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第1章 电力工程概述 1

1.1 电力系统概述 1

1.1.1 电力系统的组成 1

1.1.2 电力系统及其运行的主要特点 2

1.1.3 对电力系统运行的基本要求 3

1.1.4 电力系统的电压等级与额定电压 4

1.2 电力工业发展概述 6

1.2.1 早期的直流电力系统 6

1.2.2 早期的交流电力系统 7

1.2.3 近代电力系统的发展 8

1.2.4 当今电力工业的发展趋势 10

1.2.5 我国电力工业发展概述 11

1.3 特高压输电 12

1.3.1 国外特高压发展概况 13

1.3.2 我国发展特高压输电的适用场合 14

1.4 发电厂的类型 16

1.4.1 火电厂 16

1.4.2 水电厂 17

1.4.3 核电厂 20

1.5 变电所类型 21

1.5.1 枢纽变电所 22

1.5.2 中间变电所 22

1.5.3 地区变电所 22

1.5.4 终端变电所 22

习题1　 23

第一部分 发变电站一次系统 24

第2章　电气设备的原理和选择 24

2.1 概述 24

2.1.1 一次设备 24

2.1.2 二次设备 24

2.1.3 导体的发热和电动力 25

2.1.4 电气设备选择的一般条件 25

2.2 高压断路器和隔离开关 27

2.2.1 电弧问题 28

2.2.2 高压断路器的选择 29

2.2.3 隔离开关的选择 31

2.3 互感器 31

2.3.1 电磁式电流互感器 32

2.3.2 电磁式电压互感器 35

2.4 敞露母线 37

2.4.1 母线的材料、截面形状、布置方式 37

2.4.2 母线截面选择 38

2.4.3 电晕电压校验 39

2.4.4 按短路条件校验母线热稳定 39

2.4.5 硬母线的动稳定校验 40

2.4.6 硬导体的共振校验 40

2.5 限流电抗器 40

2.5.1 额定电压和额定电流的选择 40

2.5.2 电抗百分数的选择 41

2.5.3 热稳定和动稳定校验 41

2.6 高压熔断器 43

2.6.1 熔断器工作原理 43

2.6.2 高压熔断器的选择 43

习题2 44

第3章 电气主接线 45

3.1 概述 45

3.1.1 电气主接线的概念及其重要性 45

3.1.2 电气主接线的基本要求 45

3.1.3 倒闸操作的基本原则 46

3.2 电气主接线的基本形式 47

3.2.1 单母线接线 47

3.2.2 单母线分段接线 48

3.2.3 单母线带旁路母线接线 48

3.2.4 双母线接线 50

3.2.5 母线分段接线 51

3.2.6 带旁路母线的双母线接线 52

3.2.7 一台半断路器及1 1/3台断路器接线 53

3.2.8 变压器—母线组接线 54

3.2.9 单元接线 55

3.2.10 桥形接线 56

3.2.11 角形接线 57

3.3 电气主接线实例 58

3.3.1 火力发电厂电气主接线 58

3.3.2 水力发电厂电气主接线 60

3.3.3 变电所电气主接线 62

习题3 63

第4章 厂用电及其接线 65

4.1 概述 65

4.1.1 厂用电 65

4.1.2 厂用电负荷分类 65

4.2 厂用电接线的设计原则和接线形式 66

4.2.1 厂用电接线的基本要求 66

4.2.2 厂用电电压等级的确定 66

4.2.3 厂用电源 67

4.2.4 厂用电接线形式 69

4.3 不同类型的发电厂（变电所）接线实例 70

4.3.1 火电厂厂用电接线举例 70

4.3.2 水电厂厂用电接线举例 73

4.3.3 变电所的所用电接线举例 74

习题4 75

第5章 配电装置 76

5.1 概述 76

5.1.1 配电装置的分类 76

5.1.2 配电装置的电小安全净距 77

5.1.3 配电装置的基本要求 80

5.1.4 配电装置设计的基本步骤 80

5.2 屋内配电装置 80

5.2.1 屋内配电装置概述 80

5.2.2 屋内配电装置实例 81

5.3 屋外配电装置 82

5.3.1 屋外配电装置概述 82

5.3.2 屋外配电装置实例 83

5.4 发电厂和变电所电气部分的总体布置 86

