电力系统电气设备复习详细知识点Word文档格式.docx

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在某些终端变电所中，快分隔离开关与接地开关相配合，可代替断路器的工作。

按装设地点分：

户内式和户外式

按绝缘支柱分：

单柱式，双柱式和三柱式

按动触头运动方式分：

水平旋转式，垂直旋转式，摆动式和插入式

按有无接地刀闸分：

无接地刀闸，一侧有接地刀闸，两侧有接地刀闸

按操动机构分：

手动式，电动式，气动式，液动式

按极数分：

单极，双极，三极

与断路器的区别

断路器有灭弧装置

停电操作：

先断断路器，再断负荷侧隔离开关，最后断电源侧隔离开关

送电操作：

先合电源侧隔离开关，再合负荷侧隔离开关，最后合断路器

3.高压负荷开关的作用

控制作用

能开断正常的负荷电流和过负荷电流；

能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。

保护作用

具有断路器的一部分功能。

具有熔断器的全部功能（带熔断器）。

4.高压熔断器的作用、安秒特性、分类

故障或过负荷时自动切断电路，保护设备。

分类

按使用地点分：

按是否有限流作用：

限流式和非限流式

安秒特性

熔体熔断电流和熔断时间之间呈现反时限特性，其关系曲线称为熔断器的保护特性，也称安秒特性曲线。

5.重合器的作用

控制功能（系统正常工作时）和保护功能（系统非正常工作时）。

6.分段器的作用、分段器与重合器（或断路器）的配合使用

作用：

分段器是配电系统中用来隔离故障线路区段的自动保护装置，通常与自动重合器或断路器配合使用。

与重合器（或断路器）的配合使用：

变电所出口选用重合器，整定为“一快三慢”。

分支线路选用六组跌落式自动分段器Fl、F2、F3、F4、F5、F6将其线路分成Ll、L2、L3、L4、L5、L6、L7段。

分段器的额定启动电流值与重合器启动电流值相配合，Fl计数次数3次，F2、F3、F5计数次数2次，F4、F6计数次数1次。

1．若故障E1发生在L5段，重合器、分段器F1、F3、F4通过故障电流，重合器自动分闸，线路失压，F4达到整定1次计数次数自动分闸跌落，隔离故障L5段，重合器自动重合后恢复线路L1、L2、L3、L4、L6、L7段供电。

2．若故障E2发生在L6段，重合器、分段器F1、F5通过故障电流，重合器自动分闸，如果为瞬时故障，重合器自动重合成功恢复供电。

F1、F5没有达到整定计数次数应处于合闸状态。

如果为永久性故障，重合器自动重合不成功，再次分闸，线路失压，F5达到整定2次计数次数自动分闸跌落，隔离故障L6段，F1没有达整定的计数次数处于合闸状态。

重合器重合后恢复线路L1、L2、L3、L4、L5段供电。

3．若故障E3发生在L2段，重合器、分段器F1通过故障电流，重合器自动分闸。

如果为瞬时故障，重合器自动重合成功恢复供电。

F1没有达到整定计数次数应处于合闸状态。

如果为永久性故障，重合器重合不成功，分闸，重合器再次重合不成功，再次分闸，线路失压，F1达到整定3次计数次数自动分闸跌落，隔离故障L2段，重合器重合后恢复线路L1段供电。

