《电气工程培训讲义》课件

电气工程培训讲义本培训讲义是专门为电气工程师、技术人员及相关专业学生精心编制的全面教材课程内容涵盖了从基础理论到实践应用的完整知识体系，旨在帮助学员建立扎实的电气工程专业知识基础课程概览1电气工程基础知识2电力系统概述及组成3供配电系统设计与应用系统学习电气工程的基本概念、原深入了解电力系统的结构、运行特掌握变配电系统的设计原理和工程理和分析方法点和技术要求实践方法4高低压电气设备详解工程实践与安全规范全面认识各类电气设备的性能特点和选择原则第一部分电气工程基础电气工程的定义与范围电气工程是研究电能的产生、传输、分配和应用的工程技术学科，涉及发电、输电、配电、用电等各个环节电气系统在现代建筑中的重要性电气系统是现代建筑的重要基础设施，为建筑提供照明、动力、通信、安防等功能保障基本电学原理复习巩固电压、电流、功率等基本概念，理解欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电路原理电气工程标准与规范学习国家标准、行业规范和技术规程，确保工程设计和施工符合相关要求电气工程概述1电气工程学科的发展历程从法拉第电磁感应定律到现代电力系统，电气工程经历了从基础理论到工程应用的完整发展过程2现代电气工程的主要研究方向包括电力系统与自动化、电机与电器、电力电子技术、高电压技术等多个专业方向3电气工程在国民经济中的地位电气工程是国民经济发展的重要支撑，为工业生产、交通运输、信息通信等各行业提供动力保障4电气工程师的职责与素质要求需要具备扎实的理论基础、丰富的实践经验、创新意识和安全责任心研究建筑电气的意义保障建筑功能提高建筑安全实现建筑节能的基础设施性与舒适度与可持续发展电气系统是建筑物合理的电气设计能采用节能技术和智正常运行的基础，够提供良好的照明能控制系统，降低为各种设备和系统环境、温控系统和建筑能耗，实现绿提供可靠的电力供安全防护措施色可持续发展应推动智能建筑技术的应用集成先进的自动化、信息化技术，实现建筑设备的智能化管理和控制电气工程基本概念电压、电流、功率的关三相交流电系统原理功率因数及其补偿技术谐波与电能质量问题系三相交流电系统由三个相位功率因数是有功功率与视在谐波是频率为基波整数倍的电压是电位差，电流是电荷相差度的正弦波组成，具功率的比值，反映电能利用电压或电流分量，主要由非120的定向移动，功率是单位时有功率传输效率高、电压稳效率低功率因数会导致电线性负载产生谐波会引起间内消耗的电能三者之间定等优点能浪费和设备容量增加设备发热、保护误动作等问存在密切的数学关系题三相系统可以采用星形连接通过安装电容器组等无功补P=UI或三角形连接，线电压与相偿装置可以提高功率因数，需要采取滤波装置、限制谐在交流电路中，还需要考虑电压的关系不同改善电能质量波源等措施来控制谐波污功率因数对有功功率和无功染功率的影响电气系统设计原则先进性采用先进技术与设备灵活性适应未来发展与变化经济性优化投资与运行成本可靠性确保供电连续性安全性保障人身与设备安全电气系统设计必须遵循安全性、可靠性、经济性、先进性和灵活性五大基本原则安全性是首要原则，确保人身和设备安全；可靠性保证供电连续性；经济性要求在满足功能前提下优化投资和运行成本；先进性体现在采用成熟可靠的新技术；灵活性则考虑系统的扩展性和适应性建筑电气系统组成照明系统供配电系统提供室内外照明，营造舒适的光环境包括变压器、配电设备等电力供应基础设施动力系统为电机、电梯、水泵等动力设备供电防雷接地系统弱电系统提供雷电防护和安全接地保护包括通信、安防、控制等信息系统第二部分电力系统概述电力系统的定义与构成理解电力系统整体架构发电、输电、变电、配电环节掌握电能传输各个环节电力系统运行特点了解系统运行基本规律电网结构与稳定性分析分析电网稳定运行条件电力系统是由发电、输电、变电、配电、用电等环节组成的统一整体系统具有发电与用电实时平衡、电能不能大量储存、系统运行的连续性等特点电网结构设计和稳定性分析是保证系统安全可靠运行的重要基础电能的生产与传输超高压输电与智能电网可再生能源发电超高压输电技