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1、第七章 电气设备第一节 电气设备概述一 电气设备的分类根据电气设备的作用不同，电气设备分一次设备和二次设备。1 一次设备通常把生产、转换和分配电能的设备称一次设备。如：发电机、变压器、断路器等。2 二次设备对一次设备进行测量、控制、监视和起保护作用的设备称二次设备。如：电流互感器、电压互感器、仪表、保护、通讯设备等。二 电气设备的选择正确、合理地选择电气设备是保证系统安全、经济运行的基本保障。在进行电气设备的选择时，应根据实际情况，在保证设备安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，尽可能节省投资，选择合适的电气设备。1 按正常工作条件选择额定电压和最高工作电压。所选电气设备的允许最高工作电
2、压 Ualm不得低于所接系统的最高运行电压 Usm即UalmU sm一般电气设备的最高工作电压：当额定电压在 220KV 及以下时为 1.15UN；当额定电压在 330500KV 时为 1.1UN。而实际系统的最高运行电压 Usm一般不超过1.1 UNS；因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压 UN不低于系统额定电压 UNS的条件选择，即UNU NS额定电流。所选电气设备的额定电流 IN不小于该回路各种运行方式下的最大持续工作电流 Imax,既INI max2按短路情况校验短路热稳定校验。发生短路时，电气设备各部件温度不应超过允许值。满足热稳定的条件为I2ttQ k式中 Q k短路
3、电流产生的热效应；It、t电路允许通过的热稳定电流和时间。电动力稳定校验。电动力稳定是电气设备承受电流机械效应的能力，亦动稳定。满足动稳定的条件为：iesi shIesI shish、I sh短路冲击电流幅值及其有效值；ies、I es电气设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值。第二节SF6 全封闭组合电器组合电器是将几种常用的高压电器，如断路器、隔离开关、接地开关、电压、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端等，按照一次接线的要求组成一个整体，其主要目的是缩小占地面积，提高设备运行的可靠性。SF6 全封闭组合电器是将上述高压电器全封闭于接地的钢或铝外壳中，壳体内充以 SF6 气体作为绝缘和灭弧介质
4、。SF6 全封闭组合电器在国际上称为“气体绝缘变电站” ，简称 GIS.一SF6 全封闭组合电器的结构SF6 全封闭组合电器由厂家成套供应，制造精密，气体年泄漏量不超过 1%，510年充气一次。封闭电器每一回路内气压不同，断路器为 5 个大气压，母线隔离开关为2 个大气压，系统中分为若干气隔，以便电气设备的分别检修和 SF6 的处理作业，图71 为 SF6 全封闭电器气体系统的分隔。1母线； 2隔离开关；3断路器； 4电压互感器；5电流互感器；6快速接地开关；7避雷器； 8电缆终端； 母线气隔单元； 隔离开关、互感器气隔单元； 断路器气隔单元； 避雷器气隔单元； 连通管组合电器内的断路器有水平
5、布置和垂直布置两种方式，水平布置可以在断路器两侧检修断口，多用于屋外配电装置；垂直布置时，检修断路器要将灭弧室吊出，要有一定高度，多用于屋内配电装置。母线有三相导体装在一个筒内的三相共筒式和三相导体分别装在独立筒内的分相单筒式，前一种用于 220Kv 及以下电压等级，后一种多用于 330Kv 及以上电压等级。 SF6 全封闭电器一般为标准接线单元。图 72 为 SF6 全封闭电器配电装置图。图 72 SF6 全封闭电器配电装置图（a）接线图 （b）总体布置图1 母线； 2隔离开关及接地开关； 3断路器； 4电压互感器； 5电流互感器6快速接地开关； 7避雷器； 8引线套管； 9波纹管； 10操
