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1、电力生产概论,第2讲 电气设备,发电机 励磁系统 变压器 互感器 线路 高低压开关设备 母线与电缆 电容器与电抗器,主要内容,绪论,电力系统：由发电厂、输电线路、变电所和用户由各个不可或缺的部分构成。,6节点系统潮流分布示例,各种电气设备是发电厂、变电所和输电线路的基本单元，是实现其供电功能的主体。 本章内容： 发电厂和变电所的电气设备（电气设备种类多） 输电线路（电缆与架空线）,绪论,发电厂和变电所的电气设备,发电厂和变电所的电气部分：,由各类电气设备，经某种方式连接为一个整体。,某变电站户外电气部分,电磁感应原理 现在用一对磁铁来产生发电机的磁场，磁力线从北极到南极。在磁场内放入矩形线圈，
2、线圈两端通向两个滑环，滑环通过电刷连接到输出线上，输出线端连有负载电阻。 当线圈旋转时，根据电磁感应原理，线圈两端将会产生感应电动势；当磁场均匀时，矩形线圈作匀速旋转时，感应电势按正弦规律变化，在负载电阻上有正弦交流电通过。,一、发电机,动画 视频,工作原理,旋转磁场交流发电原理 实际发电机中，产生感应电势的线圈是不运动的，运动的是磁场。产生磁场的是一个可旋转的磁铁转子；线圈在磁铁外围，与磁铁转轴同一平面。当磁铁旋转时产生旋转磁场，线圈切割磁力线产生感应电动势。由于空气的磁导率太低，在旋转磁铁的外围安上环型铁芯定子，增强磁铁的磁感应强度。 真正发电机的转子是电磁铁，转子上绕有励磁线圈，通过滑环
3、向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线圈安在转子外围，一个单相交流发电机原理模型就组成了。,发电机：工作原理,动画 视频,三相交流发电机工作原理 定子铁芯内圆均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈，称为A相线圈、B相线圈、C相线圈；装上转子就组成了一台三相交流发电机。 发电机中性点采用星形接法并引出线，每个线圈引出线是相线。 当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交流电动势，其幅度与频率相同。由于三个线圈相互间隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。,发电机：工作原理,动画 视频,发电机：基本结构,汽轮发电机 转子铁芯绕组 定子绕组 冷却系统,汽轮发电机,动画 视
4、频,转子铁芯绕组 定子绕组 冷却系统,水轮发电机,发电机：基本结构,动画 视频,发电机主要运行参数： 频率 有功功率 无功功率 电压 温升 等等,发电机：运行方式,正常运行方式 运行参数应当在其额定值允许范围内 非正常运行方式： 过负荷运行、异步运行、不对称运行,发电机：运行方式,励磁系统：为发电机提供直流励磁电流，以产生可调节直流磁场,二、励磁系统,发电机除了需要原动机（汽轮机或水轮机）供给机械能外，本身还需要有可调节的直流磁场，以使定子绕组能感应出合适的发电机机端电压。 励磁电流：产生这个可调磁场的直流励磁电流称为励磁电流。 励磁系统：为发电机提供励磁电流的设备构成发电机的励磁系统。,变压
5、器在电力系统中起电压变换的功能，它可以从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器设备，并将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能。,三、电力变压器,工作原理：电磁感应。 一种交流电的电压和电流 另一相同频率交流电的电压和电流,电力变压器：工作原理,理想变压器的电压变比： K=U1/U2=N1/N2,其中，U1为输入一次绕组的电压，N1为一次绕组的匝数， U2为二次绕组输出的电压，N2为二次绕组的匝数。,动画 视频,三相变压器,动画 视频,电力变压器：工作原理,1)铁芯磁路。 2)绕组电路。 3)油箱绝缘和散热。 4)绝缘套管高低压 引线。 5)冷却装置加强散热。,电力变压器：基本结
6、构,电力变压器：基本结构,外观：主要由变压器的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组成。,箱体内是铁芯和绕组，在铁芯上有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压绕组。左边是高压绕组引出线，右边是低压绕组引出线,变压器：外形结构,互感器：将大的电气量转换成小测量量的联络元件。 一次系统：大容量能源转换与输送系统，运行电压从0.4kV到1000kV这样的高电压，电流也可达到几千安培。 二次系统：由电力系统监视、控制、保护装置构成的回路，这些设备装置额定工作条件为低电压、小电流。 高电压、大电流直接接入二次系统的监视装置、控制装置或保护装置，会损坏设备。,四、互感器,工作原理：大部
7、分应用变压器原理 按变换信号分为：电压互感器和电流互感器,四、互感器,电流互感器,几种电流互感器的外形结构,几种电压互感器的外形结构 浇注式电压互感器,气 体 电 压 互 感 器,电压互感器,回顾：发电用的动力资源和电能用户往往不在一个地区，需要远距离输送，目前可以采用交流和直流两种输电方式，以交流输电为主。,五、输电线路,简单电力系统示意（交流输电）,（1）架空线路,交流输电线路,（2）电缆线路 电缆线路一般敷设在地下（埋在土中、沟道、或管道）或水底，主要由导体、绝缘层和保护包皮构成。,交流输电线路,在电力系统中起运行控制功能：正常运行时，倒换系统运行方式；系统故障时切除故障；检修时，隔离出
