水电站电气设备课件

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1、龙家山水电站龙家山水电站20102010年实习人员培训课件年实习人员培训课件电气设备讲解电气设备讲解2010年年5月月第一章第一章 电力系统概述电力系统概述第一节第一节 电力系统的构成电力系统的构成v一、电力系统组成一、电力系统组成 v电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其他能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。v发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。v根据发电厂所用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核发电厂、及其他新能源发电等类型。一、电力系统的组成一、电力系统的组成v由于电厂和用电负荷的分散性，需要将电厂生产的电能经过升压变压器升压，再经不同电

2、压等级的输电线送往各个负荷中心，最后经降压变压器降压才到达具体的电能用户。v即是说，发电厂和用户间需经一定的网络连接。各个发电厂之间也需要用这样的网络连接以提高供电的可靠性和经济性。这样的网络就称为“电力网”。v电力网=各电压等级变电所+输配电线路v其中：输电网：电厂负荷中心v配电网：负荷中心各配电变电所一、电力系统的组成一、电力系统的组成电力系统=发电厂+电力网+电能用户即“电力系统”由发电厂、变电站、线路和用户组成。其中：变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。因此，所谓“电力系统”，是指能够完成电能的生产、变换、输送、分配和消费，并将各发电厂、变电所并列运行以提高整

3、个系统的可靠性和经济性的一个统一的整体。一、电力系统的组成一、电力系统的组成动力系统=动力部分（如热力装置、水力装置核反应堆等）+电力系统动力系统示意图如下：一、电力系统的组成一、电力系统的组成二、发电厂的类型二、发电厂的类型v（一）.按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂分为以下几种。v1.火力发电厂：火力发电厂：以煤炭、石油、天然气等为燃料，汽轮机为原动机。a.凝汽式电厂（200MW及以上的机组）。容量大，靠近燃料产区，燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。v特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入冷凝汽冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。v

4、效率低：30%40%二、发电厂的类型二、发电厂的类型vb.热电厂（几十到几百MW的机组）v容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。即供电又供热。v特点：在汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。v效率高：可达60%70%。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。火电厂外景火电厂外景热电厂外景热电厂外景2.水力发电厂：水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机，水为原料，水轮机为原动机，是将水是将水的位能和动能转换成电能的场所。的位能和动能转换成电能的场所。v根据取水的

5、方式不同，又可以分为：va.堤坝式堤坝式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建拦河坝，将水积蓄、提高水头，进行发电。v通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种。坝后式水电站坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。河床式水电站河床式水电站:发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。b.引水式

6、水电站引水式水电站: 建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。低堰，适用于水头比较高的情况。c抽水蓄能电站抽水蓄能电站:一种特殊形式的水电站，具有水轮一种特殊形式的水电站，具有水轮机机-发电机和电动机发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式水泵两种可逆的工作方式 。v(1) 夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机运行，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位运行

7、，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位能的形式将电能储存起来能的形式将电能储存起来 。 (2) 在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。火电厂和水电厂的简单比较火电厂和水电厂的简单比较v火电厂投资相对少，建设工期相对短，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。v火电机组不如水电机组启停迅速，所以火电大多承担基荷，而水电即可承担基荷（丰水期），也可承担腰

8、荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。d.核电厂核电厂 核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。源是原子核的裂变能。v利用铀利用铀(或钚）在反应堆核裂变或钚）在反应堆核裂变 v 热能热能（汽轮机）机械能（汽轮机）机械能 电能电能 核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤核电是一种安全清洁的能源，利用它可以

9、大大地节约煤和减少污染。一个和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应，而相应1000MW的核电厂，一天只要的核电厂，一天只要3.3kg的的U235，同样，同样容量的电厂其用燃料量竟相差容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。万倍。v特点：特点：a.消耗燃烧少消耗燃烧少 b.燃烧时不需要空气助燃燃烧时不需要空气助燃 v c.容量越大越经济容量越大越经济 d.有放射性污染有放射性污染大亚湾核电站e新能源发电新能源发电v太阳能发电太阳能发电 、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。电及垃圾电厂

10、等。（1）太阳能发电）太阳能发电v太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。装置，其基本组成与常规火力电厂相似。v太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。电形式，也叫光伏发电。v 光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向

11、的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向e新能源发电新能源发电v太阳能发电太阳能发电光伏发电光伏发电将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。图杂。图1-1-是风力发电装置的示意图。由此图可以看出是风力发电装置的示意图。由此图可以看出风力发电机生产过程的简单描述。风力发电机生产过程的简单描述。（2 2）风力发电）风力发电图图1-8 1-8 风力发电装置的示意图

12、风力发电装置的示意图1 1风风力力机机 2 2升升速速齿齿轮轮箱箱 3 3发电机发电机 4 4控制系统控制系统5 5改变方向的驱动装置改变方向的驱动装置 6 6底板底板 7 7塔架塔架 8 8控控制制和和保保护护装装置置 9 9基基础础 1010电缆线路电缆线路 1111配电装置配电装置风力发电厂风力发电厂地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。仅地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。仅地表地表10公里以内就有可供开采的热能，地热能的储量很公里以内就有可供开采的热能，地热能的储量很大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。但是，目前大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。但是，目前世界上实际能

13、利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能源。它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后源。它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。用，所以目前地热发电发展很快。（3）地热发电）地热发电地热发电厂地热发电厂（4 4）潮汐发电）潮汐发电利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海

14、口处筑起堤坝，涨潮时发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。机发电。潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形成的。海水涨落的周期为成的。海水涨落的周期为12小时小时25分钟，同时在海分钟，同时在海底造成三角流。底造成三角流。潮潮 汐汐 发发 电电 示示 意意 图图二、发电厂的类型二、

15、发电厂的类型（二）根据电厂的地位和作用，又可分为：v1.区域性发电厂、地区发电厂和自备发电厂。v区域性发电厂：v主力电厂，多为大型水电厂或凝汽式火电厂，承担主要供电任务。v地区发电厂和自备发电厂：v中小型电厂，多建在负荷中心附近或大厂矿企业内，直接供该地区或该厂用电。二、发电厂的类型二、发电厂的类型（二）根据电厂的地位和作用，又可分为：v2.基荷电厂、腰荷电厂和峰荷电厂。v主要是指设备的利用率不同。v基荷电厂：年利用小时在5000以上。v腰荷电厂：年利用小时在30005000之间。v峰荷电厂：年利用小时在3000以下。三、电力网三、电力网 电力网是连接发电厂和用户的中间环节，一般分成输电网和配

16、电网两部分。v输电网一般是由220KV及以上电压等级的输电线路和与之相连的变电站组成，是电力系统的主干部分，它的作用是将电能输送到距离较远的各地区配电网或直接送给大型工厂企业。目前，我国的几大电网已经初步建成了以500KV超高压输电线路为骨干的主网架。v配电网是由110KV及以下电压等级的配电线路（110KV和35KV是高压配电，10KV是中压配电，380/220为电压配电）和配电变压器组成，其作用是将电能分配到各类用户。第二节电力系统联网运行的优越性v电力系统联网运行，在技术上和经济上都有十分明显的优越性：v1.提高供电的可靠性。v在电力系统中大量的设备都是不分昼夜的连续运行，难免发生故障。

17、联网后某个设备的故障一般不会危及整个电力系统的继续运行，这就大大提高了对用户供电的可靠性。一般来说，电网规模越大，这种供电可靠性就越高。当然，电网规模过大也会带来一些新的技术问题，例如系统短路电流过大，容易发生稳定事故，这需要新的技术手段加以解决。第二节电力系统联网运行的优越性v2.减少系统中总备用容量的比重。v为避免系统中某一台发电机故障退出运行而使一些用户停电，一般都使用装机容量大于最大用电负荷，即留有备用容量。由于备用容量是可以在整个系统中互相通用的，因此电力系统中总容量越大，备用容量的比重就可以减少。第二节电力系统联网运行的优越性v3.减少总用电负荷的峰值。v不同地区的电网互联后，会有

18、明显的“错峰”效益。即不同的地区的用电负荷高峰不会在同一时间发生，因为各地存在着时差和气候差。实际看来，联网后系统的最大负荷将小于联网前各地区最大负荷的总和。第二节电力系统联网运行的优越性v4.可以安装高效率的大容量机组。v较小容量的系统不允许安装大容量机组，因为其一旦因故障退出运行将导致大规模停电。而大容量机组起经济运行指标远高于中小型机组，是今后电力工业的主要机型。只有互联成大电网，才为安装大容量机组创造条件。v5.可以水火互济节约能源改善电网调节性能。v大容量电力系统中水电厂和火电厂可以联合调度，发挥各自的特点和优势。第三节电能的质量标准v一、频率一、频率v我国的技术标准规定电力系统的额

19、定频率是50HZ。v对大型电力系统，频率的允许范围为50HZ0.2HZ,v对中小型电力系统，频率的允许范围50HZ0.5HZ。v当频率高出允许值时，异步电动机转速升高，除使功率损失增加，经济性降低外，还会使某些对转速有严格要求的工业部门产品质量下降，甚至会产出废品。同时，还会影响电钟及电子设备的正常工作。第三节电能的质量标准v当频率低于允许值时，则异步电动机转速下降，使生产率降低，还影响电动机的寿命。同时，也会使某些部门产出次品甚至废品，影响电钟和电子设备的工作。另外，频率大幅度降低还使发电厂的给水泵，风机等厂用电动机出力大为减少，甚至影响锅炉和汽轮发电机组的出力，导致电力系统有功功率更加不足

20、，频率进一步降低，形成恶性循环，直至发电电力系统“频率崩溃”-这是一种极其严重的系统性大事故，会造成大面积停电的严重后果。第三节电能的质量标准v二、电压二、电压v所有用电设备都应当按照其设计的额定电压运行，一般仅允许有5%的变动范围。v电压过高，许多用电设备都会损坏，甚至造成严重事故和巨大损失。v电压过低，许多用电设备都不能正常工作。对异步电动机而言，电压过低时，其输出转矩显著降低，转差加大，电流加大，温度升高，甚至还会使电动机烧毁。第三节电能的质量标准v为使用户用电设备能得到合适的电压，我国v规定用户的电压容许变化范围是：vA.由35KV及以上电压供电的用户：5%vB.由10KV及以下电压供

