电力工程4剖析

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1、第四章 电气主设备及电气主系统,4-1 概述,一、基本概念 1、一次设备： 直接用于生产、变换、输送和分配电能的电气设备。 （1）发电机 （2）变压器 （3）开关电器 （4）母线 （5）电力电缆（6）输电线 （7）避雷器 （8）互感器 （9）电抗器,开关电器包括：,断路器（circuit breaker）：在正常运行或故障下，接通或断开电路。 隔离开关(disconnecting switch)：检修时，隔离检修部分与带电部分；倒闸操作时，进行电路切换。不能切断负荷电流与短路电流。 负荷开关(load switch)：开断负载电流和一定的过载电流。不能切断短路电流。 熔断器(fuse)：负荷开

2、关与熔断器配合使用时，可由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通与断开负荷电流。,母线(bar)： 汇集和分配电能的作用。 避雷器(lightning arrester)：保护电力系统和电气设备的绝缘，使其不受雷击所引起的过电压而损坏。 互感器：包括电流互感器(current transformer)和电压互感器(potential transformer) 电抗器(reactor)：主要限制短路电流。,电抗器,一、空芯式电抗器,二、铁芯电抗器,三、饱和电抗器,四、直流电抗器,电抗器是一种电感器件。现代的电抗器种类很多，应用十分广泛。电抗器在电路中主要用做限制电流，均流滤波，无功补偿，移相、

3、储能、调压、功率放大等。 电抗器可分为空芯式电抗器，铁芯式电抗器和饱和电抗器三种基本类型。根据冷却的方式，又可分为油浸自冷和空气自冷式两种。,电抗器,一、空芯式电抗器,二、铁芯电抗器,三、饱和电抗器,四、直流电抗器,一、空芯式电抗器 空芯式电抗器只有线圈，没有铁芯，实质上就是一个空芯的电感线圈。其空气磁路的磁导率小，电感值也小。而且不存在饱和现象。其电感是个常数，不随通过电抗器的电流大小而改变。空芯电抗器主要做限流用。电抗器装于出线端或母线间，当线路或母线发生故障时，短路电流受到限制，使母线电压不致过低。,电抗器,一、空芯式电抗器,二、铁芯电抗器,三、饱和电抗器,四、直流电抗器,铁芯电抗器由于

4、有导磁率比空气大得多的铁芯，其电感值比空芯式电抗器大。在容量相同时，铁芯式电抗器比空芯式电抗器体积要小，一般情况下，铁芯电抗器可分为：并联电抗器，消弧线圈，超动电抗器，电弧炉配套用串联电抗器，三相均衡用电抗器，进线电抗器，均流电抗器，滤波电抗器。 铁芯式电抗器的结构与变压器十分相似，主要由铁芯和线圈组成。但电抗器每相只有一个线圈。铁芯一般带有若干个气隙的磁路。其铁柱是分段的，用绝缘板隔开形成气隙。铁轭与铁柱电压紧装置通过螺标拉紧，形成整体。大容量铁芯电抗器一般分为油浸式。小容量铁芯，电抗器一般做成干式。,电抗器,一、空芯式电抗器,二、铁芯电抗器,三、饱和电抗器,四、直流电抗器,饱和电抗器是利用

5、铁芯，材料的饱和特性，以较小的直流功率来控制较大的交流负载的一种电器。 电抗器根据结构不同可分为：扼流式饱和电抗器，自饱和式电抗器。,电抗器,一、空芯式电抗器,二、铁芯电抗器,三、饱和电抗器,四、直流电抗器,2. 一次系统： 由一次设备依一定规律连接起来为完成电能的发、变、输、配任务而构成的电路，也称一次回路或电气主接线。 3. 二次设备： 指对一次设备的工作进行监视、测量、操作和控制的设备。如：测量表计、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置和远动装置等。 4. 二次系统： 表示二次设备相互连接关系的电路。,4-2 高压断路器,一、重要任务:熄灭电弧 1、电弧产生的过程 当用断路器开断有电流

6、通过的电路时，在开关触头分离的瞬间，由于触头间间隙很小，在外施电压作用下，触头间会形成很高的电场强度，当电场强度超过3X106v/m时，阴极触头表面在强电场作用下发射电子，发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成了电弧。 在电弧产生的过程中，同时进行着带电质点的游离和去游离过程，在电弧稳定燃烧时，这两个过程处于动平衡状态。当游离大于去游离，电弧继续燃烧；当游离小于去游离，电弧熄灭。,游离： 在某种条件下，气体分子分离为电子和正离子的现象。 去游离： 自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。 2、熄灭电弧的基本方法和措施 基本方法：消弱游离作用，加强去游离作用。,熄灭电弧的基本措施,（1）

