电工原理与电气设备02

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1、电工原理与电气设备 第二章 电气设备,主讲人：赵凤遥 2009年11月,2.1 概述 2.1.1 电气设备的分类,一、一次设备 直接与发供电电路相连接的电气设备称为一次设备，如：1、进行电能生产和转换的电气设备。发电机、变压器、电动机。2、接通和断开电路的开关设备。断路器、隔离开关、自动空气开关等。3、限制电流或防止过电压的设备。 限流电抗器、起动电抗器、避雷器、消弧线圈、熔断器等。4、变换电路电气量，反应给保护、监测装置，并使之与高电压隔离的设备。 电压互感器、电流互感器等。5、用以连接电路中各种电气设备的载流体。6、接地装置。 工作接地、保护接地、防雷接地等。,二、二次设备对电气一次设备进

2、行监视、测量和操纵控制的辅助设备称为二次设备，主要包括： 1、用以反映不正常状态，作用于信号以通知值班人员；或反映故障状态，作用于开关电器的操作机构以切除故障的设备。 各种继电器、信号装置等。2、用以对电路的参数进行测量、监视的装置。各种测量仪表、录波装置等。3、用于操纵、控制电器的设备以及自动、远动装置。控制开关，自动调压、调频装置，遥测、遥控、遥信装置等。4、用于连接二次设备的导体。控制电缆、小母线、连接线等。,2.1.2 电气设备的基本要求,1、安全可靠的绝缘。2、必要的载流能力。3、良好的机械性能。4、较高的通断能力、必要的电寿命、完善的保护功能。,5、直流设备：供给直流操作、保护、控

3、制、监测设备供电和供给事故照明用的设备。直流发电机组、整流装置、蓄电池等。,2.2 水轮发电机,2.2.1 水轮发电机的结构 水轮发电机组=水轮机+(轴承)+发电机,水轮机主要结构：（1）蜗壳（2）座环（3）导水机构（4）转轮（5）尾水管（6）主轴和轴承,蜗壳,导水机构,座环,转轮,轴流式 水轮机 转轮,轴流式 水轮机 转轮,尾水管,混流式水轮机模型,尾水管,发电机主要结构：（1）转子（2）定子（3）推力轴承（4）导轴承（5）上下机架（6）励磁机（7）永磁发电机（8）制动闸（9）冷却装置,（1）转子发电机转子是产生磁场的转动部件，由主轴、支架、磁轭、磁极等组成 。,1-主轴 2-轮毂 3-转臂

4、 4-磁轭,转子的磁极对数决定转速。公式为：,5-压板 6-风扇 7-磁极 8-制动闸板,转子,圆盘式转子支架,轮辐式转子支架,转子,（2）定子发电机定子是产生电能的部件，主要由铁芯、绕组、机座三部分组成。,积石峡水电站 1号机定子 顺利吊装,（3）推力轴承承受机组转动部分的竖直荷载。 （4）导轴承承受机组转动部分的水平荷载。,（5）上下机架传递竖向、水平力及力矩。,（6）励磁机供给发电机励磁电流的直流发电机。由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。 发电机获得励磁电流的几种方式 a、直流发电机供电的励磁方式b、交流励磁机供电的励磁方式 c、无励磁机的励磁方式。 励磁系统主要作用：1）根据

5、发电机负荷的变化调节励磁电流，维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性和暂态稳定性；4）发电机内部出现故障时进行灭磁，减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大及最小励磁限制。,（7）永磁发电机是和转子同轴旋转的三相交流同步发电机，其磁场来自永磁体， 主要作用是为调速器提供转速信号，调节水轮机转速。 （8）冷却系统。水轮发电机通常采用空气作为冷却介质对定子、转子绕组以及定子铁芯进行冷却。 （9）制动闸。发电机开机、停机及检修的辅助机械设备。一般用低压系统压缩空气作为动力驱动。,水轮发电机与汽轮发电机相比，其特点为：（1）转速较低。

