变电站设备讲解.ppt
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1、变电站设备讲解,第一部分 基础知识,(1)生产和转换电能的设备: (2)开关电器: (3)限流电器: (4)载流导体: (5)补偿设备: (6)互感器: (7)防御过电压设备: (8)绝缘子 (9)接地装置,1、一次设备,直接参与电能的发、输、配、用的设备,发电机、变压器、电动机,断路器、隔离开关、熔断器,分裂电抗器、普通电抗器,母线、架空线、电缆,调相机、电容器、消弧线圈、并联电抗器,电流互感器、电压互感器,避雷针、避雷线、避雷器,2、二次设备,(1)测量表计 (2)绝缘监察装置 (3)控制和信号装置 (4)继电保护装置 (5)自动装置 (6)直流电源设备 (7)塞流线圈(高频阻波器),对一
2、次设备进行测量、监视、保护、控制的设备。,3、电气接线和配电装置的概念,(1)电气主接线(一次接线) 一次设备按预期的生产流程所连接形成的电路。,(2)二次接线 二次设备按预期的生产流程所连接形成的电路。,(3)配电装置 按主接线图,由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备等组建而成的,接受和分配电能的电工建筑物。,在一定的周围媒质(环境)计算温度下,设备所允许长期通过的最大电流值,此时其绝缘部分和载流部分的长期最大发热温度不超过其长期允许发热温度。,4、额定电压、额定电流及工作频率,(1)额定电压,(3) 频率:工频,低频,高频,超高频,(2) 额定电流,电流与温度的关系,使设备
3、工作于技术和经济性能最佳的电压,5、短路的一般概念,(1) 什么是短路,(2)产生短路的原因,电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况称作短路,短路是电力系统的严重故障。,电气设备绝缘受损、老化; 气象条件恶化(雷击过电压闪络、大风、覆冰等); 违规操作(带负荷拉刀闸、未拆地线合闸送电等); 其它原因;,(3) 三相系统中可能发生的短路类型:,对称短路:三相短路f (3); 不对称短路:单相接地短路f (1)、两相短路f (2)、 两相短路接地f (1.1);,大的短路电流所产生的电动力效应使电气设备受到 严重的机械损坏; 短路电流使设备发热而损坏; 短路使系统电压大幅度下降
4、,对用户影响很大,如 电动机的运行; 破坏系统稳定,造成大面积停电; 对通讯的干扰;,短路电流比正常值大许多倍,系统电压严重下降。,(4) 短路的现象,(5) 短路的后果,6、开关电气设备中的电弧,特点: (1)电弧具有较高的电导(弧柱区电场强度低)。触头间只要有电弧,就仍有电流,电路就没有断开。 (2)电弧的温度极高。外层达3000C4000C,弧心达6000C 7000C,乃至上万度,会烧损触头及设备,甚至引起爆炸。 (3)电弧电流密度大(10000A/cm2)。,定义:电弧是一种介质放电现象,电弧的形成,(1)利用气体吹弧,交流电路的熄弧措施,(2)采用多断口灭弧,(3)利用与固定绝缘介
5、质接触灭弧,(4)将长电弧分成多个短电弧,第二部分 电气设备的作用和原理,一、绝缘子和母线,(1)作用,(2)抗弯破坏荷重,(1)材料:电工瓷,钢化玻璃,聚乙烯,足够的绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性,(2)基本要求,用来支持和固定裸载流体,并使裸导体与地绝缘,或者用于使装置和电器中处在不同电位的载流导体之间相互绝缘。,1、绝缘子,支柱绝缘子 户内式支柱绝缘子,户外式支柱绝缘子 套管绝缘子 户内式套管绝缘子,户外式套管绝缘子,(3)分类,水内冷母线,(1)作用,汇集和分配电能,(2)敞露母线,矩形母线,槽形母线,2、母线,减少接地故障,避免相间短路。 减少母线周围钢结构发热。 减少相间电动力
6、。 母线被封闭后,通常采用微正压方式运行,这样可以防止绝缘子结露,提高了运行的可靠性,并且为母线强迫通风冷却创造了条件。 封闭母线由工厂成套生产,施工安装简便,简化了对土建结构的要求,运行维护工作量较小。,(3)金属外壳的封闭母线,采用金属外壳封闭母线的优点,运行注意事项,冷却方式,(1)严格控制母线温度。 (2)金属外壳牢固接地。 (3)保证安装正确。 (4)防潮、防露。 (5)表面涂漆完好。,自然风冷、人工通风冷却、水冷,封闭母线的分类,共相封闭母线 分相封闭母线:不全连分相封闭母线,全连分相封闭母线,二、架空线路和电缆,导线传输电能; 避雷线将雷电流引入大地,以保护电力线路免遭雷击; 杆
