电气设备及电气主接线
2.1 电力系统元件及其参数
2.2 发电厂及变电所中的电气设备
2.3 发电厂及变电所电气主接线
2.1 电力系统元件及其参数
输电线路
电力变压器
同步发电机
负荷
多电压等级网络等值
电力系统分析计算的一般过程
数学模型：元件或整个系统物理模型的数学描述。
建立数学模型 电力系统
运行状态
元件参数
等值电路
元件参数：表述元件电气特征的参量；
2.1.1 输电线路
单位长度基本参数
输电线路的等效电路
单位长度基本参数
决定有功功率损耗和电能损耗。
通过交流电流时，在导线及其周围产生交
变磁场。
)/(1 kmr ?
)/(1 kmx ?
串联参数
单位长度基本参数
)/(1 kmsg
)/(1 kmsb
绝缘子表面泄漏损耗和导线电晕损耗。
输电线相间及相对地之间的电容。
并联参数
输电线路的等效电路
1,II型和 T型等效电路
分布参数
集中参数
2.一字型等效电路
II型和 T型等效电路
?
?
?
????
????
ljblgjBGY
ljxlrjXRZ
11
11
架空线路 100～ 300km,电缆线路 0~100km 。
Z
2Y 2Y
2Z 2Z
Y
一字型等效电路
忽略并联电容，只考虑串联阻抗。
长度小于 100km的架空线路。
Z
ljxlrjXRZ 11 ????
例 2.1
一架空线路，长度为 150km，单位长度参数
分别为：
求其等效电路。
kmSb
kmx
kmr
/1081.2;/406.0;/08.0
6
1
1
1
???
??
??
2.1.2 电力变压器
铭牌参数
双绕组变压器等效电路
三绕组变压器等效电路
自耦变压器
铭牌参数
额定容量
额定电压
短路损耗
短路电压百分比
空载损耗
空载电流百分比
)( AMVS N ?
)(kVU N
)(kWPs
%sU
)(0 kWP
%0I
双绕组变压器等效电路
NNN UUS 21 /,
%,ss UP
%,00 IP
短路试验：
空载试验：
jXR ?
mm jBG ?
jXR ?
双绕组变压器等效电路
2
2
1000 N
Ns
S
UPR ??
N
Ns
S
UuX 2
100
% ??
NN UUk 21?
阻抗支路：
变比：
jXR ?
mm jBG ?
双绕组变压器等效电路
3
2
0 10 ???
N
m U
PG
2
0
100
%
N
N
m U
SIB ??
励磁支路：
jXR ?
mm jBG ?
例 2-3
某 110kV变电所有一台降压变压器，其铭牌
参数为：
求其归算到高压侧的等效电路。
8.2%;22;5.10%;135;11/110/;20
00
21
??
??
???
IkWP
ukWP
kVUUAMVS
ss
NNN
三绕组变压器等效电路
NS
%%,%,;,,323121323121 ?????? ssssss UUUPPP
%,00 IP
短路试验：
空载试验：
NNN UUU 321 //额定电压：
额定容量：
100/50/100,50/100/100,100/100/100三侧容量比：
11 jXR ?
mm jBG ?
22 jXR ?
33 jXR ?
三绕组变压器等效电路
计算与双绕组一样
NN UUk 2112 ?
NN UUk 3113 ?
变比：
11 jXR ?
mm jBG ?
22 jXR ?
33 jXR ?
励磁支路：
三绕组变压器等效电路 ? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
2132313
3132212
3231211
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
PPPP
PPPP
PPPP
各绕组短路损耗：
三绕组变压器等效电路
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
0
0
210
0
320
0
310
0
3
0
0
310
0
320
0
210
0
2
0
0
320
0
310
0
210
0
1
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
UUUU
UUUU
UUUU
各绕组短路电压百分比：
三绕组变压器等效电路
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
2
2
3
3
2
2
2
2
2
2
1
1
1000
1000
1000
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UP
R
S
UP
R
S
UP
R
各绕组电阻：
三绕组变压器等效电路
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UU
X
S
UU
X
S
UU
X
2
0
0
3
3
2
0
0
2
2
2
0
0
1
1
100
100
100
各绕组电抗：
注：
2.在计算阻抗前必须先将所有短路试验数据
折算至统一的额定容量下。
1.升压变压器低压侧绕组，降压变压器中
压侧绕组的等效漏抗很小或为负值。
例 2-4
有一三绕组变压器，其铭牌参数为：
求其归算到高压侧的等效电路。
8.2%;22;4.20%;7.5%;15.13%;263;178;560;11/5.38/220//;50/100/100;90
00
313221
313221
321
??
???
???
?
??
???
???
IkWP
uuu
kWPkWPkWP
kVUUU
AMVS
sss
sss
NNN
N
已折算
未折算
容量比为
自耦变压器
对于三绕组自耦变压器，额定容量之比一般为
100/50/100，所以计算参数时需先折算。
2.1.3 同步发电机
1,稳态运行参数和数学模型
2,电磁暂态过程参数和数学模型
3,机电暂态过程参数和数学模型
稳态运行参数及数学模型
dqdqq IxxjIjxrUE ???? )()( ??????
：直轴电抗；,交轴电抗 。dx
qx
电磁暂态参数
adsd xxx ??
f
ad
d
fsad
fsad
sd x
x
x
xx
xx
xx
2.
??
?
???
机电暂态参数
QSaq
QSaq
sq
Dsfsad
sd
xx
xx
xx
xxx
xx
?
????
??
????
111
1
2.1.4 负荷
? ),fuFP pL ? ? ),fuFQ QL ?
静态负荷模型：
LLL jQPS ??
LLD jXRZ ??