5.4.1 火力发电厂 86

5.4.2 水力发电厂 87

5.4.3 变电所电气设施的平面布置 87

习题5 88

第二部分 电力系统继电保护 89

第6章 电力系统继电保护基本知识 89

6.1 继电保护的作用 89

6.1.1 电力系统的状态 89

6.1.2 继电保护的作用与任务 90

6.2 继电保护的基本原理与构成 91

6.2.1 继电保护的基本原理 91

6.2.2 继电保护的构成 92

6.2.3 继电保护的工作回路 92

6.2.4 继电保护装置的发展过程 93

6.3 电力系统对继电保护的基本要求 93

6.3.1 选择性 94

6.3.2 速动性 94

6.3.3 灵敏性 94

6.3.4 可靠性 96

习题6 96

第7章 电网相间短路的电流保护 97

7.1 单侧电源网络相间短路的阶段式电流保护 97

7.1.1 继电器的继电特性和返回系数 97

7.1.2 无时限电流速断保护 98

7.1.3 带时限电流速断保护 101

7.1.4 定时限过电流保护 104

7.1.5 电流保护的接线方式及应用 106

7.2 相间短路的方向性电流保护 110

7.2.1 方向电流保护的工作原理 110

7.2.2 功率方向元件的工作原理 111

7.2.3 相间短路功率方向继电器的接线方式 112

7.2.4 方向性电流保护的应用 114

习题7 115

第8章 电网接地短路的零序电流保护 117

8.1 电力系统的中性点运行方式 117

8.1.1 中性点不接地系统 117

8.1.2 中性点经消弧线圈接地系统 121

8.1.3 中性点直接接地系统 123

8.1.4 各种中性点运行方式的综合比较 124

8.2 中性点直接接地电网接地短路时的零序电流及方向保护 126

8.2.1 零序电流、零序电压的获得 126

8.2.2 无时限序电流速断保护 128

8.2.3 带时限零序电流速断保护 129

8.2.4 零序过电流保护 131

8.2.5 零序方向电流保护 132

8.2.6 零序电流保护的评价 133

8.3 小电流接地系统单相接地时的保护方式 134

8.3.1 零序电压保护 134

8.3.2 零序电流和零序功率方向保护 135

8.3.3 小电流接地系统的接地选线装置 135

习题8 135

第9章 电网的其他线路保护 136

9.1 距离保护 136

9.1.1 距离保护的基本原理及构成 136

9.1.2 阻抗元件及接线方式 138

9.1.3 距离保护的整定计算与应用 144

9.1.4 影响距离保护正确工作的因素 147

9.2 高频保护 150

9.2.1 高频保护的基本概念 150

9.2.2 高频闭锁方向保护的基本原理 153

9.2.3 相差动高频保护的基本原理 153

9.3 自动重合闸 155

9.3.1 自动重合闸概述 155

9.3.2 三相一次自动重合闸 157

习题9 161

第10章 发电机、变压器的继电保护 163

10.1 发电机、变压器的保护配置 163

10.1.1 发电机的故障、不正常运行状态及保护配置原则 163

10.1.2 变压器的故障、不正常运行状态及保护方式 164

10.2 发电机、变压器的差动保护 166

10.2.1 发电机比率制动式纵差保护 166

10.2.2 变压器纵差动保护 169

10.2.3 发电机的横联差动保护 173

10.3 发电机、变压器的后备保护 174

10.3.1 相间短路后备保护 174

10.3.2 接地短路后备保护 177

习题10 178

第三部分 电力系统过电压与绝缘配合第11章 线路和绕组中的波过程 179

11.1 波过程概述 179

11.1.2 分布参数电路中波的传播过程 179

11.1.3 分布参数电路的适用与其中的波过程 180

11.2 均匀无损单导线线路中的波过程 180

11.2.1 波动方程及其解 180

11.2.2 描述行波在均匀无损耗单导线上传播基本规律的四个重要方程 182

11.2.3 波动方程解的物理意义 182

11.3 行波的折射和反射 184

11.3.1 产生行波折射和反射的原因：线路参数发生突变 184

11.3.2 折射波和反射波的计算 185

11.3.3 几种特殊情况下的折射波与反射波 186

