1、附录A 能源可以是煤、油或天然气，它们在锅炉炉膛内燃烧，将水加热成蒸汽；也可以是核反应堆中可裂变的核燃料；也可以是高于发电厂的池塘中的水，或是在内燃机中燃烧的由或天然气。原动机可以是汽轮机、水轮机、水车或内燃机。无论是哪一种原动机，都是将蒸汽的热能、落水的势能或燃料燃烧发出的能量转变成了传动轴的传动，从而驱动发电机。电力负载则可能是单一的灯、电机、加热器以及其他用电气或是他们的组合。当然随着需求的变化，负载会不时的变化。控制系统的作用是，在负载有可能变化的情况下仍能保持机器的稳定，并将电压控制在规定的范围内。为了适应负荷的变化，有必要改变燃料的投入量和原动机的输入以及从原动机到发电机的传动轴的
2、力矩，以便使发电机保持匀速运转。此外，需调节发电机的磁场电流，以使输出的电压恒定。控制系统可能会包括一位派守在电厂的值班员，该值班员观察发电机输出终端的一整套仪表，并做一些必要的手动调整。在一个现代化的发电厂，控制系统实际上是一个能表明输出情况，自动对能量输入及磁场电流进行必要调节，以便使电力输出满足技术指标的伺服机构。在大多数情况下，负载并不是直接接在发电机终端的，而可能是在远离发电机的地方，这就需要有输电线路与之相连。理想情况下，应该使供电满足规定要求。然而控制则往往在发电机附近进行，可能在几英里以外的另一座楼里。倘若发电机距离负载有相当长的距离，最理想的方法是在发电机和负载端安装变压器，
3、并采用高压线路输电。电压越高则电流越小对相同线经的导线来说损耗也越小，电压则越稳定。有些情况下不宜采用架空线路，此时采用埋地电缆则更为有利。采用上述电力系统时，当系统中任何部件因检修或其他原因必须从系统中切除的话，就得对其用户断电。当此发电机无法满足系统新增负荷时，可增加一台发电机及相应的变压器和高压线路。将几台发电机相连，并把高压线末端相连是有好处的，只要无故障或无须切除线路中的设备，系统运行便会畅通无阻。使用断路器可大大改进上述系统的运行。系统中增加的断路器可使选定的设备退出运行，而不会使系统的其他部分受到影响。所以要对系统任何部分进行检修维护时，只需对断路器操作以便相应停电即可。当然，一
4、旦一台设备被切除，则全部负载必须由其余设备承担，在这种情况下要谨防过负荷，可能的话，应当在用户的需求低于正常状况的时候，安装设备停电。一个由发电机、线路以及其他设备构成的电力系统，其布局取决于当地的负荷增长方式，并有随时调整的可能。然而也可能采取办法对系统进行分类。以下列举三类：辐射状系统、环网系统和网络系统。所有这些均未标出实际线路中不可缺少的断路器，且每个系统均有一台发电机向四个用户供电。辐射状系统的线路以“树状”由发电机向外延伸，打开任何一段线路均会导致一个或多个用户停电。环网系统的接线方式即使当一段线路被切除时，仍不影响所有负载的供电。有时在正常运行状况下，环网可能会在某处被断开。倘若
5、有一段线路需要切除，则首先要切除这段线路，这种方式不会使任何负载发生断电。再网络方式供电时，每个负载有两个甚至更多的线路为其供电。通常将配电线路设计成辐射状或网状。但是大多数高压输电线路则按网络方式布局，主要电力系统的互联形成有多个线路组成的网络。无论在系统正常运行或发生短路时都需要使用断路器来断电。在设计时，应使断路器不仅能够连续通过正常负荷电流，又能经受故障期间的高强电流，而且能在故障时分断线路。因此断路器的额定参数应由上述条件而定。当断路器跳闸对一台设备断电时，断路器有一边仍带电，因为它与运行设备相连。由于有时需要对断路器本身进行操作，因此有必要将它与其带电设备完全断开，为了达到这一目的
6、，需采用隔离开关（刀闸）与断路器串联起来。打开隔离开关，则断路妻完全断电，允许人们在安全条件下进行操作。必须使用各类仪表对电力系统的运行进行监测。一般来说，每套发电机、每组变压器、每段电路均有其成套仪表设备，这些仪表主要是电压表、电流表、有功功率表与无功功率表等。当系统发生故障时，其运行状况会发生突变，一般表现为电压下降、电流增大。这些变化会在最靠近故障的地方被察觉。在线模拟计算机（通常称作继电器）监测这些条件的变化，判断应断开哪只断路器以清除故障，并使那些应该跳闸的断路器的跳闸线圈带电。采用现代化的设备，在继电器动作并且断路器跳闸起动后三四个周期之内即可清除故障。反映电路状况的测量仪表和保护
