《电气工程基础》课件

电气工程基础欢迎学习电气工程基础课程本课程将带领您深入了解电气工程的核心原理、电力系统的组成结构、电能质量与电力电子技术等关键知识点作为工程技术的重要分支，电气工程在国民经济发展和社会进步中扮演着至关重要的角色通过系统学习，您将掌握从发电到用电的完整知识体系，为今后在电力系统、电气控制、电力电子等领域的深入研究奠定坚实基础让我们一起探索电的奥秘，把握电气工程的发展脉络课程概述电气工程的基本概念与原理探索电气工程学科的基础理论，掌握电路分析、电磁场理论等核心知识，建立系统的电气工程思维框架电力系统的组成与特点深入了解发电、输电、变电、配电和用电五大环节，分析各环节的工作原理和技术特点电能质量与电力电子技术研究电压、频率等电能质量指标，掌握电力电子变流技术及其在电力系统中的应用现代电气工程发展与应用探讨智能电网、分布式发电、微电网等前沿技术，把握电气工程的发展趋势和未来方向第一章绪论电力系统发展历史从爱迪生发明第一个实用白炽灯开始，电力系统经历了从直流到交流、从孤立运行到互联互通的发展历程中国电力工业也从小到大，实现了跨越式发展电气工程在国民经济中的地位电气工程是国民经济的基础产业，为工农业生产、国防建设和人民生活提供能源支持电力工业的发展水平直接影响着国家的综合国力和现代化进程电气工程学科体系电气工程学科涵盖电力系统、电机与电器、电力电子与电力传动、高电压与绝缘技术等多个分支领域，形成了完整的知识体系电力工业发展概况年上海电气公司成立1882中国第一家火电厂在上海诞生，标志着中国电力工业的起步年云南石龙坝水电站建成1912装机容量×，是中国第一座水力发电站2240kW年浙江秦山核电站投产1991机组并网发电，开启了中国核电发展的新篇章300MW中国电力工业的发展历程是一部从无到有、从小到大的奋斗史从上海电气公司这一小型电厂起步，到如今世界最大的电力生产国，中国电力工业已走过了一百多年的光辉历程这一发展过程不仅体现了技术的进步，也反映了国家综合实力的提升中国电力系统里程碑330kV年交流输电线1974甘肃刘家峡陕西关中线路建成，提高了西北电力外送能力-500kV年交流输电线1981河南姚孟武汉线路投运，标志着中国超高压输电技术成熟-±500kV年直流输电工程1988葛州坝上海南桥工程，实现了长距离大容量输电-750kV年交流输电线2005青海官厅甘肃兰州东线路，推动了西北电网与华北电网互联-中国电力系统的发展不断刷新着技术高度，从最初的低压输电到如今的特高压输电网络，每一次电压等级的提升都代表着国家电力技术的重大突破这些里程碑工程不仅解决了电力资源跨区域优化配置的问题，也为中国电力系统的安全稳定运行提供了坚实保障中国电力系统装机容量发展电力系统之最最大单机容量最大水电机组火电（玉环、邹县电厂），这些超超临界机组效率高、排放低，（三峡电站），这些水轮发电机组是世界上单机容量最大的水电1000MW700MW代表了火电技术的最高水平设备之一最大核电机组最大发电厂（岭澳核电厂），这些百万千瓦级压水堆机组安全可靠，是中三峡工程（×万），总装机容量万千瓦，是世界上规模1000MW3270kW2240国核电技术的骄傲最大的水电站中国电力系统创造了多项世界纪录，这些之最不仅彰显了中国电力工业的实力，也推动着全球电力技术的进步特别是三峡工程，作为世界最大的水电站，年发电量可达亿千瓦时，相当于燃烧万吨标准煤，减排二氧化碳亿吨，对改善能源结构、减少环境污染具有重要意义100050001第二章电力系统基本概念电力系统的定义电力系统的基本组成电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的，包括各类发电厂、各电压等级的输电网、变电站、配电网以生产、输送、分配和使用电能的统一整体它是现代社会最及各类用电设备，构成了电能