21、电的高压用户和低压电力用户：7%vC.低压照明用户：-10%+5%第三节电能的质量标准v三、波形三、波形v电力系统供电电压或电流的标准波形应是正弦波时，就包含有各种谐波成分。这些谐波成分的存在不仅会大大影响电动机的效率和正常运行，还可能使电力系统产生高次谐波共振而危及设备的安全运行。同时还影响电子设备的正常工作，并对通信产生不良的干扰。v变压器铁心饱和或没有三角形接法的绕组，负荷中有大功率整理设备等，都是产生高次谐波的原因。因注意防止或采取相应措施消除高次谐波。第三节电能的质量标准v频率主要取决于频率主要取决于有功功率有功功率的平衡。的平衡。v电压主要取决于电压主要取决于无功功率无功功率的平衡

22、。的平衡。v可通过调频、调压和无功补偿等措施来保证可通过调频、调压和无功补偿等措施来保证频率和电压的稳定。频率和电压的稳定。v电力系统的供电电压（或电流）的波形为严电力系统的供电电压（或电流）的波形为严格的正弦形格的正弦形第四节电力系统的电压等级v一、电力系统的额定电压等级一、电力系统的额定电压等级v我国国家标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压（线电压，下同）v1.电网的额定电压v电网的额定电压也就是电力线路以及与之相连的变电所汇流母线的额定电压。确定一级额定电压要根据国民发展的需要和电力工业的水平，关系非常重大。第四节电力系统的电压等级v2.用电设备的额定电压v用电设备的额定电压规定与

23、同级电网的额定电压相同。实际运行中，用电设备的电压允许有5%的变动范围，而供电线路由于流通电流后产生电压降，故线路首端电压高些，末端电压低些，接于不同地点的用电设备所受电压也有所不同，两者刚好是适应的。v3.发电机的额定电压v发电机的额定电压规定比同级电网额定电压高5%。v这是考虑到电力线路允许有10%的电压损耗，线路末端允许比电网额定电压低5%，两者刚好适应；第四节电力系统的电压等级v4.电力变压器的额定电压vA.电力变压器一次绕组的额定电压。当变压器直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压应当与发电机额定电压相同；当变压器不是于发电机直接相连，而是接于某一电力线路的末端时，则变压器一次

24、绕组的额定电压因与该线路额定电压相同。vB.电力变压器二次绕组的额定电压。当变压器二次绕组供电给较长的高压输电线路时，其额定电压应比相应线路额定电压高10%；而当变压器二次绕组供电给较短的输电线路时，其额定电压可以只比相应线路额定电压高5%。第五节电力系统的中性点接地方式v电力系统中，发电机三相绕组通常是接成星形的，变压器高压绕组多数也是接成星形的。这些发电机和变压器星形的中点统称为电力系统的中性点。v电力系统中性点的接地方式分为三种：直接接地方式、不接地方式和经消弧线圈接地方式。v电力系统中性点接地方式要综合与自动装置的配置，短路电流的大小，供电的可靠性，电力系统的运行稳定性以及对通信的干扰

25、等多方面因素，是一项综合性的技术问题。第五节电力系统的中性点接地方式v中性点直接接地方式下，系统发生单相接地故障时短路电流很大（所以对称大接地电流系统）。同时，非故障相的相电压不会升高，这在电压等级高时对绝缘很有利。v中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地方式下，系统发生单相接地故障时接地故障电流很小（所以又称这两种接地方式为小接地电流系统）。同时，非故障相的相电压会升高为原来的3倍。第六节电力系统稳定问题概述v衡量电力系统正常运行的一个重要标志，是系统中所有的发电机都保持在同步运行状态。所谓同步运行，是指所有并联运行的发电机都具有相同的电角速度，即每台发电机都以同步转速运行。v正在运行的发电

26、机转速决定于作用在其大轴上的转矩。因此，当作用在机组大轴上的转矩变化时，转速也将相应地发生变化。正常运行时，原动机额输入功率与发电机的输出功率是平衡的，从而保证了发电机以恒定的同步转速运行。但是，发电机在运行时的功率平衡是相对的、暂时的。第六节电力系统稳定问题概述v例如，电力系统的负荷随时都在变化，负荷功率的瞬间变化将引起发电机输出功率的相应变化，但由于机组调节系统的惯性，使得原动机输入功率的变化总是滞后于发电机输出电磁功率的瞬间变化，于是输入功率与输出功率之间就产生了不平衡，相应地转矩也将生产不平衡。电力系统的电能生产过程也正是这种功率或转矩的平衡不断遭到破坏，同时又不断进行跟踪调节使其恢复

27、平衡的过程。第六节电力系统稳定问题概述v功率及相应转矩的不平衡将引起发电机转速的变化。v例如，当发电机输出功率减小时，由于原动机的输入功率暂时还来不及减小而出现功率过剩，结果使发电机转速增加；相反，当发电机输出功率增加时，因原动机输入功率暂时还来不及跟上输出功率的增加而出现功率缺额，结果使发电机减速。这样，当系统由于负荷变化、操作或发生故障（称为系统受到扰动）而平衡状态被打破后，各发电机组将因功率的不平衡而发生转速的变化。第六节电力系统稳定问题概述v一般情况下，由于各发电机组功率不平衡的程度不同，因此转速变化也不同，有的变化较小，有的变化较大，有的发电机增速，有的发电机减速，从而在各发电机的转

28、子之间产生相对运动。如果系统各发电机组在经历了一段运动过程后，能自动恢复到原有的平衡状态，或在某一新的平衡状态下同步运行，这时系统的频率和电压虽然发生了一些变化但仍在允许的范围内，这样的系统就称为稳定的。相反，如果系统受到扰动后，产生自发性振荡，或者各机组间产生剧烈的相对运动，以至于系统的频率和电压大幅度变化，不能保证对负荷的正常供电，造成大量用户停电，系统就失去了稳定。第六节电力系统稳定问题概述v可见，所谓电力系统稳定问题就是当系统受到扰动后能否继续保持发电机之间同步运行的问题v根据系统受到扰动的大小及运行参数变化特性的不同，通常将系统的稳定问题分为三大类，即静态稳定、暂态稳定和动态稳定。第

29、六节电力系统稳定问题概述v静态稳定是指电力系统在运行中受到微小扰动（如短时的负荷波动）后，能够自动恢复到原有运行状态的能力。v暂态稳定是指系统在运行中受到大的扰动（如切除机组、线路或发生短路等）后，经历一个短暂的暂态过程，从原来的运行状态过渡到新的稳定运行状态的能力。v动态稳定是指系统在运行中受到大扰动后，保持各发电机在较长的动态过程中不失步，由衰减的同步振荡过程过渡到稳定运行状态的能力。第六节电力系统稳定问题概述v不难看出，如果系统在受到扰动后是很不稳定的。那么在系统的各发电机转子间一直存在相对运行，从而引起系统的电压、电流、功率等运行参数发生剧烈的变化和振荡，致使整个系统不能继续运行，造成

30、系统瓦解。运行经验表明，电力系统的稳定性事影响运行可靠性的一个重要因素，特别是随着电力系统容量和规模的不断扩大，稳定性问题就显的越加突出。国内外电力系统许多大面积停电和系统瓦解事故，大都源于系统稳定性遭到破坏。因此，研究电力系统稳定性的内在规律，采取措施保持和提高电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠地运行，具有极其重要的意义。第七节第七节 发电厂电气设备简述发电厂电气设备简述电气设备分为电气一次设备和电气二次设备一、电气一次设备一、电气一次设备 是指直接生产、变换、输送和分配电能的电气设备，它们主要有以下几种：v(1)生产和转换电能的设备v如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转换

31、电能的最主要的电气设备。v(2)接通或断开电路的开关电器v为满足运行、操作或事故处理的需要，将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。第七节第七节 发电厂电气设备简述发电厂电气设备简述v(3)限制故障电流和防御过电压的电器v如用于限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器、避雷针、避雷线等。v(4)接地装置v用来保证电力系统正常工作的工作接地或保护人身安全的保护接地，它们均与埋入地中的金属接地体或接成接地网的接地装置连接。第七节第七节 发电厂电气设备简述发电厂电气设备简述v(5)载流导体v电气设备必须通过载流导体按照生产和分配电能的顺序或者说按照设计要求连接起来，常见的载流导

32、体如母线、架空线、电力电缆等。v(6)补偿装置v如调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器等。它们分别用来补偿系统的无功功率、补偿小电流接地系统中的单相接地电容电流、吸收系统过剩的无功功率等。(7)仪用互感器v如电压互感器和电流互感器，它们将一次回路中的高电压和大电流变成低电压和小电流，供给测量仪表和继电保护装置用。第七节第七节 发电厂电气设备简述发电厂电气设备简述v二、电气二次设备：二、电气二次设备：v对电气一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备，称为电气二次设备。它们主要有：v(1)测量仪表v如电压表、电流表、功率表、电能表等，它们用以测量一次回路的运行参数。(2)继电保护及自动装置v

33、它们用以迅速反应电气故障或不正常运行情况，并根据要求切除故障、发出信号或作相应的调节。第七节第七节 发电厂电气设备简述发电厂电气设备简述v(3)直流设备v直流设备主要用于供给保护、操作、信号以及事故照明等设备的直流供电，它们有直流发电机组、蓄电池、硅整流装置等。v(4)控制和信号设备及其控制电缆v控制设备是指对断路器进行手动或自动的开、合操作控制的设备。信号设备有光字牌信号、反映断路器和隔离开关位置的信号、主控制室的中央信号等。控制电缆是连接二次设备的电缆。v(5)绝缘监察装置v用以监察交流和直流系统的绝缘状况。第二章开关电器运行与维护v1、开关电器概念：直接用于正常投切和故障切除电路的电气一

