电力方面基本常识.docx
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电力方面基本常识
电力方面基本常识
什么是有功？
什么是无功？
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。
比如：
5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。
有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。
凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。
由于它不对外做功，才被称之为“无功”。
无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
配电网中的电感性电气设备如变压器、电动机、电焊机、空调器、洗衣机、电冰箱、钠灯、日光灯等投入运行后，不仅要从电力网中吸收有功功率用于做功，而且还要吸收无功功率建立磁场，这样就导致电力客户的自然功率因数一般都比较低。
我国对电力客户的用电，规定了必须达到的功率因数标准。
关于“火线、零线、地线”的具体解释
零线是变压器中性点引出的线路，与相线构成回路对用电设备进行供电，通常情况下，零线在变压器中性点处与地线重复接地，起到双重保护作用电压是两点间电位差。
有了电压，电子就会在电线中流动形成电流。
这就像水从高处向低处流动的道理是一样的。
水在流动的过程中会做功，电在流动过程中也会做功。
电流通过线径细、电阻大的导线时，会发生类似塞车的情况，导致发热。
电灯的钨丝能承受高温，钨丝在高热情况下就发光了。
交流电源线分为零线和火线。
零线总是与大地的电位相等（但并不是说大地的电位就一定低），火线与零线保持呈正弦振荡式的压差。
因为人在自然状态下与大地是零电位差的，所以一般情况下，人接触零线是不会被电击的。
用电器把外壳与零线连接（接零）就可以保护人不触电，就是这个原因。
所以，火线与零线接反，会埋下用电安全隐患，一般要严格区分零线是指在极限与配合图解中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。
通常零线沿水平方向绘制，正偏差位于其上，负偏差位于其下。
触电要组成回路才会触电，同时碰上火线和零线火线和地面才会触电。
照明电路里的两根电线，一根叫火线，另一根则叫零线。
火线和零线的区别在于它们对地的电压不同：
火线的对地电压等于220V；零线的对地的电压等于零（它本身跟大地相连接在一起的）。
所以当人的一部分碰上了火线，另一部分站在地上，人的这两个部分这间的电压等于220V，就有触电的危险了。
反之人即使用手去抓零线，如果人是站在地上的话，由于零线的对地的电压等于零，所以人的身体各部分之间的电压等于零，人就没有触电的危险。
送电
不能满足不允许停电的供电要求,一般用于6～220kV系统中,出线回路较少,对供电可靠性要求不高的中,小型发电厂与变电站中.
②单母线分段接线
分段断路器闭合运行
一个电源故障时,仍可以使两段母线都有电,可靠性比较好,但线路故障时短路电流较大.
分段断路器断开运行
在0QF处装设备自投装置,重要用户可以从两段母线引接采用双回路供电,还可以限制短路电流.
优点:
提高了供电可靠性
缺点:
停电范围较大
（1）6～10k:
出线回路数为6回及以上;
（2）35～63kV:
出线回路数为4～8回;
（3）110～220kV:
出线回路数为3～4回.
③单母线分段带旁路母线接线
（1）分段断路器兼作旁路断路器
（2）旁路断路器兼作分段断路器
出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电,使线路不停电.
主要用于电压为6～10kV出线较多而且对重要负荷供电的装置中;35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也采用.
浮充和均充
1．浮充工作原理：
当电池处于充满状态时，充电器不会停止充电，仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电流供给电池，因为，一旦充电器停止充电，电池会自然地释放电能，所以利用浮充的方式，平衡这种自然放电，小型UPS通常采用浮充模式。
2．均充工作原理：
以定电流和定时间的方式对电池充电，充电较快。
在专业维护人员对电池保养时经常用的充电模式，这种模式还有利于激活电池的化学特性。
注：
智能型充电器具有根据电池工作状态自动转换浮充和均充的功能，可充分发挥浮充和均充各自的优势，实现快速充电和延长电池寿命。
冲击合闸：
一般线路3次 主变5次 母线1次
新安装的变压器在空载（二次侧不带负载）状态下，合闸投入线路，然后再分闸切除，再合闸，再分闸，一般要重复三到五次，这就叫冲击合闸。
在高压开关柜上直接操作。
因为变压器在空载状态下投切时最大能产生两倍左右的过电压，这个过电压极易使变压器损坏，冲击合闸就是为了考核变压器能否经受这个过电压，检查变压器绝缘是否有薄弱点，以保证变压器今后运行更安全。
重复多次，是为了保证一定能产生两倍左右的过电压。
浮充
floatingcharge
浮充特性：
蓄电池组是电力直流系统的备用电源。
在正常的运行状态下，与直流母线相连的充电装置，除对常规负载供电外，还向蓄电池组提供浮充电流。
这种运行方式称为全浮充工作方式，简称浮充运行.