从生产到使用的完整链条复杂、最大规模的人工系统之一电力系统的特点电力系统稳定性电力系统具有生产与消费同时性、不可储存性、瞬时平衡性包括静态稳定性、暂态稳定性和电压稳定性，是衡量电力系等特点，这决定了电力系统运行控制的复杂性统运行可靠性的重要指标电力系统的定义与组成用电各类用电设备和负荷配电及以下配电网10kV变电各级变电站输电高压输电网发电各类发电厂电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电五大环节有机组成的统一整体这五大环节共同完成电能的生产、传输和使用过程，形成一个闭环系统在这个系统中，电能的流动遵循从电源到负荷的路径，而信息则可以双向流动，特别是在智能电网环境下电力系统的一个关键特点是生产与消费的同时性，即电能一旦生产出来就必须立即被消费掉，这要求系统中任何时刻的发电量必须等于负荷量加上损耗，保持瞬时平衡发电环节火力发电水力发电核能发电将化石燃料（煤、油、气）的化学能转利用水位落差产生的势能转化为水轮机利用铀等核燃料裂变释放的热能产生蒸化为热能，再将热能转化为机械能，最的机械能，再通过发电机转化为电能汽，驱动汽轮机发电主要设备包括反后转换为电能的过程火电厂主要设备主要设备包括水轮机和发电机应堆、汽轮机和发电机包括锅炉、汽轮机和发电机优点清洁、可再生优点清洁、能量密度高••优点投资少、建设周期短•缺点受地理条件限制缺点安全风险、投资大••缺点污染大、效率较低•输电环节输电环节是电力系统的大动脉，负责将发电厂生产的电能输送到负荷中心输电线路按照电压等级可分为高压、超高压和特高压线路；按照结构形式可分为架空线和电缆线；按照输电方式可分为交流输电和直流输电交流输电是目前最主要的输电方式，具有变压方便、多点接入灵活等优点而直流输电则在远距离大容量输电和异步电网互联方面具有显著优势中国目前已建成多条±特高压直流输电工程，创造了世界输电电压等级新纪录800kV变电环节变电站全景变电站是电力系统中进行电压转换和电能分配的枢纽，包含多种电气设备根据电压等级可分为特高压、超高压、高压和配电变电站电力变压器变压器是变电站的核心设备，通过电磁感应原理实现不同电压等级之间的转换大型变电站通常配置多台主变压器以提高供电可靠性开关设备断路器、隔离开关等开关设备用于控制电路通断和系统保护现代开关设备向着智能化、免维护方向发展，大大提高了系统运行可靠性变电环节是电力系统中的重要节点，承担着电压变换、电能分配、系统保护和无功补偿等多种功能现代变电站正逐步向数字化、智能化方向发展，采用先进的监测、控制和通信技术，实现设备状态在线监测和故障预警配电环节城市配电网农村配电网以为主干，形成环网结构以为主干，多为放射状结构10kV10kV负荷密度大，可靠性要求高覆盖范围广，线路长••多采用电缆地下敷设主要采用架空线路••自动化程度高自动化水平相对较低••智能配电网配电自动化配电网的数字化和智能化升级实现配电网运行监控和故障处理自动化分布式电源接入馈线自动化••双向互动服务配电管理系统••自愈能力故障定位与隔离••用电环节工业用电民用及商业用电农业用电特点是负荷大、连续性特点是日负荷曲线波动特点是季节性强、分散、强、功率因数低工业大、季节性明显随着负荷密度低主要用于用电是电力系统中最大生活水平提高和第三产农田灌溉、农产品加工的用电类别，约占总用业发展，此类用电量快等，随着农村电气化水电量的主要包括速增长，尤其是空调、平提高，农业用电比重70%冶金、化工、机械等高电梯等大功率设备广泛不断增加耗能行业应用用电环节是电力系统的终端，直接面向各类用户了解不同类型负荷的特性对于电力系统规划、运行和负荷管理至关重要现代电力系统越来越注重需求侧管理，通过价格信号、负荷控制等手段引导用户合理用电，实现电力资源的优化配置第三章电能质量指标电压偏差实际电压与额定电压的偏离程度频率偏差实际频率与标准频率的偏离程度电压波动与闪变电压的快速变化导致照明设备亮度波动三相不平衡三相电压或电流的幅值或相位不对称谐波频率为基波整数倍的正弦分量电能质量是衡量电能适用性的重要指标，良好的电能质量可确保用电设备正常、高效、安全运行随着电力电子技术的广泛应用和非线性负荷的增加，电能质量问题日益突出，成为电力系统领域的研究热点电压偏差电压等级允许偏差范围及以上±220kV

