电气专业要知道的基础知识

电气：是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。

电气工程：是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺少的关键学科。正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活、工作模式。电气工程的发展前景同样很有潜力，使得当今的学生就业比率一直很高。

电气控制系统：一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。

主要功能：为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：

1、自动控制功能：高压和大电流开关设备的体积是很大的 ，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制；

2、保护功能：电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备；

3、监视功能：电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视；

4、测量功能：灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

系统组成：常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成：

1、电源供电回路：供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种；

2、保护回路：保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成；

3、信号回路：能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等；

4、自动与手动回路：电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换；

5、制动停车回路：切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等；

6、自锁及闭锁同路：启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

运行原理：电气系统微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路（将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D转换的电压量，2.5V、5V或10V）、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。

保护装置： 电气系统微机保护装置是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向（现已基本实现，尚需发展），它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。微机的硬件是通用的，而保护的性能和功能是由软件决定。

电气工程是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活工作模式等等。

1. 重要地位

电能作为当下传输效果最好，最高效的次级能源，除非有什么可获诺贝尔的重大技术突破去取代电力，电力在可预见的未来还是会保持能源系统的骨干地位的。

2. 技术革新

电力系统的整体运行和规划正受到各种科学技术发展的冲击，面临着各种各样的问题。而这不正是攻城狮们大展拳脚的好机会么？

新能源并网可能是电力系统当下面临的最大挑战。怎样在以保证系统安全为第一要务的前提下尽可能的使用清洁电能(我承认此处清洁有歧义），而不是简单粗暴的弃风弃光。比如爱尔兰的系统管理者就在不断做着尝试，把原先40%左右的风力并网限制提升至了55%。

从发电到用电优化的关注点改变是产业结构调整后电力系统发展无法避免的一步。原因主要有两点：电力需求的增长停滞和新能源发电的不稳定性。因此传统的发电追随用电的时代很可能要慢慢转变成根据发电状态来用电（电池现阶段成本高）。关于电力需求，除非找到新的增长点，例如Heating and cooling(供冷暖)和transportation(通勤)这两个能耗领域的大规模electrification(电气化)，否则长期的高比例用电增长是很难实现的。而目前从英国的经验可以看到，在没有足够经济激励的情况下，民众电气化的意愿还是不高的。比如大力推广的electric heat pump， National grid原本乐观预测到2035年能有一千万个EHP装机，但是现在看起来更像是个不可能完成的任务。而混动汽车的市场目前来看也比纯电动汽车要大得多。

混合能源网络（或者称为能源互联网）会成为未来发展的主流方向。以后不应再单一的从电力系统的角度看问题。供暖网络，天然气网络等能源网络会以电网为主干网络进行联动，这样一来电力系统的运行和扩张也就有了新思路。举个两个能源联动的栗子：

1. 多余的风力发电可以进行电解水生成氢气，再合成甲烷或直接混入天然气网络进行供暖。

2. 英国居民现在普遍装备了燃气热水器，在未来如果电气化成功的前提下，居民可以根据电价和燃气价格对比决定是使用EHP还是燃气热水器产热，也能减轻电网压力。

3. 资产投资

电气设备进入一轮更新换代的周期，新设备的投资又要考虑到未来技术的发展。再拿英国举个栗子，目前很多的电力设备都是上世纪60-70年代建造的，已经开始进入新一轮更新换代的周期了。而发电侧和用电侧的各种革新设计也要求工程师和电力资产管理者在配置新硬件时做出更多前瞻性的考量。

4. 电力改革

为什么说电改而不是中国电改，因为国外的规章制度也是在不断改革的呀，英国的ofgem和DECC也经常需要讨论更改现行的规章制度。当然在系统运行的商业模式上他们已经有了一个较为成熟的框架。可以理解各位对于电改的担忧，个人觉得电改对于有能力的电力攻城狮来说会是一个非常不错的机遇，毕竟只有改革才能造就各种机会洼地。大家还是不断扩展自己的知识面，多充充电。