7、塔支持导线和避雷线,使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离; 绝缘子使导线与杆塔保持绝缘; 金具连接导线或将导线固定在绝缘子上,以及将绝缘固定在杆塔上,也可作连接绝缘子或保护绝缘子和导线等用。,1、架空线路,导电线芯传输电能; 绝缘层使导线芯与导电线芯、导电线芯与保护层互相隔绝; 保护层保护绝缘层,并有防止绝缘油外溢和防止外界水分潮气入侵的作用。,2、电缆,三、高压断路器,1、作用,(1)控制作用: 正常时接通、断开负荷电流。 (2)保护作用:故障时接通、断开短路电流。,3、类型,2、符号,QF,DL,(1)额定电压(2)额定电流(3)额定开断电流 (4)动稳定电流(5)热稳定电流(6
8、)关合电流 (7)全开断时间(8)操作循环,4、技术参数,(1)额定电压。额定电压是指断路器能承受的正常工作线电压。目前,我国电力系统中断路器采用的额定电压等级为(10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。 (2)额定电流。额定电流是指断路器可以长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时,其各部分的发热温度不超过允许值。我国规定额定电流为:200、400、630、(1000)、1250、1600、(1500)、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A,(3)额定开断电流。在额定电压下,规
9、定的时间内断路器能可靠切断的最大电流的有效值,称为额定开断电流Ik,它表示断路器的断路能力。我国规定额定开断电流为:1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等 (4)动稳定电流。断路器在闭合位置时,所能通过的最大短路电流,称为动稳定电流,亦称额定峰值耐受电流,它表明断路器在冲击短路电流作用下,承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定 (5)热稳定电流。热稳定电流是断路器在规定时间内,允许通过的最大电流,它表示断路器承受短路电流热效应的能力。以短路电流的有效值表示。断路器的铭牌规定一定 时间(1、2、4秒
10、)的热稳定电流。,(1)通断元件: (2)支撑绝缘元件: (3)中间传动机构: (4)基座: (5)操作机构:,5、基本结构,绝缘支撑,中间传动,主电路的接通或断开,带电部分与地绝缘,实现开关分、合,6、型号表示方法(GB标准),高压断路器的型号是由字母和数字组成,表示如下:,7、灭弧原理 (1)、油断路器的灭弧 这类断路器用油作灭弧介质,电弧在油中燃烧时,油受电弧的高温作用而迅速分解、蒸发,并在电弧周围形成气泡。能有效地冷却电弧,降低弧隙电导率,促使电弧熄灭。在油断路器中设置了灭弧装置(室),使油和电弧的接触紧密,气泡压力得到提高。当灭弧室喷口打开后,气体、油和油蒸气本身形成一股气流和液流,
11、按照具体的灭弧装置结构,可垂直于电弧横向吹弧,平行于电弧纵向吹弧或纵横结合等方式吹向电弧,对电弧实行强力有效的吹弧,这样,就加速去游离过程,缩短燃弧时间,从而提高了断路器的开断能力,电流过零时灭弧。,(2)、SF6断路器的灭弧原理 SF6断路器用SF6气体作为灭弧介质。SF6气体是理想的灭弧介质,它具有良好的热化学性与强负电性。 (a)热化学性,即SF6气体有良好的热传导特性 由于SF6气体有较高的导热率,电弧燃烧时,弧心表面具有很高的温度梯度,冷却效果显著,所以电弧直径比较小,有利于灭弧。同时SF6在电弧中热游离作用强烈,热分解充分,弧心存在着大量单体的S、F及其离子等,电弧燃烧过程中,电网
12、注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介质的断路器低得多。因此,触头材料烧损较少,电弧也就比较容易熄灭。 (b) SF6气体的强负电性 就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。由电弧电离所产生的电子,被SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附,因而带电粒子的移动性显著降低,并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。因此,弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。弧隙电导率很快降低,从而促使电弧熄灭。,(3) 真空断路器的灭弧原理 真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。断路器开断时,电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧,简称为真空电弧。当开断真空电弧时,由于弧柱内外的压力与密度