1.6%±35kV-110kV2%及以下±10kV

2.5%电压偏差是最基本的电能质量指标，过高或过低的电压都会对用电设备造成不良影响例如，电压过高会导致设备绝缘加速老化、变压器铁损增加；电压过低会使电动机转矩下降、启动困难，照明设备亮度不足电力系统通过调整发电机端电压、变压器分接头、并联电容器等手段控制系统电压，使其维持在允许范围内随着自动电压控制技术的应用，现代电力系统的电压质量得到明显改善频率偏差±50Hz

0.2Hz标准频率正常允许偏差中国电力系统的标准工作频率系统正常运行时的频率允许波动范围±

0.5Hz事故允许偏差系统发生事故时短时间内允许的频率波动范围频率是电力系统最重要的运行参数之一，直接反映系统有功功率平衡状况当发电量大于负荷时，频率上升；反之则下降频率偏离正常值会对发电机组、电动机等旋转设备产生不良影响，严重时甚至导致系统崩溃电力系统采用一次调频和二次调频相结合的方式维持频率稳定一次调频主要依靠发电机组的调速系统自动响应频率变化；二次调频则通过自动发电控制系统（）协调各发电厂的出力，使AGC系统频率恢复到标准值电压波动与闪变三相不对称度定义与计算产生原因三相不对称度是用来衡量三相电压或三相负荷分布不均、大型单相负荷电流不平衡程度的指标对于电压，（如电气化铁道）、输电线路结构不通常用负序电压与正序电压的比值表对称（如长距离未全程换位的输电线）示，如上公式所示国家标准规定，等因素都会导致电网三相不对称及以下电网的电压不平衡度110kV不超过2%危害与影响三相不对称会导致三相电机附加损耗增加、发热严重、振动加剧；使同步发电机产生负序制动转矩；影响继电保护和自动装置的正常工作；加速电气设备绝缘老化谐波污染谐波产生原因谐波危害谐波治理技术随着电力电子技术的广泛应用，非线性谐波对电力系统和用电设备的危害主要常用的谐波治理方法包括负荷不断增加，成为电网谐波的主要来表现在被动滤波器（滤波器）•LC源主要谐波源包括增加变压器、电机等设备的附加损耗•有源电力滤波器（）•APF电力电子变流装置（整流器、变频器•引起设备过热、绝缘老化加速•混合型电力滤波器•等）引起保护装置误动作•多脉波整流技术•电弧炉、电焊机等•引起电容器过电压、过电流•整流技术•PWM饱和铁芯设备（变压器、电抗器等）•干扰通信系统•荧光灯等气体放电灯具•第四章电力系统的电压等级电压等级的概念电压等级是指电力系统各部分工作电压的标称值，通常用千伏（）表kV示合理的电压等级体系是电力系统安全、经济运行的基础电压等级的选择依据选择合适的电压等级需考虑输送容量、传输距离、系统稳定性和经济性等因素一般来说，传输容量和距离越大，选用的电压等级越高电压等级的发展趋势随着电力系统规模扩大和远距离输电需求增加，电压等级不断提高中国已建成世界上电压等级最高的交流和1000kV±直流输电系统800kV我国电压等级体系特高压交流、±直流1000kV800kV超高压、、750kV500kV330kV高压、、、220kV110kV66kV35kV中低压、、10kV6kV400/230V中国电力系统形成了完整的电压等级体系，涵盖从特高压到低压的多个层次特高压主要用于远距离大容量输电，是能源资源优化配置的关键技术；超高压和高压用于区域电网主干网架；中低压则主要用于配电网和终端用户供电不同地区根据实际情况采用不同的电压等级组合例如，华北、华东、华