6、受水头所限，转速一般多750r/min以下，有的只有几十转每分。（2）磁极数较多。因为转速较低，为要发出50Hz的电能就需增加磁极对数，以使切割定子绕组的磁场每秒钟仍能变化50次。（3）结构尺寸和重量都大。一方面是由于转速较低；另一方面则是当机组发生甩负荷时，为了避免产生强大的水锤造成钢管破裂，要求导叶紧急关闭时间较长，但这又会引起机组转速上升过高因此要求转子具有较大的重量，使之有较大的惰性。（4）一般采用竖轴。为减少占地，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用竖轴。,2.2.2 水轮发电机的类型 支撑方式卧式结构立式结构贯流式机组,推力轴承安放方式 悬式发电机伞式发电机,（1）悬式发电机 推

7、力轴承位于转子上方，支承在上机架上。发电机传力方式： 转动部分重量(发电机转子、水轮机转轮推力头推力轴承定子外壳机座； 固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子) 定子外壳机座。,（2）伞式发电机 推力轴承位于转子下方，设在下机架上。发电机的传力方式为：机组转动部分的重量推力头和推力轴承下机架机座。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。类型：1.普通伞式： 有上下导轴承 2.半伞式: 有上导轴承，无下导轴承 3.全伞式: 无上导轴承，有下导轴承,普通伞式,半伞式,全伞式,2.2.4 水轮发电机的型号主要技术参数,一、型号旧型号新型号,二、主要技术参数1、额定电压：发电机额定工况运行时

8、的线电压。6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV额定容量：额定转速、电压、功率因素时，最大有功功率。额定电流：额定容量和额定电压决定的线电流。额定功率因素：一般为0.8。额定转速：由磁极对数确定。额定效率：额定工况运行时的发电机效率。,三、同步发电机的并联运行 1、发电机的并联运行同电站多台机组通过母线共同向负载供电。机组和“无限大电网”并列运行。 2、发电机的并列条件（1）发电机频率电网频率（2）发电机电压电网电压（3）发电机电压和电网电压相位、波形相同（4）发电机和电网相序相同 3、并列的方法（1）准确同步法（2）自同步法,2.3 电力变压器,2.3.1 作用及分

9、类作用： 升压 降压,分类：根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类：(1)按用途分有：升压变压器；降压变压器；整流变压器。(2)按相数分有：单相变压器；三相变压器。 (3)按绕组分有：单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）；双绕组变压器；三绕组变压器。(4)按绕组材料分：铜线变压器；铝线变压器。 (5)按调压方式分：无载调压变压器；有载调压变压器。(6)从密封情况：开放型、密封型、灌封型 。,10kV级S9型,（7）按冷却介质和冷却方式分：a）油浸式变压器。依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等 。b）干式变压器。依靠空气对流进行冷却，大多为小容量配电变

10、压器，用于局部照明、电子线路等。,2.3.2 变压器工作原理,变压器是基于电磁感应原理而工作的。变压器本体主要由绕组和铁心组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。一次侧输入电能后，其交变电流在铁心内产生交变磁场（即由电能变成磁场能）；由于匝链穿透，二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感应出二次电动势，当外电路接通时，则产生感应电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。这种建立在电磁感应原理基础上的“电磁电”的转换过程，即变压器的工作过程。,变 压 器,2.3.3 变压器结构 与器身构造,一、油浸式变压器,外形结构图 1-铭牌 2-信号式温度计 3-吸

11、湿器 4-油表 5-储油柜 6-安全气道 7-气体继电器 8-高压套管 9-低压套管 10-分接开关 11-油箱 12-放油阀门 13-器身 14-接地板 15-小车,变压器的主要组成部分 及其作用 1、铁芯：变压器的磁路部分。用导磁性能很好的硅钢片叠放组成闭合磁路，变压器的原副线圈都绕在铁芯上。 2、绕组：变压器的电路部分。,变压器有原线圈和副线圈，一般用铜线或铝线绕成同心圆筒，绕在铁芯柱上，导线外边采用纸绝缘或纱包绝缘。 3、套管：对引出线之间及引出线、变压器箱体之间绝缘。 并将绕组引出线引出油箱之外。 4、油枕：起储油及补油作用，保证油箱内充满油，缩少与空气的接触面，减少油的劣化速度；侧