1.恒功率负荷模型：
2.恒阻抗负荷模型：
负荷（有功和无功）随电压和频率变化的稳态
关系。
2.1.5 多电压等级网络等值
多电压等级网络中参数归算
标幺值
例 2-9
近似计算法
示意图：
多电压等级网络中参数归算
（ 1）基本级（基准级）
（ 2）归算原则
（ 3）参数归算方法
（ 4）计算步骤（例 2－ 6）
（ 1）基本级（基准级）
归算各元件参数形成多电压等级电
力网等效电路时指定的某一电压等级。
一般选元件数多的电压等级。
（ 2）归算原则：
变压器参数归算原理
归算前后功率保持不变
功率无需归算
（ 3）参数归算方法：
? ?
? ?
? ?
? ??
?
?
?
?
?
?
?????
??????
?????
??????
n
n
n
n
kkkII
kkkUU
kkkYY
kkkZZ
21
21
2
21
2
21
注：各变压器变比为靠近基准级一侧的电压与靠近需
归算一侧的电压之比。
设某电压等级与基准级之间串联有变比
为 k1,k2,…,kn的 n台变压器，则：
（ 4）计算步骤（例 2－ 6）
1,选取基准级；
2,计算各元件归算前参数；
3,求各串联变压器变比；
4,归算各元件参数到基准级；
5,画出等效电路图。
标幺值
（ 2）标么值定义及表示
（ 1）有名值和标么值
（ 3）基准值选取原则
（ 4）标么值等效电路的计算步骤
（ 5）, 就地归算, 法
（ 6）, 就地归算, 法的计算步骤
（ 1）有名值和标么值
有名值：
具有量纲的实际值
标么值：
无量纲的相对值
（ 2）标么值定义及表示,
基准值
有名值标幺值 ?
标么值表示：
相应符号加一右下标, *” ；
基准值表示：
相应符号加一右下标, B”。
定义：
（ 3）基准值选取原则：
1,基准值的单位要与有名值的单位相同。
2,全系统只能有一套基准值。
3,一般取额定值为基准值。
4,电压、电流、阻抗（导纳）和功率的基
准值之间必须满足电路的基本关系。
（ 3）基准值选取原则：
5,一般选择线电压、线电流和三相功率
为电压、电流、功率的基准值。
6.按照上述要求选择的基准电压、基准
电流、基准功率之间满足以下关系：
B
BBBBBBB YZZIUIUS
1,3,3 ???
（ 3）基准值选取原则：
通常计算中，选定三相功率和线电压基
准值为,和,其余三个由以上关系确
定,则,B
S BU
B
B
B S
UZ 2?
2
B
B
B U
SY ?
B
B
B U
SI
3
?
所以，阻抗、导纳和电流的标幺值为：
2
B
B
U
SZZ ??
B
B
S
UYY 2??
B
B
S
UII 3??
（ 3）基准值选取原则：
实际应用中：
取某一整数，如 100,1000等，单位
为 MV.A；
取基准级的额定电压，单位为 kV。
BS
BU
（ 4）标么值等效电路的计算步骤
（ 例 2－ 7）：
1,求出各元件参数未归算的有名值；
2,将元件参数归算到基准电压级；
3,选取功率和电压的基准值；
4,确定各元件标幺值。
（ 5）, 就地归算, 法
设某元件阻抗的有名值为 Z，该元件所在
电压级与基准级之间串有电压比为ｋ １,ｋ
２ … ｋ ｎ 的ｎ台变压器，该参数在基准级下的
归算值为,取基准电压为基准级额定电
压，
则归算后的标幺值为：
Z?
（ 5）, 就地归算, 法
2
2
21
2
2
21
)(
)(
B
B
n
B
B
B
B
n
B
U
S
Z
kkk
U
S
Z
U
S
kkkZ
Z
Z
Z
?
?
??
??
?
?
?
?
?
各电压级的基准电压值
归算和取标幺值同时进行
基准级的基准值
(6)“就地归算, 法的计算步骤
（例 2－ 8）：
1 选取 和 ；
2 确定各计算级的电压基准值 ；
3 计算各元件未归算时的参数；
4 计算各元件参数标幺值。
BU
BU?
B
B
B
B
B
B
S
UII
S
UYY
U
SZZ ????
?
? ??? 3
2
2
BS
实质,用基准值归算代替元件参数归算
不同基准值下的标幺值之间的换算问题
若某元件以额定参数, 为基准
的标幺值为,则该元件换算到统一基准
值, 下的标幺值为：
? ??NX
BS BU
NS NU
? ? ? ? ? ? ??
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
????? ???
N
B
B
N
N
B
B
N
N
NB S
S
U
U
X
U
S
S
U
XX
2
2
2
近似计算法
前提：
变压器的变比为各电压等级的额定电压平均
值之比，
则：
各电压级的基准电压值就是各自的平均电压，
计算中电压不参与折算 。
例 2-9
???
?
???
??
???
?
???
???
GN
B
B
GN
GG S
S
U
UXX 2
2
2
0
0
22
2
1 00
1 00 0
B
B
TN
TNS
T
B
B
TN
TnS
T
U
S
S
UU
X
U
S
S
UP
R
???
???
?
?
B
B
TN
TN
T
B
B
TN
T
S
U
U
SI
B
S
U
U
P
G
2
2
0
2
2
0
100
1000
0
0
???
??
?
?
1.精确计算（按变压器实际变比计算）：
1）发电机：
2）变压器,
例 2-9
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
21
B
B
L
B
B
L
U
S
lxX
U
S
lrR
3）线路：
4）电抗器：
? ? ? ?
? ? Br a tL
r a tLB
r a tLBL UI
UI
XX
?
?? ?
?
?? )(
例 2-9
GN
B
GG S
SXX ???
