電氣工程基礎

電氣工程基礎為21世紀高等學校規劃教材。本書共分10章，主要內容包括電力工程概論、電力網及其分析、變電站的一次設備、電氣主接線與配電裝置、電力系統短路分析、電氣設備的選擇、電力系統繼電保護、二次系統與自動裝置、接地與電氣安全以及電力系統過電壓保護。本書具有內容全面、實用性強資料最新、方便教學等特點。書後還附有電力工程設計常用表格、課程設計參考題目以及習題參考答案。

本書共分12章，主要內容包括電力系統概述、電力系統設備、電氣主接線、電氣二次接線、電力系統的負荷、電力網路的穩態分析、電力系統的短路計算、電力系統的繼電保護、電力系統的安全保護、電力系統電氣設備的選擇、電力工程設計以及電力系統運行。本書以電力系統為主，全面論述了發電、輸變電和配電系統的構成、設計、運行以及管理的基本理論和設計計算方法，具有內容全面、實用性強、方便教學等特點。

本書可供普通高等院校電氣工程及其自動化、自動化等相關專業使用，同時也可供從事發電廠和變電站的電氣設計、運行和管理的電氣工程技術人員參考。

第1章　電力系統概述　1

1.1　電力系統的發展歷程　1

1.2　電力系統基本概念　1

1.3　發電系統　2

1.3.1　發電能源簡介　2

1.3.2　火力發電　3

1.3.3　水力發電　6

1.3.4　風力發電　9

1.3.5　核能發電　10

1.3.6　太陽能發電　14

1.3.7　生物質發電　17

1.3.8　潮汐發電　19

1.4　電能的質量指標　20

1.5　電力系統的電壓等級　22

1.6　變電站及類型　23

本章小結　24

習題　25

第2章　電力系統設備　26

2.1　汽輪發電機　26

2.2　水輪發電機　26

2.3　風力發電機　27

2.4　輸變電設備　29

2.5　配電裝置　32

2.6　高壓電器　36

2.6.1　斷路器　36

2.6.2　互感器　40

2.7　接地保護　44

本章小結　47

習題　47

第3章　電氣主接線　48

3.1　電氣主接線概念　48

3.2　電氣主接線的形式　48

3.2.1　概述　48

3.2.2　有匯流母線的電氣主接線　49

3.2.3　無匯流母線的電氣主接線　54

3.3　主變壓器和主接線的選擇　56

3.4　工廠供電系統主接線　57

3.5　建築配電系統接線　59

3.5.1　城網主接線　60

3.5.2　農網主接線　61

本章小結　62

習題　62

第4章　電氣二次接線　63

4.1　二次接線基本概念　63

4.1.1　原理接線圖　64

4.1.2　安裝接線圖　65

4.2　控制迴路　67

4.2.1　對控制迴路的一般要求　68

4.2.2　控制迴路的組成　68

4.2.3　控制迴路和信號迴路操作過程分析　70

4.3　信號迴路　72

4.3.1　位置信號　72

4.3.2　事故信號　72

4.3.3　預告信號　72

4.4　變電站的綜合自動化　73

4.4.1　變電站自動化的含義　73

4.4.2　變電站綜合自動化的發展歷程　73

4.4.3　變電站綜合自動化的特點　73

4.4.4　變電站綜合自動化的基本功能　74

4.4.5　變電站綜合自動化的結構　75

本章小結　77

習題　77

第5章　電力系統的負荷　79

5.1　電力系統負荷的分類　79

5.2　電力系統負荷曲線　80

5.3　電力系統負荷的計算　82

5.4　電網損耗的計算　88

5.5　用戶負荷的計算　90

5.6　尖峰電流的計算　91

5.7　功率因數的確定與補償　92

5.8　電力系統負荷的特性　95

5.8.1　負荷的靜特性與動特性　95

5.8.2　負荷的綜合特性　97

本章小結　98

習題　99

第6章　電力網路的穩態分析　100

6.1　輸電線路的參數計算與等值電路　100

6.1.1　參數計算　100

6.1.2　等值電路　103

6.2　變壓器的參數計算與等值電路　104

6.2.1　雙繞組電力變壓器　104

6.2.2　三繞組電力變壓器　106

6.2.3　自耦變壓器　109

6.2.4　分裂繞組變壓器　110

6.3　電力網路元件的電壓和功率分佈計算　111

6.3.1　輸電線路　111

6.3.2　變壓器　113

6.4　電力網路的無功功率和電壓調整　114

6.4.1　無功功率調整　114

6.4.2　中樞點電壓管理　117

6.4.3　電力系統調壓措施　119

6.5　潮流計算　124

6.5.1　同電壓等級開式電力網路　124

6.5.2　多電壓等級開式電力網路　126

6.5.3　兩端供電電力網路功率分佈　127

6.5.4　考慮損耗時兩端供電電力網路功率和電壓分佈　128

6.6　直流輸電簡介　129

6.6.1　艱難的發展史　129

6.6.2　獨特的功能　130

