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1、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
2、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
3、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
4、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100詡)，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
5、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
6、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
7、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？ 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
8、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p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，KS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
9、-4根，或采用 槽形、管形导体。 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a。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
10、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
11、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：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；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
12、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。 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
13、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20xl05Pa，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133.3xlO-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
14、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
15、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。16. 断路器两端并联电阻并联电容的作用是什么？(1) 并联电阻的作用：a) 使多端口断路器的各断口电压分布均衡。b) 抑制暂态恢复电压。c) 抑制感性电流开断时产生的过电压。d) 降低开断电容电路是的过电压和抑制合闸过电压。(2) 并联电容起到均压的作用。17. 母线的作用。 发电厂和变电所中各种电压等级配电装置的主母线，
