电力网电气设备技术与运行.docx
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电力网电气设备技术与运行
电力网电气设备技术与运行
重要概念及问题摘录
一、电压互感器
开口三角形及Y侧各绕组的额定电压：
二次Y绕组的额定电压为100/√3V；二次开口三角
绕组的额定电压为100/3V。
当电网发生单相接地时，二次Y绕组非故障相电压为100V，故障相电压为零V。
而开口三角形的输出电压为100V。
二、小电流接地系统发生单相接地故障时，各相电压、电流情况分析
1、故障相对地电压为零，非故障相对地电压都升高√3
倍，即由相电压升高为线电压。
2、中性点对地电压升高了一个相电压，已不在是零电
位，所以称之为中性点电位“位移”。
3、流过接地故障点的电流为非故障相电容电流的向量
和，在数值上等于正常时对地电容电流的3倍：
即：
Ic
（1）＝3ωcUXA
由于35KV及以下电网电压等级较低，导线对地电容不大，所以电容电流也不大。
三、装设消弧线圈接地的原因
为了防止在单相接地时，接地电流超过一定数值时（规
程规定：
3—10KV电网IC
（1）≤30A；35KV电网IC
（1）≤10A），会产生稳定电弧和间歇电弧，会引起过电压从而引起危害设备及电网的安全运行及绝缘损坏。
为了防止单相接地时产生电弧尤其是间歇性电弧，应采取减小单相接地电流的措施，通常采取在中性点与地之间接入消弧线圈的方法。
四、消弧线圈的作用
消弧线圈的作用是减小单相接地故障时的电容电流，从而也就不会产生电弧使设备损坏了。
由于线圈具有消灭电弧的作用，故称之为“消弧线圈”。
消弧线圈实际上是起了补偿单相接地时的电容电流，在实际运行中消弧线圈采用过补偿运行方式。
消弧线圈从外形上看和一个下容量变压器差不多，由铁芯和线圈组成。
为了保持电流和电压之间的线性关系，铁芯不是整块矽钢片迭成，而是具有分段（即有间隙的）铁芯，以减少漏磁通。
在正常运行情况下，没有电流流过消弧线圈。
五、何为“小电流接地系统”？
中性点不接地系统（60KV及以下）或经消弧线圈接地系统，由于发生单相接地故障时接地短路电流很小，故称之为“小电流接地系统”。
六、中性点直接接地系统（也称之为“大电流接地系统”）
规程规定：
110KV及以上系统中性点直接接地或经消弧线
圈接地。
它是为了防止发生单相接地故障时接地点产生间歇性过电压的第二种方法，是将系统中性点直接接地。
由于系统中性点直接接地，发生单相接地故障时接地短路电流很大，故称之为“大电流接地系统”。
中性点直接接地系统的缺点：
1、发生单相接地故障时，故障相由接地点通过地形成单相短路，由于该回路阻抗很小，所以单相接地短路电流的数值很大（所以也称之为“大电流接地系统”）。
不将全部变压器的中性点直接接地，而将其中一部分变压器的中性点直接接地。
2、每次发生单相接地时，故障的线路均被断开，因而使用户的供电中断。
中性点直接接地系统的优点：
在中性点直接接地时，其中性点已完全固定在地电位，当发生单相接地故障时，中性点电位不会发生“位移”，仍然为零电位，。
由于中性点电位不发生位移，所以其它两相非故障相对地电压也不会升高。
因此，中性点直接接地系统的绝缘水平可以比不接地系统降低√3倍，使线路投资相应降低。
电网电压等级越高，这种经济效益越显著。
七、自耦变压器的中性点接地问题
一般的110KV变压器中性点可以直接接地，也可不接地。
但是自耦变压器的中性点则必须直接接地，以避免当自耦变压器的高压网络内发生单相接地故障时，在其中压线圈上出现过电压。
其过电压的倍数随自耦变压器的变比大小而异，自耦变压器变比越大，则中压线圈的过电压倍数越高。
为了避免发生这个现象，自耦变压器中性点必须直接接地。
中压绕组过电压：
UZH=UCB*√K2+K+1.