浮充是蓄电池组的一种供（放）电工作方式，系将蓄电池组与电源线路并联连接到负载电路上，它的电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的断路电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗，以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电。
因此，蓄电池组可随电源线路电压上下波动而进行充放电。
当负载较轻而电源线路电压较高时，蓄电池组即进行充电，当负载较重或电源发生意外中断时，蓄电池组则进行放电，分担部分或全部负载。
这样，蓄电池组便起到稳压作用，并处于备用状态。
浮充供电工作方式可分为半浮充和全浮充两种。
当部分时间（负载较轻时）进行浮充供电，而另部分时间（负载较重时）由蓄电池组单独供电的工作方式，称为半浮充工作方式，或称定期浮充工作方式。
倘全部时间均由电源线路与蓄电池组并联浮充供电，则称为全浮充工作方式，或称连续浮充工作方式。
以浮充工作方式使用的蓄电池组，其寿命一般较全充放工作方式者要长，而且可改用较小些容量的蓄电池组来代替。
这种浮充供电工作方式多用于发电厂的断电备用电源和电话局的电话正常供电电源。
推力轴承和导轴承
水轮机轴承分为：
推力轴承和导轴承。
导轴承是固定水轮机轴水平方向，防止其在水平方向摆动，受力方向在水平方向;推力轴承是承受水轮机转子重量的，受力方向在垂直方向。
推力瓦是固定在机架上的，镜板是固定在推力头上的，瓦泡在透平油中，瓦上会有一层油膜，镜板压在推力瓦上（中间有层很薄的油膜，润滑的）。
转子转动时，镜板随转子一起转动，和推力瓦上的薄油膜摩擦。
以此实现转动部件和固定部件之间的衔接。
根据推力轴承的位置，若推力轴承在上机架，则为悬式机组；若推力轴承在下机架，则为伞式机组。
负序正序零序电流
正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。
只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。
对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。
当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。
下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。
由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。
从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。
1）求零序分量：
把三个向量相加求和。
即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。
同方法把C相的平移到B相的顶端。
此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。
最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。
2）求正序分量：
对原来三相向量图先作下面的处理：
A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。
按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。
这就得出了正序分量。
3）求负序分量：
注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。
A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。
下面的方法就与正序时一样了。
通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。
在这里再说说各分量与谐波的关系。
由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。
但我们不能把谐波与这些分量等同起来。
由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。
“速断保护”、“过流保护”
过流就是过电流，如额定容量为1万千伏安，电压10000伏电流是1000安培，异常状态可以带到1200安培，但有一定的时间控制。
如达1200安培，经过一定时间后，断路器跳闸，这种有时限的叫过流。
过流保护分定时限过流保护和反时限过流保护。
但事故短路电流达到设定值如2500安培，瞬间，断路器跳闸，叫速断。
有关零序电流
在三相四线电路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0。
如果在三相四线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。
当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：
Ia+Ib+Ic=I（漏电电流）。
这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，即使灵敏继电器动作，作用于执行元件掉闸。
这里所接的互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。
产生零序电流的两个条件：
1、无论是纵向故障、还是横向故障、还是正常时和异常时的不对称，只要有零序电压的产生；
2、零序电流有通路。
以上两个条件缺一不可。
因为缺少第一个，就无源泉；缺少第二个，就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。
零序公式:
3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC
正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。
只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。
对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。
当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。
下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。
由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。
零序电流保护：
利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。
在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。
零序电流保护：
中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。
零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。
但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。
三相四线
我国目前大多采用三相四线制低压供电系统，即380V/220V中性点直接接地低压供电系统，该供电系统具有三条相线（火线）A、B、C，一条零线。
这条零线之所以称之为零线，就是因为它是由变压器二次侧中性点引出的，而二次侧中性点又直接接地与大地零电位连接，因此称之为零线。
在三相四线制低压供电系统中它既是工作地线，又是保护零线，现在称为PEN线，其中PE是保护零线，N是工作零线，合起来就是PEN线，PEN线表示工作零线兼做保护零线，俗称“零地合一”。
励磁变压器强行励磁的定义及作用
励磁变压器 励磁变压器是一种专门为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的装置，励磁系统通过可控硅将三相电源转化为发电机转子直流电源，形成发电机励磁磁场，通过励磁系统调节可控硅触发角，达到调节电机端电压和无功的目的。
通常接于发电机出口端，因发电机出口电压较高，而励磁系统额定电压较低，故需一个降压变压器。
发电机用励磁变压器的安全、稳定运行，是自并励机组安全、稳定运行的前提，是发电机组稳定发电、满负荷发电的先决条件，是励磁系统可靠运行的关键。
当系统电压大大降低，发电机的励磁电源会自动迅速增加励磁电流，这种作用叫做强行励磁，强行励磁主要有以下几个方面的作用：
1.增加电力系统的稳定性
2.在短路切除后，能使电压迅速恢复
3.提高带时限的过流保护动作的可靠性
4.改善系统故障时电动机的自起动条件
强励倍数，即强行励磁电压与励磁机额定电压Ue之比.