2,近似计算法
（变压器变比为各电压等级的额定电压平均
值之比）
1）发电机：
21 0 0 0
TN
BS
T S
SPR ???
TN
BS
T S
SUX ???
1 0 0
00
B
TN
T
B
T
S
SI
B
S
P
G
??
??
?
?
10 0
1
10 00
0
0
0
02）变压器：
例 2-9
? ? ? ?
? ? Br a tL
r a tLB
r a tLBL UI
UI
XX
?
?? ?
?
?? )(
4）电抗器：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
21
B
B
L
B
B
L
U
S
lxX
U
S
lrR
3）线路：
2.2 发电厂及变电所中
的电气设备
2.2.2 高压开关电器
2.2.1 开关电器中的电弧
2.2.3 高压保护电器
2.2.4 高压测量电器
2.2.1 开关电器中的电弧
存在及其危害
电弧形成的物理过程
电弧熄灭
灭弧的基本方法
电弧存在及其危害
存在：
开关开断电压为 20V，电流为 80～ 100mA的电路
时，开关的触头间就会产生电弧。
危害：
电路不能正常开断；
破坏开关触头，引起电器烧毁，形成相间短路；
如电弧不熄灭，使空气急剧膨胀，爆炸；
电弧形成的物理过程
1.强电场发射：
动静触头拉开瞬间，电场强度很大，
当 时，阴极触头表面的
电子便会在强电场作用下被拉出触头表面，
成为自由电子。
mVE /103 6???
电弧形成的物理过程
2.碰撞游离：
发射出来的电子受电场作用，向阳极
触头方向加速运动，与气体中的中性质点
发生碰撞，当电子动能足够大时，使气体
中的中性质点分离为带负电的电子和带正
电的正离子。
电弧形成的物理过程
3.电弧形成：
碰撞游离使触头间充满了高速运动的
带电质点，触头间隙的绝缘越来越低，最
后被触头间电压击穿，形成电弧。
电弧形成的物理过程
4.电弧特点：
温度高； （中心区温度,表面 ）
弧柱区电场强度低； （ ）
电流密度大。
mV /200~10
Co10000 Co4 0 0 0~3 0 0 0
电弧形成的物理过程
5.热游离（电弧维持）：
受电弧高温作用，分子热运动加速，
处在弧隙中的中性质点获得能量而分离成
带负电子的电子和带正电的正离子。
电弧形成的物理过程
6.去游离
运动中的正离子和负离子相互吸引接触，交换
多余的电子，形成中性质点。
① 复合：
弧柱区中带电质点从离子浓度高的弧柱区逸出，
进入浓度低的弧柱周围介质中。
② 扩散：
电弧形成的物理过程
游离 > 去游离 电弧剧烈
游离 < 去游离 电弧趋弱
游离、去游离平衡 电弧稳定燃烧
要熄灭电弧，就要减弱游离过程，加强去
游离过程。
电弧熄灭
不易熄灭，交流高压开关不能用于直流电路开断。
1.直流：
电弧熄灭
利用电流自然过零的机会，加强去游离，熄
灭电弧。
2.交流：
电弧熄灭
弧隙介质绝缘性能的恢复过程中，弧隙所承
受而不致使弧隙击穿重燃电弧的临界电压。
3.弧隙介质击穿电压（介质强度）,dsU
电弧熄灭
弧电流经过零值后，至电弧重燃前，外电路
加到触头间隙的电压。
4.触头间隙恢复电压,resU
电弧熄灭
5.熄灭电弧条件：
)()( tr e stds UU ?
灭弧的基本方法
1.利用气体（液体）吹弧
2.多断口灭弧
3.利用介质灭弧
4.迅速拉长电弧
5.低压电器中，将电弧分为多个串联的短电
弧（金属灭弧栅）。
2.2.2 高压开关电器
高压断路器
隔离开关
熔断器
高压断路器
功能 (有完善的灭弧装置）：
正常情况，接通或断开电路。
故障情况，迅速断开电路。
高压断路器
类型：
安装地点：户内式、户外式。
灭弧方式或介质：
油断路器
压缩空气断路器
SF6断路器
真空断路器
高压断路器
主要技术参数：
额定电压，额定电流；
额定开断电流、额定断流容量；
热稳定电流；
动稳定电流；
额定短路闭合电流；
动作时间 （开断时间，分闸时间，燃弧时间；
合－分时间，合闸时间，闭合时间）
高压断路器
型号：
S N10 — 10/600— 350
种
类
地
点
设
计
序
号
额
定
电
压
(kV)
额
定
电
流
(A)
额定
开断
短路
容量
(MVA)
S（少油）,D（多油）,K（压缩空气），
Z（真空）,L（ SF6）
N（户内）,W（户外）
高压断路器
基本结构：
电路通断元件
断路器基座
绝
缘
支
撑
元
件
中
间
传
动
机
构 操动
机
构
接线端子、导电杆、
触头、灭弧室
油断路器
多油断路器：
油是灭弧介质，又是绝缘介质。
少油断路器：
油是灭弧介质，绝缘采用瓷瓶。
少油断路器
户内主要用于 6～ 35kV的配电装置 ;
户外主要用于 35kV以上的配电装置。
110kV 220kV 330kV
灭弧室
支持瓷套
压缩空气断路器
以压缩空气为灭弧、绝缘介质；
动作速度快，灭弧能力强，但结构复杂，噪声大；
主要用于 330kV及以上电压等级；
逐渐被 SF6断路器代替。
真空断路器
利用真空作为灭弧介质；
灭弧速度快，触头材料不易氧化；
主要用于 35kV及以下电压等级；
SF6断路器
SF6：无色、无味、无毒、非燃烧性；
灭弧性能及绝缘性能优越；
灭弧速度快，开断能力强，安全可靠，无火灾；
工艺要求高，造价高；
得到越来越多的应用，特别是全封闭组合电器。
隔离开关
功能 (没有的灭弧装置）：
隔离电压，保证高压电气装置检修工作的安全。
与断路器配合完成, 倒闸, 操作。
注,不能接通或断开正常负荷电流，更不能断开短路电
流，否则会发生, 带负荷拉刀闸, 事故。
危险！
熔断器
功能：
金属熔件；
短路，过负荷；
3～ 35kV小容量配电回路中,RN1型；