中地区主要采用、、、、和的六级电压；500kV220kV110kV35kV10kV400/230V而西北地区则采用、、等电压等级750kV330kV110kV电压等级选择原则输送容量要求输送距离因素输送容量与电压等级成正比关系，容量输电距离越长，所需电压等级越高经越大，所需电压等级越高一般输送功验公式电压等级（）输电距离kV≈率与电压的平方成正比（）的平方根乘以系数km经济性与技术可行性系统稳定性考虑综合考虑投资成本、运行维护费用和电电压等级影响系统的输电能力和稳定裕能损耗等因素，选择经济合理的电压等度，必须满足稳定运行的要求级选择合适的电压等级对电力系统的安全经济运行至关重要电压等级过高，虽然可以减少线损，但初始投资和设备绝缘成本增加；电压等级过低，则会导致线损增大，输送能力受限因此，电压等级的选择必须综合考虑技术和经济因素，寻求最优平衡点第五章电力系统中性点接地中性点接地方式是电力系统设计中的重要技术问题，不同的接地方式具有不同的技术特点和适用条件中性点接地方式的选择直接影响系统的过电压水平、继电保护方式、设备绝缘配合以及单相接地故障时的运行方式中性点是三相系统星形连接的公共点，也是系统电压的参考点根据中性点与大地连接方式的不同，可分为直接接地、经阻抗接地（包括经消弧线圈接地和经电阻接地）以及不接地三种基本类型每种接地方式都有其特定的技术优势和应用场景中性点接地方式分类直接接地经消弧线圈接地中性点直接与大地相连，不接入任何阻抗元件特点是单相接地中性点通过可调谐的电感线圈接地当发生单相接地故障时，线故障电流大，保护动作迅速，但会导致设备瞬时断电，影响供电圈产生的感性电流可补偿电容性故障电流，实现故障自动熄弧连续性主要应用于及以上电压等级系统主要应用于及以下中性点不直接接地系统220kV35kV经电阻接地不接地（中性点悬浮）中性点通过电阻器接地，可有效限制接地电流，降低故障点过电中性点与大地完全隔离单相接地故障时，系统可继续运行，但压分为小电阻接地和大电阻接地两种方式小电阻接地多用于存在间歇性弧光过电压风险主要用于一些特殊场合，如矿井、系统，大电阻接地多用于系统化工厂等对供电连续性要求高的场所110kV10kV各种接地方式比较接地方式故障电流过电压继电保护供电连续性直接接地很大级低简单可靠较差kA经消弧线圈接很小中等复杂很好≤10A地经电阻接地中等数百较低较简单一般A不接地很小很高困难好≤10A直接接地系统的最大优点是单相接地故障电流大，保护装置能够敏感、可靠地检测到故障并迅速切除但缺点是任何单相接地故障都会导致设备断电，影响供电连续性经消弧线圈接地可以自动消弧，使系统在单相接地故障时继续运行，但故障检测较为困难经电阻接地是一种折中方案，既限制了故障电流，又降低了过电压水平，同时也有利于故障定位不接地系统虽然供电连续性好，但存在严重的间歇性弧光过电压风险，对设备绝缘构成威胁适用场合及以下10kV根据系统情况选择35kV经消弧线圈接地110kV直接接地或低电阻接地及以上220kV直接接地我国电力系统中性点接地方式的选择主要基于电压等级和系统特点及以上超高压系统采用直接接地方式，这是因为此类系统设备绝缘强度相对较高，220kV直接接地可以有效限制过电压；系统多采用直接接地或低电阻接地方式；系统则主要采用经消弧线圈接地方式110kV35kV对于及以下配电系统，根据具体情况可选择不同的接地方式城市地区多采用经消弧线圈接地或经低电阻接地；农村地区则多采用不接地或经消弧线圈接10kV地方式特殊场所如矿井、化工厂等对供电连续性要求高的场合，通常采用不接地或经高阻接地方式第六章电力变压器工作原理结构与分类运行与保护电力变压器基于电磁感应原理工作当电力变压器主要由铁芯、绕组、绝缘系变压器运行中需监测油温、绕组温度、原边绕组通入交流电时，在铁芯中产生统、冷却系统和保护装置组成根据用油位、气体