12、面装有油位计。油枕内放置气囊，与呼吸器配合调节油位变化。,高压套管,低压套管,5、油箱：承载铁芯、线圈和变压器油。 6、变压器油：绝缘及冷却。 7、调压装置：调整电压比。 a、有载调压：变压器带负 载状态下可切换分接头位置；b、无载调压：变压器调 压时不带任何负载，且与电 网断开，在无励磁情况下变换绕组分接头。 8、净油器：改善运行中绝缘油特性，防止绝缘油继续老化。净油器内装吸附硅胶，吸收油中水份及氧化物，使油保持洁净，延长油的使用年限，改善油的电气化学性能。 9、冷却器：当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。,10、呼

13、吸器：即吸湿器。呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对空气起过滤作用，从而保证油的清洁。呼吸器内的硅胶变色过程：蓝色淡紫色淡粉红。 11、瓦斯继电器变压器保护装置，装在变压器油箱至油枕的连接管上。a、重瓦斯：通过检测，油流速度达到一定值时动作。b、轻瓦斯：通过检测，瓦斯继电器中积聚气体达到一定量时动作。,12、防爆阀当变压器发生内部故障时，温度升高，油剧烈分解产生大量气体，油箱内压力剧增，当压力达到防爆阀动作值时，防爆阀打开，放出部分油、气，防止变压器油箱爆炸或变形。,1、高压绕组间绝缘、绕组对地（铁心、油箱）绝缘； 2、各相间的绝缘； 3、引出线对地和其它绕组的绝缘； 4、分接开关对地和其它绕

14、组的绝缘。,1、同一绕组中的不同点，如线饼间、层间、线匝间的绝缘； 2、同一绕组的各引出线间的绝缘； 3、分接开关各部分的绝缘。,变压器绝缘,变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等 。,变压器绝缘等级,变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概念，而是允许温升的标准，即绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H五级。各绝缘等级具体允许温升标准如下： A级 E级 B级 F级 H级 最高允许温度（） 105 120 1

15、30 155 180 绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125 性能参考温度（） 80 95 100 120 145,二、干式变压器,发展 分类 ：（1）浸渍式。（2）环氧浇注式。（3）开敞通风式。,性能特点 （1）维修工作量小；免维护。 （2）防火、防爆、阻燃，对环境具有良好的适应性。 （3）过载及抗短路能力强。 （4）设计精巧，占地面积小，安装简便。 （5）过电压时具有很强的绝缘能力。（6）节能，低损耗。 （7）可安装在环境恶劣的场合。 （8）低噪音。 （9）可自然风冷和强迫风冷。强迫风冷时，可使额定容量提高近50%。,干式电力变压器外观结构图,环氧浇注式变压器结构特点： （1

16、）高、低压绕组全部采用铜带(箔)绕成； （2）高、低压绕组全部在真空中浇注环氧树脂并固化，构成高强度玻璃钢体结构； （3）高、低压绕组根据散热要求设有纵向通风气道； （4）铁心采用优质高导磁低损耗冷轧晶粒取向硅钢片制造、45全斜接缝，步进叠装结构。 （5）线圈内、外表面由玻璃纤维网格布增强； （6）绝缘等级有、级； （7）环氧树脂干式变压器体积小、重量轻； （8）高、低压线圈与铁心组装时，均有弹性支承，整体结构具有减振功能和很好的抗短路冲击性能。,干式变压器主要应用场所： （1）城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所，如高层建筑、地下建筑、机场、交通枢纽、通讯与信息中心、重要市政设施，城市人口密集区、商业中心等处的610kV配电变压器以及35kV电力变压器。 （2）火电厂、水电厂、核电厂的自用电变压器、发电机的励磁变压器。 （3）部分化工、冶金企业的整流变压器与冶金电炉变压器。 （4）地下铁道等的牵引变压器。 （5）其他不宜于采用油浸变压器的场所。,