3～ 35kV电压互感器回路,RN2型。
2.2.3 高压测量电器
电流互感器
电压互感器
电压互感器
功能：
将一次系统的高电压变成 或
的低电压；
与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和
工作人员的安全。
V100 V3/100
电压互感器
特点：
工作原理与降压变压器相似；
一次绕组匝数很多，二次绕组匝数少；
近于空载状态下运行。
电压互感器
注意事项：
二次侧不允许短路；
二次侧必须有一端接地；
注意连接的极性。
电流互感器
功能：
将一次系统的大电流变成 5A 或 1A的小电流；
与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和
工作人员的安全。
电流互感器
特点：
工作原理与升压变压器相似；
一次绕组匝数很少，二次绕组匝数多；
近于短路状态下运行。
电流互感器
注意事项：
二次侧不允许开路；
二次侧必须有一端接地；
注意连接的极性。
避雷器
功能：
电气设备的防雷保护。
原理：
与被保护电气设备并联，放电电压低于被
保护设备耐压值，有雷电波侵入时，首先对避
雷器对地放电，从而保护设备。
2.3 发电厂及变电所
电气主接线
2.3.2 基本要求
2.3.1 概述
2.3.3 有母线接线
2.3.4 无母线接线
2.3.1 概述
一次接线：
将电气一次设备（与发、输、供、用电直
接有关的电气设备）按一定顺序联接起来的电路图，
常称为, 主接线, 。
二次接线：
表明二次设备（为了保障电力装置的安全、
经济运行及操作方便而装设的辅助设备）相互联接
的电力接线图。
2.3.1 概述
电气接线划分：
发电厂电气主接线
发电机出口 发电厂升压站出线侧
变电所电气主接线
变电所一次进线 二次电压出线
电力网的电气接线
2.3.2 基本要求
1.可靠；
2.灵活；
3.经济；
4.安全；
5.便于发展与扩建 。
2.3.3 有母线接线
1.单母线接线
2.双母线接线
母线（, 汇流排, ）：
电源与线路之间的中间环节
汇集和分配电能
1.单母线接线
配电装置中只设
一组母线。
1.单母线接线
接通、切换负荷电流
断路器的作用
切断故障短路电流
1.单母线接线
隔离开关的作用
隔离开关的配置
隔离电压，使停
电设备和带电设备隔
离，保证运行人员和
设备工作的安全。
1.单母线接线
断路器与隔离
开关的操作程序：
先合隔离开关，
后合断路器；
先断开断路器，
后断开隔离开关。
1.单母线接线
特点：
接线简单清晰；
设备少, 投资低；
运行操作方便 。
可靠性、灵活性低，
有全厂（全所）停电
的可能。
单母线分段接线
特点：
可母线并列运行, 也
可母线分段运行；
母线故障时的停电范
围缩小, 可靠性高于单母
线接线 。
分段开关
单母线带旁路接线
旁路母线 W2
正常运行时不带电
旁路断路器 QF2
正常运行时断开
作用：
当某出线回路的断路器
需要检修时，可利用旁路母
线和旁路断路器，使该回路
不中断供电。
单母线带旁路接线
线路断路器检修时的
操作 （ 例图中 L3线路断路器
QF1）,
合 QF2两侧隔离开关
合 QF2
合 QS3
断 QF1
拉开 QF1两侧隔离开关。
单母线带旁路接线
特点：
旁路断路器只能代替一台线路断路器运行。
可靠行增强，但设备投资和占地增大。
35kV系统有 8回以上出线,110kV系统有 6回
以上出线,220kV系统有 4回以上出线，才考虑加
设旁路母线。
2.双母线接线
两组母线：
工作母线 W1
备用母线 W2
母联短路器 QF
2.双母线接线
两种正常运行方式：
一组母线工作，为“正
母”，
另一组母线停电备用，为“备
母”；
二组母线同时工作，电源
与负荷进行合理分配，通过一
组隔离开关固接在一定的母线
上。
双母线接线特点
1） 检修任一母线时, 不会中断供电 。
闭合 QF两侧的隔离开关
闭合 QF
闭合各回路备用母线侧
隔离开关
断开各回路工作母线侧
隔离开关。
如欲检修母线 W2时的操作
（倒排操作）：
双母线接线特点
2） 检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开
该回路。
3） 工作母线发生故障时，可迅速恢复供电。
4） 方便试验：任一回路试验时，只需把此回路
单独切换至备用母线。
双母线接线特点
5） 任一回路断路器检修时, 可用母联断路器代
替其工作 。 操作过程：
断开 L1线路断路器 QF1，并
断开两侧的隔离开关 QS1,QS3，
拆除 QF1上的接线。
在拆除 QF1的缺口处连接一临
时跨条。
闭合 QS2,QS3。
闭合隔离开关 QS5,QS6。
闭合母线联络断路器。
一个半断路器接线
2.3.4 无母线类接线
1.桥形接线
内桥接线
外桥形接线
2.单元接线
1.桥形接线
内桥接线
适合于线路长，线路
故障率高，而变压器不需
要经常操作的场合。
外桥接线
适合于输电距离短，线
路故障机会较少，而变压
器需要经常操作的场合。
单元接线
2.1 电力系统元件及其参数
2.2 发电厂及变电所中的电气设备
2.3 发电厂及变电所电气主接线
2.1 电力系统元件及其参数
输电线路
电力变压器
同步发电机
负荷
多电压等级网络等值
电力系统分析计算的一般过程
数学模型：元件或整个系统物理模型的数学描述。
建立数学模型 电力系统
运行状态
元件参数
等值电路
元件参数：表述元件电气特征的参量；
2.1.1 输电线路
单位长度基本参数
输电线路的等效电路
单位长度基本参数
决定有功功率损耗和电能损耗。
通过交流电流时，在导线及其周围产生交
变磁场。
)/(1 kmr ?