等参数，同时配备差动保护、交变磁通，这一磁通又在副边绕组中感途可分为电力变压器、配电变压器、特过流保护、瓦斯保护等多重保护措施，应出电动势通过调整原、副边绕组的种变压器等；根据相数可分为单相变压确保安全可靠运行现代变压器越来越匝数比，可实现不同电压等级之间的转器和三相变压器；根据冷却方式可分为注重在线监测和状态评估技术的应用换油浸式和干式变压器变压器基本原理电磁感应原理变压器等效电路变压器矢量图变压器工作基于法拉第电磁感应定律和楞次实际变压器存在漏磁通、绕组电阻和铁芯损矢量图直观展示了变压器各电压、电流的相定律当原边绕组通入交变电流时，在铁芯耗等因素，可用等效电路表示型等效电位关系通过矢量图可以分析变压器的工作T中产生交变磁通；交变磁通穿过副边绕组，路包含原、副边漏抗和电阻，以及励磁支路状态，计算原、副边电压和电流之间的关系，感应产生电动势感应电动势的大小与匝数通过等效电路可以计算变压器的电压降、效以及负载特性对变压器运行的影响和磁通变化率成正比率等参数理解变压器的基本原理对于电气工程师至关重要变压器是电力系统中实现电压转换的核心设备，其工作原理看似简单，但要设计一台高效、可靠的电力变压器，需要考虑材料特性、热设计、绝缘配合等多方面因素变压器损耗与效率第七章输电线路架空线路结构线路参数计算输电线路特性架空线路主要由杆塔、导线、输电线路的主要参数包括电阻、输电线路的传输特性受线路长绝缘子、金具和基础组成根电感、电容和电导这些参数度影响显著短线路主要考虑据电压等级不同，杆塔结构和受导线材料、几何尺寸、排列电阻参数；中等长度线路需同导线排列方式也有所差异高方式等因素影响，通过理论计时考虑电阻和电感；长线路则压线路通常采用多根导线组成算或实测获得，为线路运行分必须全面考虑分布参数的影响的复合导线，以减小电晕损耗析提供基础数据线路补偿技术为改善长线路的输电特性，常采用串联电容补偿和并联电抗补偿等技术这些补偿装置可以提高线路的输送能力，改善电压分布，增强系统稳定性输电线路分类按电压等级分类高压线路（）区域电网主干线路，承担区域内电力传输任务超高压线路35kV-220kV（）大区域电网骨干网架，实现大电网互联特高压线路（及以330kV-750kV1000kV上）实现远距离、大容量输电，优化资源配置按结构形式分类架空线路导线悬挂于杆塔上，成本低、散热好、检修方便，但占地面积大、易受环境影响电缆线路导线埋于地下或水下，美观、可靠性高、不受气象影响，但成本高、散热条件差、检修困难按相数分类三相线路常规交流输电线路，三相平衡运行，设备利用率高单相线路如电气化铁道接触网供电系统，结构简单但存在不平衡问题双回线路两个独立三相回路共用一组杆塔，提高输电走廊利用率按输电方式分类交流输电线路技术成熟，变压方便，系统灵活，但受线路长度限制直流输电线路远距离输电损耗小，异步联网方便，控制灵活，但换流设备复杂昂贵柔性交流输电线路采用先进电力电子技术控制，兼具交流和直流输电优点输电线路参数电阻参数电感参数电容参数导线的电阻是限制输电能力的主要因素，导线的电感来自导线内部磁场和导线间导线与大地及相互之间形成电容电容由导线材料、截面积和温度决定单位磁场耦合三相线路的电感计算需考虑参数影响线路的充电功率和电压分布长度电阻计算公式几何平均距离其中为真空介电常数高压线路的电ε0其中为电阻率，为长度，为截面积，其中为相间等效距离，为导线等效ρl SDeq