电力系统电气设备复习详细知识点

电力系统电气设备

题型

一、选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分）

二、名词解释（本大题共5小题，每题3分，共15分）

三、简答题（本大题共5小题，每题5分，共25分）

四、综合题（本大题共2小题，第1题15分，第1题10分，共25分）

两道综合题都是电气主接线的内容，有画图题

五、计算题（15分）

复习提纲

（-）绪论

：凝汽式火力发电厂、热电厂、燃气轮机发电厂

2.水力发电厂的类型：坝式水电站、引水式水电站、抽水蓄能电站

3.一次设备、二次设备的定义和类型

一次设备二次设备

定义生产,输送,分配,消耗电能的设备对一次设备进展监测,控制，调节和保护的电气设备

类型发电机、变压器、开关设备、母线互感器、测量仪表、控制器件、继电保护、自动装置

（二）高压开关电器

1.高压断路器的定义、作用、种类、技术参数

定义

作用其一是控制作用（系统正常情况）；其二是保护作用（系统故障情况）。

按安装地点：屋内式断路器、屋外式断路器

种类按采用的灭弧介质：油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器、自产气断路器、磁吹断路

然

额定电压UN、额定电流IN、最高工作电压Uwgx、额定开断电流hbr、额定开断容量、动稳定电流［极

技术参数

限通过电流）ids、热稳定电流卜、额定关合电流1Nd、合闸时间3和分闸时间Gf、自动重合闸性能

2.隔离开关的作用、种类、与断路器的区别

隔离电源，保证检修工作的平安：

用隔离开关配合断路器，在电路中进展倒闸操作；

作用

接通或切断小电流电路；

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

种类按动触头运动方式分：水平旋转式,垂音旋转式.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

断路器有灭弧装置

与断路器的区别停电操作：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•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局部功能°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

作用故障或过负荷时自动切断电路，保护设备。

按使用地点分：户内式和户外式

按是否有限流作用：限流式和非限流式

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。

安秒

特性05

02

0I

005

002

0.01

5102050IOO20050010002000500010000

g

6〜33k\.培丝女秒带馆II线

5.重合器的作用

控制功能（系统正常工作时）和俣护功能（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：

L1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

重合嚣111F1

将其线路分成LI、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，F1计数

F2

L2,1L4________。乙L5次数R次，「2、FR、P5计数次数2次，F4、「6计数次数

凶凶々kSZ?

E3F3F411次。

——K~~———-------—

F5E2F6

1.假设故障E1发生在L5段，重合器、分段器F1、

匚Z1L1

F3、F4通过故障电流，重合器自动分匣，线路失压，F4

IC■F1

重合善到达整定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U、L2、L3、L4、L6、L7

F2

L2,了L4。段供电。

E2百育工

L6/,i^7iL7Z7T^

L2SI学L2SJ

F5£2F6

2.假设故障E2发生在L6段，重合器、分段器FI、

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。Fl、F5没有到达整定计

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到达整定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L

1、L2、L3、L4、L5段供电。

3.假设故障E3发生在L2段，重合器、分段器F1通

O过故障电流，重合器自动分闸。如果为瞬时故障，重合

重合器器自动重合成功恢复供电。F1没有到达整定计数次数应

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，F

1到达整定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

L互感器的定义、作用、与系统的连接

定义

1.将一次I可路的高电压和大电流变为二次I可路的标准值，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，构造轻巧，价格廉

作用价。便「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局部隔离，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平安。

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。

与系电压互感器一次绕组并接于被测电路，二次绕组与测量仪

统的表或继电器的电压线圈相串联。

连接

图4—1系统柞挎图

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=INl/IN2^NN2/NNl

二次回

正常工作时：磁动势N|I,+N2I2=NIIO„N山和N2I2互相抵消一大局部，励磁磁动势NM,数值不大。

路为什二次电路开路时：N2I2等于零，励磁磁动势猛增到N山，铁芯中磁感应强度猛增，造成铁心磁饱和。铁芯

么不能饱和致使随时间变化的磁通小的波形由正弦波变为平顶波，如下图在磁通曲线中过零前后磁通中在短时

开路间内从+①m变为-①m,使d①/dt值很大。

运行中I.e2=-d<l>/dt,磁通急剧变化时，二次绕组内将感应很高的尖顶波

二次回电势e2,危及工作人员的平安，威胁仪表和继电器以及连接电缆

路开路的绝缘。

可能造2.磁路的严重饱和还会使铁心严重发热，假设不能及时发现和处

成的后理，会使电磁式电流互感器烧毁和电缆着火。

果3.在铁芯中产生剩磁，影响互感器的特性。

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、一■，可以看出：日与日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m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Si：相位差为旋转180°的二次电流相量七，与一次电流相量L之间的夹角5i，并规定七,

