科普 | 电力设备有哪些？一次设备和二次设备又有什么区别？

编辑/国际能源网团队

我们的日常生活离不开电，那么你知道电力设备有哪些吗？电力系统中的电力设备有很多，根据他们在运行中所起的作用不同，通常将他们分为电气一次设备和电气二次设备。

电气一次设备

一次设备是指直接生产、输送、分配和使用电能的设备，它们相互连接，构成发电、输电、配电的电气主回路。包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

常见的电力一次设备主要有以下几种：

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隔离开关

隔离开关是一种主要用于“隔离电源、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路”，无灭弧功能的开关器件。具有明显开断点，有足够的绝缘能力，用以保证人身和设备的安全。但没有专门的灭弧装置，只能通断较小的电流，而不能开断负荷电流，更不能开断短路电流。隔离开关用于隔离电源，将高压检修设备与带电设备断开，使其间有一明显可看见的断开点。隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。

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互感器

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器与变压器类似，都是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压，而电流互感器变换的是电流。测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）：在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息；保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）：在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

电压互感器也利用了电磁感应原理，是用来变换电压的仪器。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，测量线路的电压、功率和电能，或者在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器。

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断路器

断路器主要用于保护电路免受电流过载、短路和电路故障等危险。是用来切断和接通负荷电路，以及切断故障电路的设备，可以防止事故扩大，保证电路安全运行。还能够用于分配电磁能，对开关电源路线及电机等进行维护。基本型电路断路器的工作原理是电流能磁化电磁体，电磁体产生的磁力随电流的增强而增强，当电流增大到危险水平时，电磁体产生的磁力也相应增大，拉动与开关联动装置相连的金属杆，使开关断开，从而中断电流，保护电路。

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变压器

变压器是利用电磁互感的原理变换电压、电流和阻抗的器件。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗、安全隔离等。典型的应用就是发电厂到输电网的升压，中压配电室的降压。

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电容器

电容器是储存电量和电能（电势能）的元件，通常与电感器共同使用形成LC振荡电路。电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，就阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存。通常用在耦合电路、滤波电路、退耦电路、高频消振电路、LC谐振电路、旁路电路、中和电路、定时电路、积分电路、微分电路、补偿电路、自举电路、分频电路中。在直流电路中，电容器起到断路的作用。

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电抗器

电抗器作为一种电气装置，可以限制工频过电压、限制操作过电压、限制短路电流及平波、潜供电流抑制、线路容性充电功率等。电力系统发生短路并产生短流电路时，电抗器就会通过自身的电降压来维持电力系统的稳定。

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中性点

中性点又称“零点” 。是指三相或多相交流系统中星形接线的公共点。按运行需要它有接地或不接地等工作方式。从该点引出导线(又称“中性线”)可获得相电压或作为多相整流装置直流电源的负极。一旦发生相线接地（漏电后与大地接触等事故），由于中性线与大地连接，就会产生较大短路电流，促使保护装置（熔断器、断路器等）迅速切断电路，避免更严重事故产生。

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组合电器

组合电器是将两种或两种以上的电器，按接线要求组成一个整体而各电器仍保持原性能的装置。结构紧凑，外形及安装尺寸小，使用方便，且各电器的性能可更好地协调配合。按电压高低可分为低压组合电器及高压组合电器。

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电力电缆

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，电力电缆常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。在电力线路中，电缆所占比重正逐渐增加。电力电缆是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，包括1-500kV以及以上各种电压等级，各种绝缘的电力电缆。

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开关刀

刀开关又名闸刀，一般用于不需经常切断与闭合的交、直流低压（不大于500V）电路，在额定电压下其工作电流不能超过额定值。常用的刀开关有HD型单掷刀开关、HS型双掷刀开关（刀形转换开关）、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关和HH型铁壳开关等。

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母线

母线是指多个设备以并列分支的形式接在其上的一条共用的通路。在电力系统中，母线将配电装置中的各个载流分支回路连接在一起，起着汇集、分配和传送电能的作用。母线按外型和结构，大致分为硬母线、软母线和封闭母线三类。母线采用铜排或者铝排，其电流密度大，电阻小，集肤效应小，无须降容使用。电压降小也就意味着能量损耗小，最终节约用户的投资。

