电力系统电气设备运行与维护复习重点

电力系统电气设备运行与维护一、一次设备有哪些类型？直接生产转换和生产电能的设备，称为一次设备，主要有九种。

1.生产和转换电能的设备。

生产和转换电能的设备有同步发电机、变压器及电动机，它们都是按电磁原理工作的。

(1)同步发电机。

同步发电机的作用是将机械能转换成电能。

(2)变压器。

变压器的作用是将电压升高或降低，以满足输配电需要。

(3)电动机。

电动机的作用是将电能转换成机械能，用于拖动各种机械。

发电厂、变电所使用的电动机，绝大多数是异步电动机或称感应电动机。

2.开关电器。

开关电器的作用是接通或断开电路。

高压开关器主要有以下几种：(1)断路器（俗称开关）。

断路器可以用来接通或断开电路的正常工作电流，过负荷电流或短路电流，具有灭弧装置，是电力系统中最重要的控制和保护电器。

(2)隔离开关（俗称刀闸）。

隔离开关是用来在检修设备时隔离电压，进行电路的切换操作及接通或断开小电流电路。

它没有灭弧装置，一般只有电路断开的情况下才能操作，在各种电气设备中，隔离开关的使用量是最多的。

(3)熔断器（俗称保险）。

熔断器是用来断开电路的过负荷电流或短路电流，保护电器设备免受过载和短路电流的危害。

断路器不能用来接通或断开正常工作电流，必须与其他开关电气配合使用。

3.限流电器。

限流电器包括串联在电路中的普通电抗器和分裂电抗器，其作用是限制短路电流，使发电厂或变电所能选择轻型电器。

4.载流导体。

(1)母线。

母线用来汇集和分配电能或将发电机、变压器与配电装置连接，有敞露母线和封闭母线之分。

(2)架空线和电缆线。

架空线和电缆线用来传输电能。

5.补偿设备。

(1)调相机。

调相机是一种不带机械负荷运行的同步电动机，主要用来向系统输出感性无功功率，以调节电压控制点或地区的电压。

(2)电力电容器。

电力电容器补偿有并联和串联补偿两类。

并联补偿是将电容器与用电设备并联，它发出无功功率，供给本地区需要，避免长距离输送无功，减少线路电能损耗和电压损耗，提高系统供电能力；串联补偿是将电容器与线路串联，抵消系统的部分感抗，提高系统的电压水平，也相应的减少系统的功率损失。

(3)消弧线圈。

消弧线圈用来补偿小接地电流系统的单相接地电容电流，以利于熄灭电弧。

(4)并联电抗器。

并联电抗器一般装设在330kV及以上超高压配电装置的某些线路侧。

其作用主要是吸收过剩的无功功率，改善沿线电压分布和无功分布，降低有功损耗，提高送电效率。

6.仪用互感器。

电流互感器作用是将交流大电流变成小电流（5A或1A），供电给测量仪表和继电保护装置的电流线圈；电压互感器作用是将交流高电压变成低电压（100V或1003），供电给测量仪表和继电保护装置的电压线圈。

它们使测量仪表和保护装置标准化和小型化，使测量仪表和保护装置等二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身安全。

7.防御过电压设备。

(1)避雷线（架空地线）。

避雷线可以将雷电流引入大地，保护输电线路免受雷击。

(2)避雷器。

避雷器可防止雷电过电压及内过电压对电气设备的危害。

(3)避雷针。

避雷针可防止雷电直接击中配电装置的电气设备或建筑物。

8.绝缘子。

绝缘子用来支持和固定载流导体，并使载流导体与地绝缘，或使装置中不同电位的载流导体间绝缘。

9.接地装置。

接地装置用来保证电力系统正常工作或保护人身安全，前者称工作接地，后者称保护接地。

1.如何区分一二次设备？(1)直接生产转换和生产电能的设备，称为一次设备。

(2)对一次设备进行监察，测量控制，保护调节的辅助设备称为二次设备。

一次设备所带电压是强电。

二次设备带的是弱电。

2.导体发热的危害，导体散热的方法有哪些？危害：(1)机械强度下降。

金属材料温度升高时，会退火软化，当温度超过允许值时会引起机械强度显著下降。

例如，铝导体长期发热超过100℃或短时发热超过150℃时，其抗拉度将急剧下降。

(2)接触电阻增加。

当温度过高时，导体接触连接处表面将强烈氧化，产生高电阻率的氧化铝层薄膜，同时弹簧的弹性和压力下降，使接触电阻增加，温度便进一步升高，因而可能导致接触处松动或烧熔。

