《牵引供电系统》_第六章_牵引供电系统一次系统剖析

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1、本章主要内容： 高压电器设备； 牵引供电系统电气主接线 牵引供电系统的装置布置 牵引变电所的运行维护和检修试验 本章节的大部分知识已学过，因此以回顾为主。,3,第6章 牵引供电系统一次系统,6.1 高压电器设备,一、高压电器的用途及分类 1、高压电器定义： 在高压系统中，用来对电路进行开、合操作，切除和隔离事故区域，以及对电路状态进行监视、保护及数值测量的电气设备。 2、高压电器的功能 控制电路的通断。 改变电能或信号的形式。 对供配电系统进行过电流和过电压保护。 改善供配电系统的电能质量。,6.1 高压电器设备,3、高压电器分类： 按电流制式，分为交流和直流。交流电器大量应用在电气化铁道，直

2、流电器主要应用城市轨道交通供电系统。 按照安装地点，分为户内式和户外式。户内式的工作电压一般为35kV及以下的电压等级；户外式的工作电压一般都在35kV及以上电压等级。,6.1 高压电器设备,4、特殊要求： 用于控制电路通断的开关设备，熄灭电弧的能力要强； 监视和测试电路状态的器件，测量精度要高； 继电保护用的电压、电流互感器，不但测量精度要高，而且在高压或大电流作用下不饱和。,6.1 高压电器设备,二、开关电器的灭弧原理 1、电弧的形成和危害 当用开关电器断开电流时，若电路电压不低于1020V，电流不小于80100mA，动触头和静触头之间会产生火花，这个火花就是电弧。 电弧的存在会对电力系统

3、和设备造成危害。,2、电弧熄灭的必要条件 必要条件：使触头间隙介质去游离的速度大于游离速度。 去游离是指触头间自由电子和正离子不断消失的现象。 影响游离和去游离的主要因素有电弧温度、触头材料、触头间介质的特性等。,6.1 高压电器设备,3、电弧的伏安特性 直流电弧电阻是一个非线性电阻，其与弧长成正比。电弧长度越长，所需的外电源的电压越高，电弧越容易熄灭。 交流电弧的熄灭时间是电弧电流在零点处；直流电弧没有此特性，因此其灭弧更难。,6.1 高压电器设备,4、熄灭电弧的基本方法 提高开关的分断速度。 采用多断口。 吹弧或吸弧灭弧。 采用灭弧性能优越的介质。,6.1 高压电器设备,6.1 高压电器设

4、备,三、高压断路器 1、高压断路器的种类 根据灭弧介质及作用原理，高压断路器分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器。,6.1 高压电器设备,接上页 (1)油断路器 灭弧介质是绝缘油。分为多油断路器和少油断路器。 多油断路器的绝缘油既作为灭弧介质，也作为绝缘材料。目前该断路器较少应用。 少油断路器的绝缘油作为灭弧介质，绝缘靠空气、套管及其他绝缘材料。 该断路器不适合应用在防火防爆要求较高的场合，也不能用于频繁分合操作的场合。,6.1 高压电器设备,(2)SF6断路器 SF6气体是目前最理想的绝缘和灭弧介质。利用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质的开关设备，其绝缘性能和灭弧特性远高于

5、油断路器。 优点：断流能力强，灭弧速度快，绝缘水平高，体积小，电气寿命长，检修周期长，密封性能好，维护少，且没有燃烧爆炸危险。 缺点：制造成本较高。 应用：电气化铁路已广泛采用LNI-27.5 型SF6断路器。,6.1 高压电器设备,(3)真空断路器。利用真空作为绝缘及灭弧手段。 高真空中几乎不存在气体游离的问题。 优点：燃弧时间短，灭弧速度快，体积小，重量轻，灭弧室不用检修，寿命长。 缺点：容易发生截流现象；真空度的保持和量测、触头材料期待改进；真空中散热效果差。 应用：在电气化铁路牵引变电所馈线侧广泛采用，且一般做成手车式。,6.1 高压电器设备,2、断路器的操动机构 手动操动机构 电磁操