八、计算短路电流的目的
计算短路电流是为了在电气装置的设计和运行中：
⑴选择电气设备。
⑵选择限制短路电流的方法。
⑶设计继电保护装置等。
在电力系统中由于采用了相应的措施，使单相接地短路电流和二相接地短路电流小于三相短路电流，同时，在一般情况下三相短路电流流过导体产生的电动力和发热比二相短路电流严重（只有在少数情况下二相短路时的发热比三相严重），因此，电气设备课只研究三相短路电流的计算问题。
九、短路电流的最大瞬时值（短路冲击电流）
短路电流的最大瞬时值（短路冲击电流）不等于周期电流的幅值，而是随着非周期电流大小的不同而变化，往往比周期电流幅值大的多。
由于短路电流流过导体后，在导体间产生的电动力和短路电流瞬时值（冲击短路电流）有关。
短路冲击电流发生在短路后的半个周期内即：
t=t/2=0.01s.
短路全电流（最不利情况下的最大短路电流）ich＝Um/Z*sin（ωt-900）+Um/Z*e-t/Ta.
当t=t/2时,代入上式得：
ich=Kch*√2Izh=Kch*√2I∞
式中：
Kch—冲击系数,KCh=1+e-0.01/Ta;Izh–稳态周期分量有效值（KA）;ich–短路冲击电流（全电流幅值KA）;
I∞-稳态短路电流（KA）
从上式可以看出，只要求得周期分量的电流幅值，乘以KCh即可求得冲击电流。
在实际工作中2＞KCh＞1，主要为电抗的高压电路Ta的平均值等于0.05s,Kch=1.8。
十、当研究短路电流流过导体产生的热效应时必须用到短路全电流的有效值
在第一个周期内的短路全电流有效值（在高压电路中，当T＝0.05s，Kch=1.8时）Ich＝1.52Izh。
十一、在发电机供电系统中发生三相短路时
其短路周期电流起始值的标么值（以发电机额定容量为基准值）等于次暂态电抗标么值的倒数I”d*＝1/X"d*。
冲击电流：
ich=Kch√2I"d
直接由大容量发电机供电的母线上短路时，Kch=1.9
ich=1.9×√2I"d=2.7I"d
在一般高压电路内短路时，仍取Kch=1.8
ich=2.55I"d
十二、电流互感器的有关问题
继电保护用的电流互感器等级较低，一般都用D级，即电流误差为10％，角误差δ＝70。
一般要用电流互感器的10％误差曲线进行检验，测量用的电流互感器等级要高一些。
一次设备选择的程序：
①确定输送电容量，根据输送距离确定电网UH。
②确定各级电网主结线形式。
③选取变压器形式及容量。
④选择断路器、母线、输电线、电缆、绝缘子、穿墙套管、电抗器、电流电压互感器及型式。
⑤对高压长输电线路，当要考虑提高电力系统稳定度或提高输送容量时要考虑电容器串补。
在轻载及空载时末端产生过电压的情况下，要考虑并联电抗器。
十三、变压器标么值
变压器比取近似值时，在标么值计算中，不论电抗欧姆值归算到那一电压等级，只要选用相应电压级的平均额定电压为基准值，则电抗标么值是一样的，而且只需要功率的核算。
当近似地将平均额定电压（UP=1.05UH）比作为变压器的变比，各元件的电抗标么值只需功率换算，而不在需要进行电压换算，这是应用标么值进行计算短路电流的一大优点。
十四、转移阻抗
转移阻抗就是用各种方式把网络化简成只保留短路点d和电源的等值电路，这时的电源到短路点的阻抗称之为转移阻抗。
十五、检验动稳定问题
F（3）/F
（2）=2/√3=1.15,由此得出结论，三相短路时的电动力最大，对电器和载流导体最危险。
因此，在检验电器和载流导体的动稳定时，都应利用三相短路时的电动力F（3）。
十六、什么是动稳定
电流通过导体时产生电动力效应，在正常情况下，电器和载流导体通过的是不大的负荷电流，所受到的电动力不大。
在短路时，特别是当冲击短路电流通过时，电动力可能达到很大的数值，以损坏电器设备。