术能够实现远距离、大容量电力传统发电技术风能发电利用风力驱动风轮发电机，具有清洁传输，减少输电损耗智能电网集成先进的传火力发电利用煤炭、天然气等化石燃料燃烧产环保的优点太阳能发电包括光伏发电和光热感、通信、控制技术，实现电网的智能化运行生蒸汽驱动汽轮发电机水力发电利用水流的发电两种方式生物质发电利用农林废弃物等管理，提高供电可靠性和电能质量，支持新能动能驱动水轮发电机核能发电通过核反应产生物质燃料这些新能源发电技术快速发展，源大规模并网生热能，再转换为电能这些技术成熟可靠，是未来的重要方向仍是电力供应的主要来源电力系统结构发电厂基本构成包括主机设备、辅助设备、电气设备和控制系统输电网络拓扑结构采用环网、辐射网等不同拓扑形式确保供电可靠性变电站主要设备配置变压器、开关设备、保护装置等关键设备的合理配置配电网络设计原则满足负荷需求、保证供电质量、便于运行维护电力系统运行基本要求50Hz频率稳定性系统频率必须维持在额定值附近的允许范围内±7%电压质量电压偏差应控制在规定的允许范围内

99.9%供电可靠性重要用户的供电可靠性指标要求85%经济运行系统运行效率和经济性指标要求供电系统接地方式系统接地方式系统特点与应用系统及其特殊用途TN TTIT系统是电源中性点直接接地，电气设系统是电源中性点直接接地，电气设系统是电源中性点不接地或通过阻抗接TN TTIT备外露可导电部分通过保护线与电源接备外露可导电部分直接接地的系统地，电气设备外露可导电部分直接接地地点连接的系统的系统适用于农村供电、临时用电等场合，具•TN-C保护线和中性线合并为PEN有接地故障不会影响其他用户的优点，主要用于医院手术室、石化装置等对供线但需要装设漏电保护器电连续性要求极高的特殊场所，单相接地时系统仍能继续运行•TN-S保护线和中性线分开设置•TN-C-S部分线路合并，部分线路分开系统详解TN系统基本结构工作接地与保护接地TN电源中性点直接接地，设备外壳通过保工作接地维持系统正常运行，保护接地护线连接到电源接地点防止人身电击事故故障保护措施线、线的作用PE PEN通过断路器、熔断器等过电流保护装置线专门用于保护，线兼具保护和PE PEN切除故障中性线功能电力负荷计算负荷分类特性计算方法应用场景照明负荷功率相对稳定单位面积功率办公楼、住宅法动力负荷功率变化较大需要系数法工厂、车间空调负荷季节性波动冷负荷系数法商业建筑特殊负荷间歇性运行同时系数法医院、数据中心负荷计算是电气设计的基础工作，需要根据不同负荷的特性选择合适的计算方法计算负荷是选择变压器容量、导线截面、开关设备的重要依据短路电流计算短路电流的产生原因由于绝缘损坏、误操作、雷击等原因导致不同电位的导体间形成低阻抗通路，产生远大于正常工作电流的短路电流短路电流计算方法采用阻抗法、标幺值法等方法计算三相短路、单相接地短路、两相短路等不同故障类型的短路电流值短路电流的危害产生强大的电动力可能损坏设备，引起电弧可能造成火灾，电压下降影响其他设备正常运行设备短路耐受能力选择电气设备必须具备足够的短路耐受能力，包括热稳定性和动稳定性，确保短路故障时设备不被损坏电压损失计算电压损失产生的电压损失计算公电压偏差允许范原因式围电流通过线路阻抗时对于三相线路照明负荷电压偏差应产生电压降，负荷距控制在额定电压的ΔU=√3×I×R×cosφ+-离电源越远，线路阻，其中为，动力负荷X×sinφ×L I5%~+5%抗越大，电压损失越负荷电流，、为单可放宽到R X-严重导线截面不足位长度电阻和电抗，，保证用电L5%~+10%也会加剧电压损失为线路长度设备正常运行降低电压损失的措施增大导线截面、缩短供电距离、提高功率因数、采用较高电压等级供电、合理选择变压器位置等技术措施第三部分变配电系统变电所分类与设计原则按电压等级分为高压变电所、中压变电所；按用途分为枢纽变电所、区域变电所、用户变电所设计应遵循安全可靠、技术先进、经济合理的原则配电系统设计要点10kV是我国中压配电的主要电压等级，系统设计需考虑供电可靠性、运行灵活性、维护10kV便利性，合理选择网络接线方式和保护配置方案高低压开关设备选择根据