34、次设备称为开关电器。2、分类：（1）按电压高低分类：高压开关电器和低压开关电器两类（2）按安装场所分类：户内式和户外式两类（3）按功能分类：断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和组合式开关电器（高压负荷开关熔断器）第一节电弧的基本概念v电弧现象电弧现象v电弧是一种自持气体放电现象v高压电路触头分断后，往往会产生电弧v能量最终以热量的形式散发出去v弧隙温度可高达上万摄氏度v电力开关必须具有熄灭电弧的装置第一节电弧的基本概念v电弧是一种等离子体，质量极小v很小的力就会使电弧的形状发生改变v可利用电弧的这个特点快速熄弧，预防电弧的不利影响及破坏灭弧室内气体或液体的自然或强制流动电弧本身产生的电磁力都极

35、易使电弧改变形状第一节电弧的基本概念v电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭v自由电子的产生v自由电子的消失v直流电弧及其熄灭v交流电弧及其熄灭v增强交流电弧熄灭常用的方法第一节电弧的基本概念v自由电子的产生自由电子的产生v自由电子从触头金属表面逸出表面游离热发射v触头中间的气体分离出自由电子碰撞游离热游离第一节电弧的基本概念v自由电子的消失的消失v去游离过程带电粒子的扩散v带电粒子由浓度高的区域向浓度低的区域移动带电粒子的复合v正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和，还原为分子第一节电弧的基本概念电弧的稳定燃烧当游离与去游离达到平衡时，电弧即进入稳定燃烧状态。电弧可看成是由阴极区、弧柱

36、区及阳极区三部分组成，各部分的电位有很大的差别。-+阴极区 弧柱 阳极区第一节电弧的基本概念v电弧形成后的主要特征电弧形成后的主要特征v电弧温度高。弧柱中心区温度可达10000左 右 ， 电 弧 表 面 温 度 也 会 达 到 30004000。v电弧弧柱区电场强度低。一般仅为10200V/cm。v电弧电流密度大，电流密度可达10000A/m2。第一节电弧的基本概念直流电弧的熄直流电弧的熄用一电阻、电感串联的等效电路来说明直流电弧的熄灭过程第一节电弧的基本概念 直流电弧的熄灭直流电弧的熄灭v正常运行，电路中开关在闭合状态时v开关S打开时，触头间产生电弧，电弧电流在弧隙电阻上形成电压降，同时由于

37、电流的突变，电感上产生感应电压v当电弧稳定燃烧时，电感上的电压第一节电弧的基本概念直流电弧开断特性第一节电弧的基本概念电路参数对于熄灭直流电弧的影响第一节电弧的基本概念影响直流电弧熄灭的因素v电源电压v电路电阻v电感第一节电弧的基本概念交流电弧的熄灭在交流电路中，当开断短路故障电流或正常负荷电流时，都会产生电弧。交流电弧电流的波形基本是正弦波，弧隙电压为电弧电流与弧隙电阻的乘积，呈马鞍形。第一节电弧的基本概念交流电弧的熄灭v交流电弧电流每半周期会自然过零一次。v在电弧电流过零瞬间，弧隙立即呈现约为150250V的起始介质强度，这种现象称为近阴极效应。第一节电弧的基本概念交流电弧的熄灭v弧隙介质

38、强度的恢复过程v弧隙电压的恢复过程v弧隙介质强度的恢复过程和弧隙电压的恢复过程是同时进行的v电弧熄灭的条件为：Utr(t)U(t)第一节电弧的基本概念增强交流电弧熄灭常用的方法v用液体或气体吹弧v采用多断口灭弧v快速拉长电弧v将长电弧分成几段短电弧v用特殊金属材料作触头第二节第二节 高压断路器高压断路器高压断路器的作用高压断路器的作用v控制作用根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。v保护作用高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行。对高压断路器的要求v具有完善的灭弧装置v具有快速的传动机构一般都设有专门的灭

39、弧室一、一、 高压断路器的种类高压断路器的种类v按电流性质可分为交流、直流两大类v按安装地点可分为户内、户外两大类v按安装方式可分为落地式、支持式及悬臂式v较常用的按灭弧介质来划分油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、六氟化硫断路器油断路器v多油断路器油既作灭弧介质和动、静触头的绝缘介质，又作带电导体对地(外壳)的绝缘介质用油量很多，钢材耗量大，体积庞大v少油断路器油只用来作为熄灭电弧和触头断口间的绝缘介质，不用做对地绝缘。压缩空气断路器以压缩空气作为灭弧介质和触头断开后弧隙绝缘介质，并兼作操动机构的能源。v性能稳定、开断能力大、动作迅速、燃弧时间短、几乎不受开断电流的影响、触头燃损轻、检修周

40、期长、无火灾危险、体积和重量较小。v结构比较复杂，工艺要求高，有色金属消耗量较大，需要一套压缩空气装置(包括空气压缩机、贮气简、管道等)作为气源，增加了投资、运行和维护工作量。二、二、 高压断路器的基本结构高压断路器的基本结构v电路通断元件v中间传动机构v绝缘支撑元件v基座v操动机构断路器结构类型 少油断路器剖视图和三相外形布置三、高压断路器的技术参数三、高压断路器的技术参数对高压断路器的要求：对高压断路器的要求：v在正常情况下开断和关合电路。v在电网发生故障时能将故障切除。v尽可能缩短断路器切除故障的时间，以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性。v能配合自动重合闸进行多次关合和断开。因此，在

41、选择断路器时，通常希望通过简单明了的技术参数就能够了解断路器具体性能。额定电压（Un）额定电压（线电压）是断路器可靠工作的标准电压，断路器应能保证在某一电压等级的电气系统中长期稳定运行。v额定电压的高低决定了断路器的绝缘水平及外形尺寸。v电力系统中允许电压有5%的波动，断路器所能承受的电压应高于额定电压值额定电流（In）额定电流是指断路器在规定环境温度和额定频率下，允许长期通过的标准电流。其各部分不应超过最高允许温度。v额定电流的大小影响到断路器导电部分及触头的尺寸及结构v额定电流是在标准温度下测得的，环境温度对其影响需要进行修正额定开断电流(Ibn)及断流容量(Sbn)额定开断电流是指断路器

42、在额定电压下能正常开断的最大短路电流值（即触头刚分开瞬间通过断路器的电流的有效值）。v可用该参数表征断路器的开断能力v额定开断短路容量实际上仅是另一种表达方式。关合能力（Icn）当断路器合闸时，如果线路上存在故障，则在触头尚未接触之前就会发生击穿，形成电弧，其产生的不良影响甚至比在合闸状态下流过极限电流更为严重。工程上常以额定关合电流表征断路器的关合短路故障电流的能力，用关合开关时短路电流的第一个半波的峰值峰值来衡量。额定短时耐受电流/额定热稳定电流(Ih)额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的能力，是指断路器在闭合状态，一定时间t内所能承受的最大短路电流。要求在时间t内（取2秒，超

43、过2秒可取4秒）流过此电流时，断路器不超过允许温度。额定短时耐受电流等于额定开断电流值。额定峰值耐受电流/额定动稳定电流额定峰值耐受电流用来表征断路器所能承受短路电流电动力作用的能力，即断路器在闭合状态时，允许通过的不妨碍其继续正常工作的最大短路电流（峰值峰值）。其大小取决于导电部分及支持绝缘部分的机械强度及触头的结构形式。额定峰值电流取短路发生后电流第一半波的峰值，等于其额定短路开断电流交流分量有效值的倍。动作时间v全开断时间：是指处于合闸状态的断路器，从接到分闸命令到电弧完全熄灭所用的时间，可分为固有分闸时间燃弧时间。v它说明了断路器开断速度的快慢。直接影响到故障的范围及对设备的危害程度，

44、甚至会影响到系统的传输容量及稳定性。四、四、 SF6断路器断路器SF6断路器应用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。使用低压力的SF6气体作为绝缘介质，在进行分闸操作时，利用高压力的SF6气体吹拂电弧使之熄灭。SF6气体的性能v具有优良的绝缘性能无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物极易与电子结合形成负离子分子中不含碳v化学性质非常稳定v具有非常优良的灭弧特性SF6气体具有以下优点v使用安全可靠，无火灾危险，不必担心绝缘材料的老化和击穿性损坏；v便于在工厂中装配、运输和安装方便；v设备的操作、维护和检修方便，只需监视SF6气体的压力或密度，检修周期长，载流部分及绝缘不受大气条件的影响

45、，减少了维护的工作量；v适用的温度和压力范围大；v无噪声和无线电干扰；v绝缘、灭弧及冷却特性好；v有利于减小电气设备的体积和重量。SF6气体具有以下缺点vSF6气体在电弧作用下的分解物是有害的；vSF6气体的纯度和杂质是影响气体绝缘和灭弧性能的重要指标；vSF6气体的绝缘性能受电场强度均匀程度的影响较大；vSF6气体属于温室气体；v某些杂质对设备有不良影响。SF6气体的管理v气体的电气绝缘特性取决于气体的纯净程度含水量压力密度等vSF6气体本身是无毒的，但在电晕、火花、电弧的作用下，会产生有毒、腐蚀性气体及固体分解物SF6断路器的灭弧方式v双压式灭弧v单压式灭弧v自能式灭弧v旋弧式灭弧双压式灭

46、弧v双压式灭弧方式具有低压、高压两个气压系统，在高压室与低压室之间连有压气泵和管道，自动监视，当气体压力达到一定限度时，压气泵起动，把低压室气体打到高压室。在开断时，动、静触头间产生电弧后，吹气阀打开，高压室中的六氟化硫气体流向低压室，在灭弧室形成一股气流，对电弧产生吹拂作用，使之熄灭。分断完毕，吹气阀自动关闭，停止吹气。v双压气式的六氟化硫断路器的结构比较复杂，早期应用较多，目前很少采用这种结构。单压式灭弧v只有一个气压系统v依靠分闸时气缸与活塞的相对运动v结构简单，造价低，性能亦能满足要求，故获得迅速发展自能式灭弧v是指在开断短路电流时，依靠短路电流电弧自身的能量加热SF6气体，产生高气压