7、电路的继电器并没有直接安装在电力传输线上，而是安装在控制室的配电盘中。互感器安装在高压设备上，这样就可能将表明设备运行状况的信号传递给仪表和继电器了。电压互感器的原边是直接连在高压设备上的，其副边给仪表与继电器提供的电压是与运行设备的高压同相位、且与高压成固定比例的较低电压。同样，电流互感器的原边连接于高压线路上，次边线圈提供与该设备的实际电流成已知比例，且同相位的较小电流。套管式电压互感器和电容式电压互感器都可用做电压互感器，但其电压边比与相位一致性的精度较差。每年新设计的电力设备都使系统的可靠性不断提高，然而，设备的使用不当以及一些偶然的外在因素均会导致系统故障的发生。发生故障时，电流、电
8、压变的不正常，从电厂到用户的送电在相当大的区域内不令人满意。此时若故障设备不立即从系统中切除的话，则会造成其他运行设备的损坏。故障是由于有意或无意的使用两个或更多的导体相接触而造成的。导体之间本来是有电位存在的，而这种接触可能是金属性接触，也可能是电弧引起的。如果是前者造成的故障，则两部分导体之间电压降为零；若为后者，则电压变的很低，超长的大电流经过网络流至故障处。此短路电流通常会大大超出导线以及供电发电机的热承受能力，其结果，温度的升高会导致导体烧毁或绝缘焦化。在允许的期限内，最靠近故障处的电压会变的很低，致使用电设备无法运行。显然，系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方，能够推测出
9、故障期间的各种情况，提供调节好的设备，以便驱动为将故障设备切除所必须断开的开关能够跳闸。通常希望此时系统无其他开关打开，否则会导致系统线路不必要的修改。过负荷与故障是两个概念。过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值。发生这种情况时，过负荷处的电压可能很低，但并不等于零。这种电压不足的情形可能会越过过负荷处蔓延一定距离，进而影响系统其他部分。过负荷设备的电流变大而超过预期的热极限，但是这种情况比发生故障时的电流要小。此时，供电虽往往能维持，但电压较低。过附和的情况经常在家里发生，例如请街坊邻居聚会时，女主人可能将五个饼干烘烤器的插头同时插入厨房的插座，诸如此类的过负荷倘若不能迅速处理的话，就会造
10、成电力线发热甚至酿成火灾。为了避免这种情况发生，必采用保险丝或断路器来保护住宅区电路免受损坏。断路器会在变压器负荷能力，因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也增加。电力系统会发生各种类型，由各种原因引起的故障。我们在家里看到过破损的照明灯电线，使得其两根导线相触，并会发出弧光。如果此时断路器或保险丝能够正常工作，则电路能被自动切断。大部分架空线是用裸线架设的，有时由于风、雨、雪、或大树、起重机，飞机及支撑物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起。由雷电或开关瞬变过程引起的过电压会在支撑物或导体之间产生电弧，即使在电压正常的情况下，绝缘材料的污染也会引起电弧。通常采用油浸电缆或聚
11、乙烯一类塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导线与地隔开。这些绝缘材料会随着时间的流逝而老化，尤其是在过负荷引起高温下运行的时候更是如此。绝缘材料内的空隙会造成气体的电离，其生成物对绝缘不利。绝缘材料老化会引起绝缘性能下降而导致短路。电缆故障的可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然变高而增加。变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关瞬变过程导致的过高压造成的。同一绕组相邻线圈之间由于绝缘问题造成的短路可能是由于突然遇到外加电压所致。绝缘失败会在一次绕组与二次绕组之间或绕组与接地金属部件（如铁芯或变压器）之间产生电弧。发电机故障可能是由于通译槽中相邻线圈之间绝缘被破坏而造成的，其结果会