系统电压等级、短路电流、环境条件等因素选择合适的开关设备高压侧主要有断路器、隔离开关、负荷开关等，低压侧有塑壳断路器、框架断路器等配电系统运行与维护建立完善的运行监控系统，制定科学的维护计划，定期进行设备检测和试验，确保配电系统长期安全可靠运行变电所规划与设计变电所容量确定方法根据负荷预测结果，考虑负荷发展、同时系数、功率因数等因素，按照经济运行原则确定主变压器容量一般按年负荷发展规划一次建成或分期建设15-20变电所位置选择原则应靠近负荷中心，便于线路进出，交通便利，地质条件良好，远离易燃易爆场所还要考虑城市规划、环境保护、电磁影响等因素变电所平面布置要求主变压器区、高压配电装置区、低压配电装置区应合理分隔，保证足够的安全距离设置必要的检修通道、消防通道，考虑设备运输和安装要求变电所二次系统设计包括继电保护、自动化系统、测量仪表、直流电源等应满足运行监控、故障处理、数据采集等功能要求，实现无人值守或少人值守运行配电系统设计10kV配电网络结构10kV包括辐射型、环型、双电源等接线方式，应根据负荷重要性和供电可靠性要求选择配电设备选型10kV开关柜、变压器、电缆等设备应满足环境条件、技术参数、经济性要求配电线路保护配置过流保护、接地保护、重合闸等保护功能确保系统安全运行配电自动化应用系统、馈线自动化、故障定位等技术提高运行效率SCADA箱式变电站设计箱式变电站的类型与特点结构布置与安装要求保护测量装置配置箱式变电站分为欧式箱变和美式箱变两箱变内部应合理分隔高压室、变压器箱变应配置完善的继电保护装置，包括大类型欧式箱变采用高、低压开关柜室、低压室，确保各室相对独立高压变压器过流保护、过负荷保护、接地保和变压器组合方式，便于维护检修美室配置高压开关设备，变压器室安装配护等装设电流互感器、电压互感器等式箱变将变压器和开关设备集成在同一电变压器，低压室设置低压配电装置测量设备，实现电气参数监测箱体内，结构紧凑安装时应确保基础平整牢固，接地系统配置温度监测装置监控变压器运行状具有占地面积小、建设周期短、安装方完善，通风散热良好，防护等级满足环态，设置故障指示器便于快速定位故障便、运行可靠等优点，广泛应用于城市境要求还需考虑设备检修和更换的操点有条件的可配置远程监控终端，实配电网、工矿企业、住宅小区等场所作空间现无人值守运行变压器选择与使用容量选择方法损耗与效率计算根据计算负荷和负荷特性确定，包括空载损耗和负载损耗，现代考虑的裕量变压器效率可达以上15-20%98%变压器基本原理并联运行条件基于电磁感应定律，通过铁芯中电压比相同、阻抗电压相等、接的交变磁通实现电压变换线组别一致变压器是电力系统中最重要的设备之一，其选择和使用直接影响系统的安全性和经济性在选择变压器时，除了满足基本技术要求外，还应考虑运行环境、维护便利性、节能环保等因素高压开关设备负荷开关与熔断器应用隔离开关与接地开关功能负荷开关能够切断正常负荷电流但不能断开短高压断路器工作原理隔离开关用于隔离电源，为检修提供明显的断路电流，常与熔断器配合使用构成简单经济的高压断路器是能够切断和闭合高压电路的开关开点，不能带负荷操作接地开关用于将线路保护方案高压熔断器能够快速切断故障电流，设备，具备灭弧能力真空断路器利用真空介可靠接地，确保检修人员安全两者配合使用，保护设备安全这种组合适用于容量较小、对质的优良绝缘和灭弧性能，SF6断路器使用六构成完整的电气安全措施，必须按照规定的操可靠性要求不太高的场合氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质断路器能够作顺序进行操作在正常和故障条件下可靠地分合电路高压开关柜10kV开关柜操作维护规范的操作程序与定期维护开关柜安装调试严格的安装工艺与全面的调试测试开关柜技术参数额定电压、电流、短路电流等关键指标开关柜分类结构固定式、手车式、充气式等不同结构形式高压开关柜是中压配电系统的核心设备，其设计制造水平直接影响配电系统的可靠性和安全性现代开关柜普遍采用五防联锁装置，有效10kV防止误操作事故智能化开关柜集成了保护、测量、控制、通信等功能