超前h时，相位差6i为正值。

3.电磁式电压互感器的工作原理、测量误差、接线

测量误差L误差分析

I

由等效电路可得

由图可以看出，二次电压区和一次电压日大小不相等，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。电压相量图如下图。

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。

Lx।

㈢

即，电压误差二空载电压误差+负教电压误差

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Ui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；选用合理的线圈构造；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壬和相位误差与

互感器本身的构造及材料，励磁电流

10、二次负载电流12和二次负荷的功

率因数cos4）2这些运行参数有关。

二次负载电流12增大时，|fu|增大,

I6uI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

类型单母线、单母线分段、单母线（分段）带旁

断路器原则：

与隔离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

开关的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”。

倒闸操倒闸操作正确与否，直接影响平安运行。

作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展。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1）旁路断路器QFp连接旁路母线Wp和工作母线Wo

带旁路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

母线接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

线特点通电，减少故障的可能性。

相关操检修出线断路器QF1时：

作步骤（1）先合上QFp两侧的隔离开关，再合上QFp,检查旁路母线是否完好（假设有故障QFp会自动跳开;

（2）在旁路母线完好的情况下，断开QFp；

（3）合上QSlp,再合上QFp；断开QF1、QS12、QS11,QF1退出工作，该线路经W、QFp及其两侧隔

离开关、QSlp得到供电。

优点：供电可靠性提高了，保证了对重要用户的不连续供电，倒闸操作相对简单。

缺点：增加了设备，从而增加了投资的占地面积

3.双母线接线的类型，专用旁路断路器的双母线带旁路母线的电气主接线图、特点及相关操作步骤

类型双母线、双母线分段、双母线（分段）带旁路、3/2断路器接线、变压器一母线组接线

特点1）增设了一组旁路母线W3及专用旁路断路器QFp回路。

2）各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外，还通过旁

路隔离开关与旁路母线相连接。

正常运行时：双母线同时运行，引出线和电源回路平均分

配好后，固定工作于某组母线上。这样，负荷平衡，母线

上流过电流最小。

应该注意：旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，

它不能代替汇流母线。

相关操

作步骤

4.单元接线的定义和类型、桥形接线的电气主接线图和特点及其相关操作步骤、多角形接线类型

单元定义：将发电机与变压器或者发电机-变压器-线路都直接串式起来，形成一个单元，中间不设母线。

接线类型：双绕组变压器单元接线、发电机一三绕组变压器（或自耦变）单元接线

相关操作步骤：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①变压器的切除和投入比拟简单。如变

供电。压器故障时，仅故障变压器回路的断路

②正常运行时变压器操作复杂。如变压器TI检修或发生故障时，器自动跳闸，其余三归I路可继续工作；

需断开断路器QF1、QF3.使未故障线路WL1受到影响。拉开②线路的投切很复杂。如线路需要检修

QS1后，再合上QFI,QF3,可恢复WLI供电。这一特点可概括或故障时，需断开两台断路器，并使该

为“内桥内（单元投切）不便〃。侧变压器停顿运行，需经倒闸操作恢复

③桥回路故障或检修时全厂分列为两局部，使两个单元失去联系:变压器工作，造成变压器短时停电，与

另外，穿越功率（由WL1经QF1、QF3、QF2送到WL2或反方内桥正好相反，概括为“外桥外（单元

向传送功率）经过的断路器较多，使断路器故障和检修机率僻加,投切）不便”；

从而系统开环的机率大。为防止此缺点，可增设正常断开的跨条,③桥I可路故隙或检修时全厂分列为两局

如上图中的虚线局部，加跨条可使联络断路器检修时，穿越功率部，使两单元失去联系；同时，出线侧

可从“跨条”中通过，减少了系统的开环时机。跨条回路中装设断路器故障或检修时，造成该侧变压器

两台隔离开美的FI的是能轮流停电检修任意一台隔离开关。停电。为此，在实际接线中可采用内跨

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

来提高其运行灵活性。

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「•开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。