47、，并利用灭弧室的机械结构引导气流，对电弧产生吹拂作用。v优点：开断能力强，不易产生截流现象，操动机构所需功率小，操作可靠，机械寿命长，固有分闸时间短，可以制造成断口少、单断口电压等级很高的断路器。v缺点：在开断小电感电流和小电容电流时，电弧自身的能量不足以产生灭弧所需要的高气压，这时可以依靠机械辅助压气装置建立气压。旋弧式灭弧v利用电弧电流产生的磁场力，使电弧沿着某一截面高速旋转v磁场力与电流的大小成正比，电流大则磁场力也加大，仍能使电弧迅速熄灭旋弧灭弧室有以下特点v利用电流通过磁吹线圈产生的磁场力直接驱动电弧高速旋转，灭弧能力强，大电流时容易开断，小电流时也不产生截流现象v灭弧室结构简单，操

48、作功需求小，使操作机构大大简化，机械可靠性高，成本低v电弧局限在圆筒或在线圈上高速运动，电极烧损均匀，电寿命长SF6断路器的操动机构合闸弹簧分闸弹簧电动机储能指示分闸指示合闸指示SF6断路器的操动机构v作用：按照规定的操作顺序操动断路器实现分、合闸操作，并分别保持在相应的分、合闸位置v分类：弹簧机构液压机构气动机构对操动机构的一般要求v具有关合短路电流的能力v保持合闸v具有电动和手动分闸功能并且速度满足要求v自由脱扣v防跳跃v连锁v复位v缓冲v重合闸功能手动操动机构v靠手力直接合闸的操动机构v断路器的合闸速度与操作人员的情况有很大关系v只能装置在电压较低、短路电流很小的场所中，尤其是直流电源不

49、易解决的场所v优点：结构简单，不要求配备复杂的辅助设备及操作电源v缺点：不能自动重合闸，只能就地操作，不够安全弹簧操动机构v利用弹簧储能为动力操动断路器的动作v弹簧储能通常由电动机通过减速装置进行v优点：不需要大功率的直流电源；要求电动机的功率小（几百瓦到几千瓦）；交直流两用；适宜于交流操作v缺点：结构比较复杂；零件数量多；加工要求高；随着机构操作功的增大，重量显著增加液压操动机构v利用液压油作为动力传递介质v操动方式有两种：直接驱动式和储能式v直接驱动式液压操动机构由电动机与油泵产生的高压力油，直接推动活塞，用来操作速度不高、操作功率不大的隔离开关v储能式液压操动机构一般是利用氮气压缩储能、

50、利用液体传递压力，操动断路器分、合闸，并靠液压使断路器可靠地保持在分、合闸位置液压操动机构的优点v体积小，操作力大，需要控制的能量小v负载特性配合好，操作平稳噪声小v油具有润滑保护作用v速度易调变；容易实现自动控制与各种保护液压操动机构的缺点v结构比较复杂；v零部件加工精度要求高，如果制造或装配不良，容易渗漏油等；v油系统的工作压力高，运行维修技术的要求也高；v速度特性易受环境温度的影响。气动操动机构v利用压缩空气作为能源产生推力，与液压操动机构的工作原理相似v还有一些气动操动机构的动作原理与电磁操动机构有些类似，只是利用压缩空气的推力代替了电磁操动机构中的电磁力气动操动机构的特点v优点：不需

51、要大功率的直流电源，也不需要敷设大截面的控制电缆，适用于交流操作的变电所。气动操动机构具有独立的贮气罐。罐内的压缩空气能供气动操动机构多次操作。压缩空气的质量对操动机构工作的可靠性有重要的影响。v缺点：操作时声响大，零部件的加工精度要求比电磁操动机构高，还需要配备空气压缩装置。五、真空断路器五、真空断路器真空断路器真空断路器v以真空作为灭弧和绝缘介质v真空的绝缘强度比变压器油及三大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。v真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小，要求操动机构提供的能量也小；电弧电压低，电弧能量小，开断时触头表面烧损轻微v真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高真空灭弧室v真空灭弧室的基本

52、结构v陶瓷外壳v静触头v动触头v电弧屏蔽罩v波纹管外壳v真空灭弧室的外壳作灭弧室的固定件，并兼有绝缘作用，大多采用如下材料制成：玻璃氧化铝陶瓷微晶玻璃（又称玻璃陶瓷）陶瓷灭弧室玻璃灭弧室屏蔽罩v防止因燃弧产生的金属蒸汽附着在绝缘外壳的内壁而使绝缘强度降低v是金属蒸汽的有效凝聚面，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，具有提高灭弧室的开断性能，防止降低内表面绝缘性能的作用v屏蔽罩的存在会影响动、静触头间的电场分布，因此，如果屏蔽罩设计得当将有利于触头间绝缘强度的提高波纹管v一般用不锈钢板制成，在合闸过程中波纹管在允许的弹性变形范围内沿轴向运动。波纹管能在动触头往复运动时保证真空灭弧室外壳的完全密封

53、v从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件v波纹管不能做得很长真空电弧v不管触头表面如何平整，微观上看总是凹凸不平的v两触头接触时只有少数表面突起部分接触，通过电流v当开断电流时，触头分开，电流集中在愈来愈少的少数接触点上，损耗增加，接触点温度急剧升高，出现熔化，产生金属蒸气v维持真空电弧的是金属蒸气而不是气体分子真空电弧阴极斑点痕迹真空开关的触头v圆盘形触头v横向磁场触头螺旋槽触头杯状触头v纵向磁场触头螺旋槽触头 杯状触头 纵向磁场触头 触头材料v采用纯金属良导电材料（如铜等）作触头材料，分断大电流能力强，并有较好的耐电压性能，截流水平也低，但其抗熔焊性能和耐弧性能不好，难以单独在真空断路器

54、中使用v早期的真空开关的触头几乎都采用钨和钼等耐弧的难熔金属，以获得良好的耐压强度和抗熔焊性v随着合金材料技术研究的不断进步，出现了多种比较理想的合金触头材料真空断路器的特点v开断能力强，开断后断口间介质恢复速度快，介质不需要更换。v触头开距小，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。v熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。v动导杆的惯性小，适用于频繁操作场合。v开关操作时动作噪音小，适用于城区使用。真空断路器的特点v触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，通断性能稳定。灭弧室作为独立的元件，安

55、装调试简单方便。v在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要维修、检查。即使维修检查，所需时间也很短。v在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。v具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。第三节第三节 隔离开关隔离开关一、一、 隔离开关的主要作用隔离开关的主要作用v在无电流电路上分断电路，形成明显的断口v用以分、合小电流线路v用以转换线路，改变电气系统的接线方式v隔离开关的接地开关刀闸可代替接地线，保证抢修工作安全v某些场合下，快速分断的快分隔离开关与接地器配合，可作为断路器使用二、二、 隔离开关的种类及结构隔离开关的种类及结构v按产品组装极数单根式和三极式v按每极绝缘支柱数目单柱式、双柱式、

56、三柱式v按装设地点户内式和户外式。隔离开关的典型结构v绝缘部分v导电部分v支持底座或框架v操动机构和传动机构第三节第三节 其它开关电器其它开关电器一、一、 高压熔断器高压熔断器它串联在电路中，当电路中通过过负荷电流或短路电流时，利用其在熔体中产生的热量使熔体熔断，切断电路，以达到保护电气设备和电网的重要任务，同时，还可以限制事故的进一步发展，确保用户安全供电。熔体熔断时会出现电弧必须采取一定的措施进行熄弧，直到电弧熄灭后，电路才算完全开断。高压熔断器基本结构高压熔断器基本结构v熔体v绝缘外壳v触头帽v撞击器熔断器的工作性能v时间电流特性表示熔丝熔断时间与通过电流间关系的曲线v流过熔体的电流越大

57、，熔化时间越短；当电流减小时，熔化时间增大v熔丝的最小熔化电流i0熔断器的工作性能v额定电流熔断器的额定电流与熔体的额定电流是两个不同的值v各种熔体对应于不同电流值的熔断时间，都制定有一定的标准，必须满足标准规定v熔断时间与燃弧时间熔断器的种类v按电压高压和低压v按装设地点户内式和户外式v按结构螺旋式、插片式和管式v按是否有限流作用限流式和非限流式非限流式熔断器非限流熔断器采取电流过零时开断，这类熔断器的熔体一般较短，从灭弧的角度考虑，要求将最初建立的短电弧尽快拉长。即使如此，拉长的电弧电压与系统电压相比还是低得多，因此，必须采取吹弧的措施，将电弧以向外喷射的方式来拉长电弧，进行电弧的熄灭。这

58、样还可防止电流过零电弧熄灭后重燃。喷射式熔断器v基座上、下静触头瓷绝缘子引线接头v载熔体熔管上、下动触头释压帽扭力弹簧喷射式熔断器的开断能力v喷射式熔断器的开断能力与熔管内径大小有关，内径越大，开断能力越强v目前普遍采用逐级排气结构的熔管限流式熔断器v有显著的限流效应，在短路电流还未到达最大值前，电流即被截断v开断短路电流能力大，故又称作高分断能力熔断器v目前最常用的是石英砂限流式熔断器v熔体采用螺旋状绕制，其长度远远超过熔管长度v开断小故障电流时，常利用冶金效应使熔体熔断二、二、 接地开关接地开关v接地开关的作用是将电气设备人为接地具有一定的关合能力以保护开关设备内其它电气设备不受损坏停电检

59、修时，为保证人身设备安全，经常利用接地开关进行安全接地。在某些情况下，还可以与断路器、快分开关等设备配合使用，开断负荷电流和短路电流。v合闸时利用弹簧蓄能v分闸通过手动操作操动机构完成三、三、 负荷开关负荷开关v负荷开关主要用来接通和断开正常负荷电流v带有热脱扣器的负荷开关还具有过载保护功能v装有灭弧装置，有一定的灭弧能力，但不能开断短路电流v结构较断路器简单，价格也相对低廉负荷开关的分类v固体产气式负荷开关v油浸式负荷开关v压气式负荷开关v真空负荷开关高高压压负负荷荷开开关关第四节第四节 低压设备低压设备（1）刀开关）刀开关 开启式负荷开关开启式负荷开关 （胶盖闸）（胶盖闸） 常见型号常见型