r容效应显著，长线路空载时末端可能出为温度系数，为导线温度高频时还半径复合导线和分裂导线可降低线路αt现铁磁谐振过电压需考虑趋肤效应和邻近效应电感，提高输送能力输电线路运行特性短线路运行特性中等长度线路运行特性长度通常小于，主要考虑电阻参长度在之间，需同时考虑80km80-240km数，忽略并联导纳的影响电压降主要电阻、电抗参数，可用型或型等效电πT由负载电流引起，线路末端电压随负载路模拟电压分布开始出现非线性特性，增加而下降但波动不大潮流分布与电压分布长线路运行特性受线路参数和负载特性影响，电压和潮长度超过，必须采用分布参数240km流沿线分布不均匀长线路中，空载时模型计算电压、电流沿线分布呈波动末端电压可能高于首端，重载时末端电性，无功功率分布复杂，需采取补偿措压大幅降低施了解输电线路的运行特性对于系统规划和运行至关重要随着线路长度增加，分布参数效应日益显著，必须采取适当的补偿措施改善运行特性例如，在超长线路中间设置补偿站，可以显著改善电压分布，提高输送能力第八章电力电子技术基础电力电子器件电力电子器件是实现电能变换的核心元件，包括二极管、晶闸管、等功率半导体器件这些器件具有开关速度快、功率密度高等特点，是现代电力电子技术的基础IGBT电力电子变换电路电力电子变换电路包括整流电路、逆变电路、斩波电路和交交变换电路这些电路通过控制功率器件的导通和关断，实现电压、频率、相位等电能参数的变换-柔性交流输电技术柔性交流输电技术是电力电子在输电系统中的重要应用，包括、、等装置这些装置可以动态调节系统无功功率，提高输电能力和系统稳定性FACTS SVC STATCOM UPFC电力电子技术已成为现代电力系统的重要支撑技术，广泛应用于电力生产、传输、分配和使用的各个环节随着宽禁带半导体材料的发展和控制技术的进步，电力电子技术正向着高效率、高可靠性、高功率密度方向发展电力电子器件二极管与晶闸管二极管是最基本的不可控整流器件，只能单向导通；晶闸管（）是最早的可控整流器件，通过栅极控SCR制开通，但无法主动关断，需要电路实现自然换流这些器件工作频率低，主要用于大功率场合，如高压直流输电与MOSFET IGBT是电压控制型器件，开关速度快但耐压能力有限；结合了的高输入阻抗和双极型MOSFET IGBTMOSFET晶体管的低导通压降优点，已成为中小功率变换领域的主流器件模块广泛应用于变频器、不间断IGBT电源等设备中与GTO IGCT（门极可关断晶闸管）和（集成门极换流晶闸管）是可控开通和关断的大功率器件，适用于高GTO IGCT压大电流场合具有更低的开关损耗和更高的能力，在高压变频器和装置中应用广泛IGCT di/dt FACTS宽禁带半导体器件以碳化硅（）和氮化镓（）为代表的宽禁带半导体器件具有耐高温、高效率、高频率等优点，正SiC GaN逐步应用于电力电子系统已在电动汽车、光伏逆变器等领域显示出巨大潜力SiC-MOSFET整流技术单相整流电路三相整流电路单相整流电路包括半波整流和全波整流两种基本类型半波整流电路结构简单但输出脉动大；全波整流三相整流电路包括三相半波整流和三相桥式整流三相桥式整流（也称六脉波整流）是工业中最常用的包括中心抽头式和桥式两种，桥式整流电路使用更为广泛可控整流通过调节晶闸管的触发角，实现直整流电路，输出电压脉动小，整流效率高多脉波整流通过增加相数，可以进一步降低输出电压脉动，流电压的调节减小谐波整流技术是电力电子技术的基础应用之一，将交流电转换为直流电，广泛应用于工业驱动、电力传输、电解电镀等领域整流电路的主要性能指标包括平均输出电压、电压利用率、电压脉动系数和功率因数等随着功率半导体器件的发展，现代整流技术正向着高效率、低谐波方向发展整流技术通过高频开关控制，可实现正弦输入电流，提高功率因数，减少谐波污染，已广泛应用于高性能变频器和不间断电源中PWM逆变技术技术应用FACTS静止无功补偿器SVC由晶闸管控制的电抗器和电容器组成，可快速平滑调节系统无功功率，改善电压稳定性响应速度快，控制灵活，广泛应用于电力系统无功补偿和电压调节SVC静止同步补偿器STATCOM基于电压源型变流器的新一代无功补偿装置，相比具有更快的响应速度和更好的低电压补偿能力输出电流与系统电压无关，可在较低电压下提供较大的无功支持SVCSTATCOM统一潮流控制器UPFC同时具备潮流控制、无功补偿、电压调节和系统稳定等多种功能的综合性装置由两个变流器组成，可独立控制有功和无功功率流动，是最灵活的装置之一FACTS