为了保证电气装置的可靠工作，电气装置中的电器和载流导体必须有足够的机械强度，使之能承受短路时的电动力的作用，即应具有足够的电动稳定度。
十七、发热的影响及热稳定检验问题
发热对电器和导体影响和危害如下：
1使电器和导体的绝缘加速老化。
2电气各连接部分的表面强烈氧化，接触电阻增大，
又产生更多的热量和更高的温度。
如此恶性循环，使电器和导体的接触部分烧毁。
3铜和铝的机械强度随温度的升高而下降。
4瓷元件的耐压强度在温度超过一定的限度后也将大
大降低。
为了克服温度升高时带来的这些不利因素，以保证电器设备安全可靠的运行，因此必须检验电器设备的热稳定。
各种长导体长期通过允许电流计算公式：
I允＝√KFτ允/R
各种长导体热稳定的检验公式：
S≥I∞/C√tΦ
式中：
tΦ=tΦn+tΦu=周期分量的假想时间＋非周期分量的假想时间
各种电器设备的热稳定检验公式：
It≥I∞√tΦ/t
当在计算电抗Xjs<0.6时。
I
（2）∞>I（3）∞，此时就用两相短路时稳态电流值I∞来代入上式计算。
It:
在设备上表出的，由厂家给出该设备在t秒内的热稳定电流。
在规定的时间t（一般为1.5或10s）内，不衰减的周期电流（有效值）It通过电器时，应无异常现象。
十八、大电流母线附近钢构的感应发热问题，主要靠采取“磁屏蔽”的措施来解决
十九、限制短路电流的主要措施有如下：
为了减小短路时通过电器设备的短路电流，以减小设备投资，故必须对短路电流加以限制，限制短路电流的措施有：
1采用变压器低压侧分裂运行的运行方式，以增加6
－10KV侧短路回路内的阻抗，达到限制短路电流的目的。
在降压变电所中需要限制短路电流时，首先考虑采用这种方式。
②加装电抗器：
电抗器是电阻很小的电感线圈，它是串联接入电网，与地绝缘。
电抗器的主要参数是额定电压Ul，额定电流Ie和百分电抗X％。
水泥电抗器的额定百分电抗值是表示在电抗器一相中流经额定电流时的感抗压降与其线电压之比：
X=2πfLeIe31/2.％。
用来限制短路电流的电抗
100Ul
器是没有铁芯的，使L维持不变，与通过线圈的电流大小无关。
在降压变电所中电抗器有四中连接方法：
a.电抗器接在电缆出线上，称之为线路电抗器或出线电
抗器（只适用于电缆出线），它可以限制电抗器以后发生短路时的短路电流。
电抗器中电压损失使装置中的母线上可以维持一定的剩余电压。
母线上的剩余电压主要有电抗器上的电压损失来决定。
母线剩余电压Ush.m＝31/2IdX（短路电流通过电抗器时的压降），电抗器的电压损失△U%＝X％IHsinφ
Ie
限制短路电流的作用：
Ik＝Ie×100。
X％
b.装设分段电抗器：
装设分段电抗器不仅能限制母线上
的短路电流，也能限制进、出线上的短路电流。
c.在电源（变压器）回路中装设限流电抗器：
这种接线
正常运行时电抗器被断路器短接不投入运行，因此无电压降。
d.采用分裂电抗器：
正常时利用两线圈互感去磁作用，
电抗器的电抗为0.5Xk，而短路时由于Ifh＜＜Id，所以只考虑有短路电流的一臂，此时电抗器的电抗为Xk。
可见正常运行时运行电抗器的电压降不大，损耗也小。
三相电抗器垂直等装时，中间一相绕组的绕向与上下
两绕组的绕向相反，这是为了在当短路电流通过电抗器时，能使相邻两相绕组之间的最大电动作用力是吸引力，而不是排斥力，从而使支持绝缘子受压而不受拉。
二十、各种载流导体和电器设备应满足的基本条件：
a.满足动稳定。
b.满足热稳定。
C.具有一定的绝缘
水平。
装在电压互感器间隔内的导体和电器可不校验动热稳定，因为短路电流不通过电压互感器。
二十一、断路器、隔离开关、熔断器的选择条件：
Uzd≥Ug,Ie≥Ig,Sdn≥S”（S0.2）（断流容量，隔离开关不按这一项选择）。
igf≥ich（3）（动），It≥
I∞.（tφ）1/2（热）（熔断器不校验动、热稳定）。
（t）1/2