60、号HK1 、HK2型型封闭式负荷开关封闭式负荷开关 （铁盖闸）（铁盖闸） 常见型号常见型号HH3、HH4、HH10、HH11等型号。等型号。（2）低压断路器）低压断路器自动空气开关自动空气开关 是电路发生过载、短路或欠电压时能自动分断电路的电器。是电路发生过载、短路或欠电压时能自动分断电路的电器。 它是低压交、直流配电系统中的重要保护电器之一它是低压交、直流配电系统中的重要保护电器之一 。 工作原理：工作原理：（3）低压熔断器）低压熔断器 熔断器是最简单的保护电器，当其熔体被通过大于额定值很熔断器是最简单的保护电器，当其熔体被通过大于额定值很 多的电流时，熔体发生过热而熔断，实现对电路的保护。

61、多的电流时，熔体发生过热而熔断，实现对电路的保护。 熔断器按其结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三类。开熔断器按其结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三类。开 启式很少采用，半封闭式如瓷插式熔断器，封闭式又可分为有填启式很少采用，半封闭式如瓷插式熔断器，封闭式又可分为有填 料管式、无填料管式及有填料螺旋式等料管式、无填料管式及有填料螺旋式等v 瓷插式熔断器瓷插式熔断器v 螺旋式螺旋式v 无填料管式无填料管式v 有填料管式有填料管式（4）热继电器热继电器热继电器是依靠过负荷电流通过发热元件产生过热而动作的热继电器是依靠过负荷电流通过发热元件产生过热而动作的一种电器。主要用于电动机的过载保护及其它电

62、气设备发热状态的一种电器。主要用于电动机的过载保护及其它电气设备发热状态的控制。一般利用双金属片（由两种膨胀系数不同的金属如锰镍、铜控制。一般利用双金属片（由两种膨胀系数不同的金属如锰镍、铜板轧制而成）受热弯曲去推动杠杆使触头动作。板轧制而成）受热弯曲去推动杠杆使触头动作。（5 5）主要电气设备文字与图形符号表）主要电气设备文字与图形符号表 2、低压配电系统、低压配电系统 建筑配电系统建筑配电系统 = 低压配电装置低压配电装置 + 配电线路配电线路 （1）低压配电系统的主接线）低压配电系统的主接线 电源的接线方式电源的接线方式： （2）低压配电系统的接线方式）低压配电系统的接线方式v放射式接线

63、放射式接线v树干式接线树干式接线v链式接线链式接线（3）低压配电系统的电压）低压配电系统的电压 动力配电系统的电压采用动力配电系统的电压采用380V/220V三相电压；三相电压； 照明配电系统的电压采用照明配电系统的电压采用220V单相电压。单相电压。3、配电箱（盘）、柜、配电箱（盘）、柜 是在配电系统中实现配电和控制与保护功能的装置。它主要是在配电系统中实现配电和控制与保护功能的装置。它主要包括电源配电箱（柜）、动力与照明配电箱（柜）、电度表箱、包括电源配电箱（柜）、动力与照明配电箱（柜）、电度表箱、插座箱等。插座箱等。（1）标准电力配电箱）标准电力配电箱（2）标准照明配电箱）标准照明配电箱

64、（3）系列配电箱）系列配电箱（4）其他）其他vvv（5）配电箱的选择）配电箱的选择 根据负荷性质和用途，确定是照明配电箱还是电力配电箱，根据负荷性质和用途，确定是照明配电箱还是电力配电箱， 或是计量箱、插座箱等；或是计量箱、插座箱等； 根据控制对象负荷电流的大小、电压等级以及保护要求，根据控制对象负荷电流的大小、电压等级以及保护要求， 确定配电箱内主回路和各支路的开关电器、保护电器的容确定配电箱内主回路和各支路的开关电器、保护电器的容 量和电压等级；量和电压等级； 从使用环境和使用场合的要求选择配电箱的结构形式，如从使用环境和使用场合的要求选择配电箱的结构形式，如 确定选用明装还是暗装式，以及

65、外观颜色、防潮、防火等要求。确定选用明装还是暗装式，以及外观颜色、防潮、防火等要求。第三章第三章 互互 感感 器器互感器的主要作用v将一次回路中的高电压、大电流变换为二次回路中标准的低电压和小电流v使二次接线简单、经济，适于标准化组屏v使二次设备与高压一次系统电气隔离v可以在不影响原绕组所在系统的运行的前提下，取得零序电流、零序电压分量供保护装置使用，反应接地故障一、一、 电流互感器电流互感器v电流互感器一次绕组串联在回路里，二次绕组经某些负荷而闭合，二次电流与一次电流成正比。二次绕组的负载是测量仪表和继电器等的电流线圈，阻抗很小，相当于短路运行。n一次绕组串联于一次系统的电路中，且匝数很少，

66、阻抗小，二次绕组的阻抗很小，其归算于一次的阻抗远小于电网负载阻抗，对一次负载电流的影响可忽略不计，因此一次电流只取决于电路负载，不因电流互感器二次负载的变化而变化。电流互感器的分类v按用途测量用和保护用电流互感器v按安装类型户外式和户内式v按安装方式贯穿式、装入式和支持式电流互感器的分类v按一次绕组形式单匝式和多匝式v按照绝缘干式、浇注式、油浸式和SF6气体绝缘式等v按照电流变换原理电磁式和光电式电磁式电流互感器的工作原理目前电力系统中广泛 应 用 的 是 电 磁 式电流互感器，主要由铁芯、一次绕组、二次绕组、绝缘材料及其它附件组成，其工作原理和变压器相似。电磁式电流互感器等值电路电磁式电流互

67、感器相量图电流互感器的工作特点v一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；因此一次绕组中的电流完全取决与被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。v电流互感器二次绕组所接仪表和继电器的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。v电流互感器二次侧不能开路。为此，在电流互感器的二次回路中不允许装设熔断器。二次绕组开路时参数曲线电流互感器的误差一次电流对误差的影响v增大一次磁势F1I1N1是减小电流互感器电流误差和相位差的最有效的方法v但一次电流是不可控的，只能考虑增加一次绕组的匝数v匝数的增加使铜的消耗量增加v从经济上来考虑，一次绕组尽可能采用比较少的匝数，而尽量其它方法来减小

68、误差。二次电流对误差的影响二次负荷和一次电流值保持不变时，减小二次电流就使二次电势也减小，磁通密度B也相应地减小。为了保持磁通密度有较小的值就必须使励磁磁势减小。因而，随着二次电流的减小，电流互感器的电流误差和相位误差也减小，反之，二次电流增大时误差也增大。电流频率的影响v随着交流电流频率的增大，铁芯的磁通密度B是减小的，而励磁磁势是随着磁通密度的减小而减小的，因而电流互感器的电流误差和相位差也相应减小。这时相位差可得到负值。v当频率超过1000Hz时，电流互感器的铁芯温度会由于铁芯中的有功损耗而达到很高的数值。二次（外部）负荷的影响电流误差和相位差是随着二次负荷Z2L的增大而增大的，即使电流

69、互感器的准确度降低了。二次负荷功率因数的影响当二次负荷不变时，二次负荷功率因数的增大使角减小。此时电流误差将减小，而相位差将增大。当减小很多时，相位差甚至能够得到负值。电流互感器的准确级和误差标准v准确级表示在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时电流互感器的最大误差。v测量用电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度。v保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，在额定一次电流范围内的准确度要求不如测量级高，但对可能出现的短路电流范围内，则要求互感器保证必要的准确度。电流互感器准确级和误差极值电流互感器准确级和误差极值10%误差曲线电流互感器的基本参数和特性v额定电压v额定一次电流v额定

70、二次电流v电流互感器的额定容量同极性端当一次侧电流从Ll流向L2时，二次侧电流从K1流出经过电流互感器二次负荷回到K2。对此，我们称L1和K1，L2和K2分别是同极性端，用“*”或“”表示。同极性端在任一瞬间对绕组的另一端同时为高电位或低电位。 电流互感器的接线方式(a)单相式接线；(b)不完全星形接线；电流互感器的接线方式(c)完全星形接线；(d)零序接线；电流互感器的接线方式(e)三角形接线电流互感器的配置v为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。v对于保护用电流互感器应尽量消除主保护装置的保护死区。v为了减轻内部故障

71、对发电机的损伤，用于自动调整励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。二、二、 电压互感器电压互感器电压互感器的分类电压互感器的分类v单相式和三相式v户内式和户外式v双绕组和三绕组v干式、浇注式、油浸式和瓷绝缘v电磁式、电容式、光学两台110kV串接成220kV电压互感器1一次绕组2平衡绕组3铁心4连耦绕组5二次绕组电磁式电压互感器v电磁式电压互感器就是一台小容量的降压变压器，一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较少。v一次绕组并接于一次系统，二次侧各仪表并联。v二次绕组所接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器，故正常运行时二次绕组接近于空载状态（开路）。电磁式电压互感器工作原理电磁式电压

72、互感器相量图电磁式电压互感器的误差对误差有影响的因素v互感器的结构v运行工况二次负荷功率因数一次电压电压互感器准确等级和误差极值v1油压计2膨胀膜3电容单元4绝缘油5瓷绝缘子6密封件7外壳8低压端子箱/中性(N)和高频(HF)端子9串联电感10中压互感器11铁磁谐振效应阴尼电路注释耦合电容只包括1至6项。它安装在钢基座上。HF和N型位于基座之下。电容式电压互感器电压互感器配置的配置v母线v线路v发电机v变压器电压互感器的接线v电压互感器的接线方式应满足测量仪表、远动装置、继电保护和自动装置检测回路的具体要求v应装设短路保护v应有一个可靠的接地点v应有防止从二次回路向一次回路反馈电压的措施v对于