（三）互感器

1.互感器的定义、作用、与系统的连接

1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，使测量仪表和保护装置标准化。

2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧，价格便宜。

便于集中管理，可实现远方控制和测量。

3.二次回路不受一次回路的限制，使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。

与系统的连接

互感器是一种特殊的变压器。

电流互感器一次绕组串接于被测电路，二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相串联。

电压互感器一次绕组并接于被测电路，二次绕组与测量仪表或继电器的电压线圈相串联。

2.电磁式电流互感器的工作原理（二次回路为什么不能开路？

）、测量误差、接线

原理

KI=IN1/IN2≈NN2/NN1

二次回路为什么不能开路

正常工作时：

磁动势NlIl+N2I2=NlI0,，NlIl和N2I2互相抵消一大部分，励磁磁动势NlI0，数值不大。

二次电路开路时：

N2I2等于零，励磁磁动势猛增到NlIl，铁芯中磁感应强度猛增，造成铁心磁饱和。

铁芯饱和致使随时间变化的磁通Ф的波形由正弦波变为平顶波，如图所示在磁通曲线Ф过零前后磁通Ф在短时间内从+Фm变为-Фm，使dФ/dt值很大。

运行中二次回路开路可能造成的后果

1.e2=-dФ/dt，磁通急剧变化时，二次绕组内将感应很高的尖顶波电势e2，危及工作人员的安全，威胁仪表和继电器以及连接电缆的绝缘。

2.磁路的严重饱和还会使铁心严重发热，若不能及时发现和处理，会使电磁式电流互感器烧毁和电缆着火。

3.在铁芯中产生剩磁，影响互感器的特性。

测量误差

电磁式电流互感器的等值电路和向量图

由TA的等效电路得

可以看出：

与

在数值上和相位上都不相等，测量结果有误差。

励磁电流是产生误差的原因。

⑴电流误差fI：

二次电流的测量值乘以额定电流比所得的值与实际一次电流之差，占一次电流的百分比。

（2）相角误差δi：

相位差为旋转180°

的二次电流相量-I2，与一次电流相量Il之间的夹角δi，并规定-I2，超前Il时，相位差δi为正值。

接线

3.电磁式电压互感器的工作原理、测量误差、接线

1.误差分析

由等效电路可得

，

由图可以看出，二次电压

和一次电压

大小不相等，相位差也不差180度，测量有误差，误差由励磁电流和内阻抗造成。

电压相量图如图所示。

2.电压误差:

二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比。

即，电压误差=空载电压误差+负载电压误差

3.相位误差：

旋转180°

的二次电压相量与一次电压相量之间的夹角。

并规定U1滞后-U2'

时,其值为正。

即，相位误差=空载相位差+负载相位差

减小误差的方法：

互感器本身的构造及材料：

①减小内阻抗：

减小线圈电阻；

减小匝数；

选用合理的线圈结构；

②减小励磁电流：

即选用高磁导率的材料。

互感器的运行工况：

①减小二次负载电流：

使二次负载尽可能大，即减少并联的仪表和继电器的数目②二次负荷功率因数应保证在额定功率因数0.8范围内；

③一次侧电压的大小，一般变化不大。

电压互感器的电压误差和相位误差与互感器本身的构造及材料，励磁电流I0、二次负载电流I2和二次负荷的功率因数cosφ2这些运行参数有关。

二次负载电流I2增大时，∣fu∣增大，∣δu∣也相应增大。

（四）电气主接线

1.电气主接线的定义：

由规定的各种电气设备的图形符号和连接线所组成的表示接收和分配电能的电路。

2.单母线接线的类型、断路器与隔离开关的倒闸操作、单母线带旁路母线接线的特点及相关操作步骤

单母线、单母线分段、单母线（分段）带旁

断路器与隔离开关的倒闸操作

原则：

发电厂和变电所电气设备有运行、备用和检修三种状态。

由于正常供电的需要或者故障的发生，而转换设备工作状态的操作称为“倒闸操作”。

倒闸操作正确与否，直接影响安全运行。

主要涉及到拉合断路器和隔离开关，拉合断路器和熔断器的操作以及合闸熔断器；

投切继电保护装置或自动装置或改变其整定值；

拆装临时接地线；

改变中性点接线方式和电网的合环与解列操作等。

倒闸操作时要注意“五防”：

防止带负荷拉合隔离开关；

防止带接地线合隔离开关；

防止带电挂接地线；

防止误拉合断路器；

防止误入带电间隔。

断路器与隔离开关间的倒闸操作顺序：

由于隔离开关没有专门的灭弧装置，所以在接通电路时，必须先合两侧的隔离开关，后合断路器。

切除电路时，必须先断开断路器，后拉开两侧隔离开关，即操作隔离开关必须是在断路器断开的情况下进行。

保证隔离开关“先通后断”（在等电位状态下，隔离开关也可以单独操作），这种断路器与隔离开关间的操作顺序必须严格遵守，绝不能带负荷拉刀闸（即隔离开关），否则将造成误操作，产生电弧而导致严重的后果。