二十二、限流电抗器的选择条件：
Uek≥Ug,Iek≥Ig,It≥I∞（tΦ）1/2,igf≥ich（3）
（t）1/2
二十三、母线、电缆、绝缘子的选择条件：
母线截面形状应保证有较大的散热面积，较低的集肤效应。
导线截面按持续工作电流和经济电流密度选择，按电晕效应检验：
Ulj≥Ug。
按热稳定检验：
S≥I∞（tΦ.kf）1/2
C
按动稳定检验：
σxu≥σ。
二十四、支柱绝缘子与穿墙套管的选择条件：
支柱绝缘子按电压和短路动稳定选择：
Uzd＞Ug,
F＜0.6Fxu;
穿墙套管按电压和通过的持续电流选择，按动稳定检验：
Ie＞Ig,Uzd＞Ug,It≥I∞（tΦ）1/2（热），
t
P≤0.6Pxu（动）。
二十五、电缆截面的选择条件：
按电压损失校验电缆截面，按经济电流密度选择电缆。
KIXU≥Ig，Szx≥I∞（tΦ）1/2（热）。
C
二十六、以上公式中字母、符号所代表的意思注释：
注：
Uzd–制造厂保证的最高工作电压（KV）；
Ug-回路工作电压（KV）;
Ie-设备额定电流（A）；
Ig－回路持续工作电流（A）;
Ifh–负荷电流（A）；
Ixu–回路长期允许电流（A）;
Sdn-设备额定断流容量（MVA）;
S"-0秒的短路容量（MVA）;
Idn-设备额定断流量（KA）;
ich–短路冲击电流（KA）;
I"-短路次暂态电流（KA）；
S0.2–0.2秒的短路容量（MVA）;
I0.2-0.2秒的短路电流（KA）;
Igf-设备极限通过电流幅值（KA）;
Ich（3）–回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值（KA）;
Id–回路发生短路时的短路电流（KA）;
It-设备在t秒内的热稳定电流（KA）;
t-热稳定电流允许的作用时间（S）;
tj-短路电流作用的假想时间（S）；
I∞-回路中可能通过的最大稳态短路电流（KA）;
Iej－短路器、熔断器的额定电流（A）;
Uer-熔断器的额定电压（V）;
Iek–电抗器的额定电流（A）;
Uek–电抗器的额定电压（KV）;
Xk％－电抗器的电抗百分值；
Uj－基准电压（KV）;
Ij－基准电流（A）;
X※－以Uj、Ij为基准的计算至所选用电抗器前的网络电抗标么值；
Ug%-母线必须保持的剩余电压（一般为60－70％）；
△U％－正常工作时电抗器上的电压损失（△U％）
不宜大于额定电压的5％；
φ–负荷功率因数角（一般取Sinφ=0.8）;
校验电气设备、载流导体动、热稳定时，公式中符
号代表的意思：
F（3）、F
（2）–发生三相、二相短路时所产生的电动力（kg）；
σ－短路时母线产生的应力（kg/cm2）；
σxu-母线容许应力（kg/cm2）;铜线为1400kg/cm2,铝线为500－700kg/cm2,钢线为1000kg/cm2。
L–硬母线（导线）两支柱绝缘子间的跨距（cm）;
r－导线半径（cm）,矩形母线为四个角的曲率半径；
a–相间距离（cm）;
w–母线截面系数（查表）；
β–振动系数（查表）；
δ–空气相对密度（查表）；
S–经济截面积（mm2）;
Jn–经济电流密度（A/mm2）（查表）；
二十七、电流互感器的有关问题：
电流互感器的二次额定电流为5A或1A，电流互感器的一次侧线圈串联在电路中，二次测同仪表或保护装置也是串联接法。
为了保证工作人员和测量仪表、继电保护设备的安全，电流互感器的二次线圈不得开路（即断开），否则将会在二次线圈端部产生高电压，危及人身和设备安全。
电流互感器的二次线圈都应接地，以避免在一次线圈和二次线圈之间的绝缘击穿时保护工作人员和所接仪表、继电保护的安全。
电流互感器的特点是：
一次线圈的电流与二次线圈的负荷无关；一次线圈中的电流完全决定于电流中的负荷，当一次回路中电流变化时，二次线圈中的电流将随其正比的变化。