)/(1 kmx ?
串联参数
单位长度基本参数
)/(1 kmsg
)/(1 kmsb
绝缘子表面泄漏损耗和导线电晕损耗。
输电线相间及相对地之间的电容。
并联参数
输电线路的等效电路
1,II型和 T型等效电路
分布参数
集中参数
2.一字型等效电路
II型和 T型等效电路
?
?
?
????
????
ljblgjBGY
ljxlrjXRZ
11
11
架空线路 100～ 300km,电缆线路 0~100km 。
Z
2Y 2Y
2Z 2Z
Y
一字型等效电路
忽略并联电容，只考虑串联阻抗。
长度小于 100km的架空线路。
Z
ljxlrjXRZ 11 ????
例 2.1
一架空线路，长度为 150km，单位长度参数
分别为：
求其等效电路。
kmSb
kmx
kmr
/1081.2;/406.0;/08.0
6
1
1
1
???
??
??
2.1.2 电力变压器
铭牌参数
双绕组变压器等效电路
三绕组变压器等效电路
自耦变压器
铭牌参数
额定容量
额定电压
短路损耗
短路电压百分比
空载损耗
空载电流百分比
)( AMVS N ?
)(kVU N
)(kWPs
%sU
)(0 kWP
%0I
双绕组变压器等效电路
NNN UUS 21 /,
%,ss UP
%,00 IP
短路试验：
空载试验：
jXR ?
mm jBG ?
jXR ?
双绕组变压器等效电路
2
2
1000 N
Ns
S
UPR ??
N
Ns
S
UuX 2
100
% ??
NN UUk 21?
阻抗支路：
变比：
jXR ?
mm jBG ?
双绕组变压器等效电路
3
2
0 10 ???
N
m U
PG
2
0
100
%
N
N
m U
SIB ??
励磁支路：
jXR ?
mm jBG ?
例 2-3
某 110kV变电所有一台降压变压器，其铭牌
参数为：
求其归算到高压侧的等效电路。
8.2%;22;5.10%;135;11/110/;20
00
21
??
??
???
IkWP
ukWP
kVUUAMVS
ss
NNN
三绕组变压器等效电路
NS
%%,%,;,,323121323121 ?????? ssssss UUUPPP
%,00 IP
短路试验：
空载试验：
NNN UUU 321 //额定电压：
额定容量：
100/50/100,50/100/100,100/100/100三侧容量比：
11 jXR ?
mm jBG ?
22 jXR ?
33 jXR ?
三绕组变压器等效电路
计算与双绕组一样
NN UUk 2112 ?
NN UUk 3113 ?
变比：
11 jXR ?
mm jBG ?
22 jXR ?
33 jXR ?
励磁支路：
三绕组变压器等效电路 ? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
2132313
3132212
3231211
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
PPPP
PPPP
PPPP
各绕组短路损耗：
三绕组变压器等效电路
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
0
0
210
0
320
0
310
0
3
0
0
310
0
320
0
210
0
2
0
0
320
0
310
0
210
0
1
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
UUUU
UUUU
UUUU
各绕组短路电压百分比：
三绕组变压器等效电路
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
2
2
3
3
2
2
2
2
2
2
1
1
1000
1000
1000
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UP
R
S
UP
R
S
UP
R
各绕组电阻：
三绕组变压器等效电路
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UU
X
S
UU
X
S
UU
X
2
0
0
3
3
2
0
0
2
2
2
0
0
1
1
100
100
100
各绕组电抗：
注：
2.在计算阻抗前必须先将所有短路试验数据
折算至统一的额定容量下。
1.升压变压器低压侧绕组，降压变压器中
压侧绕组的等效漏抗很小或为负值。
例 2-4
有一三绕组变压器，其铭牌参数为：
求其归算到高压侧的等效电路。
8.2%;22;4.20%;7.5%;15.13%;263;178;560;11/5.38/220//;50/100/100;90
00
313221
313221
321
??
???
???
?
??
???
???
IkWP
uuu
kWPkWPkWP
kVUUU
AMVS
sss
sss
NNN
N
已折算
未折算
容量比为
自耦变压器
对于三绕组自耦变压器，额定容量之比一般为
100/50/100，所以计算参数时需先折算。
2.1.3 同步发电机
1,稳态运行参数和数学模型
2,电磁暂态过程参数和数学模型
3,机电暂态过程参数和数学模型
稳态运行参数及数学模型
dqdqq IxxjIjxrUE ???? )()( ??????
：直轴电抗；,交轴电抗 。dx
qx
电磁暂态参数
adsd xxx ??
f
ad
d
fsad
fsad
sd x
x
x
xx
xx
xx
2.
??
?
???
机电暂态参数
QSaq
QSaq
sq
Dsfsad
sd
xx
xx
xx
xxx
xx
?
????
??
????
111
1
2.1.4 负荷
? ),fuFP pL ? ? ),fuFQ QL ?
静态负荷模型：
LLL jQPS ??
LLD jXRZ ??