单母线带旁路母线接线特点

1）旁路断路器QFp连接旁路母线Wp和工作母线W。

2）各出线回路在线路隔离开关的线路侧再用一台旁路隔离开关接至旁路母线上。

正常运行时，旁路断路器及两侧隔离开关和每条出线的旁路隔离开关QSp均是断开的，为单母线运行。

这样，平时旁路母线不通电，减少故障的可能性。

相关操作步骤：

①出线的投切很方便。

出线故障，仅线路跳闸，其余回路可继续供电。

②正常运行时变压器操作复杂。

如变压器T1检修或发生故障时，需断开断路器QF1、QF3，使未故障线路WL1受到影响。

拉开QS1后，再合上QF1，QF3，可恢复WL1供电。

这一特点可概括为“内桥内（单元投切）不便”。

③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元失去联系；

另外，穿越功率（由WL1经QF1、QF3、QF2送到WL2或反方向传送功率）经过的断路器较多，使断路器故障和检修机率增加，从而系统开环的机率大。

为避免此缺点，可增设正常断开的跨条，如上图中的虚线部分，加跨条可使联络断路器检修时，穿越功率可从“跨条”中通过，减少了系统的开环机会。

跨条回路中装设两台隔离开关的目的是能轮流停电检修任意一台隔离开关。

④出线断路器故障或检修时，造成该回路停电，也可通过外跨条来提高其运行灵活性。

①变压器的切除和投入比较简单。

如变压器故障时，仅故障变压器回路的断路器自动跳闸，其余三回路可继续工作；

②线路的投切很复杂。

如线路需要检修或故障时，需断开两台断路器，并使该侧变压器停止运行，需经倒闸操作恢复变压器工作，造成变压器短时停电，与内桥正好相反，概括为“外桥外（单元投切）不便”；

③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两单元失去联系；

同时，出线侧断路器故障或检修时，造成该侧变压器停电。

为此，在实际接线中可采用内跨条来提高运行灵活性。

特点：

1）桥形接线简单清晰，没有母线;

2）所用断路器数量最少，经济性好;

3）易于发展过渡为单母线分段或双母线接线；

4）但可靠性和灵活性不够高。

多角形接线

结构特征：

1）多角形接线的断路器数与回路数相同，所用断路器数目少，比单母线或单母线分段都少;

2）每个边中含有一台断路器和两台隔离开关，各个边互相连接成闭合的环形;

3）每个回路都接在两台断路器之间。

（五）发电厂和变电所的自用电

1.厂用电、厂用电率的定义

厂用电

为发电厂的主机（锅炉、汽轮机、发电机等）和辅助设备服务的厂用机械以及全厂的运行操作、热工和电气试验、机械修配、电气照明、电焊机等用电设备的总耗电量，统称为厂用电。

厂用电率

机炉发电和供热所需的自用电能消耗量分别与同一时期对应机组发电量和供热量的比值。

2.厂用负荷分类及厂用电电压等级的一般原则

分类：

Ⅰ类负荷

凡短时间（手动切换恢复供电所需的时间）内停止供电，将影响人身或设备安全，使机组停顿或发电量大幅度下降的厂用负荷，称为I类厂用负荷。

例如给水泵电动机、凝结水泵电动机等。

Ⅱ类负荷

在较长时间内停止供电，会造成设备损坏或影响正常生产，但在允许的停电时间内，如经值班人员操作后能恢复供电而不致造成生产混乱的负荷，称为Ⅱ类厂用负荷。

例如输煤系统机械用电动机；

水处理设备和冲灰系统水泵用电动机等。

Ⅲ类负荷

在较长时间内停止供电不致直接影响生产的负荷，称为Ⅲ类厂用负荷。

例如中央修配厂、油处理室的电动机等。

事故保安负荷

在主机事故停机过程中及停机后一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备损坏，重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。