73、双母线上的电压互感器，应有可靠的二次切换回路电压互感器的接线 (a)单接线；电压互感器的接线 (b)不完全星形接线；(c)三相三柱式电压互感器接线；电压互感器的接线 (d)三相五柱式电压互感器接线；(e)三台单相电压互感器接线；电压互感器的接线第四章第四章SF6全封闭组合电器全封闭组合电器SF6全封闭组合电器全封闭组合电器SF6全 封 闭 组 合 电 器 （ GasInsulatedSwitchgear，简称GIS），是一种以SF6气体作为绝缘和灭弧介质，以优质环氧树脂绝缘子作支撑的封闭式成套高压电器。它已超越了一般断路器的概念，而是把断路器、母线隔离开关、线路隔离开关、接地开关、三相母线、电

74、流互感器、电压互感器、母线避雷器、电缆头、绝缘套管等做成标准元件装在充满SF6气体的封闭的金属外壳内，并保持一定压力。各标准元件可制成不同连接型式的标准独立结构，再辅以一些过渡元件（加弯头、三通、伸缩节等），便可适应不同形式主接线的要求，组成成套配电装置。SF6全封闭式组合电器的优点v节省占用面积和空间v运行安全可靠v不产生噪音和无线电干扰v安装工期短v维护工作量小、检修周期长SF6全封闭式组合电器的缺点v对材料性能、加工精度与装配工艺的要求高，工件上任何毛刺、铁屑、纤维都会造成电场不均匀，使SF6气体抗电强度下降v金属材料消耗大，造价昂贵v故障损失严重v检修措施要求严密，防止SF6气体中的残

75、余有毒物质对检修人员造成伤害第五章电力电缆v一、概述一、概述v110kV及以上：输电系统v35kV及以下：配电系统1.架空线路裸线（钢芯铝绞线），铁塔，避雷线，接地，绝缘子。2.电缆线路导体，绝缘层，保护覆盖层；受气候影响小，安全耐用。500kV交联电缆v基本结构1.导电线芯表1（铜和铝线长度、电阻相等时，铝线重量为铜线的一 半左右） 多股导线扭绞而成便于运输和辐射，可以弯曲.2.电缆护层2.电缆护层防水。材料：铅包（柔软，耐腐蚀）或铝包护套。护套外加强：钢带或钢丝铠装。外护层：防腐场所3.绝缘介质10kV及以下：聚氯乙烯价格低、温度低。35kV及以下：粘性浸渍的油纸绝缘、橡皮绝缘、塑料（聚氯

76、乙烯、聚乙烯）绝缘更高电压：多用充油、钢管油压或充气电缆。交联聚乙烯（XLPE）：用途日增。电力电缆的分类1、按结构特征（1）统包型（10kV及以下）。（2）分相型：分相屏蔽（1035kV）。（3）扁平型：一般用于较长的水下和海底电缆。（4）自容型：护套内部有压力的电缆。2、按敷设环境（1）直埋式（2）构架式（3）水下敷设v10kV及以下：三芯统包型图34三芯统包型电缆1导体线芯；2填充；3线芯绝缘；4统包绝缘；5铅包；6沥青防腐层；7铠装层8沥青黄麻层10kV及以上：屏蔽型或分相铅包型图35三芯分相屏蔽型电缆1导电线芯；2线芯屏蔽；3线芯绝缘；4外屏蔽层；5填料；6扎紧带；7金属外层；8铠装

77、层；9外护套。图36三芯分相铅包型电缆1导电线芯；2线芯屏蔽；3线芯绝缘；4外来蔽层；5铅护套；6填料；7铠装层；8外护套v分相屏蔽型电缆结构紧凑，外径小，可节省金属护套和外扩层材料。分相铅(铝)包电缆电气性能稳定，但外径大，重量较大。这两种径向型电缆在结构上各有特点，与非径向的统包型电缆比较，虽然价格较贵v优点：电缆线芯表面电场均匀，没有绝缘表面的切向应力，绝缘性能较好。适用于较高电压等级的电缆；单相故障不易转化为相间故障，使维修更快、更方便。3、按绝缘材料性质分（1）油纸绝缘电缆粘性浸渍纸绝缘电缆不滴流浸渍纸绝缘电缆（2）塑料绝缘电缆v（1）聚氯乙烯绝缘电缆：工艺性能好，化学稳定性髙，非延

78、燃性，生产效率髙，价格低廉，敷设维护简单。聚乙烯绝缘电缆：有良好的介电性能；绝缘电阻髙；工艺性能好，易于加工，耐湿性好，比重小。抗电晕及耐热性能较差，受热易变形或开裂。交联聚乙烯绝缘电缆：电气性能好，击穿场强度很高，绝缘电阻髙。有较高的耐热性和耐老化性，允许工作温度高，载流量大，适宜于髙落差与垂直敷设。（3）橡胶绝缘电缆二、电力电缆的结构（一）纸绝缘电缆1、粘性绝缘电缆适用于35KV及以下，在光亮油中加入松香制成粘性浸渍剂。在较高浸渍温度时具有较低的粘度保证了对纸层的完善浸渍。正常温度时粘度大，电缆弯曲时仍具有纸层间相对位移。浸渍电缆的热膨胀系数比其它材料要大，容易形成空隙局部放电敷设在较大落

79、差时，浸渍剂下流电缆护套胀裂，上部更多空隙。更大落差时宜改用塑料电缆或不淌流电缆图1：粘性浸渍总包绝缘型电缆结构（10kV及以下）1载流芯；2相绝缘；3带绝缘；4金属护层；5铠甲图2：粘性浸渍分向铅包型电缆结构（35kV及以下）1载流芯；2半导体屏蔽；3绝缘层；4分相铅包；5铠甲（二）充油电缆1、自容式充油电缆图3：自容式充油电缆1油道；2导电线芯；3绝缘；4屏蔽；5护套；6铠甲；7外护层图4：油浸电缆纸的电气强度与纸带厚度的关系1冲击电压；2工频电压高压电缆油粘度较小可以及时补充。压力箱确保绝缘。低油压（0.6MPa以下）。国产110、220、330kV低油压自容式电缆的绝缘厚度为10、18

80、、25mm。2）钢管充油电缆v钢管内有三根单芯屏蔽电缆，屏蔽外包有铜带，管内充有1.5MPa左右的油压。v优点：机械强度高，油压高，电气性能易保证；图5钢管充油电缆1载流芯；2屏蔽；3绝缘层；4屏蔽；5半圆形滑丝；6钢管；7防护层（三）充气电缆1、纸绝缘充气电缆附属设备简单，无液体静压力髙落差处。充气电缆的许用场强低于充油电缆。高压力充气电缆少见。2、管道充气电缆（GIC）特点：电容小、介质损耗低、散热性能好。v缺点：一相发生故障可能影响另两相。v国外超高压充油电缆也多采用自容式或钢管式。（四）电力电缆的许用场强1、电场分布v单芯电缆及分相铅包的三芯电缆（导体光滑）电场为圆轴圆柱体电场。v导线

81、线芯有多根导线绞合最大场强比圆柱表面的髙30。l对层式绝缘来说，电场法向分量高，将使滑闪放电容易出现。10kV以上的三芯电缆就改用分相铅包（或屏蔽）结构，使电力线全与绝缘层互相垂直。电缆绝缘层较厚时，分阶绝缘降低场强。电场分布取决于介电常数，靠近线芯处采用介电常数大的介质第n层的最大场强2、许用场强的选取（1）交流电缆（油纸）v其绝缘老化的主要原因是局部放电发生局部放电（线芯附近的油隙或气隙）持续地强烈放电，气隙扩大；放电尖端深入绝缘内部，电场畸变，放电成滑闪放电。v措施：关键是要设法提高局部放电电压。如采用分阶绝缘、绝缘层内外包半导电纸等来改善电场分布，如提高压力以提高局部放电电压。v图6：

82、缠包绝缘中形成树枝状示意图(a)近线芯处局部放电，(b)深入绝缘，畸变电场；(c)开始滑闪放电（粗线为放电路径，虚线为电力线）表3：油纸电缆的工作场强图7：工频下油纸绝缘局部放电起始场强与纸带厚度及压力的关系油压:l一1.5MPa;2一1.0MPa;30.1MPa；气压：43.0MPa；52.0MPa；61.5MPa；71.0MPa；80.5MPa；90.25MPav表4电缆绝缘在各种电压下的击穿场强单位:Kv/mm（3）交流电缆（塑料）决定因素是树枝化放电问题：电树枝，导体有尖状突出物或分界面上有气隙，局部放电引起。电化学树枝，水、硫化物等脏物导致。表5国外高压塑料电缆举例（2）直流电缆绝缘

83、强度高：局部放电远不如交流下严重，因而直流下击穿场强很高，其击穿场强近于短脉冲下的数值；低粘度油浸纸(充油电缆)与粘性浸渍绝缘的击穿场强的差别也不象交流下那样显著。施加同样的场强值，则直流下的寿命要比交流下的长得多。按用于工35kV系统设计的粘性电缆几乎可用于直流110kV系统。油浸纸绝缘电缆自1890年问世以来，已有一百多年的悠久历史，其系列与规格最完善。已广泛应用于330kV及以下电压等级的输配电线路中，并已研制出500一750kV的超高压电缆。v这种电缆的特点是：耐电强度高，介电性能稳定；寿命较长；热稳定性好；载流量大；材料资源丰富；价格便宜。缺点是；不适于高落差敷设；制造工艺较为复杂；

84、生产周期长；电缆头制作技术比较复杂等。四、交联聚乙烯（XLPE）电缆由聚乙烯(PE)加入交联剂挤出成形聚乙烯绝缘（热可塑性）电缆通过较大的电流时，绝缘会熔化变形。交联聚乙烯（XLPE）聚乙烯分子间交联形成网状结构，改善了耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。交联的物理方法辐射法，去除聚乙烯分子中的氢原子，使碳一碳链合，分子间进行交联。（不经济）化学交联在聚乙烯中加入少量的有机过氧化物，借助于过氧化物受热分解，产生游离基，游离基能与聚乙烯中的氢原子结合、失去氢原子的聚乙烯分子间就联合起来。图26交联电缆分子结构(a)PE电缆(b)XLPE电缆v图410.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘阻燃电力电缆图4

