第一章气体放电.docx

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第一章气体放电

第一章气体放电

1、气体放电分为辉光放电、火花放电、电弧放电、电晕放电、刷状放电。

2、绝缘的一般分为气体介质、液体介质、固体介质。

无论是均匀电场还是不均匀电场，放电都是逐渐发展的，都是由非自持放电转入自持放电。

解释维持自持放电的气体放电理论有汤逊理论与流注理论。

前者强调表面游离的作用，后者强调空间电荷对电场的畸变与空间光游离的作用。

前者可定量分析（巴申定律），后者只是定性分析。

前者适用于解释均匀电场、短间隙、低气压的情况，后者适用于解释长间隙、不均匀电场，大气压下的情况。

3、电晕放电的危害

①引起能量损耗；②干扰周围无线电通信和测量；③腐蚀有机绝缘材料和金具；④噪声干扰。

4、SF6气体的绝缘特性

极不均匀电场中SF6气体的击穿（尽可能避免）；均匀或稍不均匀电场中SF6气体的击穿（尽可能采用）；SF6气体中的沿面放电。

第二章液体、固体电介质的电气性能

1、极化、电导、损耗及击穿是电介质的基本电气特性，相应的物理参数分别为相对介电常数，电导率，介质损耗因数和击穿电压，它们的大小可用来综合判断电介质的绝缘性能。

2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化两大类。

3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别。

4、电介质的损耗包括电导损耗、极化损耗和游离损耗三种形式。

5、根据老化的机理不同，电介质的老化主要有电老化和热老化。

电老化的产生主要是由于高压电气设备绝缘内部不可避免地存在有某些缺陷。

第三章电气设备绝缘预防性试验

1、电气设备绝缘缺陷的产生

制造时潜伏下来的；运行中逐步发展起来的。

2、绝缘缺陷的分类

集中性缺陷；分布性缺陷。

3、预防性试验方法分类

破坏性试验（耐压试验）；非破坏性试验。

4、电介质极化的基本形式：

电子式、离子式、偶极子转向、夹层介质界面、空间电荷极化。

极化现象会造成电介质电容量增加。

5、耐压试验类型

交流耐压；直流耐压；冲击耐压试验。

第五章雷电及防雷设备

1、雷电参数

雷暴日和雷暴小时：

一天或一小时内听见一次雷声计为一个雷暴日或雷暴小时。

以年雷暴日或年雷暴小时表征不同地区雷电活动的强度。

雷电流幅值：

雷闪时，雷电流所能达到的最高值，为一随机值。

雷电流波形：

单极性非周期的脉冲波。

2、避雷针、避雷线用于防止雷闪直接击中被保护物，称为直击雷保护装置。

3、接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位。

接地的分类：

工作接地：

根据系统正常运行要求而接地，如中性点接地（0.5~10Ω）。

保护接地：

为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，它在故障条件下才发挥作用（1~10Ω）。

防雷接地：

用来将雷电流顺利泄入大地，以减小雷电流引起的地电位升高（1~30Ω），如杆塔接地和变电站接地。

第六章输电线路的防雷保护

在整个电力系统的防雷中，输电线路的防雷问题最为突出。

1、输电线路上的雷电过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。

2、输电线路耐雷性能的指标

耐雷水平：

雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值,以kA为单位。

雷击跳闸率：

每100km线路每年由雷击引起跳闸次数。

这是衡量线路防雷性能的综合指标。

3、线路跳闸需满足的条件

线路落雷；雷电流超过线路耐雷水平，线路绝缘发生冲击闪络；当闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时，才会跳闸停电。

4、输电线路的防雷措施有

架设避雷线；降低杆塔接地电阻；架设耦合地线；采用不平衡绝缘方式；装设自动重合闸；采用消弧线圈接地方式；装避雷器；加强绝缘。

第七章发电厂和变电所的防雷保护

1、发电厂、变电所架设避雷针的原则

（1）发电厂、变电所内所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内。

（2）为了防止反击，避雷针距离被保护设备空气中距离不小于5米；避雷针的接地装置与被保护物的接地装置在土壤中距离不小于3米。

（3）对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装在配电构架上，以免发生反击，需架设独立避雷针并满足不发生反击的要求。