11.3.4 计算折射波的等值电路（彼德逊法则） 187

11.3.5 例题及求解 189

11.4 行波通过串联电感和并联电容 192

11.4.1 无限长直角波通过串联电感 192

11.4.2 无限长直角波通过并联电容 193

11.4.3 无限长直角波通过串联电感和并联电容后折射波的最大陡度 193

11.4.4 串联电感和并联电容对波过程的影响 194

11.4.5 例题及求解 194

11.5 行波的多次折射与反射 195

11.5.1 行波多次折射与反射的出现场合 195

11.5.2 网格法计算行波的多次折射、反射 196

11.5.3 例题及求解 198

11.6 行波在平行多导线系统中的传播 200

11.6.1 平行多导线系统中的传播方程 200

11.6.2 双导线系统中的耦合问题 202

11.6.3 典型问题分析 203

11.6.4 例题及求解 203

11.7 冲击电晕对线路上波过程的影响 205

11.7.1 引起行波衰减和变形的因素 205

11.7.2 冲击电晕对导线上波过程的影响 205

11.8 变压器绕组中的波过程 207

11.8.1 单相绕组中的波过程 207

11.8.2 变压器绕组内部的自我保护 213

11.8.3 三相绕组中的波过程 214

11.8.4 冲击电压在绕组间的传递 216

11.9 旋转电机绕组中的波过程 217

11.9.1 旋转电机绕组中波过程的特点 217

11.9.2 进波陡度与旋转电机绕组匝间电压之间的关系 218

习题11 218

第12章 雷电及防雷装置 221

12.1 雷电的电气参数 221

12.1.1 雷击时的等值电路 221

12.1.2 雷电参数 224

12.2 避雷针和避雷线 227

12.2.1 保护作用的原理 227

12.2.2 保护范围 227

12.2.3 避雷线保护范围的计算Ⅰ（避雷线不是作为架空输电线路的保护时） 229

12.2.4 避雷线的保护范围的计算Ⅱ（避雷线作为架空输电线路的保护时） 230

12.3 避雷器 231

12.3.1 避雷器的基本分类 231

12.3.2 各种避雷器的主要应用场合 231

12.3.3 避雷器基本要求 231

12.3.4 保护间隙 231

12.3.5 排气式避雷器（管式避雷器） 233

12.3.6 阀式避雷器 233

12.4 防雷接地 243

12.4.1 接地与防雷接地 243

12.4.2 冲击电流流经接地装置入地时的火花效应和电感效应 243

12.4.3 防雷接地装置的形式及其电阻估算方法 244

12.4.4 发电厂和变电所的接地 246

12.4.5 输电线路的防雷接地 246

习题12 246

第13章 输电线路的防雷保护 247

13.1 概述 247

13.1.1 输电线路的防雷性能（耐雷性能）指标 247

13.1.2 耐雷水平 247

13.1.3 雷击跳闸率 247

13.1.4 输电线路上的大气过电压种类 247

13.2 输电线路的感应雷过电压 248

13.2.1 感应雷过电压的形成机 248

13.2.2 感应过电压的特点 248

13.2.3 感应过电压的计算 249

13.3 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平 249

13.3.1 雷击杆塔塔顶时的线路耐雷水平 250

13.3.2 雷击避雷线档距中央 253

13.3.3 绕击导线时的线路耐雷水平 255

13.3.4 “反击”和“绕击”的线路耐雷水平的比较 255

13.4 输电线路的雷击跳闸率 256

13.4.1 建弧率 256

13.4.2 击杆率和绕击率的概念 256

13.4.3 线路雷击跳闸率的计算 257

13.4.4 输电线路雷击跳闸率的典型算例 258

13.5 输电线路的防雷措施 264

13.5.1 输电线路雷害事故发展的四个阶段及其相应的防护措施 264

13.5.2 输电线路常用的防雷保护措施 264

习题13 266

第14章 发电厂和变电所的防雷保护 267

14.1 概述 267

14.1.1 雷电波侵入发电厂、变电所的两种途径 267

14.1.2 发电厂、变电所的防雷保护 267