UPFCFACTS同步相量测量技术PMU基于授时的高精度电力系统测量装置，可实时监测系统状态，为控制提供精确数据支持为广域监测系统的核心设备，对提高大电网运行安全性具有重要意义GPS FACTSPMU WAMS第九章电力系统继电保护继电保护是电力系统安全运行的重要保障，其作用是在系统发生故障时，及时将故障设备或线路与系统隔离，防止故障扩大和蔓延现代继电保护系统采用数字化微机保护技术，具有高精度、多功能、自诊断能力强等特点继电保护装置的基本要求包括选择性（只动作于保护区域内的故障）、快速性（尽快切除故障）、灵敏性（能检测到最小故障电流）和可靠性（既不拒动也不误动）电力系统的主要保护类型包括电流保护、电压保护、阻抗保护和方向保护等，针对不同的保护对象和故障类型，选择合适的保护方式继电保护原理电流保护电压保护基于故障时电流增大的特点，设置电流定值，当检测到的电流超基于故障时电压降低的特点，设置电压定值，当检测到的电压低过定值时保护动作包括过电流保护、差动保护等类型电流保于定值时保护动作包括欠电压保护、低电压闭锁等类型电压护结构简单、可靠性高，是最基本和应用最广泛的保护类型保护主要作为后备保护或辅助保护使用阻抗保护方向保护根据测量点到故障点的阻抗值判断故障位置，是输电线路保护的通过判断功率流向确定故障方向，使保护只对特定方向的故障响主要方式阻抗保护对线路不同区段设置不同的动作时间，实现应方向元件通常与电流保护配合使用，形成方向过流保护，提分区段保护，广泛应用于距离保护装置中高保护的选择性线路保护自动重合闸暂时性故障自动恢复供电纵联保护全线段快速保护，需通信信道距离保护分区段保护，不需通信信道过流保护4结构简单，作为后备保护输电线路保护是电力系统保护的重要组成部分由于线路故障率高、覆盖范围广，需要配置多重保护措施现代线路保护通常采用主保护和后备保护相结合的方式，主保护负责快速切除故障，后备保护在主保护拒动时提供保护距离保护是线路保护的主要形式，通常分为三段式一段保护本线左右，二段保护本线及邻线部分，三段作为后备保护纵联保护利用通信信道实现线路两端信85%息交换，可实现全线段快速保护，但对通信系统依赖性强自动重合闸可有效提高供电可靠性，针对暂时性故障（如雷击）实现自动恢复供电变压器保护差动保护过负荷保护瓦斯保护变压器主保护，基于电流监测变压器的负载电流，油浸式变压器特有的保护，平衡原理，能快速检测变防止长时间过负荷运行导检测变压器内部故障产生压器内部故障现代差动致绝缘老化过负荷保护的气体瓦斯保护分为轻保护采用二次谐波闭锁技通常采用反时限特性，过瓦斯（发信号）和重瓦斯术，有效防止励磁涌流引负荷程度越严重，动作时（跳闸），对内部小故障起的误动作间越短非常敏感后备保护包括过电流保护、零序电流保护等，在主保护失效时提供保护后备保护动作时间较长，主要用于外部故障或严重内部故障时切断电源变压器作为电力系统中的关键设备，其保护系统设计需满足快速、可靠、灵敏的要求差动保护是变压器最主要的保护形式，能够对内部短路故障进行快速切除瓦斯保护对绕组匝间短路、铁芯故障等小故障特别敏感，是油浸式变压器不可或缺的保护装置第十章电气工程安全技术安全操作规程绝缘与接地技术工作票制度、五防安全措施、停电触电防护技术绝缘电阻测量、接地电阻要求、等电作业和带电作业安全规范严格执行电气安全基础知识直接接触防护（基本绝缘、屏障、外位连接技术良好的绝缘和接地系统操作规程是预防电气事故的关键电流对人体的危害机理、安全电压与壳）和间接接触防护（保护接地、保是电气安全的重要保障电流限值、触电事故类型及防护原则护接零、剩余电流保护）多重防护理解电流通过人体的危险性是制定安措施的组合