厂用电电压等级的一般原则：

与异步电动机的技术规范相适应；

解决好同容量的电动机电压低的价格较低，效率较高，但供电导线的截面较大，使铜耗量和投资增加的矛盾；

不同电压等级的短路电流不同；

考虑对电动机自起动是否有利。

用电电压等级

低压厂

380/220

高压厂

60MW及以下机组，发电机电压10.5kV

3kV

100～300MW

6kV

300MW以上

当技术经济合理时，也可采用两种高压厂用电电压

3.厂用电的供电电源的类型

正常工作电源、备用电源、启动电源、事故保安电源、交流不停电电源

（六）配电装置

1.配电装置的定义和选择

是发电厂和变电所的重要组成部分，由开关设备、载流导体、保护和测量电器及必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。

选择

配电装置型式的选择，应根据所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过经济技术比较确定。

一般情况下，在大、中型发电厂和变电站中，110kV及以上电压等级一般多采用屋外配电装置。

35kV及以下电压等级的配电装置多采用层内配电装置。

遇特殊情况，110kV装置也可以采用屋内配电装置。

如城市中心等空间狭小的场所或处于严重污秽的海边或化工区等区域。

（八）载流导体的发热、电动力及选择

1.载流导体的长期发热、短时发热、短路电流热效应的相关定义

长时发热

导体中通过负荷电流及短路电流时温度的变化

短时发热

是指短路开始至短路切除为止很短一段时间内导体发热的过程

短路电流热效应

在配电装置中，许多地方都存在着电磁作用力。

短路电流产生的电磁力称为电动力效应。

短路电流数值很大，产生的电动力也非常大，足以使电气设备和载流导体产生变形或破坏。

载流导体处在磁场中将受到电磁作用力。

（九）电气设备的选择

1.电气设备选择的一般条件

按正常工作条件选择

1）额定电压

在选择设备时一般按照导体和电器的额定电压UN不低于安装地点电网额定电压UNS的条件选择，即UN≥UNS

2）额定电流

在规定的周围介质极限温度下，导体和电器的额定电流IN应不小于流过设备的最大持续工作电流Iwmax，即IN≥Iwmax

3）自然环境条件

选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的基本使用条件。

当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出一般电器的规定使用条件时，应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。

按短路条件校验

1）按短路热稳定校验

短路热稳定校验就是要求所选择的导体和电器，当短路电流通过它时所能达到的最高温度不应超过导体和电器的短时发热最高允许温度，即要求Qk≤Qr或Qk≤Ir2tr

Qk—短路电流热效应，kA2.s；

Qr—导体和电器允许的短时热效应，kA2.s；

Ir—tr时间内导体和电器允许通过的热稳定电流，kA；

tr—导体和电器的热稳定时间，s。

2）短路动稳定校验

动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。

满足动稳定的条件为：

ish≤ids，Ish≤Ids

ish、Ish—短路冲击电流的幅值和有效值，ish为：

ids，Ids—导体和电器允许通过的动稳定电流幅值及有效值，kA

I″为0s时短路电流周期分量有效值；

Ksh为冲击系数，发电机机端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8。

2.高压断路器的选择

按种类和型式

（1）6～600kV的电网可选用真空断路器和六氟化硫断路器；

（2）110～500kV电网一般采用六氟化硫断路器。

（3）采用封闭母线的大容量机组，当需要装设断路器时，应选用发电机专用断路器。

按额定电压

高压断路器的额定电压UN应大于或等于所在电网的额定电压UNS，即UN≥UNS

按额定电流

高压断路器的额定电流IN应大于或等于流过它的最大持续工作电流Iwmax，即IN≥Iwmax

按额定短路开断电流

在给定的电网电压下，高压断路器的额定短路开断电流INbr应满足INbr≥Ikp

Ikp——断路器实际开断时间的短路电流周期分量有效值。

按额定短路关合电流

为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流iNcl应不小于短路冲击电流幅值ish，即iNcl≥ish

