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输变电电气设备与输电网知识
1．电气设备组成
一次设备：直接生产与输送电能的设备（发电机、变压器、主母线、高压互感器、隔离开关等） 。
二次设备:对一次设备进行监视、控制与保护的设备
图1-1 电气设备组成：发电-输电设备
2．一次设备
①生产与转换电能的设备：
发电机-机械能转换为电能；
电动机-电能转化为机械能；
变压器-电压升高或降低，满足输配电需要。
②接通或断开电路的开关电器：正常或事故时，将电路闭合或断开。
断路器，正常时用来接通与断开负荷电流；故障时受继电保护作用，将电路自动断开。
图2-1 断路器
隔离开关，将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧装置，因此只有在断路器断开后，才能接通与断开隔离开关。
图2-2 隔离开关
熔断器，熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统与控制系统与用电设备中，作为短路与过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。
图2-3 熔断器
接触器，接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头与常闭触头）与灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。
图2-4 接触器
③限制故障电流与防御过电压的电器
电抗器-限制短路电流，维持母线残压。
避雷器-防御过电压
图2-5 避雷器1
图2-6 避雷器2
④接地装置：电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地，与地中的接地网相连。
⑤载流导体：将电气设备连接起来
母线，汇集与分配电能
架空线，终端线、联络线
电缆，城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用
图2-1 主要电气一次设备的图形符号
3．二次设备
①仪用互感器：将电路中的高电压或大电流转换成低电压、小电流，供给仪表与保护装置使用。
电压互感器PT；电流互感器CT
②测量表计：测量电路中的电气参数。
电压表；电流表；功率因数表
③继电保护与自动装置：迅速反应不正常情况并进行监控与调节。
④直流电源设备：供给控制、保护与厂用直流负荷、事故照明的直流用电。
直流发电机组；蓄电池组；硅整流设备
⑤操作电器、信号设备与控制电缆。
4．输变电电气设备主要内容
4.1电力变压器
4.1.1电力变压器的作用
电力变压器室电力系统中广泛使用的升压与降压设备，它的作用主要有：
①高压输电：
发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为20KV左右，如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大。
②在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价
图4-1 电力变压器图示
4.1.2电力变压器的分类
按用途分：升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器
按相数分：单相变压器、三相变压器
按每相绕组的线圈数：双绕组、三绕组、自耦、低压分裂绕组
4.1.3电力变压器的结构
核心设备：铁芯 + 绕组 （本体）
外围设备：
（1）油：绝缘与散热
需要油的部位：本体、调压开关、引出线
结构：
储油（油枕）
吸湿（硅胶）
监视油位（油枕、调压开关、套管）
监视油温
监视油的分解，诊断内部故障（瓦斯继电器）
（2）冷却系统：强迫油循环风冷（大容量变压器）
风扇
潜油泵（油流继电器）
图4-2 电力变压器的结构
图4-3 电力变压器实物照片
4.2开关设备
4.2.1开关电器的作用与种类
（1）作用：在正常情况下，由于检修或改变运行方式，将发电机、变压器、线路等接入电网或退出，起控制作用。在故障时，迅速切断故障部分，保证无故障部分正常运行，起保护作用。
（2）种类：
仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流。如：高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器。
仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如：高低压熔断器。
既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流。如：高压断路器、低压空气开关（能起控制与保护的作用）
不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压。如：隔离开关。
4.2.2电弧的形成与熄灭
（1）电弧产生的条件：电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。
触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。
（2）电弧的危害
电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。
烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。
若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。
（3）电弧产生的物理过程
电弧的产生与维持是触头间中性质点（分子与原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。
4.2.3高压断路器熄灭交流电弧的基本方法
结构：灭弧装置 + 操纵机构
（1）灭弧介质具有较高的传热能力、介电强度、热游温度与热容量。
按灭弧介质与灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空
压缩空气 1 减缓电子运动速度 压力表
油（氢） 7.5 分解为H2 油压表，油位计
SF6 100 很强的吸附电子的能力 压力表（0.6MPa左右）
真空 15 降低电子浓度
图4-4 六氟化硫断路器
(2)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨与银钨合金
熔点高、导热系数与热容量大的金属，减少热电子发射。
(3)利用气体或油吹动电弧 ：扩散与冷却
空气：2.3MPa SF6: 0.3~0.6MPa
纵吹、横吹、环吹
(4)采用多断口熄弧 ：在相等的触头行程下，拉长电弧
各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容
(5)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧
操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态这些任务全靠操动机构完成。
操动系统的动作过程，实际上是使操动元件（如合闸元件或分闸元件）获得动能，再通过拐臂与连杆机构，将动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器本体的那一部分，称为操动机构。其它作为传递动力的部分，称传动机构。
图4-5 隔离开关示意图
4.2.4 隔离开关
主要用途
没有灭弧功能,隔离电压,倒闸操作
分合小电流：分、合避雷器、电压互感器与空载母线
分、合励磁电流不超过2A的空载变压器
关、合电容电流不超过5A的空载线路
隔离开关的种类
安装地点：屋内式与屋外式
绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱
图4-4 GW4型隔离开关
4.3电力互感器
互感器包括电流互感器（TA 或CT）与电压互感器（TV或 PT）。
（1）将一次回路的高电压与大电流变为二次回路标准的低电压（100V）与小电流（5A 1A），使测量仪表与保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜与便于屏内安装。
（2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备与人身安全。
CT（电流互感器）
充油的： 油位计
充SF6气体的： 压力表
PT（电压互感器）
充油的： 油位计
4.4 避雷器
监视泄露电流
4.5 阻波器
阻止高频信号进入厂站内
高频保护：线路保护的一种，电网故障时，线路两端的收发讯机发出高于工频（50HZ）的信号，由阻波器限制该高频只在本线路上传输。
悬挂式、支撑式
图4-5 阻波器
4.6电气主接线与配电装置
（1）各种电气设备根据工作的要求与它们的作用，依一定次序用导线连接成的电路，称为电气接线。
一次设备连接成的电路成为电气主接线。
二次设备连成的电路称为二次电路。
（2）配电装置：
由开关电器、保护与测量电器、母线与必要的辅助设备与建筑物组成的整体，用来接受与分配电能的装置。
按电气设备装设地点，分屋内与屋外配电装置。
图4-5 单母线接线
图4-5 单母线分段
图4-6 双母线带旁路
5．电力网的分类
（1）按作用分
输电网：由发电厂、输电线路与连接这些线路的变电所组成，主要任务是输送电力。电力系统的主网络（主网），电压最高的电网，起骨架作用（网架）。
配电网：由配电线路与配电变电所组成，其任务是分配电力到各配电所，再向用户供电。
（2）按结构分
开式电网：用户只能从单方向得到供电。
闭式电网：用户可从两个与两个以上方向得到供电。
（3）按电压等级分
低压电网：<1KV 中压电网：1KV～10KV
高压电网：10KV～330KV
超高压电网：330KV～1000KV
特高压电网：1000KV以上
（4）按研究计算分
地方电力网：≤35kV,几十公里以内,城市、工矿区与农村配电网.
区域电力网： ≤ 110～220kV,供电范围大,我国大部分省(自治区)电力网属于区域电力网。
超高压远距离输电网：≥ 330kV,联系几个区域性电力网形成的跨省(自治区)的电力网。
图5-1 电力网分类示意图
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