1.恒功率负荷模型：
2.恒阻抗负荷模型：
负荷（有功和无功）随电压和频率变化的稳态
关系。
2.1.5 多电压等级网络等值
多电压等级网络中参数归算
标幺值
例 2-9
近似计算法
示意图：
多电压等级网络中参数归算
（ 1）基本级（基准级）
（ 2）归算原则
（ 3）参数归算方法
（ 4）计算步骤（例 2－ 6）
（ 1）基本级（基准级）
归算各元件参数形成多电压等级电
力网等效电路时指定的某一电压等级。
一般选元件数多的电压等级。
（ 2）归算原则：
变压器参数归算原理
归算前后功率保持不变
功率无需归算
（ 3）参数归算方法：
? ?
? ?
? ?
? ??
?
?
?
?
?
?
?????
??????
?????
??????
n
n
n
n
kkkII
kkkUU
kkkYY
kkkZZ
21
21
2
21
2
21
注：各变压器变比为靠近基准级一侧的电压与靠近需
归算一侧的电压之比。
设某电压等级与基准级之间串联有变比
为 k1,k2,…,kn的 n台变压器，则：
（ 4）计算步骤（例 2－ 6）
1,选取基准级；
2,计算各元件归算前参数；
3,求各串联变压器变比；
4,归算各元件参数到基准级；
5,画出等效电路图。
标幺值
（ 2）标么值定义及表示
（ 1）有名值和标么值
（ 3）基准值选取原则
（ 4）标么值等效电路的计算步骤
（ 5）, 就地归算, 法
（ 6）, 就地归算, 法的计算步骤
（ 1）有名值和标么值
有名值：
具有量纲的实际值
标么值：
无量纲的相对值
（ 2）标么值定义及表示,
基准值
有名值标幺值 ?
标么值表示：
相应符号加一右下标, *” ；
基准值表示：
相应符号加一右下标, B”。
定义：
（ 3）基准值选取原则：
1,基准值的单位要与有名值的单位相同。
2,全系统只能有一套基准值。
3,一般取额定值为基准值。
4,电压、电流、阻抗（导纳）和功率的基
准值之间必须满足电路的基本关系。
（ 3）基准值选取原则：
5,一般选择线电压、线电流和三相功率
为电压、电流、功率的基准值。
6.按照上述要求选择的基准电压、基准
电流、基准功率之间满足以下关系：
B
BBBBBBB YZZIUIUS
1,3,3 ???
（ 3）基准值选取原则：
通常计算中，选定三相功率和线电压基
准值为,和,其余三个由以上关系确
定,则,B
S BU
B
B
B S
UZ 2?
2
B
B
B U
SY ?
B
B
B U
SI
3
?
所以，阻抗、导纳和电流的标幺值为：
2
B
B
U
SZZ ??
B
B
S
UYY 2??
B
B
S
UII 3??
（ 3）基准值选取原则：
实际应用中：
取某一整数，如 100,1000等，单位
为 MV.A；
取基准级的额定电压，单位为 kV。
BS
BU
（ 4）标么值等效电路的计算步骤
（ 例 2－ 7）：
1,求出各元件参数未归算的有名值；
2,将元件参数归算到基准电压级；
3,选取功率和电压的基准值；
4,确定各元件标幺值。
（ 5）, 就地归算, 法
设某元件阻抗的有名值为 Z，该元件所在
电压级与基准级之间串有电压比为ｋ １,ｋ
２ … ｋ ｎ 的ｎ台变压器，该参数在基准级下的
归算值为,取基准电压为基准级额定电
压，
则归算后的标幺值为：
Z?
（ 5）, 就地归算, 法
2
2
21
2
2
21
)(
)(
B
B
n
B
B
B
B
n
B
U
S
Z
kkk
U
S
Z
U
S
kkkZ
Z
Z
Z
?
?
??
??
?
?
?
?
?
各电压级的基准电压值
归算和取标幺值同时进行
基准级的基准值
(6)“就地归算, 法的计算步骤
（例 2－ 8）：
1 选取 和 ；
2 确定各计算级的电压基准值 ；
3 计算各元件未归算时的参数；
4 计算各元件参数标幺值。
BU
BU?
B
B
B
B
B
B
S
UII
S
UYY
U
SZZ ????
?
? ??? 3
2
2
BS
实质,用基准值归算代替元件参数归算
不同基准值下的标幺值之间的换算问题
若某元件以额定参数, 为基准
的标幺值为,则该元件换算到统一基准
值, 下的标幺值为：
? ??NX
BS BU
NS NU
? ? ? ? ? ? ??
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
????? ???
N
B
B
N
N
B
B
N
N
NB S
S
U
U
X
U
S
S
U
XX
2
2
2
近似计算法
前提：
变压器的变比为各电压等级的额定电压平均
值之比，
则：
各电压级的基准电压值就是各自的平均电压，
计算中电压不参与折算 。
例 2-9
???
?
???
??
???
?
???
???
GN
B
B
GN
GG S
S
U
UXX 2
2
2
0
0
22
2
1 00
1 00 0
B
B
TN
TNS
T
B
B
TN
TnS
T
U
S
S
UU
X
U
S
S
UP
R
???
???
?
?
B
B
TN
TN
T
B
B
TN
T
S
U
U
SI
B
S
U
U
P
G
2
2
0
2
2
0
100
1000
0
0
???
??
?
?
1.精确计算（按变压器实际变比计算）：
1）发电机：
2）变压器,
例 2-9
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
21
B
B
L
B
B
L
U
S
lxX
U
S
lrR
3）线路：
4）电抗器：
? ? ? ?
? ? Br a tL
r a tLB
r a tLBL UI
UI
XX
?
?? ?
?
?? )(
例 2-9
GN
B
GG S
SXX ???