6.6.3　兩端直流輸電系統　130

6.6.4　直流輸電特點及應用範圍　131

6.6.5　高壓直流輸電系統的主要電氣設備　132

6.6.6　光明的前景　133

本章小結　133

習題　134

第7章　電力系統的短路計算　135

7.1　電力網路短路故障概述　135

7.2　標幺值　137

7.3　無限大功率電源供電網的三相短路電流計算　141

7.4　有限容量電力網三相短路電流的實用計算　146

7.5　電力系統各序網路的建立　154

7.6　不對稱短路的計算　158

7.7　電力網短路電流的效應　159

本章小結　162

習題　162

第8章　電力系統的繼電保護　164

8.1　繼電保護的基本概念　164

8.1.1　繼電保護的任務　165

8.1.2　對繼電保護裝置的要求　165

8.2　繼電保護原理　167

8.3　常用保護裝置　167

8.4　電流保護　169

8.4.1　單側電源電網相間短路的電流保護　169

8.4.2　多側電源電網相間短路的方向性電流保護　174

8.4.3　大電流接地系統零序電流保護　176

8.4.4　小電流接地系統零序電流保護　180

8.5　距離保護　183

8.5.1　距離保護的基本原理　183

8.5.2　距離保護的主要組成部分　184

8.5.3　影響距離保護正常工作的因素及其防止方法　184

8.5.4　距離保護的整定　191

8.6　電力系統中變壓器的保護　196

8.6.1　變壓器的縱差動保護　197

8.6.2　變壓器的電流和電壓保護　200

8.6.3　變壓器的瓦斯保護　203

8.7　電力電容器的保護　205

8.8　線路的自動重合閘　209

8.8.1　自動重合閘的要求和特點　209

8.8.2　單側電源線路的三相一次自動重合閘　210

8.8.3　雙側電源線路的三相一次自動重合閘　211

8.8.4　具有同步檢定和無電壓檢定的自動重合閘　213

8.8.5　自動重合閘動作時限選定原則　214

8.8.6　自動重合閘與繼電保護的配合　215

8.8.7　單相自動重合閘　216

8.8.8　綜合自動重合閘簡介　218

8.8.9　自動重合閘在750kV及以上特高壓線路上的應用　218

本章小結　219

習題　220

第9章　電力系統的安全保護　221

9.1　防雷保護　221

9.1.1　雷電的基本知識　221

9.1.2　防雷保護裝置　222

9.1.3　輸電線路的防雷保護　225

9.1.4　發電廠的防雷保護　229

9.1.5　變電站的防雷保護　231

9.2　絕緣配合　234

9.3　電氣裝置的接地　236

本章小結　237

習題　238

第10章　電力系統電氣設備的選擇　239

10.1　電氣設備選擇遵循的條件　239

10.2　高壓電器的選擇　240

10.2.1　按正常工作條件選擇高壓電氣設備　240

10.2.2　按短路條件校驗　241

10.3　低壓電器的選擇　242

10.4　高壓斷路器的選擇　245

10.5　隔離開關及重合器和分段器的選擇　246

10.6　互感器的選擇　247

10.6.1　電流互感器的選擇　247

10.6.2　電壓互感器的選擇　249

10.7　限流電抗器的選擇　249

10.8　電力系統母線和電纜的選擇　252

10.8.1　母線的選擇與校驗　252

10.8.2　電纜的選擇與校驗　254

本章小結　255

習題　256

第11章　電力工程設計　257

11.1　電氣工程繪圖基本知識　257

11.2　電氣設備圖形符號　260

11.3　電力工程CAD介紹　269

11.3.1　軟體工程術語　269

11.3.2　系統環境　269

11.4　工廠供電設計示例　273

11.4.1　工廠供電的意義和要求　273

11.4.2　工廠供電設計的一般原則　274

11.4.3　設計內容及步驟　274

11.4.4　負荷計算及功率補償　275

11.4.5　變壓器的選擇　277

11.4.6　短路計算　277

11.4.7　導線、電纜的選擇　280

11.4.8　高、低壓設備的選擇　281

11.4.9　變壓器的繼電保護　281

11.4.10　變壓器的瓦斯保護　283

11.4.11　二次迴路操作電源和中央信號裝置　284

11.4.12　電測量儀錶與絕緣監視裝置　287

11.4.13　防雷與接地　288

11.5　變電站電氣主接線設計　290

本章小結　292

習題　292

第12章　電力系統運行　293

12.1　有功功率及頻率的調整　293

12.2　無功功率及電壓的調整　296

12.3　系統運行的穩定性　306

12.4　電網運行的經濟性　308

本章小結　311

習題　311

參考文獻　312