12、导致发电机闸内短路。绝缘破坏也可能发生在某一绕组与定子铁芯的接地钢结构之间。同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致电机大范围短路。像处理平衡三相负荷一样，处理平衡三相故障也是依照基于由后火线到零线的电路或等效单相电路的原则进行。可以通过电压、电流和电阻的规律求解问题。当然，单相线路上故障的处理方法也可以用于在单相等效电路下三相故障的处理中。故障有永久性故障及暂时性故障之分。永久性故障是指绝缘或结构上的损坏，导致设备不维修则无法运行。暂时性故障指通过给设备临时断电即可排除的故障，架空线路故障往往就有这个特点。大风可能会使两根导线瞬间碰在一起，并产生电弧。只要线路通电，此电路会一直存在。然而如果能借
13、助自动化设备是导线迅速断电的话，就不会造成任何损失了，一旦电弧熄灭，线路即可自行恢复。由雷电及开关切换产生的过电压引起的绝缘材料飞弧则可通过自动化开关设备动作，在严重的结构损坏发生之前便得到排除。鉴于线路故障的这些特征，许多公司都使用一种叫做高速重合器的装置。故障发生时，线路两端的断路器跳闸，电流即被切断，经过一定的时间间隔，待电弧熄灭后，断路器又自动进行再次合闸，大多数情况下，不到一秒钟即可恢复正常供电。当然，如果因结构损坏，故障不能很快排除的话，则断路器必须再次跳闸且保持这种跳闸状态。变电站的电气施工包括下列工作：1) 附和预测2) 母线排列、电气布置方案确定。3) 电气计算。4) 电流互
14、感器、电压互感器、断路器、避雷器、电力变压器、保护方案、控制屏和继电器屏等的选择。5) 接地。6) 其他设备，像蓄电池、所用变压器、开关站照明、电缆线等。变压器是通过磁场作用将交流电从某一电压等级转换至另一电压等级的设备。它由两个或多个绕在铁氧体上的绕组构成。通常，绕组之间不直接相连，它们是通过铁心内部的主磁通相连的。在电力系统中，根据不同的用途，电力变压器有许多种不同的名称。与发电机连接并将其电压提高到电网电压的变压器被称为升压变压器。在输电线另一端，将电网电压降至配电电压的变压器称为降压变压器。最后，把电压降低到能实际应用量级的变压器称为配电变压器。以上变压器的结构基本相同，唯一的区别在于
15、各自的实际用途不同。除了上述多种变压器之外，在电机与电力系统中还使用两种特殊用途的变压器。第一种专门设计的变压器是用来采样电压，并产生一个低的二次电压，该电压与所采样的电压成反比。此类变压器称为电压变压器。功率变压器中产生的二次侧的电压也与一次侧的电压成正比。但电压互感器与电力变压器的不同在于电压互感器设计为仅处理较小的电流。第二种专门设计的变压器设计成为用来提供比一次侧的电流要小的多的二次侧电流，且使二次侧的电流与一次侧的电流成比例。此类装置称之为电流互感器。架空三相电力传输线在电力系统中主要的能源通道。也许有人认为它的电路模型不值一提（理想导体），但是我们没有理由忽视由三种不同的现象所产生
16、的影响，按主要性依次为：导体周围磁场引起的串联电压；导体之间电场产生的旁路位移电流；导体材料本身的欧姆电阻。第四个也是较次要的影响：在污染了的绝缘体表层流过的漏电流。一个典型的三相电力传输线中的架空中性线和杆塔在电气上是连接的，因此是接地的。中性线主要为各相导线提供避雷保护，也用来输送零序电流和斜波电流以便帮助保持三相正弦电压平衡。它一般是钢线或铝线，并且很细（直径约1cm）。而相限较粗（直径约5cm），一般为钢包铝绞线（为了增加抗拉张强度）。有时是由几根（一捆）组成一条相线。为了便于散热每根导体均为裸线（即没有绝缘层）。每相导体之间有绝缘层，三条相线之间以及相线和杆塔之间通过悬挂绝缘子串来达到绝缘目的。决定架设一条线路，主要考虑的是线路的容量（即额定功率），以及要使用的电压如下所讲，传输线的容量取决于长度和额定电压。长度不变，容量随电压的平方变化。然而线路的造价也大致线性的随电压变化而变化。对于现有