2,近似计算法
（变压器变比为各电压等级的额定电压平均
值之比）
1）发电机：
21 0 0 0
TN
BS
T S
SPR ???
TN
BS
T S
SUX ???
1 0 0
00
B
TN
T
B
T
S
SI
B
S
P
G
??
??
?
?
10 0
1
10 00
0
0
0
02）变压器：
例 2-9
? ? ? ?
? ? Br a tL
r a tLB
r a tLBL UI
UI
XX
?
?? ?
?
?? )(
4）电抗器：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
21
B
B
L
B
B
L
U
S
lxX
U
S
lrR
3）线路：
2.2 发电厂及变电所中
的电气设备
2.2.2 高压开关电器
2.2.1 开关电器中的电弧
2.2.3 高压保护电器
2.2.4 高压测量电器
2.2.1 开关电器中的电弧
存在及其危害
电弧形成的物理过程
电弧熄灭
灭弧的基本方法
电弧存在及其危害
存在：
开关开断电压为 20V，电流为 80～ 100mA的电路
时，开关的触头间就会产生电弧。
危害：
电路不能正常开断；
破坏开关触头，引起电器烧毁，形成相间短路；
如电弧不熄灭，使空气急剧膨胀，爆炸；
电弧形成的物理过程
1.强电场发射：
动静触头拉开瞬间，电场强度很大，
当 时，阴极触头表面的
电子便会在强电场作用下被拉出触头表面，
成为自由电子。
mVE /103 6???
电弧形成的物理过程
2.碰撞游离：
发射出来的电子受电场作用，向阳极
触头方向加速运动，与气体中的中性质点
发生碰撞，当电子动能足够大时，使气体
中的中性质点分离为带负电的电子和带正
电的正离子。
电弧形成的物理过程
3.电弧形成：
碰撞游离使触头间充满了高速运动的
带电质点，触头间隙的绝缘越来越低，最
后被触头间电压击穿，形成电弧。
电弧形成的物理过程
4.电弧特点：
温度高； （中心区温度,表面 ）
弧柱区电场强度低； （ ）
电流密度大。
mV /200~10
Co10000 Co4 0 0 0~3 0 0 0
电弧形成的物理过程
5.热游离（电弧维持）：
受电弧高温作用，分子热运动加速，
处在弧隙中的中性质点获得能量而分离成
带负电子的电子和带正电的正离子。
电弧形成的物理过程
6.去游离
运动中的正离子和负离子相互吸引接触，交换
多余的电子，形成中性质点。
① 复合：
弧柱区中带电质点从离子浓度高的弧柱区逸出，
进入浓度低的弧柱周围介质中。
② 扩散：
电弧形成的物理过程
游离 > 去游离 电弧剧烈
游离 < 去游离 电弧趋弱
游离、去游离平衡 电弧稳定燃烧
要熄灭电弧，就要减弱游离过程，加强去
游离过程。
电弧熄灭
不易熄灭，交流高压开关不能用于直流电路开断。
1.直流：
电弧熄灭
利用电流自然过零的机会，加强去游离，熄
灭电弧。
2.交流：
电弧熄灭
弧隙介质绝缘性能的恢复过程中，弧隙所承
受而不致使弧隙击穿重燃电弧的临界电压。
3.弧隙介质击穿电压（介质强度）,dsU
电弧熄灭
弧电流经过零值后，至电弧重燃前，外电路
加到触头间隙的电压。
4.触头间隙恢复电压,resU
电弧熄灭
5.熄灭电弧条件：
)()( tr e stds UU ?
灭弧的基本方法
1.利用气体（液体）吹弧
2.多断口灭弧
3.利用介质灭弧
4.迅速拉长电弧
5.低压电器中，将电弧分为多个串联的短电
弧（金属灭弧栅）。
2.2.2 高压开关电器
高压断路器
隔离开关
熔断器
高压断路器
功能 (有完善的灭弧装置）：
正常情况，接通或断开电路。
故障情况，迅速断开电路。
高压断路器
类型：
安装地点：户内式、户外式。
灭弧方式或介质：
油断路器
压缩空气断路器
SF6断路器
真空断路器
高压断路器
主要技术参数：
额定电压，额定电流；
额定开断电流、额定断流容量；
热稳定电流；
动稳定电流；
额定短路闭合电流；
动作时间 （开断时间，分闸时间，燃弧时间；
合－分时间，合闸时间，闭合时间）
高压断路器
型号：
S N10 — 10/600— 350
种
类
地
点
设
计
序
号
额
定
电
压
(kV)
额
定
电
流
(A)
额定
开断
短路
容量
(MVA)
S（少油）,D（多油）,K（压缩空气），
Z（真空）,L（ SF6）
N（户内）,W（户外）
高压断路器
基本结构：
电路通断元件
断路器基座
绝
缘
支
撑
元
件
中
间
传
动
机
构 操动
机
构
接线端子、导电杆、
触头、灭弧室
油断路器
多油断路器：
油是灭弧介质，又是绝缘介质。
少油断路器：
油是灭弧介质，绝缘采用瓷瓶。
少油断路器
户内主要用于 6～ 35kV的配电装置 ;
户外主要用于 35kV以上的配电装置。
110kV 220kV 330kV
灭弧室
支持瓷套
压缩空气断路器
以压缩空气为灭弧、绝缘介质；
动作速度快，灭弧能力强，但结构复杂，噪声大；
主要用于 330kV及以上电压等级；
逐渐被 SF6断路器代替。
真空断路器
利用真空作为灭弧介质；
灭弧速度快，触头材料不易氧化；
主要用于 35kV及以下电压等级；
SF6断路器
SF6：无色、无味、无毒、非燃烧性；
灭弧性能及绝缘性能优越；
灭弧速度快，开断能力强，安全可靠，无火灾；
工艺要求高，造价高；
得到越来越多的应用，特别是全封闭组合电器。
隔离开关
功能 (没有的灭弧装置）：