6、动机构二SF6 全封闭组合电器的特点1SF6 全封闭组合电器的优点体积小，节省占地面积与空间体积，且电压等级越高，效果越显著。运行可靠性高，检修周期长（可达 1020 年） 。由于密封性好，使维护检修工作量小，且不受环境条件及各种污染的影响，抗震性能好，对无线电通讯不产生干扰，也无静电感应和噪声危害。由于成套化生产，土建和安装工作量小，建设速度快。2SF6 全封闭组合电器的缺点对封闭件的材料与工艺要求较高。金属消耗量大，造价较高。需要专门的 SF6 气体系统和压力监视装置，且对 SF6 的纯度和水分要求严格。第三节 封闭母线一、封闭母线的作用及分类1、封闭母线的作用用外壳加以封闭保护的带电母线
7、称为封闭母线。因为大容量的发电机不仅有母线本身电力问题、发热问题，还有母线支持、悬吊钢构架以及母线附近混凝土柱、楼板、基础内的钢筋在交变磁场中感应涡流引起的发热问题。一旦发生母线短路故障，不仅一般敞露母线和绝缘子的机械强度很难满足要求，而且发电机本身也遭受损伤，对发电机及系统的安全、稳定运行极为不利。因此为了解决上述问题，现国内外对大型机组的出线均采用了封闭母线，大大提高了安全可靠性。2、封闭母线的分类封闭母线按外壳结构分有共箱封闭母线和分相封闭母线两种。三相共用一个金属外壳，相间没有金属板隔开或有金属隔板的封闭母线称为共箱封闭母线，如图 73 所示。图 73 共箱封闭母线示意图1外壳； 2母
8、线； 3金属隔板每一相都有一个金属外壳的称为分相封闭母线，如图 74 所示。图 74 分箱封闭母线示意图1外壳； 2母线分相式母线又可分有以下四种：不全连分相封闭母线：每相外壳相邻段的电气上相互绝缘，以防止轴向电流流过外壳连接处，每段外壳中只有外壳涡流。为了避免短路时在外壳上感应出对人身有危害的电压，把外壳每 34m 分成一段，每段都接地，如图 75。图 75 不全连分相封闭母线示意图1外壳； 2绝缘全连分相封闭母线：除每相外壳各段在电气上相连接外，又在各相外壳两端通过短路板相互连接并接地，如图 76。全连分相封闭母线的外壳中，除母线电流在外壳上感应出的轴向环流外，还产生邻相剩余磁场在外壳上感
9、应出的涡流。由于外壳不是超导体，壳外尚有剩余磁场，不过其强度只有敞露母线的百分之几，该剩余磁场在周围钢构件上感应出的涡流和功率很小，可忽略不计。图 76 全连分相封闭母线示意图1外壳； 2短路板； 3焊接处经电抗器接地的全连分相封闭母线：这种封闭母线的外壳是全连外壳，外壳的一端经三相短路板接地，另一端各相经电抗器接地，如图 77。电抗器的作用是增加外壳回路阻抗，以减少外壳内的感应电流，是外壳损耗降低。 图 77 经电抗器接地的全连分相封闭母线示意图1外壳； 2电抗器分段全连分相封闭母线：由于母线回路装设抽插式隔离开关或断路器等原因，使母线外壳不能从头至尾全连，而在轴插式隔离开关或断路器的两端专
10、设三相短路板，将母线分成为两个全连分相封闭母线和轴插式隔离开关或断路器的不全连分相封闭母线的混合式称为分段全连分相封闭母线，如图 78 所示。图 78 分段全连分相封闭母线示意图1外壳； 2绝缘封闭母线按冷却方式可分为自然冷却和强迫冷却两种方式，强迫冷却又分强迫风冷和强迫水冷两种。自然冷却封闭母线：母线及外壳的发热完全靠辐射及对流散至周围，这种冷却方式简单、工作可靠、运行维护容易，但金属消耗量大。强迫风冷封闭母线：用母线或封闭母线外壳作风道，以强迫通风的办法将母线及外壳热量带走。强迫水冷封闭母线：在母线内通水将母线热量带走，这种冷却方式结构复杂，附属设备多，造价高。二、封闭母线外壳的结构1、外
11、壳所用的材料封闭母线外壳一般采用 99.5%的铝板卷成园筒形，然后用氩弧焊将封焊起来。外壳厚度为 510mm，直径为 7501400mm，长度由于受到运输、包装等条件的限制，一般在 6m 以内。2、外壳段间的连接外壳段的连接有导电硬连接、导电软连接和不导电软连接三种形式。外壳段间导电硬连接：外壳段间导电硬连接与母线一样，在制造厂采用对焊，而在现场则用搭接焊。外壳段间导电软连接：考虑到外壳的热胀冷缩，不同基础的不均匀下沉，在不同基础交接处以及在封闭母线外壳与轴插式隔离开关外壳连接处，要采用导电的软连接，以保证外壳导电全连。外壳段间不导电软连接：在封闭母线外壳与发电机、变压器等设备外壳连接处，考虑