，实现配电系统的智能化管理高低压配电系统高低压配电系统衔接通过配电变压器实现高压到低压的转换配电变压器安装要求满足安全距离和环境条件要求低压配电屏设计原则功能完善、操作方便、维护简单动力照明配电分离提高供电可靠性和运行灵活性第四部分电气设备介绍一次设备与二次设备区分一次设备直接参与电能的生产、传输、分配，承载电力系统的主电路二次设备对一次设备进行监控、测量、保护和控制电力系统主要设备性能包括发电机、变压器、开关设备、输电线路等，每种设备都有特定的技术参数和性能要求控制保护设备应用继电保护装置、自动化控制系统确保电力系统安全稳定运行，快速处理各种故障和异常情况测量与监控设备功能电能表、互感器、监控系统等设备实现电气参数测量、数据采集和运行状态监控电力系统一次设备发电设备汽轮发电机组是火力发电厂的核心设备，由汽轮机和发电机组成汽轮机将蒸汽的热能转换为机械能，发电机将机械能转换为电能现代大型汽轮发电机组单机容量可达100万千瓦以上，效率不断提高输电设备输电线路和杆塔是电能远距离传输的重要设施超高压输电线路能够实现数百公里的电力传输，杆塔设计需要考虑机械强度、绝缘水平、防雷保护等多方面因素，确保线路安全可靠运行变电设备变压器和电抗器是变电站的主要设备变压器实现电压等级转换，电抗器用于限制短路电流、补偿无功功率设备选择需要考虑容量、电压等级、冷却方式、环境条件等因素变电站主要设备主变压器技术参数高压开关设备配置母线系统设计要点主变压器是变电站的核心设备，其技术高压开关设备是变电站的重要组成部母线是变电站内连接各种设备的重要组参数包括额定容量、额定电压、联结组分，包括断路器、隔离开关、接地开关件，分为单母线、双母线、一个半断路别、阻抗电压等容量选择应考虑负荷等设备配置应满足运行方式要求，确器等接线方式设计时应考虑供电可靠发展和准则，电压等级要与系统匹保操作安全和检修方便性、运行灵活性、经济性等因素N-1配现代变电站多采用（气体绝缘开关设母线载流量应满足正常运行和故障情况GIS现代主变压器普遍采用强迫油循环风冷备），具有占地面积小、可靠性高、维下的要求，机械强度应能承受短路电流方式，具有过载能力强、损耗低、噪声护工作量少等优点，特别适用于城市变产生的电动力母线绝缘配合设计要考小等特点有载调压装置能够在运行中电站虑各种过电压情况调节电压，保证供电质量电力电缆技术电力电缆结构与分类电缆选型与敷设方式电缆由导体、绝缘层、护套等组成，按根据环境条件选择敷设方式直埋、管电压等级分类道、隧道、桥架电缆接头制作工艺电缆故障检测定位采用标准工艺制作中间接头和终端头，利用先进设备快速准确定位电缆故障点确保绝缘可靠电力电缆在城市配电网中占据重要地位，具有可靠性高、不受天气影响、美观等优点随着城市建设发展，电缆化率不断提高，对电缆技术提出了更高要求电力系统二次设备继电保护装置配置自动化控制系统设计测量与计量装置选择继电保护是电力系统安全运行变电站自动化系统实现设备远电流互感器、电压互感器将一的重要保障，包括过流保护、程监控、数据采集、故障报警次侧大电流、高电压按比例变距离保护、差动保护等现代等功能采用分层分布式结构，换为二次侧标准值电能表实数字式保护装置具有保护功能包括站控层、间隔层、过程层现电量计量，关口电能表需要完善、动作准确、通信能力强系统应具备良好的人机界面、高精度等级测量装置的准确等特点，能够实现故障快速切完善的通信功能和可靠的数据度直接影响保护动作的可靠性除和系统稳定控制存储能力和电量计量的准确性通信与信号系统构成通信系统为调度自动化、继电保护、安全自动装置等提供信息传输通道包括光纤通信、载波通信、微波通信等方式信号系统实现运行状态指示、事故报警、操作闭锁等功能，确保运行人员及时了解设备状态继电保护与自动装置保护类型工作原理适用范围主要特点过流保护电流超过整定线路、变压器原理简单、可值时动作靠性高距离保护测量故障点阻输电线路选择性好、速抗动性强差动保护比较进出电流变压器、发电灵敏度高、范差值机围明确自动重合闸故障切除后自架空线路提高供电可靠动重合性继电保护系统是电力系统的重要组成部分，必须满足可靠性、选择性