电气二次设备

二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。包括熔断器、控制开关、电能表、继电器、控制电缆等。

常见的电力二次设备主要有以下几种：

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电压表

电压表是测量电压的一种仪器。电压表内有一个磁铁和一个导线线圈，通过电流后，会使线圈产生磁场，线圈通电后在磁铁的作用下会发生偏转，这就是电压表的表头部分。电流越大，所产生的磁力越大，表现出的就是电压表上的指针的摆幅越大。

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电流表

电流表是指用来测量交、直流电路中电流的仪表。电流表是根据通电导体在磁场中受磁场力的作用而制成的。

电流表内部有一永磁体，在极间产生磁场，在磁场中有一个线圈，线圈两端各有一个游丝弹簧，弹簧各连接电流表的一个接线柱，在弹簧与线圈间由一个转轴连接，在转轴相对于电流表的前端，有一个指针。指针偏转。由于磁场力的大小随电流增大而增大，所以就可以通过指针的偏转程度来观察电流的大小。这叫磁电式电流表，就是我们平时实验室里用的那种。

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功率表

功率表也叫瓦特表，是一种测量电功率的仪器。电功率包括有功功率、无功功率和视在功率。

未作特殊说明时，功率表一般是指测量有功功率的仪表。功率表的种类繁多，其中通过式功率表利用某种耦合装置，如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率计度量，传输的总功率等于功率表指示值乘以比例系数。

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电能表

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表、火表、千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。使用电能表时要注意，在低电压（不超过500伏）和小电流（几十安）的情况下，电能表可直接接入电路进行测量。在高电压或大电流的情况下，电能表不能直接接入线路，需配合电压互感器或电流互感器使用。

当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。

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绝缘监察装置

直流绝缘监察装置装置分为信号和测量两部分，且均按直流电桥的工作原理进行工作的。它能在任一极的绝缘电阻降低时，自动发出灯光和音响信号，并且可利用它判断出接地极和正、负极的绝缘电阻值。其作用是为了防止直流系统出现一点接地的运行。

交流绝缘监察装置专门用于监视系统对地绝缘状况的装置。当系统中发生一相接地故障时，装置中的三个相电压表中，接地相电压表指示降低或为零、另两相指示升高或为线电压。同时发出声光报警信号。通知运行值班人员判断、查找和处理。

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中央信号装置

中央信号装置包括事故信号和预告信号，装在变电所主控制室内的中央信号屏上。当变电所任一配电装置的断路器事故跳闸时，启动事故信号；当出现不正常运行情况或操作电源故障时，启动预告信号。其作用就是监视电气设备运行状态的一种声光指示装置，是电气设备安全运行的耳目。

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继电器

继电器通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

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自动装置

自动装置是指按照预先的设定，系统对各方面的要求，自动完成预定功能的装置。作用是提高供电的可靠性、延续性。还可以提高电能质量和安全、经济运行水平、减轻运行人员劳动强度。

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蓄电池组

蓄电池组是一种独立可靠的电源，它不受交流电源影响，在发电厂或变电站内发生任何事故时，甚至在全厂、全站交流电源都停电的情况下，仍能保证直流系统中的用电设备可靠而连续地工作，且电压平稳；同时还可以作为全厂、全站的事故照明电源，是保证供电电源不中断的最后屏障。

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直流发电机

直流发电机是把机械能转化为直流电能的设备。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，直流电动机还不能和交流发电机相比。直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小、但由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。

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硅整流装置

可控硅整流器具有控制开关数千瓦乃至兆瓦级电功率的能力，是一种电源功率控制电器。常用于整流、开关、变频、逆变等电路中。利用硅二极管的单向导通性，交流电的大小和方向是随时间周期性变化的，二极管的单向导通性使其电流只能沿单一方向通过，从而使电流的方向统一，将反方向的电流滤过，从而达到整流的效果。

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逆变器

逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

逆变器是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。

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塞流线圈

塞流线圈也叫高频阻波器，它是电力载波通信设备中必不可少的组成部分，它与耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、高频通信机等组成电力线路高频通信通道。塞流线圈起到阻止高频电流向变电站或支线泄漏、减小高频能量损耗的作用。

线圈的电抗大小由两个因素决定，一是电感，一是频率。当频率增大时，电抗增大，对于不同频率的电流，在电感线圈中体现的感抗不同。高频时阻抗大，因而电流小，难以通过线圈。塞流线圈就是由这个原理制成的。

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变电站综合自动化系统

变电站综合自动化系统是指通过执行规定功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合，变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量。可以提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务。