12、的不使震动传到外壳系统，在与设备连接处采用不导电的软连接。连接方式是采用橡胶波纹管，即用橡胶波纹管将封闭母线及设备外壳通过法兰盘连接起来，以保证密封，但电气上不连接。3、外壳相间短路板和支撑条为使外壳内轴相环流形成回路，最简单的办法是在外壳首、末两端设相间短路板，使正常运行时相差 1200角的三相外壳环流在短路板处电流之和为 0，此时在发电机出口、变压器端及分支外壳从主母线外壳 T 接处，均要装设短路板。短路板截面的大小要满足正常运行时通过母线额定电流时发热要求，一般短路板截面与外壳截面相等。4、检修孔和观察孔装于封闭母线外壳内的绝缘子、穿墙瓷套管、电流互感器以及伸缩接等设备，不仅需要定期清扫
13、，而且还需进行检修更换，故在封闭母线外壳上适当的地方应装设检修孔。对于用一个绝缘子支持的母线，可在绝缘子旁开一个 320380mm 的长方形检修孔，在电流互感器及母线伸缩节处装设 100mm 圆形或椭圆形观察孔，并装上有机玻璃，用密封垫圈把有机玻璃与外壳密封好。5、接地装置和短路试验发电机中性点柜外、封闭母线出现柜外及封闭母线短路板均应接地，一般采用截面积不小于 240mm2铜绞线与接地网连接。由于大容量发电机大电流母线出线全被封闭母线包围，发电机做短路试验时，很难找到装设三相短路板的合适地方，为此在发电机出口大电流母线 A、B、C 三相外壳上，装有短路试验用 T 接段。三、绝缘子及母线支持方
14、式1、绝缘子结构封闭母线使用绝缘子和普通母线所使用的绝缘子基本上是一样的。分相封闭母线的特点是内部比较清洁，温度比较高（约 80） ，由于外壳不是绝对密封的，停机后由于温度下降可能结露，因此用于封闭母线的支持绝缘子都是多裙边的具有一定泄漏距离的内浇装绝缘子。2、封闭母线的支持方式封闭母线的支持方式有一个绝缘子、二个绝缘子、三个绝缘子和四个绝缘子四种支持方式。三个绝缘子支持方式又有三种形式，第一种为三个绝缘子相互间成 1200，而其中一个与地面垂直起支撑母线重量作用；第二种也是三个绝缘子相互间成 1200，但与地面垂直的绝缘不承受母线重量，母线重量由另外两个绝缘子承受；第三种是二个绝缘子安装在三
15、相母线平面上而与地面平行，不承受母线重量，但母线故障时承受短路电动力，另外一个绝缘子与地面垂直，只承受母线重量。四、封闭母线的优点及运行维护1、封闭母线的优点供电可靠。封闭母线有效地防止了绝缘遭受灰尘、潮气等污秽和外物造成的短路。运行安全。由于封闭母线在外壳中，且外壳接地，使工作人员不会触及带电导体。由于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少，而且基本消除了母线周围钢构件的发热。运行维护工作量小。2、母线的运行维护母线的检查，可在每次检查其他配电设备时同时进行，检查项目有：各部接头温度不应超过允许值，由于接触电阻较大，这些接头部位最易发热。封闭母线最高允许温度 90，外壳最高允许温度为 60，封闭
16、母线接头允许温度不大于 100。各部绝缘子应无裂纹、破碎现象，应清洁、无放电痕迹及电晕现象。隔离开关的接触点位置应正确，无放电、过热、弯曲现象。室内硬母线的铜铝板应无振动噪声，户外母线应无摇摆现象。第四节隔离开关及熔断器一、隔离开关隔离开关是发电厂中常用的电器设备，正常需要与断路器配合使用。因其无灭弧装置，所以，不能用它来开断负荷电流和短路电流，否则，将在其触头间产生电弧，造成相间或对地短路故障，将对人身和设备造成危害。1、隔离开关的用途：隔离电源。将需要检修的设备与电源隔离，以保证检修工作的安全。倒闸操作。与断路器配合进行运行方式的倒换、线路的停送电操作。分、合小电流。用隔离开关可进行小电流电路的操作，如：