（4）发电厂厂房上一般不设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。

2、变电所母线阀型避雷器的保护作用

（1）对避雷器的基本要求是：

先于被保护物放电，并能可靠灭弧。

避雷器与被保护物之间最好零距离。

3、变压器中性点的防雷保护

（1）中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压器是全绝缘的，中性点一般不需防雷保护。

（2）对于中性点接地系统，中性点需要防雷保护。

第八章电力系统内部过电压

1、过电压

在相对地或导线之间出现的，峰值超过设备最高电压峰值的电压称为过电压。

过电压分外过电压和内过电压两大类。

外过电压又称雷电过电压、大气过电压。

由大气中的雷云对地面放电。

内过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。

2、电力系统内部过电压及产生的原因

（1）电力系统内部过电压：

电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，系统参数会发生变化，从而引起电网内部电磁能量的转化或传递，这种形成的电压升高叫做电力系统内部过电压。

（2）电力系统内部产生的原因：

系统参数发生变化，使电网内部电磁能量的转化或传递。

工频、谐振、操作、雷电引起电力系统内部过电压。

3、电力系统内部过电压内部的分类

（1）电力系统内部过电压分为：

工频电压升高、操作过电压和谐振过电压三种。

通常以系统的最高运行相电压幅值Umpm为基础来计算过电压的倍数K。

（2）工业上用的交流电的频率叫工频，在我国是50Hz。

（3）由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，称工频电压升高。

引起工频电压升高的主要因素有：

空载长线末断电压升高、不对称短路和发电机突然甩负荷等。

（4）操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，引起操作过电压的主要原因有：

切除空载线路引起的过电压；空载线路合闸时引起的过电压；切除空载变压器时引起的过电压；电弧接地过电压；系统解列过电压。

操作过电压倍数K的大小及过电压持续时间与电网结构及参数、断路器性能、系统接线方式及运行操作方式等有关，具有显著的统计性。

（5）谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压，是一种稳态现象，它持续的时间比操作过电压要长得多，这种过电压不仅危及设备绝缘，而且可能产生持续过电流而烧坏设备，造成比较严重的后果。

4、影响过电压的因素

影响过电压的因素有：

断路器的性能、母线出线次数、电晕、负载的影响（线路电晕将使过电压降低，负载使过电压降低）、中性点运行方式的影响（中性点不接地或经消弧线圈接地时比中性点直接接地时过电压要高20%左右）

5、电力系统内部过电压的限制措施

限制措施有：

（1）改进断路器性能：

选用灭弧能力强的快速断路器，如压缩空气断路器、压油活塞的少油断路器以及SF6断路器。

（2）采用并联电阻断路器。

一、同步发电机并列

1、将同步发电机投入电力系统并列运行的操作，称为同步发电机的并列。

2、在发电厂内，可以进行并列操作的断路器称为同期点。

3、同步发电机并列的理想条件：

待并发电机端电压与系统母线电压的幅值差等于0，频率差等于0，合闸相角差等于0。

在同步发电机理想并列条件下，并列冲击电流等于0。

4、实现同步发电机并列操作的方法通常有自同期法和准同期法2种。

自同期法冲击电流大，基本不使用。

5、同步发电机并列的实际条件：

在实际并列过程中，难以达到理想并列条件，只要压差、频差和相角差在允许范围内，即可并列。

6、自动准同期并列时，恒定越前时间=断路器合闸时间+自动准同期装置出口继电器动作时间。

二、同步发电机励磁系统

1、同步发电机的励磁系统的基本作用是通过调整发电机的励磁电流维持发电机端电压在允许值内。

2、同步发电机的励磁系统包括励磁调节器（控制器）和励磁功率单元两个基本部分。

3、同步发电机的励磁电流为直流。

当励磁电源为交流电源时，励磁系统功率单元必须设置整流电路，将交流电整流成直流输入发电机励磁绕组。

整流电流分为不可控整流电路和可控整流电路2类。

可控整流电路通过改变可控整流元件——晶闸管的导通角可改变励磁电压的大小，从而改变发电机端电压的大小。

励磁系统中的常用的可控整流电路有三相半控整流桥和三相全控桥。

三、电力系统频率控制

1、我国交流电的额定频率为50赫兹。

2、当电力系统中发电机所发有功功率基本等于负荷功率时，系统频率保持在允许的偏差范围内。

1）负荷有功功率的大小与频率有关。

电力系统负荷调节效应系数的标幺值一般为1～3。

2）发电机所发有功功率也与频率有关。

3、发电机的调频分为一次调频和二次调频。

一次调频是由调速器闭环调节实现的（功率给定值不变，机组频率特性曲线不变），二次调频是通过调频机组的“同步器”实现的（改变调速器的功率给定值，机组频率特性曲线平移）。