强励就是强行励磁，当系统发生短路故障时发电机机端电压下降较为严重，强励动作，把机端电压顶起来。
功率因数
影响功率因数的主要因素
（1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。
据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。
所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。
（2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。
因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
（3）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。
当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。
当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。
但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。
所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
无功补偿的一般方法
无功补偿通常采用的方法主要有3种：
低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。
下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
低压个别补偿
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器（即开关）。
通过控制、保护装置与电机同时投切。
随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行（如大中型异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功为主。
低压个别补偿的优点是：
用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。
具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
低压集中补偿
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。
电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。
低压补偿的优点：
接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
高压集中补偿
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。
适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。
同时便于运行维护，补偿效益高。
采取适当措施，设法提高系统自然功率因数。
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法：
（1）合理使用电动机；
（2）提高异步电动机的检修质量；
（3）采用同步电动机：
同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网"吸取"无功，在过励状态时，定子绕组向电网"送出"无功。
因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。
异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是"异步电动机同步化"。
（4）合理选择配变容量，改善配变的运行方式：
对负载率比较低的配变，一般采取"撤、换、并、停"等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
无功电源
电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种装置又称为无功补偿装置。
除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。
同步电机：
同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。
①同步发电机：
同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ 其中:
Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。
发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运行"，以吸收系统多余的无功。
②同步调相机：
同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。
但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。
③并联电容器：
并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网"发?
quot;无功功率：
Q=U2/Xc 其中：
Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。
并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。
④静止无功补偿器：
静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。
当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。
⑤静止无功发生器：
它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。
适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。
与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。
这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
“电压互感器”、“电流互感器”的作用
电流互感器是电力系统中很重要的一个一次设备,其原理是根据电磁感应原理而制造的.它的一次线圈匝数很少,通常采用单匝线圈,即一根铜棒或一根铜排.二次线圈主要接测量仪表或继电器的线圈.电流互感器的二次侧不能开路运行,当二次侧开路时,一次侧的电流主要用于激磁,这样会在二次侧感应出很高的电压,从而危及二次设备和人身的安全,也会造成电流互感器烧毁.
电流互感器的主要作用是:
1、将很大的一次电流转变为标准的5A；
2、为测量装置和继电保护的线圈提供电流；
3、对一次设备和二次设备进行隔离。
电压互感器的作用是：
把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。
同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。
电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。
电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。
当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。
可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。
电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。
精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限，测量电压、功率和电能的一种仪器。
电压互感器和变压器很相象，都是用来变换线路上的电压。
但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。
线路上为什么需要变换电压呢?
这是因为根据发电、输电和用电的不同情况线路上的电压大小不一，而且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏甚至几十万伏。
要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。
这样不仅会给仪表制作带来很大的困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压。
那是不可能的，而且也是绝对不允许的。
如果在线路上接入电压互感器变换电压，那么就可以把线路上的低压和高压电压，按相应的比例，统一变换为一种或几种低压电压，只要用一种或几种电压规格的仪表和继电器，例如通用的电压为100V的仪表，就可以通过电压互感器，测量和监视线路上的电压。
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