(3)绝缘性能下降。

有机绝缘材料（如棉、丝、纸、木材、橡胶等）长期受高温作用时，将逐渐老化，即逐渐失去其机械强度和电气强度。

老化的速度与发热温度有关。

导体散热方法：导体在发热的同时还存在散热过程，即热量传递过程。

热量传递有三种基本形式，即对流、辐射、导热。

3.发热主要是由于有功功率损耗引起的，这些损耗包括以下三种。

(1)在导体电阻和接触连接部分的电阻中产生的损耗。

(2)在设备的绝缘材料中产生的介质损耗。

(3)在交变电磁场的作用下，在导体周围的金属构件（特别是铁磁物质）中产生的涡流和磁滞损耗。

这些损耗变成热能，使导体和电器的温度升高，以致使材料的物理和化学性质变坏。

4.如何加强导体的散热？(1)自然对流换热。

屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s时，属于自然对流换热。

(2)强迫对流换热。

流体在导体内或导体外由某种机械（如风、泵）的驱使而流动，并在有温差的条件下和导体表面进行换热，属强迫对流换热。

现在载大电流的电机、电器和管形母线，为加强冷却，常采用强迫风冷或水冷。

屋外风速较大时也属于强迫对流。

由于强迫对流的流体速度较自然对流大，其扰动性较好，所以换热系数较高。

5.导体长期发热计算的目的是什么？6.影响（提高)导体载流量的措施有哪些？(1)减少导体电阻R。

a)采用电阻率ρ小的材料。

如铜，铝，铝合金等；b)减小接触电阻。

如接触面镀锡、银等；c)增加截面积S。

但S增加到一定程度时，K S随S的增加而增加，故单根标准矩形导体的S不大于1250mm2，单根不满足要求时，可采用2-4根，或采用槽形、管形导体。

(2)增大导体的换热面F。

同样截面积S下，实心圆形导体的表面积最小，而矩形、槽形导体的表面积较大。

(3)提高换热系数α。

a)导体的布置应尽量采用散热最佳的方式。

如矩形导体竖放较平放散热效果好；b)屋内配电装置的导体表面涂漆。

可提高辐射系数 ，从而提高辐射散热能力，但屋外配电装置的导体不宜涂漆，而保留光亮表面，以减少对日照热量的吸收；c)采用强迫冷却。

7.研究导体短时发热的目的是什么？确定导体通过短路电流时的最高温度（短路故障切除时的温度）是否超过短时最高允许温度，若不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足的稳定。

8.短路电流热效应。

短路电流流经电网的导线和设备时所发生的发热现象9.短路电流周期分量非周期分量热效应。

10.无限大容量电路系统导体的发热。

11.导体的电动力最大值发生在怎样的条件下？导体通过电流时，相互之间的作用力称为电动力。

校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过其允许应力，以便选择适当强度的电气设备，这种校验称为动稳定校验。

12.哪相的电动力最大？出现在哪一种情况？三相短路电动力最大。

最大电动力按三相短路计算，中间相受电动力最大。

13.电气设备的电弧理论。

(1)电弧的产生主要是触头间产生大量自由电子的结果。

a)阴极在强电场作用下发射电子。

b)阴极在高温下发生热电子发射。

c)弧柱区产生碰撞游离。

d)弧柱区产生热游离使电弧维持和发展。

(2)灭弧方法。

速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短弧法、粗弧切细弧法、狭沟灭弧法、多断口灭弧阀、真空灭弧法、六氟化硫灭弧法。