7、提高触头的开断速度 （2）吹弧 采用气体或油等绝缘介质吹弧，使电弧拉长, 增大冷却面, 并强迫弧道中游离介质扩散，流入新鲜介质, 以促使电弧熄灭。包括纵吹和横吹。 （3）采用多断口 降低每个断口的电压；多断口比单断口电弧拉长。,（4）在断路器断口两端并联电阻 可以降低恢复电压数值及上升速度。 （5）增大绝缘介质气体压力 使气体密度增加，增大中和几率。 （6）将触头置于真空密室中 由于缺乏导电介质而使断路器分断时不能维持电弧。 （7）冷却电弧 用冷却绝缘介质降低电弧的温度，消弱热发射和热游离作用以熄灭电弧。,二、断路器的类型和结构,1、断路器的类型 按灭弧介质与绝缘方式分： （1）油断路器 a.

8、多油断路器 b.少油断路器 （2）压缩空气断路器 （3）SF6断路器 （4）真空断路器,油断路器,一、油断路器的产生,二、多油断路器,第一台油断路器的出现是在十九世纪末的1895年，当时由于电力系统电压的增高，容量的增大，开断的矛盾愈加尖锐。为了解决这一矛盾，人们试着把断口放入油中，而且出乎意料的发现本为是极易燃烧的油却有比空气更强的灭弧能力。,三、少油断路器,油断路器,多油断路器的结构特点是所用元件都处于接地的金属油箱中，油一方面用来熄灭弧，另一方面又用作导电部分之间以及导电部分与接地油箱之间的绝缘介质。,一、油断路器的产生,二、多油断路器,三、少油断路器,西安华仪高压开关制造有限公司的多油

9、断路器产品,DW10-10型多油断路器为户外装置，主要用于户外10kV电网负荷操作，作为分、合负荷电流过载及短路故障保护。 断路器为三相共箱，每相有一个简单的开断器，油作为灭弧和导电部份对地绝缘用，套管上出线，在靠边的两相(A、C相)装有一次串联自动过载脱扣器和延时装置，操作机构装置在箱盖前端于断路器本体连成一体。,浙江西电高压电气有限公司的多油断路器,DW13-35型多油断路器,油断路器,一、油断路器的产生,二、多油断路器,三、少油断路器,少油断路器的结构特点是触头、导电系统和灭弧系统直接装在绝缘油筒或不接地的金属油箱中。油只用来熄灭电弧和作为触头间的绝缘用。断路器导电部分的对地绝缘主要靠瓷

10、瓶，环氧树脂等固体介质。,少油断路器油量少，油箱结构坚固，能防爆、防火，使用较安全。目前我国生产的高压油断路器主要是少油断路器。,图4-16 户外少油断路器,压缩空气断路器,压缩空气断路器(亦简称空气断路器)利用预先贮存的压缩空气来灭弧。压缩空气不仅作为灭弧和绝缘介质，而且还作为传动的动力。,KW5系列空气断路器的实物图,优点：断流容量大，灭弧时间短，而且快速自动重合闸时断流容量不降低，不易爆炸和着火。,缺点：有色金属消耗量大，需要装设压缩空气系统等辅助设备和价格较贵。,目前生产的空气断路器多采用常充气式，即无论在合闸或分闸状态，灭弧室内部都充满压缩空气，保证了触头间必要的绝缘强度。,真空断路

11、器,ZW6-12/630-16(20）型户外真空断路器适用于12kv及以下，交流50Hz的三相电力系统。主要用于农网和城网作分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用，也可用于其他类似场所，还可作为城市市区12kv级电网的分段开关。,真空断路器利用真空的高介质强度来熄灭电弧和作为绝缘,真空断路器灭弧速度快，触头材料不易氧化、寿命长；体积小，检修维护方便，适用有频繁操作的场所。 近年来，真空断路器已在35KV以下的配电装置中得到广泛的应用。,ZW6-12/630-16(20）真空断路器图,六氟化硫断路器,我们知道，SF6具有很高的绝缘性能和灭弧性能。 SF6断路器具有其它断路器无法比拟的优点，它在封