6、动机构 弹簧储能式操动机构 液压操动机构,6.1 高压电器设备,3、高压断路器的主要技术参数 (1)额定电压(Ue) 又称标称电压，是断路器长期工作的标准电压。 为了适应系统要求，又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。 对220kV及以下电压等级，允许其最高工作电压较额定电压约高15%左右； 对330kV及以上电压等级，允许其最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。,6.1 高压电器设备,(2)额定电流 表征断路器通过长期电流能力，是断路器在规定的温升下允许连续长期通过的电流。,6.1 高压电器设备,(3)额定开断电流(Uek) 定义：在额定电压下断路

7、器能保证可靠开断的最大电流。 用来表征断路器开断能力。 开断电流有一个最大值，称为极限开断电流。 三相断路器额定短路容量 (4)动稳定电流(idw) 表征断路器通过短时电流能力的参数，反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。 断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。,6.1 高压电器设备,(5)额定短路关合电流(ieg) 定义：断路器能够可靠关合的短路电流最大峰值。 额定短路关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，等于额定开断电流的2.55倍，即: (6)额定热稳定电流(ire)和热稳定电流的持续时间(tre) 断路器的额定热稳定电流等于额定开

8、断电流。即 额定热稳定电流的持续时间一般为2s，需要大于2s时，推荐4s。,6.1 高压电器设备,(7)合闸时间 指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间 要求动作迅速。 (8)分闸时间 指从断路器操动机构分闸线圈接通到电流终止(电弧熄灭)这段时间，包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。 额定热稳定电流的持续时间一般为2s，若大于2s时，用4s (9)自动重合闸 采用自动重合闸的断路器，其重合间隔时间一般为1s。这就要求断路器的绝缘和灭弧能力满足在很短的时间内可靠地分合几次短路故障电流。,6.1 高压电器设备,(10)允许分合次数 用以衡量断路器的使用寿命，一般分有机械寿命和电气寿命。

9、断路器允许空载分合次数即机械寿命，根据标准，普通断路器一般为2000次。 断路器电气寿命是指其允许分合短路电流或负荷电流的次数，为了加长断路器的检修周期，应当尽可能延长其分合短路电流的电气寿命，而对于保护、控制用的经常操作的断路器，更应有连续分合几千次以上负荷电流的电寿命。电寿命也可用累计开断电流值（kA）来表示。,6.1 高压电器设备,四、高压隔离开关 与其他课程冲突，参阅其他课程。 五、高压熔断器 与其他课程冲突，参阅其他课程。,6.1 高压电器设备,六、电流互感器 1、电磁式电流互感器 电流互感器的功能是实现电流的变换。 (1)工作原理 二次侧额定值为5A(少量时5A)，相当于电流源。

10、电流互感器的额定变比 为：,二次侧绕组匝数,一次侧额定电流,6.1 高压电器设备,(2)电流互感器的误差 误差分为电流误差(比差)和相角误差(角差)。 电流误差 定义为： 相角误差 的定义为： 电流互感器误差的危害： 电流误差能引起所有仪表和继电器产生误差， 大角度误差会对反映相位的测量仪表和保护装置产生不良影响。,一次侧被测电流的实际值,通过测量二次侧电流间接求得到的一次电流近似值,6.1 高压电器设备,影响电流互感器的主要因素 激磁电流I0是影响误差的主要因素 一次电流I1增加时误差将减少；但当I1数倍于额定电流（即发生短路）时，由于铁芯饱和，误差随I1增加而加大。 故互感器应工作在额定电

11、流附近。 二次侧负载及其功率因数对误差也产生影响。 此外，在铁芯中还会产生剩磁使互感器误差增大,6.1 高压电器设备,(3)电流互感器的准确度和额定容量 电流互感器的用途分类 按用途分为测量用和保护用两大类。 差别：测量用互感器的精度要相对较高，但更容易饱和。,6.1 高压电器设备,接上页 准确度是指在规定的二次负载范围内，一次电流为额定值时，最大电流误差的百分数。 测量用的电流互感器的测量精度等级： 0.1、0.2、0.5、1、3、5五个准确度级，特殊的有 0.2S和 0.5S级。 保护用电流互感器按用途可分为： 稳态保护用(P)和暂态保护用(TP)两类，常用的稳态保护用电流互感器准确级有5