四、电力系统低频减载

1、当系统突然出现功率缺额时，自动低频减载装置反映于系统频率异常降低自动切除负荷，使系统频率返回到恢复频率。

2、自动低频减载装置一般安装在变电站。

自动低频减载装置设有基本级和恢复级（后备级）。

发电厂电气部分

第一、二章

一、发电厂类型

火力发电厂、水力发电厂、核电厂。

核电厂是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能。

核电厂的燃料是铀。

二、变电所类型（枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所等四类）

1、枢纽变电所：

电源多、电压等级高，全所停电将引起电力系统解列，甚至瘫痪。

2、中间变电所：

高压侧以交换潮流为主，同时又降压给当地用电。

全所停电将引起区域电网解列。

3、地区变电所：

以向地区用户供电为主，是某一地区或城市的主要变电所。

全所停电仅使该地区供电中断。

4、终端变电所：

接近负荷点，降压后直接向用户供电。

全所停电只影响用户。

三、电气设备

1、一次设备：

直接参与生产和分配电能的设备。

2、二次设备：

对一次设备进行测量、控制、监视和保护的设备。

3、主接线：

把发电机、变压器、断路器等各种电气设备按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。

第三章常用计算的基本理论和方法

发热：

电气设备流过电流时将产生损耗，如电阻损耗、磁滞和涡流损耗、介质损耗等，这些损耗都将变成热量使电气设备的温度升高。

长期发热：

由工作电流所引起。

短时发热：

由故障时的短路电流所引起。

　　1、发热对电器的不良影响

1）机械强度下降（与受热时间、温度有关）

2）接触电阻增加

3）绝缘性能下降

最高允许温度：

能使导体可靠工作的最高温度。

2、短时发热过程特点：

属于绝热过程，导体产生的热量全部用于使导体升温。

3、大电流导体附近钢构的发热。

4、电气设备的可靠性：

元件、设备和系统在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的概率。

5、可修复元件：

发生故障后经过修理能再次恢复到原来的工作状态的元件为可修复元件。

由可修复元件组成的系统称为可修复系统。

6、不可修复元件：

发生故障后不能修理或虽能修复但不经济的元件。

7、电气设备的工作状态

可分为：

运行状态（可用状态）、停运状态（不可用状态）。

第四章电气主接线

1、电气主接线又称为一次接线或电气主系统。

由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路。

2、对主接线的基本要求：

可靠性、灵活性、经济性。

3断路器和隔离开关的操作顺序：

断开线路时：

1）跳断路器；2）拉负荷侧隔离开关；3）拉电源侧隔离开关。

投入线路时：

1）合电源侧隔离开关；2）合负荷侧隔离开关；3）合断路器。

3、单母线接线

单母线接线的缺点：

可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须停电；在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。