85、20.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装阻燃电力电缆图430.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘钢丝铠装阻燃电力电缆图440.6/1kv四芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装阻燃电力电缆（一）优点与油纸电缆相比，具有结构简单，制造周期短，工作温度高，无油，敷设高差不限，运行可靠，质量轻，安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性较好，传输容量大，不仅适用于中低压，而且还可以应用到高压和超高压系统中。交联聚乙烯绝缘电缆不仅在中低压范围内能代替传统的油纸绝缘电缆，而且在高压或超高乐等级上可与自容式充油电缆相竞争。表7交联聚乙烯绝缘与其它绝缘材料的性能对比图25交联电缆热变形抗张硬度与温度的关系v(a)热

86、度形与温度v(b)抗张硬度与温度表8较早开发交联聚乙烯电力电缆公司的开发简况(1)游离放电老化从材料不连续点或界面引发出来的，在绝缘层与屏蔽层的空隙产生游离放电（仅在电缆内部有缺陷时才会发生）。(2)树老化电树是在局部高电场(绝缘与内半导电层的界面等)作用下，某些缺陷在绝缘层中呈现树枝状伸展，管壁上有交联聚乙烯因放电而分解产生的碳粒痕迹，最终导致绝缘击穿。（二）交联聚乙烯电缆的老化1、电气方面图37电树枝水树分为从导体的内半导电层上产生的内导水树（危害最大）、从绝缘的外半导电层产生的外导水树、从绝缘层中空隙等产生的蝴蝶结形水树3类。在比引发电树枝低得多的电场强度下即可发生。树枝管有的大体不连续

87、，内聚凝有水分，主干树枝较钮，分枝多而且密集v图28电缠绕缘层中产生水树的位量v1内导水树；2外导水树；3一蝴蝶结型水树已弄清楚的水树的形成与发展机理和现象有：(1)在水和电场同时存在的条件下发生水树。(2)水树是由直径为数微米的水填满的空隙群所组成的。(3)即使在比较低的电场下也能发生水树。(4)绝缘中的杂质、半导电层的缺陷、空隙等高电场处，是水树引发的起点。(5)水树在直流电压作用下难于产生，但在交流电压作用下较易产生，高频电压也能促进水树的发生。(6)在高温水中(例如导体浸水)水树较易发生，而且也容易延伸。(7)发生水树的部位，会产生机械变形。图31水树枝长度与交流电压击穿场强关系图32

88、值与交流电压击穿场强关系表10关西电力公司6kvXLPE电缆运行记录表1122kVXLPE电缆蝴蝶结状水树数量和长度v水树枝的种类很多，对电缆的危害也很大。但是，水树枝具有消失和重现的特点。有的水树枝受热、干燥、抽真空等会消失形态，浸入热水中又会重现，水树枝消失时表明管道发生闭合，材料细微龟裂后又回弹，但未使结构分解。在实际电细中，干法制造的交联聚乙烯电缆构很少发现水树枝，而湿法制造的交联聚乙烯电缆中却常常见到水树枝。几种常见的水树枝如下页图37所示。v图38水树枝2、化学方面v硫化对电缆绝缘影响最大。由于硫化物(硫化氢等)透过护套及绝缘层与电缆的铜导体产生化学反应，生成硫化铜和氧化铜等物质，

89、这些物质在绝缘层中从内导一例向护套一例呈树枝状伸展统称为化学树。它在比形成电树枝低很多的场强下即可产生，此外，还有物理物理老化、机械老化以及生物侵蚀造成的老化。图39化学树枝图33绝缘层中的各种树枝(a)电树枝；(b)电化树枝；(c)水树枝图29水树长度与关系(3.8kV以下)图30水树数量与关系(8.8kV以下)（三）塑料电缆的屏蔽技术v影响塑料电力电缆运行寿命的树枝放电和局部放电都与屏蔽结构、屏蔽性能的好坏有直接的关系。屏蔽结构与屏蔽性能的好坏直接影响高压塑料电力电缆的运行寿命。v塑料绝缘电力电缆的屏蔽包括内半导电屏蔽、防发射屏蔽、外半导电屏蔽和绝缘外金属薄带屏蔽。1、内半导电屏蔽层(1)

90、消除导电线芯表面的气隙，提高耐局部放电、树枝放电的能力。(2)均匀导电线芯表面电场，减少因导55效府所增加的导体表面最大场强。低导丝表面电场强度的20一30。(3)抑制树枝的引发。当导体表面金属毛刺直接刺人绝缘层时肘会引发电树枝。内半导电屏蔽特有效地减弱毛刺附近的电场强度提高耐树枝放电的特性。(4)热屏蔽作用。当电缆温度突然升高(线芯发热)时，有了半导电层的隔离，高温不会立即冲击到绝缘层，在一定程度上降低了绝缘的温升，保护主绝缘，故有热屏障作用。用合适的半导电材料屏蔽后，聚乙烯电缆最大额定短路温度可出130度提高到150度。2、防发射屏蔽层v塑料电缆向高压等级发展，面临着局部高场强区域场致发射

91、电子，引发电树枝而绝缘击穿的重大技术问题。防发射屏蔽是这种研究中的一项专利技术，是目前研究复合介质抑制界面电树枝在电缆中应用的一项重要成果。v防发射屏蔽层能有效地防止绝缘层中电场畸变导致电子的发射，控制电树枝的引发。电缆绝缘层中电场分布的均匀性与绝缘材料的介质常数s、绝缘结构巾介电常数的分布情况有很大关系。特别是高压塑料电力电缆出现了不可缺少的内、外半导电屏蔽层后，又带来了新的问题如果半导电界面不平整，半导电层有尖凸物、半导电层有凹陷、或分阶式绝缘(接头部位多采用分阶绝缘)、复合绝缘界面有缺陷，都将严重恶化绝缘层中电场的均匀性。五、电缆附件（一）电缆终端电场分布电缆终端处的放电，是极不均匀电场

92、中的放电。电晕放电和滑闪放电是主要的放电形式。（1）首先在金属屏蔽层附近，或法兰边缘处发生电晕放电，出现紫色的晕光及丝丝声响。随着电压的升高，电晕向前延伸逐渐形成由许多平行火花细线组成的光带。这些细光带虽较电晕明亮，但仍较弱。放电细线的长度随电压正比增加。放电通道中的电流密度较小、压降较大辉光放电。（2）当电压超过某临界值后，个别细线开始迅速增长，进而转变为树枝状、紫色、明亮得多的火花。特点：通道中电流密度较大，压降较小。滑闪放电火花随外施电压增加迅速增长，电压稍有增加，滑闪放电火花就可能延伸到高压极，形成完全击穿。若金属屏蔽处法兰很光滑，辉光放电可能不明显而直接出现滑闪放电。极不均匀电场中，

93、沿面闪络电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压小。由于强垂直分量的作用易引起热游离和出现滑闪放电。v（二）连接接头盒的典型结构1、油浸纸绝缘电缆图8110一220kV自容式充油电缆普通接头1一封铅2一接地屏蔽3电缆芯4半导体屏蔽5一外壳6增绕绝缘7芯管8压接管9一油嘴特点：（1）电压较低的粘性浸质纸绝缘电缆导电线芯是通过连接套、采用焊接(锡焊)或压接的方法将线芯连接。（2）高压的充油电缆要求：保证电气连通和油流的畅通无阻。方法：靠近连接端的电缆绝缘一般切削成阶梯或锥形面(反应力锥)，然后包缠填充绝缘，再包绕增绕绝缘。增绕绝缘两端形成应力锥面（表面场强均匀）。两根相接的电缆的屏蔽为等位面。整个装置

94、与压力供油箱连通。为了防止电缆故障漏油扩大到整个电缆线路往往采用塞止式连接盒，使油泊流互不相通。其结构分单室式和双室式两种。图9220kV双室式塞止接头的结构1一环氧树脂套管2一电缆室增绕绝缘3一电缆4一填充绝缘5芯管6导体连接7带有绝缘的电极8轴封螺帽9一密封垫圈10外腔增绕绝缘11外壳12一密封垫圈13一油嘴14接地端子15一封铅2、橡塑绝缘电缆连接盒v由于没有金属护套和浸渍剂，只需用普通连接盒将电缆各制造长度连接起来。v目前橡塑绝缘电缆的附件装置主要以预制式为主。对35kV及以下的电缆，导电线芯连接以后，在原有工厂绝缘的上面套一热缩材料制成的应力管，然后再做其他部分的连接处理。对于高压交

95、联聚乙烯绝缘电力电线的连接盒，目前主要是在金属屏蔽层边缘的电场集中处安装以预制成型的应力锥。图10预制式应力锥结构图图11低压户外终端接头图1210kV户外终端头l端子2密封管3一绝缘管4单孔防雨裙5一三孔防雨裙6一手套7一接地线8一PVC护套图13110220kV充油电缆增绕式终端接头盒1、2高压端屏蔽3一增绕绝缘4一接地屏蔽5一应力堆6电缆图14400kV高油压充油电缆电容锥式终端接头盒1电缆铅套2应力锥3高强度瓷套4电容锥绕包5屏蔽罩图16110kV象鼻式终端头1一油嘴2亮体3一衬垫4一电缆连接触头5一电缆连接头6电缆导体7增绕绝缘8一工厂绝缘9主绝缘10一胶木筒11封铅12电缆铅包13