(3)在交流电流过零前后，弧隙中发生的现象是很复杂的。

这一现象包括两个方面：①弧隙去游离和它的介质强度（即弧隙的绝缘能力或弧隙的耐压强度）的增大；②加于弧隙间的电压（称恢复电压）的增大。

(4)电弧电流过零时，是熄灭电弧的有利时机，但是电弧是否能熄灭取决于上述两方面竞争的结果。

14.交流电弧的特点是什么？(1)交流电弧的伏安特性为动态特性。

由于交流电流的瞬时值不断随时间作周期性变化，因而电弧的温度、电阻及电弧电压也随时间而变化。

但是弧柱受热升温或散热降温都有一个过程，所以电弧温度的变化总是滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。

热惯性使得交流电弧的伏安特性为动态特性。

(2)电弧电压Ua的波形呈马鞍形变化。

由于电流的波形及伏安特性，可得到电弧电压随时间的变化，波形呈马鞍形。

(3)电流每半周过零一次，电弧会暂时自动熄灭。

15.常用加速交流电弧熄灭的方法。

(1)采用灭弧能力强的灭弧介质。

电弧中的去游离强度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性。

高压断路器中广泛采用以下几种灭弧介质。

a)变压器油。

变压器油在电弧高温的作用下，可分解出大量氢气和油蒸汽（H2约占70%-80%），氢气的绝缘和灭弧能力是空气的7.5倍。

b)压缩气体。

压缩空气的压力约20×105Pa，由于其分子密度大，质点的自由行程小，能量不易积累，不易发生游离，所以有良好的绝缘和灭弧能力。

c)SF6（六氟化硫）气体。

SF6是良好的负电性气体，其氟原子具有很强的吸附电子的能力，能迅速捕捉自由电子而形成稳定的负离子，为复合创造了有利条件，因而具有很强的灭弧能力，其灭弧能力比空气强100倍。

d)真空。

真空气体压力低于133.3×10-4Pa，气体稀薄，弧隙中的自由电子和中性质点都很少，碰撞游离的可能性大大减少，而弧柱与真空的带电质点的浓度差和温度差很大，有利于扩散。

其绝缘能力比变压器油、一个大气压下的SF6、空气都大（比空气大15倍）。

(2)利用气体或油吹弧。

高压断路器中利用各种预先设计好的灭弧室，使气体或油在电弧高温下产生巨大压力，并利用喷口形成强烈吹弧。

这个方法既起到对流换热、强烈冷却弧隙的作用，又起到部分取代原弧隙中游离气体或高温气体的作用。

电弧被拉长，冷却变细、复合加强，同时吹弧也有利于扩散，最终使电弧熄灭。

吹弧方式有纵吹和横吹两种。

纵吹主要是使电弧冷却变细，最终熄灭；横吹则是把电弧拉长，表面积增大，冷却加强息弧效果较好。

(3)采用特殊金属材料作灭弧触头。

电弧中的去游离强度在很大程度上与触头材料有关。

常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等，在电弧高温下不易熔化和蒸发，有较高的抗电弧、抗溶焊能力，可以减少热电子发射和金属蒸汽，抑制游离作用。

(4)在断路器的主触头两端加装低值并联电阻。

(5)采用多断口息弧。

高压断路器常制成每相有两个或两个以上的串联断口，以利于灭弧。

110kV及以上的高压断路器，常采用多个相同型式的灭弧室（每室一个断口）串联的积木式结构。

(6)提高断路器触头的分离速度。

在高压断路器中都装有强力断路弹簧，以加快触头的分离速度，迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面积突然增大，有利于电弧的冷却及带电质点的扩散和复合，削弱游离而加强去游离，从而加速电弧的熄灭。

(7)低压开关中的息弧方法。

a)利用金属灭弧栅灭弧。

利用灭弧栅灭弧，实质上是利用短弧原理灭弧。

b)利用固体介质狭缝灭弧。

狭缝限制了电弧直径，增加了弧隙压力，同时电弧被拉长，并与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用，加强电弧内的复合过程，最终使电弧熄灭。