12、闭技术、干燥、除水、监视、检验和测试方面有一些特殊的要求，仍然受到制造和使用部门的重视。 自五十年代第一台SF6断路器问世后，发展很快。七十年代，在改进了灭弧装置，突破了密封结构及水分管理等技术问题后，SF6断路器已成为高压电器的主要品种之一。,断路器的操作机构,一、手动机构,二、电磁机构,四 、弹簧机构,五、液压机构,三、气动机构,断路器进行分闸、合闸操作，并保持在合闸状态是由操作机构来实现的。 根据合闸能源的种类，操作机构可分为下列几种类型。 手动操作机构：靠人力作为合闸动力，这种机构的结构简单，但合闸时间随操作人员的体力不同而不同，且不能实现重合闸功能。只适用于小容量的断路器。,断路器的

13、操作机构,一、手动机构,二、电磁机构,三、气动机构,四 、弹簧机构,五、液压机构,用电磁铁将电能变为机械能作为合闸动力，用来远距离控制断路器。 这种机构简单，运行可靠，缺点是需要很大的直流电流（几十到几百安），必须备有足够容量的直流电源。这将加大变电所的投资，且给运行和维护带来不使，再加电磁操动机构的结构笨重，合闸时间较长，因此在超高压断路器中很少采用。,断路器的机构,一、手动机构,二、电磁机构,三、气动机构,四 、弹簧机构,五、液压机构,利用压缩空气储能和传递能量。其优点是功率大、动作迅速、合闸没有强烈冲击，但结构较复杂，需要空气压缩设备，所以只应用于空气断路器上。,断路器的机构,一、手动机

14、构,二、电磁机构,三、气动机构,四 、弹簧机构,五、液压机构,弹簧操动机构用事先储存在弹簧内的功能作为合闸能源，这种机构成套性强，不需要配备附加设备，但结构较复杂，加工工艺要求较高。,断路器的机构,一、手动机构,二、电磁机构,三、气动机构,四 、弹簧机构,五、液压机构,液压操作机构是用液压油作为能源来进行操作的机构。 液压油注入带有活塞的工作缸中，推动活塞作功，使断路器进行合闸或分闸操作。液压操作机构的优点是操作用的高压油可以事先用油泵储存在储压筒中，带动油泵的电动机只需1.5KW，机构动作时速度快而平稳，因此在110Kv以上的少油断路器中广泛采用。,2、型号,断路器型号主要由以下七个单元组成

15、。 第一单元产品名称有：S-少油断路器；D-多油断路器；K-空气断路器；L-六氟化硫断路器；Z-真空断路器；Q-产气断路器；C-磁吹断路器 如：SN4-20G/8000-3000（少油断路器，N-户内式，设计序号4，额定电压20 KV，改进型，额定电流为8000A，额定断流容量为3000MVA。）,三、断路器的技术参数,1.额定电压UN：保证断路器正常长期工作的电压。 2.额定电流IN：指断路器在规定条件下，可以长期通过的最大工作电流。 3.额定开断电流Ibrn：在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流。 4.额定断流容量Sbrn： 5.动稳定电流Ies：表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电

16、动力的能力。在铭牌上以峰值和有效值表示。 6.热稳定电流Ith：表明断路器能在某一规定的短时间内承受短路电流热效应的能力。,7. 合闸时间：从发出合闸命令（合闸线圈通电）起至断路器接通时为止所经过的时间。 8. 分闸时间: 从发出分闸命令（分闸线圈通电）起至断路器开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间。 它为断路器固有分闸时间和电弧熄灭时间之和。一般为0.06-0.12S。分闸时间小于0.06S的断路器，称为快速断路器。,4-3隔离开关,一、主要用途 保证高压装置中检修工作的安全，在需要检修的部分和其它带电部分之间用隔离开关形成一个可靠且明显的断开点，还可以用来进行电路的切换操作。 二、操作准则 1.隔离开关没有灭弧装置，所以不能开断负荷电流和短路电流，否则将造成严重误操作。切勿“带电拉闸”应“先通后断”或“等电位状态下操作” 2.带有接地刀闸的隔离开关，应在对方断开的情况下方能合上。,三、类型,1.按装设地点可分：户内式和户外式 2.按绝缘支柱数目可分：单柱式、双柱式、三柱式 3.按是否带接地刀可分：有接地刀闸隔离开关和无接地刀闸开关。 4.型