14.2 发电厂和变电所的直击雷保护 267

14.2.1 独立避雷针和构架避雷针各自的适用范围 267

14.2.2 独立避雷针与相邻配电装置之间应有的空气间距和地下距离的校验 268

14.3 变电所内阀型避雷器的中护作用 269

14.3.1 由于波在避雷器和被保护设备之间的这一段距离内会发生多次折、反射，这将会使设备绝缘上的电压高于避雷器残压 269

14.3.2 避雷器和变压器上的电压分析 270

14.3.3 变压器承受雷电过电压的能力——采用多次截波耐压值Uj来考核 271

14.3.4 变电所中变压器与避雷器之间的最大允许电气距离lm 271

14.3.5 变电所内其他变电设备与避雷器之间的最大允许电气距离lm 272

14.3.6 多路进线的变电所 272

14.3.7 规程推荐的避雷器到变压器的最大电气距离 272

14.3.8 选择避雷器安装位置的基本原则 273

14.4 变电所的进线段保护 273

14.4.1 进线段保护的作用：减小雷电流幅值和降低进波陡度 273

14.4.2 进线段保护的概念 274

14.4.3 计算流过避雷器的冲击电流幅值I 274

14.4.4 变电所的雷电波进波陡度a和a′的计算 276

14.4.5 两种典型的计算 277

14.4.6 进线段保护中断路器右侧的排气式避雷器的FE的作用 278

14.5 变压器防雷保护的几个具体问题 278

14.5.1 三绕组变压器的防雷保护 278

14.5.2 自耦变压器的防雷保护 278

14.5.3 变压器中性点保护 280

14.6 旋转电机的防雷保护 281

14.6.1 非直配电机的保护——通常不需要采取专门的保护措施 281

14.6.2 直配电机的防雷保护特点 281

14.6.3 直配电机的防雷保护接线 282

14.7 气体绝缘变电所的防雷保护 283

14.7.1 GIS变电所防雷保护的特点 284

14.7.2 66kV及以上电压等级与架空线路直接相连的GIS变电所的防雷保护接线 284

14.7.3 66kV及以上电压等级经电缆进线的GIS变电所的防雷保护接线 285

习题14 285

第15章 电力系统内部过电压 287

15.1 内部过电压概述 287

15.2 工频过电压 288

15.2.1 工频过电压概述 288

15.2.2 空载线路电容效应引起的工频电压升高 289

15.2.3 不对称短路引起的工频电压升高 291

15.3 操作过电压 294

15.3.1 操作过电压概述 294

15.3.2 间歇电弧接地过电压 294

15.3.3 空载线路分闸过电压 298

15.3.4 空载线路合闸过电压 301

15.3.5 切除空载变压器过电压 303

15.4 谐振过电压 306

15.4.1 谐振过电压概述 306

15.4.2 铁磁谐振过电压的一般性质 307

15.4.3 消除和限制铁磁谐振过电压的措施 311

习题15 312

第16章 电力系统的绝缘配合 313

16.1 绝缘配合的基本概念 313

16.1.1 绝缘配合的概念 314

16.1.2 电力系统中绝缘配合方面的一些典型例子 314

16.1.3 各种电压等级电网中对电气设备的绝缘水平选取起主要作用的过电压 314

16.2 绝缘配合的方法 314

16.2.1 绝缘配合的方法 314

16.2.2 惯用法 314

16.2.3 统计法 315

16.2.4 简化统计法 315

16.3 输变电设备绝缘水平的确定 315

16.3.1 输变电设备绝缘水平确定的主要步骤 315

16.3.2 避雷器的保护水平的确定：雷电冲击保护水平Up（l）和操作冲击保护水平Up（s） 316

16.3.3 电压等级的划分 316

16.3.4 避雷器的保护方式 317

16.3.5 电气设备绝缘水平的确定：基本冲击绝缘水平（BIL）和操作冲击绝缘水平（SIL） 317

16.3.6 电气设备的雷电冲击耐压试验和操作冲击耐压试验 318

16.3.7 长时间工频高压试验及其作用 320

16.4 架空输电线路绝缘水平的确定 320

16.4.1 绝缘子串中绝缘子片数的确定 320

16.4.2 输电线路空气间隙的确定 322

习题16 324

附录 部分器件实物图 325

参考文献 328