动稳定校验

高压断路器的额定峰值耐受电流ids≥ish三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值

热稳定校验

高压断路器的额定短时耐受热量Ir2tr≥Qk短路期内短路电流热效应，

3.限流电抗器的选择

电抗器的额定电压UN≥UNS所在电网的额定电压

电抗器的额定电流IN≥Iwmax通过它的最大持续工作电流

按

电抗百分数

普通电抗器电抗百分数的选择

（1）按将短路电流限制到要求值选择电抗百分数

设要求将短路电流限制到I”，所需电抗器的基准电抗标么值应为

式中：

X’*∑——电源至电抗器前的系统电抗标么值；

X*∑——电源至电抗器后的系统电抗标么值。

IB——基准电流（kA）；

I”——次暂态短路电流周期分量有效值（kA）。

电抗器在额定参数条件下的百分比电抗为

式中UB——基准电压（kV）

（2）按电压损失校验选择电抗百分数

普通电抗器在正常工作时，其电压损失不得大于母线额定电压的5％。

对于出线电抗器尚应计及出线上的电压损失

其中φ——负荷功率因数角，为方便计算，一般cosφ取0.8。

（3）按母线残余电压校验选择电抗百分数

当出线电抗器未设置无时限继电保护时，应按在电抗器后发生短路，母线残余电压不低于额定值的60％～70％校验。

分裂电抗器电抗百分数的选择

分裂分裂电抗器的电抗百分数XR％可按普通电抗器的电抗百分数计算方法选择，但由于分裂电抗器的技术数据中只给出了单臂自感电抗XL％，所以还应进行换算。

XL％和XR％之间的关系与电源连接方式及短路点的选择有关。

（1）当3侧有电源，l侧和2侧无电源，而在1或2侧短路时，XL％=XR％。

（2）当3侧无电源，l侧和2侧有电源，1（或2）侧短路时，XR％=2（1+f）XL％。

（3）当1侧和2侧有电源，在3侧短路，或者三侧均有电源，而3侧短路时，XR％=（1-f）XL％/2。

其中，f为分裂电抗器的互感系数，当无制造部门资料时，一般取为0.5。

要求正常工作时两臂母线电压波动不大于母线额定电压的5％。

I段母线电压百分数的计算公式为

Ⅱ段母线电压百分数的计算公式为

式中

U1、U2——I、Ⅱ段母线上电压；

U——电源侧电压；

I1、I2——I、Ⅱ段母线上负荷电流，无资料时，可取一臂为70％Ie，另一臂为30％Ie；

φ1、φ2——I、Ⅱ段母线上的负荷功率因数角，一般可取cosφ=0.8；

f——分裂电抗器的互感系数。

4.电磁式电压互感器的选择

按装置种类和型式

对于3—20kV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；

对于35kV配电装置，宜采用电磁式电压互感器。

对于110kV及以上配电装置，当容量和准确等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有剩余绕组的单相电压互感器组。

按一次回路电压

为了保证电压互感器的安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压U1应在（0.9—1.1）UN1范围内变动，即应满足下列条件：

1.1UN1＞U1＞0.9UN1

式中U1——电网电压；

UN1——电压互感器一次绕组额定电压。

按二次绕组和电压

电压互感器二次绕组数量按所供给仪表和继电器的要求确定。

电压互感器二次回路额定电压必须满足继电保护装置和测量用标准仪表的要求。

电压互感器二次侧额定电压可按表9.5选择。

按准确级和二次绕组容量

在选择时，应首先根据继电保护装置和测量用标准仪表的接线要求，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，再按照所接仪表的准确级和容量选择电压互感器的准确级和额定容量。

对应于测量仪表所要求的最高准确级的电压互感器的额定二次容量SN2，应不小于电压互感器的二次负荷容量S2，SN2≥S2

二次负荷容量S2的计算，一般按最大的一相负荷进行验算。

必要时可按表9.7列出的接线方式和计算公式进行每相负荷的计算。

计算题参考例9.1和例9.2内容，把相关例题弄明白，另外9.5

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