应用可有效降低触电风险全措施的基础电气安全是电气工程的重要组成部分，涉及人身安全、设备安全和系统安全随着电力系统规模扩大和电压等级提高，电气安全技术也在不断发展完善，形成了一套系统的理论和方法电气安全基础接地与接零技术工作接地保护接地保护接零将系统中某一点（通常是电源中性点）与大地将电气设备的金属外壳与接地装置连接，当设将电气设备的金属外壳与电源系统的保护零线连接，用于确定系统对地电位，限制系统对地备绝缘损坏发生对外壳漏电时，通过接地装置连接，当设备绝缘损坏发生对外壳漏电时，形电压，减小系统不平衡工作接地不具备保护将漏电电流导入大地，防止外壳带电危及人身成单相短路，使保护装置动作切断电源保护功能，主要用于确保系统正常运行安全保护接地主要用于中性点不接地或经消接零主要用于中性点直接接地的低压系统，动弧线圈接地的系统作速度快，保护效果好等电位连接是现代电气安全的重要措施，通过将所有可能接触到的金属部件连接在一起，消除接触点之间的电位差，防止跨步电压和接触电压危害特别是在医院手术室、计算机房等特殊场所，等电位连接更为重要第十一章电气工程新技术智能电网技术分布式发电融合先进传感、通信和控制技术的新一靠近负荷中心的小型发电系统代电网光伏发电•自愈能力•1风力发电•互动性•燃气轮机•高效率•能源互联网微电网技术电力系统与互联网技术的深度融合可控制的小型电力系统3能源共享孤岛运行能力••需求响应多能源协调••虚拟电厂高可靠性••智能电网技术特点传统电网智能电网结构单向流动双向互动发电集中式大型集中与分散并重监测有限区域全系统广域感知控制被动响应主动预测控制恢复手动恢复自愈能力智能电网是传统电网与现代传感测量技术、通信技术、计算机技术、控制技术和存储技术深度融合的产物，具有自愈、兼容、互动、经济、集成和优化等特点智能电网的核心在于信息化和自动化，通过对海量信息的实时获取、传输和处理，实现电力系统的智能化运行和管理中国正在积极推进智能电网建设，国家电网公司提出了坚强智能电网发展战略，涵盖发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节的全面升级智能电网的发展将有力支撑清洁能源大规模接入和高效利用，提高电力系统安全稳定运行水平，推动能源生产和消费方式变革分布式能源与微电网分布式发电技术微电网技术分布式发电是指安装在用户端或靠近负荷中心的小型发电系统，微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷和监控主要包括系统组成的小型发配电系统，具有以下特点可再生能源发电光伏发电、风力发电、小型水电等自治性可独立控制、保护和管理••常规能源发电燃气轮机、微型燃气轮机、柴油发电机组等灵活性可并网运行，也可孤岛运行••新型发电技术燃料电池、生物质能发电等多能源互补通常包含多种能源形式••友好接口对大电网友好，不会造成冲击•分布式发电具有投资小、建设周期短、环保高效等优点，是电力系统发展的重要方向微电网是构建智能电网的重要基础单元，为提高系统可靠性和电能质量提供了新的技术途径总结与展望电气工程未来趋势绿色低碳、智能互联、高效可靠新技术应用前景智能电网、能源互联网、数字孪生基础知识体系电力系统、电力电子、自动控制本课程系统介绍了电气工程的基础知识，从电力系统的组成、运行原理到新技术应用，构建了完整的知识框架电气工程作为现代工程技术的重要分支，既有深厚的理论基础，又有广泛的应用前景，在国民经济和社会发展中发挥着不可替代的作用未来电气工程将向着绿色低碳、智能互联、高效可靠的方向发展随着能源转型的深入推进，大规模可再生能源并网、柔性直流输电、泛在电力物联网等技术将得到更广泛应用作为电气工程师，需要不断学习新知识、掌握新技术，适应行业发展需求，为构建清洁、高效、智能、开放的现代能源体系贡献力量。