、速动性、灵敏性四项基本要求现代微机保护装置集成度高、功能强大，能够适应复杂的电网运行方式第五部分工程实践工程调试与验收标准严格执行国家标准和规范要求电气设备安装规范2按照设计图纸和技术标准施工工厂供电系统设计满足生产工艺和安全要求电气工程施工技术掌握先进的施工工艺和方法电气工程实践是理论知识的具体应用，需要严格按照相关标准和规范执行施工质量直接影响工程的安全性和可靠性，必须加强全过程质量控制工程调试和验收是确保系统正常运行的重要环节，需要进行全面的性能测试和安全检查电气工程施工组织施工准备与现场管理施工前应进行详细的图纸会审，编制施工组织设计，落实人员、材料、机械设备建立完善的现场管理制度，设置安全警示标志，确保施工现场安全有序制定应急预案，配备必要的安全防护用品和急救设备材料与设备进场检验所有材料设备进场前必须进行检验，核对规格型号、技术参数、质量证明文件重要设备应进行开箱检查，确认设备完好无损建立材料设备台账，做好标识和储存管理，防止混用和损坏施工进度计划编制根据工程规模和技术要求编制详细的施工进度计划，合理安排各工序的衔接关系充分考虑设备到货时间、天气因素、资源配置等影响因素建立进度控制机制，定期检查计划执行情况，及时调整和优化质量控制与安全管理建立三级质量检查制度，严格执行隐蔽工程验收程序加强安全教育培训，落实安全生产责任制定期进行安全检查，及时消除安全隐患建立质量安全事故报告和处理制度，确保工程质量和人员安全线路施工技术10kV架空线路施工工艺架空线路施工包括基础开挖、杆塔组立、导线架设、接地装置安装等环节基础施工应确保几何尺寸准确，混凝土强度符合要求杆塔组立需要大型起重设备，应注意安全操作和质量控制电缆线路敷设方法电缆敷设前应进行路径勘测，确定敷设方式和路径直埋电缆需要开挖电缆沟，铺设砂垫层和保护板排管敷设需要预制或现浇混凝土排管电缆牵引时应控制牵引力和弯曲半径，防止电缆损伤线路附件安装要点绝缘子、金具、避雷器等附件的安装质量直接影响线路运行可靠性绝缘子安装应保证接触良好，金具连接应紧固可靠避雷器接地线应满足接地电阻要求，连接应牢固可靠线路测试与验收标准线路施工完成后应进行全面的电气试验，包括绝缘电阻测试、耐压试验、相序检查等测试结果应符合相关标准要求验收时应检查施工质量、技术资料完整性，确保线路具备送电条件变配电设备安装1变压器安装工艺流程变压器安装前应检查基础尺寸和强度，确认设备完好吊装时应使用专用吊具，严格控制吊装速度安装后应进行找平找正，检查各部件安装情况2开关柜安装技术要点开关柜安装应按照设计图纸进行定位，确保柜体水平、垂直母线连接应接触良好，紧固力矩符合要求柜内设备安装应牢固可靠，各种标识清晰正确二次回路接线规范二次接线应按照图纸进行，线号标识准确导线选择应满足载流量要求，绝缘等级应适当接线工艺应规范，接头应牢固可靠，布线应整齐美观设备调试与试运行设备安装完成后应进行全面调试，包括保护定值校验、自动化功能测试、通信系统调试等试运行期间应密切监视设备运行状态，及时处理发现的问题工厂供电系统工厂供电负荷分析变配电所位置选择厂内配电网络设计工厂用电负荷主要包括生产设备用电、变配电所应靠近负荷中心，减少低压配厂内配电网络应根据负荷分布、重要程照明用电、辅助设备用电等生产设备电线路长度和电压损失位置选择应便度、经济性等因素确定接线方式一般功率大、启动电流大，对电压质量要求于设备运输和检修，远离有害气体、粉采用放射式或树干式接线，重要负荷可高应详细统计各类负荷的功率、运行尘、振动等不利环境还应考虑工厂总采用双电源供电配电电压等级的选择时间、同时系数等参数体规划和发展需要应考虑负荷容量和传输距离负荷分析还需要考虑工艺流程特点、生对于大型工厂，可设置总降压变电所和配电线路应按照安全载流量、电压损产班制、季节变化等因素对于冲击性若干车间变电所，形成分级供电系统失、机械强度等条件选择导线截面线负荷、非线性负荷等特殊负荷应采取专变电所之间应有合理的供电联系，保证路保护应配置完善，包括短路保护、过门的技术措施，确保供电质量重要负荷的供电可靠性负荷保护、接地保护等，确保系统安全运行。