电流互感器按用途可分为电能计量、测量和保护三大类。
电能计量用0.2级（准确等级），测量和保护用0.5、1级。
电流互感器的准确等级是根据其内部误差大小来划分的。
电流误差可认为从二次测线圈间接测得的一次线圈电流值KeI2与一次线圈中电流实际值I1的差，以实际值的百分比表示：
△I＝KeI2-I1*100%,
I1
式中：
△I－电流误差（A）;
Ke=Ie1-电流互感器一次绕组与二次绕组额
Ie2定电流的比值，称之为额定互感比（又可以nT表示）；
Kw=W1－电流互感器一次绕组与二次绕组匝
W2
数比，Kw≈Ke。
引起误差的主要原因是由励磁电流i0产生的，因为在电流变换过程中铁芯中有能量消耗，即磁滞损耗和涡流损耗。
要减小电流互感器的误差，必须尽量使其激磁安匝I0W1减小，也就是减小I0。
减小I0的方法，增大铁芯截面，减小铁芯磁路长度，采用导磁率高的材料做铁芯，或采用补偿的特殊方法等措施。
从使用方面应使一、二次绕组负荷不要超过规定的允许值，因为这两者的增大都使E2、Φ0和I0W1增大，从而使电流误差增大。
角误差：
以一次与二次线圈的安匝向量间相角差δ表示。
影响电流互感器误差的主要因素：
I0和二次负载Z2,同一电流互感器随二次负载Z2的不同，可工作在不同的准确等级下。
当容量不能满足要求时，可将两个二次线圈串联使用，这样可使负载减小一半，从而也使电流互感器的误差减小。
电流互感器10％误差曲线系指误差fi=10%时，一次电流倍数m与二次负载Z2e的关系曲线。
校验用于保护装置的电流互感器应按10％误差曲线进行。
二十八、电压互感器的有关问题：
电压互感器的一次线圈并联接在电力系统一次电压上。
常用的电压互感器二次额定相电压为100V。
从保安角度出发，电压互感器二次回路必须有一点接地，接地点一般选取在它的安装处，而且只能有一点接地。
这样，电压互感器一次线圈和二次线圈间绝缘击穿时，可免使二次回路出现高电压，以免危害人身和设备安全。
测量仪表和继电器均与电压互感器二次线圈并联，同时，特别要注意电压互感器的二次回路不能短路。
电压互感器一般按如下条件选择：
⑴额定电压Ue≥Ug。
⑵准确等级和容量。
⑶型式和接线方式。
由于电压互感器与电路并联，不会遭到注回路短路电流的作用，因此，不需校验动稳定和热稳定。
影响电压互感器误差的工作条件主要是：
二次负荷的大小和性质（功率因数），其次一次侧电压U1的显著波动对误差也有影响。
为了监视相对地的绝缘，电压互感器要反映相对地的电压，这就要求电压互感器一次绕组作星形接线，且中性点必须接地。
三相三柱式电压互感器一次绕组中性点是不允许接地的，因此不能用来供绝缘监视装置，而且只能用三相五柱式电压互感器。
同一电压互感器随二次负荷的大小不同，可工作在不同准确等级。
电压互感器的误差是由空载电流和负荷电流引起的，这些电流流经电压互感器线圈时产生电压降，从而产生电压互感器的电压数值误差和角误差。
如果降低准确等级，电压互感器的容量可以增大使用。
二十九、变电所的绝缘配合问题（外绝缘配合）：
a.空气间隙的放电电压和加在其上的电压波形有关。
作
用在电气设备上的电压一般有①大气过电压.②内部过电压.③工频电压三种。
b.放电电压的大小和间隙与电场分布的均匀程度有关。
三十、配电装置的有关问题：
按电气主接线图，用主变压器、开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备组成，用来接受和分配电能的装置，称之为配电装置。
三十一、超高压电力系统中的设备：
1、串联电容器补偿的作用：
将电容器串入输电回路，用电容器容抗抵消一部分线路
感抗的原理，起到①缩短输电线路的电气距离.②提高线路的输送容量.③提高系统的稳定性。