多角构造特征：

接

形

1）多角形接线的断路器数与回路数一样，所用断路器数目少，比单

线

母线或单母线分段都少；

K

一2）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

/

X合的环形；

3）每个回路都接在两台断路器之间。

」T2

（五）发电厂和变电所的自用电

1.厂用电、厂用电率的定义

厂用电定义；为发电厂的主机（锅炉、汽轮机、发电机等）和辅助设备效劳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。

厂用电率定义：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。

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）内停顿供电，将影响人身或设备平安，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。

I【类负荷在较长时间内停顿供电，会造成设备损坏或影响正常牛产，但在允许的停电时间内，如经俏班人员

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。

HI类负荷在较长时间内停顿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平安的负荷，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标准相适应；

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，使铜耗量和发资增加的矛盾;

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

3kV

高压厂100-300MW(>kV

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

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

定义是发电厂和变电所的重要组成局部，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

来承受和分配电能。

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，通过经济技术比拟确定。

一般情况下，在大、中型发电厂和变电站中，HOkV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，HOkV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。

(A)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场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。

载流导体处在破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1)额定电压

正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

常2)额定电流

工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Iwg、，即IN

作2IWmax

条3)自然环境条件

件选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的根本使用条件。

选当气温、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，

择应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。

按1)按短路热稳定校验

短短珞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到达的最高温度不应超过导体和电器

路的短时发热最高允许温度，即要求QkWQr或QkWHlr

条Qk—短路电流热效应，kA2.s；

件Qr—导体和电器允许的短时热效应，kA2.s；

校Ir—tr时间内导体和电器允许通过的热稳定电流，kA；

验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：ishWids，khWlds

i$h、Lih短路冲击电流的幅值和有效值，ish为：1'

ids，加一导体和电器允许通过的动稳定电流幅值及有效值，kA

1〃为Os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,发电厂总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1叫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INEIwn1ax

按额定短路开在给定的电网电压下，高压断路器的额定短路开断电流1丽应满足hbr'Ikp

断电流L一一断路器实际开断时间的短路电流周期分量有效值。

按额定短路关为「保证断路器在关合短路时的平安，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

合电流ish，即iNcl^ish

动稳定校验高压断路器的额定峰值耐受电流ids2ish三相短蹿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Irtr^Qk短路期自短路电流热效应，

3.限流电抗器的选择

按额定电压电抗器的额定电压UN2UNS所在电网的额定电压

按额定电流电抗器的额定电流iN^lWgx通过它的最大持续工作电流

按普(1)按将短路电流限制到要求值选择电抗百分数

电抗百分数通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

电

II22MI

抗■■

器式中：

电X，*£一一电源至电抗器前的系统电抗标么值；

抗X*£——电源至电抗器后的系统电抗标么值。

百IB——基准电流(kA)；

分r——次暂态短路电流周期分量有效值(kA)。

数

的

选电抗器在额定参数条件下的百分比电抗为

择式中UB——基准电压(kV)

(2)按电压损失校验选择电抗百分数

普通电抗器在止常工作时，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6——负荷功率因数角，为方便计算，一•般cose取0.8。

(3)按母线剩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，母线剩余电压不低于额定值

1■

的60%〜70%校验。

分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

裂抗器的技术数据中只给出了单僧自感电抗XL%,所以还应进展换算。

电XL%和XR%之间的关系与电源连接方式及短路点的选择有关。

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

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

电⑶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%=(l-f)XL%/2°

抗其中，f为分裂电抗器的互感系数，当无制造部匚资料时，一般取为0.5。

百要求正常，作时两臂母线电压波动不大于母线额定电压的5%。

分

・一^・

数

的I段母线电压百分数的计算公式为

选

|一一||

择.」L.

II段母线电压百分数的计算公式为

式中

UI、U2一一I、II段母线上电压；

U——电源侧电压；

II、12一—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；

61、62——I、II段母线上的负荷功率因数角，一般可取cos6=0.8；

f-一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构造，也可采用树脂浇注绝缘构造的电压互感器；

对于35kV配电装置，宜采用电磁式电压互感器。

对于UOkV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。

在需要检杳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-N1>U1N1

式中Ui---电网电压；UNI----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应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。

按准确级和二次绕在选择时，应苜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

组容量布在各相上，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Sz，SN22s2

二次负荷容量S2的计算，一般按最大的一相负荷进展验算。必要时可按表9.7列出的接线方

式和计算公式进展每相负荷的计算。

电氏堇・110成・熊时■和负痔的计A公式

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