隔离电压，保证高压电气装置检修工作的安全。
与断路器配合完成, 倒闸, 操作。
注,不能接通或断开正常负荷电流，更不能断开短路电
流，否则会发生, 带负荷拉刀闸, 事故。
危险！
熔断器
功能：
金属熔件；
短路，过负荷；
3～ 35kV小容量配电回路中,RN1型；
3～ 35kV电压互感器回路,RN2型。
2.2.3 高压测量电器
电流互感器
电压互感器
电压互感器
功能：
将一次系统的高电压变成 或
的低电压；
与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和
工作人员的安全。
V100 V3/100
电压互感器
特点：
工作原理与降压变压器相似；
一次绕组匝数很多，二次绕组匝数少；
近于空载状态下运行。
电压互感器
注意事项：
二次侧不允许短路；
二次侧必须有一端接地；
注意连接的极性。
电流互感器
功能：
将一次系统的大电流变成 5A 或 1A的小电流；
与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和
工作人员的安全。
电流互感器
特点：
工作原理与升压变压器相似；
一次绕组匝数很少，二次绕组匝数多；
近于短路状态下运行。
电流互感器
注意事项：
二次侧不允许开路；
二次侧必须有一端接地；
注意连接的极性。
避雷器
功能：
电气设备的防雷保护。
原理：
与被保护电气设备并联，放电电压低于被
保护设备耐压值，有雷电波侵入时，首先对避
雷器对地放电，从而保护设备。
2.3 发电厂及变电所
电气主接线
2.3.2 基本要求
2.3.1 概述
2.3.3 有母线接线
2.3.4 无母线接线
2.3.1 概述
一次接线：
将电气一次设备（与发、输、供、用电直
接有关的电气设备）按一定顺序联接起来的电路图，
常称为, 主接线, 。
二次接线：
表明二次设备（为了保障电力装置的安全、
经济运行及操作方便而装设的辅助设备）相互联接
的电力接线图。
2.3.1 概述
电气接线划分：
发电厂电气主接线
发电机出口 发电厂升压站出线侧
变电所电气主接线
变电所一次进线 二次电压出线
电力网的电气接线
2.3.2 基本要求
1.可靠；
2.灵活；
3.经济；
4.安全；
5.便于发展与扩建 。
2.3.3 有母线接线
1.单母线接线
2.双母线接线
母线（, 汇流排, ）：
电源与线路之间的中间环节
汇集和分配电能
1.单母线接线
配电装置中只设
一组母线。
1.单母线接线
接通、切换负荷电流
断路器的作用
切断故障短路电流
1.单母线接线
隔离开关的作用
隔离开关的配置
隔离电压，使停
电设备和带电设备隔
离，保证运行人员和
设备工作的安全。
1.单母线接线
断路器与隔离
开关的操作程序：
先合隔离开关，
后合断路器；
先断开断路器，
后断开隔离开关。
1.单母线接线
特点：
接线简单清晰；
设备少, 投资低；
运行操作方便 。
可靠性、灵活性低，
有全厂（全所）停电
的可能。
单母线分段接线
特点：
可母线并列运行, 也
可母线分段运行；
母线故障时的停电范
围缩小, 可靠性高于单母
线接线 。
分段开关
单母线带旁路接线
旁路母线 W2
正常运行时不带电
旁路断路器 QF2
正常运行时断开
作用：
当某出线回路的断路器
需要检修时，可利用旁路母
线和旁路断路器，使该回路
不中断供电。
单母线带旁路接线
线路断路器检修时的
操作 （ 例图中 L3线路断路器
QF1）,
合 QF2两侧隔离开关
合 QF2
合 QS3
断 QF1
拉开 QF1两侧隔离开关。
单母线带旁路接线
特点：
旁路断路器只能代替一台线路断路器运行。
可靠行增强，但设备投资和占地增大。
35kV系统有 8回以上出线,110kV系统有 6回
以上出线,220kV系统有 4回以上出线，才考虑加
设旁路母线。
2.双母线接线
两组母线：
工作母线 W1
备用母线 W2
母联短路器 QF
2.双母线接线
两种正常运行方式：
一组母线工作，为“正
母”，
另一组母线停电备用，为“备
母”；
二组母线同时工作，电源
与负荷进行合理分配，通过一
组隔离开关固接在一定的母线
上。
双母线接线特点
1） 检修任一母线时, 不会中断供电 。
闭合 QF两侧的隔离开关
闭合 QF
闭合各回路备用母线侧
隔离开关
断开各回路工作母线侧
隔离开关。
如欲检修母线 W2时的操作
（倒排操作）：
双母线接线特点
2） 检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开
该回路。
3） 工作母线发生故障时，可迅速恢复供电。
4） 方便试验：任一回路试验时，只需把此回路
单独切换至备用母线。
双母线接线特点
5） 任一回路断路器检修时, 可用母联断路器代
替其工作 。 操作过程：
断开 L1线路断路器 QF1，并
断开两侧的隔离开关 QS1,QS3，
拆除 QF1上的接线。
在拆除 QF1的缺口处连接一临
时跨条。
闭合 QS2,QS3。
闭合隔离开关 QS5,QS6。
闭合母线联络断路器。
一个半断路器接线
2.3.4 无母线类接线
1.桥形接线
内桥接线
外桥形接线
2.单元接线
1.桥形接线
内桥接线
适合于线路长，线路
故障率高，而变压器不需
要经常操作的场合。
外桥接线
适合于输电距离短，线
路故障机会较少，而变压
器需要经常操作的场合。
单元接线