8、检修设备。 按照额定工作电压400V分为高压、低压开关。 高压开关设备 断路器 隔离开关 熔断器,六、高低压开关,常见低压开关： 低压断路器 低压熔断器 闸刀开关 接触器 ,7 . 全封闭组合电器（简称GIS）,将SF6断路器和其他高压电器元件（除主变压器外），按照所需要的电气主接线安装在充有一定压力的SF6气体金属壳体内所组成的一套变电站设备叫气体绝缘变电站，也可称为气体绝缘开关设备或全封闭组合电器，英文全称为Gas Insulated Switchger(简称GIS)。 GIS一般包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、进出线套管或电缆连接头等元件。,第三节
9、负荷开关,产气式高压负荷开关 带熔丝,FKW柱上负荷隔离开关,户内式: FN-10型、FN-10R型(R:带有高压熔断器) 户外式：FW-10 型、FW-35 型等。 灭弧介质： 固体产气式；压气式；油浸式；真空；SF6,切断或接通正常的负荷电流；不能切断短路电流。,第三节 负荷开关,全封闭组合电器中的负荷开关,户内式隔离开关,转轴,支柱绝缘子,操作绝缘子,静触头,刀闸,全封闭组合电器中的隔离开关(三位置开关),户外式隔离开关,2 高压熔断器的结构,熔断器管,下触头,灭弧装置,RN3系列户内高压限流熔断器 RN2系列户内高压限流熔断器,户外高压熔断器,功能： 正常运行时，用它来倒换运行方式，把
10、设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用； 当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。,开断能力 开关电器开断电路时，触头间产生气体游离放电现象电弧，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。 所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力。,（一）高压断路器,1）真空断路器,(1） 真空断路器的特点 利用真空作绝缘与灭弧介质。 触头开距短、燃弧时间短（灭弧容易） 体积小、重量轻、能够防火防爆。,(2）真空灭弧室 灭弧原理,(a) 纵剖面图 (b)动静触头顶视图 (c)电流线和磁场,(3) ZN28-12型真空断路器,(4 ） ZN6
11、3-12型真空断路器,(4） 8DA型开关柜中的真空断路器,1）套管 2）顶部法兰 3）灭弧室支撑 4）真空灭弧室 5）电流互感器,(6 ） KYN铠装移开式交流金属封闭开关设备中的真空断路器,（5）户内VBM5型固封式真空断路器（12kV）,(a)总体结构立体图,(b)总体结构纵剖图,(c)灭弧室,(d)高压开关柜,（6）VS1 真空断路器,（3）VM1 真空断路器,2）户外断路器,SF6 断路器,户外三相机械联动SF6断路器（110kV）,断路器,户外363kV单断口罐式断路器（330kV电网）,产气式高压负荷开关 带熔丝,FKW柱上负荷隔离开关,户内式: FN-10型、FN-10R型(R
12、:带有高压熔断器) 户外式：FW-10 型、FW-35 型等。 灭弧介质： 固体产气式；压气式；油浸式；真空；SF6,切断或接通正常的负荷电流；不能切断短路电流。,（二）负荷开关,全封闭组合电器中的负荷开关,（二）负荷开关,户内式隔离开关,转轴,支柱绝缘子,操作绝缘子,静触头,刀闸,全封闭组合电器中的隔离开关(三位置开关),（二）负荷开关,户外式隔离开关,最简单的一种保护电器，仅广泛用于35kV以下电压等级小容量配电装置中； 金属熔剂法工作原理：金属熔体，如石英砂，是易于熔断的导体，当通过电流较小时，熔体温度虽上升但不熔化；当电路中发生短路或过负荷时，电流增大，熔体熔断，使电路断开。,（三）熔
13、断器,高压熔断器(10kV),高压熔断器的结构,熔断器管,下触头,灭弧装置,RN3系列户内高压限流熔断器 RN2系列户内高压限流熔断器,户外高压熔断器,母线和电缆是用于连接电气设备和汇集分配电能的导体，常用铜和铝作为导电材料。母线是裸导体，电缆是非裸露导线。,七、母线与电缆,矩形铜母线,槽形铜母线,管形铝母线,几种常见母线,（一）母线,矩形铜母线,槽形铜母线,管形铝母线,水平布置平放 水平布置立放 垂直布置,母线的排列,1）三相交流母线：A相黄色，B相绿色，C相红色。 2) 交流中性汇流母线：不接地者褐色；接地者黄绿相间色条。,硬母线的着色,（二）电缆,单芯电缆剖面,三芯电缆剖面,四芯电缆剖面,户内式支持绝缘子 户外式支持绝缘子,套管绝缘子,八、 电容器与电抗器,电力电容器基本结构,八、电容器与电抗器,4 电力电容器的外形结构,八、电容器与电抗器,电抗器的外形结构,九、全封闭组合电器（简称GIS）,将SF6断路器和其他高压电器元件（除主变压器外），按照所需要的电气主接线安装在充有一定压力的SF6气体金属壳体内所组成的一套变电站设备叫气体绝缘变电站，也可称为气体绝缘开关设备或全封闭组合电器，英文全称为Gas Insulated Switchger(简称GIS)。 GIS一般包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、进出线套管或电缆连接头等元件。,