极限补偿度与串联电容补偿装置的用途、设置位置、系统接线及电压等级有关。
在高压线路上用以提高线路输送容量、改善系统稳定性的电容串补装置中，补偿度Kc＝XC不能等于1。
否则由于
XL
电感全部被电容补偿了以后，系统的静态稳定就要变坏，使系统变为不稳定，同时系统还发生自激振荡现象。
所以其补偿度KC一般约为15－60％。
补偿位置：
分散补偿比集中补偿效果好。
电容器集中一处补偿时，以安装在线路中间（1/2L）处补偿效果最好，串联电容补偿装置要避免安装在线路始端。
2、并联电抗器限制工频过电压的作用：
1长线路电容效应：
对高电压、大容量、长距离的超
高压输电线路，从线路首端（L＝0处）开始，电压逐渐上升，离首端越远，电压上升愈多，在末端电压最高，线路愈长，末端电压升高愈多。
2空载长线路上电压升高的原因是，线路电容电流流
过线路电感引起的。
3系统不对称短路、开断和突然甩负荷，也将引起工
频电压升高。
4常采用接入高压并联电抗器限制工频过电压。
它对
限制工频过电压的作用是：
并联电抗器接入后输入阻抗加大，补偿了一部分线路上的电容电流，容性电流减少，削弱了电容效应，所以末端电压降低。
三十二、电力网及电力系统电压的调整、管理和主要调压措
施：
⑴调压的必要性：
电压和频率是电能质量的两个重要指标。
任何用电设
备，最理想的工作电压就是它的额定电压。
在电力系统的运
行中，电压值的变化和偏移过大，同样也影响用户的产品产
量和质量，甚至损坏设备。
⑵电压管理：
用电设备的电压偏移是常常由于系统的变化、个别设备
的检修和故障退出工作、电力系统接线发生改变等等，使系
统网络损耗、系统阻抗、功率分配发生变化，使用电设备的
电压偏移超出规定。
为此，对系统电压必须进行电压的监视
和管理，以保证运行设备在允许的电压偏移服务内正常工作
。
由于电力系统负荷点非常多，对其电压水平不可能一一
进行监视。
因此，必须在电力系统中选定某些枢纽点作为电
压监视点，以监视全系统的电压，电压监视点也称电压中枢
点。
电力系统中的电压中枢点是这样一些点，当它们的电压
一经确定，系统其它各处的电压值也就定了。
一般地区负荷
较大的发电厂和中枢变电站的母线往往被选来作为电压中
枢点。
“高峰负荷时升高电压，低谷负荷时降低电压”的中枢
点电压调整方式称为“逆调压”。
供电线路较长、负荷变动
较大的中枢点往往要采用这种调压方式。
“逆调压”时，高
峰负荷时可将中枢点电压升高至105％，低谷负荷时将其下
降为Ue。
与“逆调压”相对，对供电线路不长、负荷变动不大的
中枢点，允许采用“顺调压”。
所谓“顺调压”就是高峰负
荷时允许中枢点电压略低，低谷负荷时，允许中枢点电压略
高。
一般“顺调压”时，高峰负荷时的中枢点电压允许不低
于102.5％Ue，低谷负荷时允许不高于107.5％Ue。
介于上述两种情况之间的中枢点，还可采用“常调压”，
即在任何情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，例如（102－105）％Ue。
若系统发生故障时，对电压质量的要求允许适当降低，通常允许故障时的电压偏移较正常时再增大5％。
⑶常用的几种调压措施：
电力系统的调压措施可分两类：
第一类叫自然调压措施，它是依靠合理调节电力系统中原有设备的运行方式来达到调压的目的，如改变发电机端电压来调压、借电厂间无功功率合理分布来调压等;第二类叫外加调压措施，如利用静电电容器、同步补偿机及调压变压器等设备来调压的都属于这一类。
第一类调压措施因不需花投资，所以应该首先充分利用，当第一类措施不能满足要求时，再增加第二类措施。
a.借改变发电机端电压来调压调节发电机的励磁电
流，增加
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