96、一防震套14一套管引出触头15一瓷套16导电杆图18电容锥式终端接头盒内外绝缘相对位置示意1一线芯2一工厂绝缘3一电缆护套4电容锥极板5屏蔽罩6一瓷套7一法兰图45冷缩三指套预制式硅橡胶电缆户外终端头图46预制式户外终端图47预制式户内终端五、电力电缆的载流量（一）电缆的长期允许载流量电缆长期允许载流量是指当电缆通过电流时在达到热稳定后，电缆导体的温度恰好达到长期允许工作温度则的电流数值。主要决定因素：电缆的长期允许工作温度。电缆本身的散热性能。电缆装置情况及其周围的散热条件。v不同电压等级和绝缘型式的电缆，其最高允许工作温度值不同。电缆绝缘层受热膨胀，造成保护层过度伸展，使电缆内部产生气隙，

97、这些气隙在电场的作用下发生游离，最后导致绝缘的破坏。v电缆的电压等级越高，气隙的游离作用越显著，其最高允许工作温度就越低；v无油电缆因不产生气隙，而最高允许工作温度高；v聚氯乙烯结构中存在极性基团，在温度升高时，介质因电导升高较快，绝缘强度下降较大，所以其最高允许工作温度较低。v一般按长期允许载流量选择电缆截面，然后对3kV以下的低压电缆校验其电压降，对3kv及以上的电缆校验其短路时的热稳定度。表13电缆线芯长期允许工作温度表14油浸纸绝缘电力电缆长期允许载流量(一)表15油浸纸绝缘电力电缆长期允许载流量(二)表16三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆长期允许载流量（二）电缆截面的选择v应在满足电缆敷设

98、场合技术要求的前提下，兼顾我国电缆工业发展的技术政策，即：线芯以铝代铜、绝缘层以橡塑代油浸纸、金属护套以铝代铅以及在外护层上发展橡塑护套或组合护套等。v(1)对有剧烈震动的柴油机房、空压机房、缎工车间等处以及移动机械的供电。应选用铜芯电缆；对其他地点应首先考虑选用铝芯电缆。v(2)地下直埋电缆，一般应选用裸塑料护套电缆，当电缆需要穿过铁路、公路，跨越桥梁、隧道等有可能受到机械损伤的处所时应选用具有钢带铠装的电缆，必要处还应采取穿管等防护措施。v(3)在大型调度中心、通信中心、微机站等重要部门室内、夹层或易燃易爆场所敷设的电力电缆，应选用难燃或阻燃电缆。v(4)在电缆线路不可避免地要穿过具有化学

99、腐蚀、直流泄漏区域时，应选用塑料电缆或具有裸塑料护套的电缆。v(5)在需要承受拉力的沼泽地带、水中或竖直敷设的电缆，应选用整根的、能承受拉力的钢丝铠装电缆。但通过小溪流时，可选用一般具有铠装及外护层的电线。v(6)当整个电缆线路在其周围具有几种完全不同的介质条件时，电缆的型号应按其中最不利的条件选择。第七章第七章电气主接线及特点电气主接线及特点对电气主接线的基本要求v保证必要的供电可靠性和电能质量v主接线应力求简单、明了，运行灵活，操作方便，保证维护及检修时的安全、方便v一次投资及年运行费低v满足扩建的要求一、一、 电气主接线电气主接线的基本形式的基本形式主接线形式v主接线形式包括电压等级、各

100、电压等级的进出线及其联络关系。v通过主接线可明确各主要一次设备（如发电机、变压器、开关设备等）的联络关系。v可利用开关设备对故障进行隔离或改变运行方式。v当进出线的数量较多时，为了便于电能的汇集与分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便主接线的基本形式v有母线的接线形式单母线及单母线分段接线双母线及双母线分段接线旁路母线接线一个半断路器接线v无母线的接线形式桥形接线角形接线单元接线单母线接线v优点：简单明显，采用设备少，操作简便，便于扩建，造价低，投资小v缺点供电可靠性低，灵活性较差单母线分段接线v优点：既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性v缺

101、点当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。双母线接线v每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关（也有采用两台断路器和两组隔离开关）连接到两组母线上。v可以以一条母线作为工作母线，另一条母线作为备用母线，母线联络断路器断开，相当于单母线运行，检修或故障时可将电源和出线倒到备用母线上；两条母线也可同时工作，通过母线联络断路器并联运行，电源和出线平均地分配在两组母线上，相当于单母线分段方式运行。双母线接线的优点v检修母线时不致供电中断；v母线发生故障后，能迅速将电源和负荷倒至另一条母线，恢复供电；v检修任一回路的母线隔离开关时，只影响该回路的供电；v检修某一线路断路器时

102、，可用母线联络断路器临时代替线路断路器，减小对用户的影响；v各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化；v便于向母线左右任意一个方向顺延扩建。双母线分段接线旁路母线接线 一个半断路器接线v优点：运行高度灵活。正常运行时，两组母线和所有断路器都投入工作，从而形成多环路供电方式；工作可靠性高v缺点：为所用设备较多，投资较大，继电保护及二次回路复杂桥形接线v内桥式桥连断路器设置在靠近变压器侧v外桥式桥连断路器设置在靠近线路侧角形接线v优点：所用断路器数等于回路数，比较经济可靠性和灵活性高容易实现自动化和遥控v缺点：当检修需开环运行时，如恰发生故障，可靠性较

103、差备选择和继电保护整定复杂单元接线v发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机变压器组，称为单元接线。v几个元件直接单独连接，没有横向的联系，是最简单的接线。3. 电器设备选择电器设备选择导体和电器设备一般运行于两种工作状态v正常工作状态电压和电流都不超过额定值，导体和电器设备能够长期安全经济地运行。v短路工作状态系统发生故障，会引起电流突然增加，短路电流比额定值要高出几倍甚至几十倍。在故障尚未切除的短期内，导体或电器要承受短时发热和电动力的作用。正常工作状态v会产生各种损耗，导体通过工作电流，其本身电阻产生的损耗；绝缘材料中出现的介质损耗；导体周围的金属部件，在电磁场作用下引起的涡流和磁滞

104、损耗。v这些损耗变成热能使导体的温度升高，致使材料的物理和化学性能变坏。短路工作状态v因为短路电流很大，发热量也会很大。而且这些热量在极短时间内发出，不容易散出，造成导体温度的迅速升高。v导体还会受到较大电动力的作用，如果电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。发热对电器产生各种不良影响v机械强度下降v接触电阻增加v绝缘性能降低绝最高允许温度v为保证导体可靠工作，发热温度不得超过一定的数值，称为最高允许温度。正常最高工作温度v不应超过70v计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过80来考虑v若导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到85短时最高允许温度可高于正常最高

105、允许温度，对硬铝及铝锰合金可取200，硬铜可取3003.2 导体的发热导体的发热3.2.1 发热发热v导体电阻损耗的热量QR v太阳照射的热量Qs3.2.2 热量的传递过程热量的传递过程v对流自然对流换热强迫对流换热v辐射v传导3.2.3 导体的长期发热导体的长期发热v导体的长期发热是指导体流过正常负荷电流时产生的温度上升。v目的：根据导体长期发热允许温度确定导体载流量（即导体长期允许通过电流）研究提高导体长期允许通过电流，或降低导体温度的方法导体的长期发热导体的长期发热v导体的温升过程导体的温度高于环境温度后，将向周围介质传递热量，为对流换热量Qc与辐射换热量Qr之和。经过长时间后t，导体的

106、温升亦趋于稳定值w升温过程是按指数曲线变化。大约经过t(34) Tr，时间，便趋近稳定温升w。导体的长期发热导体的长期发热v在物理学上，可用热平衡方程式描述升温的过程导体的长期发热导体的长期发热v求解微分方程，得v故稳定温升为稳定温升与起始温升无关导体的长期发热导体的长期发热v导体的载流量v为了提高导体的载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝、铝合金等。v而导体的散热能力则与导体的形状、布置方式及散热方式有关。3.2.4 导体的短时发热导体的短时发热v发热时间很短，发出的热量来不及向周围介质散布，因此耗失的热量可以不计，基本上是绝热过程，即导体产生的热量，全部用于使导体温度升高。由于导体温度升得很

107、高，电阻相比热容会随温度而变，故不能作为常数对待。利用曲线，直接求得最高温度。从某一最初温度i（长期发热稳定温度）开始，从曲线上查出Ai，与Qk/S2相加后即得Af，再查得相应的f，就是所求的短时发热最高温度。热效应Qkv短路全电流值为包含周期分量和非周期分量，两个分量的电流波形各不相同，因此对于周期分量和非周期分量的热效应要分别进行计算。v如果短路电流切除时间1s，导体的发热主要由周期分量决定，在此情况下，可以不非周期分量的影响。3.3 导体短路的电动力导体短路的电动力v平行导体电动力的计算v三相导体短路的电动力当发生三相短路时，中间相（B相）的电动力最大v导体振动的动态应力3.4 电器选择

108、的一般条件电器选择的一般条件v按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压额定电流按当地环境条件校核v按短路情况检验短路热稳定校验电动力稳定（动稳定）校验3.5 导体、电缆、导体、电缆、绝缘子和套管的选绝缘子和套管的选择择裸导体的选择裸导体的选择v导体材料、类型和敷设方式v导体截面选择按导体长期发热允许电流选择按经济电流密度选择v热稳定校验v硬导体的动稳定校验电力电缆的选择v电缆芯线材料及型号选择v电压选择v截面选择v允许电压降校验v热稳定校验支柱绝缘子和穿墙套管的选择v按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管v按额定电流选择穿墙套管v支柱绝缘子和套管的种类和型式选择v穿墙套管的热稳定校验v支柱绝缘子和套管的动稳定校验3.6 高压断路器、高压断路器、隔离开关的选择隔离开关的选择高压断路器的选择高压断路器的选择v断路器种类和型式的选择v额定电压选择v额定电流选择v开断电流选择v短路关合电流的选择v热稳定校验v动稳定校验隔离开关的选择隔离开关的选择v种类和型式的选择v额定电压选择v额定电流选择v热稳定校验v动稳定校验电流互感器的选择v按一次回路的额定电压和额定电流选择v按电流互感器的种类和形式选择v按电流互感器的准确级和额定容量选择v热稳定校验v动稳定校验电压互感器的选择v按一次回路电压选择v按二次回路电压选择v按装置种类和形式选择v按容量和准确级选择