4、单母线分段接线

一段母线发生故障时，非故障段母线不间断供电。

5、单母线带旁路母线接线

旁路母线和旁路断路器的作用：

不停电检修线路断路器。

不停电检修出线断路器的操作步骤：

注意：

（1）隔离开关两端电压相等时才能合上之；

（2）保证供电不能中断；

（3）线路要有断路器进行保护。

设要检修线路的断路器QF1。

检修步骤为：

1）合旁路断路器两侧的隔离开关；

2）合旁路断路器对旁母充电，若旁母有故障，旁路断路器跳闸，此时先检修旁母；若旁母无故障则进行下列操作

3）合旁路隔离开关；

4）跳开出线断路器QF1；

5）拉开QF1线路侧隔离开关；

6）拉开QF1母线侧隔离开关；

7）检修QF1。

此时线路由旁路断路器进行保护。

　　6、双母线接线的特点：

它具有两组母线W1、W2。

每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。

7、双母线接线的优缺点：

供电可靠，调度灵活，扩建方便；检修母线可不停电；检修母线隔离开关只停该回线；可用母联断路器代替线路断路器工作。

8、双母线接线的倒闸操作

以检修工作母线为例。

步骤：

（1）合上母联两端的隔离开关；

（2）合上母联检查备用母线的完好性；若母联跳闸，则表明备用母线有故障，若其不跳，可进行下列操作；

（3）合上接在备用母线上的隔离开关；（先通）

（4）拉开接在工作母线上的隔离开关；（后断）

（5）跳开母联；

（6）拉开母联两侧的隔离开关

（7）检修母线。

9、用母联断路器代替线路断路器工作的操作设线路L1上的断路器QF1拒动。

步骤如下：

（1）合母联两侧的隔离开关；

（2）合母联检查备用母线的完好性；（3）合该线路接在备用母线上的隔离开关；（4）拉开该线路接在工作母线上的隔离开关；（5）此时母联代替线路断路器来保护线路。

　　10、双母线工作母线分段带旁路母线

1）优点：

母线分段可减少母线故障时的停电范围；检修断路器无须停电。

注意：

双母线接线含单母线分段的所有优点；双母线带旁母接线含单母线分段带旁母接线的所有优点。

11、3/2接线特点：

两回线路共用三组断路器。

优缺点：

供电可靠、灵活、操作简单；检修任一断路器均无需停电；投资大、控制保护复杂。

12、加装限流电抗器

作用：

a限制短路电流、b维持母线残压。

1．加装普通电抗器

1）电缆出线端加装出线电抗器，电抗百分值取3％～6％。

2）母线装设电抗器，电抗百分值取为8％～12％。

　　缺点：

母线电抗器两端的电压不等。

13、加装分裂电抗器

　　优点：

正常运行时压降小，短路时电抗大，限流作用强。

第五章厂用电接线及设计

　　1、厂用电：

发电厂内用来为锅炉、汽轮机、水轮机、发电机等主要设备服务的机械的用电及照明用电。

　　2、厂用电率：

厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数。

　　3、厂用电负荷分类

　　I类负荷：

凡短时停电会造成设备损坏、危及人身安全、主机停运及大量影响出力的厂用负荷。

Ⅱ类负荷：

允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后不致造成生产紊乱的厂用负荷。

Ⅲ类负荷：

较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便的负荷。

事故保安负荷：

指在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证供电的负荷。

厂用电电压分为厂用高压和厂用低压，高压为3kV、6kV、10kV，低压为380/220V。

　　备用电源的备用方式：

明备用：

平时备用电源不投入运行。

　　暗备用：

亦称互为备用，平时备用电源投入。

　　4、厂用电接线的接线原则

对高压厂用母线以单母线按炉分段为原则。

低压厂用母线的Ⅰ类电动机也按炉分段。

5、异步电动机的转矩M与外加电压的平方成正比。

　　6、保证重要厂用机械电动机能自启动的措施

1）限制参加自启动的电动机数量，对不重要设备的电动机不参加自启动。

　　2）负载转矩为定值的重要设备电动机也不要参加自启动

　　3）对重要的机械设备，应选用具有高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机

　　4）在不得已的情况下，增大厂用变压器的容量。

第六章设备的原理与选择

一、电器选择的一般条件

　　原则：

按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

　　下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

　　1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。

　　2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

　　3）在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。

　　4）支持绝缘子不用校验热稳定。

　　高压断路器的作用：

正常运行时，把设备或线路接入电路或退出运行;当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路。

　　开断能力：

断路器在切断电流时熄灭电弧的能力。

二、电弧的产生与熄灭

　　1、电弧概念

　　1）电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体自持放电现象。

大气中，1cm距离加30000伏的电压即会产生电弧；电弧产生后只需15～30伏的电压便可维持。

　　2）电弧由阴极区、弧柱、阳极区组成。

　　3）电弧是一束游离气体、质量极轻、易变形。

　　2、电弧的形成

　　电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。

3、去游离----自由电子和正离子相互吸引导致的中和现象。

　　4、熄灭电弧的条件式：

Ud（t）＞Ur（t）

　　物理意义：

电流过零后，弧隙介质强度一直大于系统电源恢复电压，电弧便熄灭。

　　5、断路器灭弧的基本方法

利用灭弧介质；利用特殊金属材料作灭弧触头；吹弧；多断口灭弧；增大断路器触头的分离速度。

6、隔离开关的用途

　　隔离电压；倒闸操作、分合小电流。

三、互感器的作用

1、将高电压和大电流变成二次回路标准的低电压（100V）和小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装置标准化、小型化；

2、隔离高电压，保证人身和设备的安全。

第七章配电装置

　　1、配电装置

　　根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。

　　2、种类

　　1）按装设地点分：

屋内、屋外配电装置。

　　2）按组装方式分：

装配式、成套式

　　装配式配电装置----在现场将电器组装而成的配电装置。

　　成套配电装置----在制造厂预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套供应的配电装置。

　　3、配电装置的安全净距

　　不同相的带电部分之间或带电部分对接地部分之间在空间所允许的最短距离。

　　4、屋内配电装置

　　布置型式：

一般可以分为三层、二层和单层式。

　　5、屋外配电装置

　　布置型式：

根据电器和母线布置的高度，可分为中型、半高型和高型。

　　6、安装电抗器时应注意A、C两相的电抗器不能重叠在一起。