行最有效

的方法。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是一門研究這種自動識

別故障并排除故障元件的自動裝置的技術(shù)學(xué)科。

也就是說，繼電保護(hù)自動裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)

中電氣元件故障或者不正常運(yùn)行狀態(tài)并動作于斷

路器跳閘或者發(fā)出指示信號的一種自動裝置。

1）繼電保護(hù)的作用

I、自隊(duì)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,

保證無故障部份迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。

II、反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并

根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件，而動作于發(fā)出信號或者跳

閘。

2）繼電保護(hù)裝置

當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)機(jī)電、路線

等）或者電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系

統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)，能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)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

施和設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這種自動化措施的成套設(shè)備，

一般通稱為繼電保護(hù)裝置。

3）繼電保護(hù)裝置的組成及工作原理

普通繼電保護(hù)裝置由測量比較元件、邏輯判

斷元件和執(zhí)行輸出元件三部份組成。

I、測量比較元件：測量通過被保護(hù)的電

力元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較,

根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、

“0”或者“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而

判斷保護(hù)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(shí)

間等，使保護(hù)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)出信號或者不動作，并將對應(yīng)的

指令

傳給執(zhí)行輸出部份。

IIL執(zhí)行輸出元件：根據(jù)邏輯判斷部份

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(bào)或者不動作。

4）繼電保護(hù)的分類

I、按被保護(hù)的對象分類：輸電路線保護(hù)、發(fā)機(jī)

電保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電動機(jī)保護(hù)等。

II、按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保

護(hù)、距離保護(hù)、差動保護(hù)、方向保護(hù)、零序保

護(hù)等。

IIL按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路

保護(hù)、接地短路保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保

護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等。

IV、按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類：機(jī)

電型保護(hù)、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電

路型保護(hù)、微機(jī)型保護(hù)。

V、繼電保護(hù)測量值與整定值的關(guān)系分類：

過型保護(hù)（測量值>整定值）、欠蟄保護(hù)（測

量值〈整定值）

VI、按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保

護(hù)、輔助保護(hù)等。

主保護(hù)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(hù)設(shè)備和路

線故障的保護(hù)。

后備保護(hù)是指主保護(hù)或者斷路器拒動時(shí)用來

切除故障的保護(hù)。又分為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保

護(hù)。近后備保護(hù)：在本元件處裝設(shè)兩套保護(hù)，當(dāng)

主保護(hù)拒動時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)動作。遠(yuǎn)

后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動時(shí)一，由該電力設(shè)備或者路

線的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后

備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)

來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。

5）繼電保護(hù)的基本要求：

選擇性、速動性、靈敏性、可靠性

可靠性是指保護(hù)該動作時(shí)應(yīng)動作，不該動作時(shí)

不動作。

選擇性是指首先由故障設(shè)備或者路線本身的

保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或者路線本身的保護(hù)

或者斷路器拒動時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備、路線的

保護(hù)或者斷路器失靈保護(hù)切除故障。

靈敏性是指在設(shè)備或者路線的被保護(hù)范圍

內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置具有的正確動作能

力的裕度，普通以靈敏系數(shù)來描述。

速動性是指保護(hù)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)備和路線的損壞程度，縮小故障波及范

圍，提高