12、P和10P。,6.1 高压电器设备,一般0.1、0.2级主要用于实验室精密测量、标准电流互感器和供电容量大的场合；0.5级的常用于计费用的电能表；0.51级的用于发电厂、变电所的盘式仪表和技术上用的电能表；3级、5级的用于测量和某些继电保护上；5P和10P级的用于继电保护应用。 电流互感器的额定容量,额定二次电流,额定二次阻抗,6.1 高压电器设备,(4)电流互感器的分类和结构 电流互感器分类 根据一次绕组的匝数，分为单匝式和多匝式； 根据铁芯的数目，分为单铁芯式和多铁芯式； 根据安装方式，分为穿墙式、支柱式和套管式； 根据绝缘和冷却方式，分为油浸式和干式； 根据使用场所，分为户外式和户内式。

13、 当电压等级在110kV及以上时，常采用串级式结构，但串联级数为多为两级，以免导致误差增大。,6.1 高压电器设备,(5)电流互感器的接线形式 应用较广泛的有四种： 一相式接线，通常在B相。用于负荷平衡的三相电路中。 两相式接线，一般在A、C两相装设电流互感器，形成V形连接，即两相不完全星形接线。这种接线适用于中性点不接地的高压电路中。 三相星形接线，每相均装设电流互感器。这种接线适用于各种三相负荷不平衡的三相三线制和四线制供配电系统。 两相电流差接线，A、C两相装设电流互感器，极性交叉相连，流过电流继电器KA的电流为A、C两相电流之差。这种接线适于中性点不接地的三相三线制电路中供作过电流保护

14、之用。,6.1 高压电器设备,(6)电流互感器使用注意事项 电流互感器工作时二次侧不得开路，二次侧不允许串接熔断器和开关。 电流互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘被击穿，一次侧的高电压窜入二次侧。 在安装和使用电流互感器时，必须保证其接线特别是极性连接正确。,6.1 高压电器设备,2、电流互感器的发展趋势 新型互感器：磁光式、霍尔式、电子式互感器等。 磁光式利用法拉第磁光效应，霍尔式利用霍尔效应。 电子式电流互感器 利用Rogowski空芯线圈构成一次TV，工作原理未变，但与常规电磁TV不同。 线性度、稳定性能和暂态响应极好。 应用于中低压系统时，该测量信号可直接引接至测量及控

15、制保护等二次设备；应用于高压系统时，低电压信号需经积分、A/D、光电LED变换成光纤数字信号后再通过光纤传送至至二次设备。,6.1 高压电器设备,七、电压互感器 功能：实现电压的变换。 1、电磁式电流互感器 (1)工作原理 电压互感器的额定变比 为：,二次侧绕组匝数,一次侧额定电流,6.1 高压电器设备,(2)电压互感器的误差 误差分为电压误差(比差)和相角误差(角差)。 电压误差 定义为： 相角误差 的定义为： 电压互感器误差的危害： 电压误差能引起所有仪表和继电器产生误差， 大角度误差会对反映相位的测量仪表和保护装置产生不良影响。,一次侧被测电压的实际值,通过测量二次侧电压间接求得到的一次

16、电压电流近似值,6.1 高压电器设备,影响电压互感器的主要因素 电压互感器本身的构造及材料 一次绕组电压U1 二次负载及其功率因数,6.1 高压电器设备,(3)电压互感器的准确度和额定容量 准确度是指在规定的二次负载范围内，一次电流为额定值时，最大电流误差的百分数。 测量用的电流互感器的测量精度等级： 0.1、0.2、0.5、1、3、3P、5P等准确度级。 保护用电压互感器用P表示，常用的有3P和6 P。 0.1、0.2级用于精密测量，0.5用于电能计量，1、3级用于测量仪表，3级还用于继电保护装置。 电压互感器的额定容量是指最高准确度级下的额定容量。,6.1 高压电器设备,(4)电压互感器的类型和结构 电压互感器分类 按相数：单相和三相； 按绝缘介质和冷却方式：位干式、浇注式和油浸式。 按绕组数：两绕组与多绕组两类。 当电压等级在110kV及以上时，常采用串级式结构，但串联级数为多为两级，以