13、差别都很大,所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。弧柱内部处在一面向外扩散,一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。随着电流减小,金属蒸气密度与带电质点的密度都下降,最后在电流接近零点时消失,电弧随之熄灭。此时,弧柱残余的质点继续向外扩散,断口间的介质绝缘强度迅速恢复,只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度,电弧最终熄灭。,8、油断路器,采用变压器油作灭弧介质的断路器,称 为油断路器,如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质,称为多油断路器;油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质,而带电部分对地之间的绝缘介质采用瓷或其他介质的,称为少油断路器。主要用在
14、不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。,户内油断路器灭弧室,SF6断路器灭弧室,9、SF6断路器,采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器,称为SF6断路器,在电力系统中广泛应用。适用于频繁操作及要求高速开断的场合,在我国推荐在7.240.5选用SF6断路器,特别是126KV以上几乎全部选用SF6断路器。但不适用于高海拔地区。,SF6断路器灭弧室,10、真空断路器,利用真空的高介质强度来灭弧的断路器,称为真空断路器,现已大量应用在7.240.5KV电压等级的供(配)电网络上也主要用于频繁操作及要求高速开断的场合。,真空断路器灭弧室,真空断路器,四、高压隔离开关,高
15、压隔离开关主要是用来隔离高压电源、以保证安全检修,因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙。它的另一结构特点是没有专门的灭弧装置,因此它不能带负荷操作。但它允许通断一定的小电流,如励磁电流不大于2A 的空载变压器,充电电容电流不大于5A 的空载线路以及电压互感器回路等。开关柜用的户内隔离开关主要有GN19系列、GN6、GN9系列。,1、作用,(1)保证高压电气装置检修的安全 (2)切换电路 (3)开断小电流电路,2、特点,(1) 触头在空气中,明显可见的断开点 (2)无灭弧装置,3、符号,QS,4、组成部分 隔离开关主要由导电部分、绝缘部分、传动部分和底座部分组成。,5、技术参数,(1)额
16、定电压。额定电压是指隔离开关能承受的正常工作线电压。目前,我国电力系统中隔离开关采用的额定电压等级为(10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。 (2)额定电流。额定电流是指隔离开关可以长期通过的工作电流。隔离开关长期通过额定电流时,其各部分的发热温度不超过允许值。我国规定额定电流为:200、400、630、(1000)、1250、1600、(1500)、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A (3)动稳定电流。隔离开关在闭合位置时,所能通过的最大短路电流,称为动稳定电流,亦称额定峰值耐
17、受电流,它表明隔离开关在冲击短路电流作用下,承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定 (4)热稳定电流。热稳定电流是隔离开关在规定时间内,允许通过的最大电流,它表示隔离开关承受短路电流热效应的 能力。以短路电流的有效值表示。隔离开关的铭牌规定一定 时间(1、2、4秒)的热稳定电流。,单柱式,双柱式,三柱式,1、用途和结构,1)负荷开关的用途与它的结构特点是相对应的,从结构上看,负荷开关主要有两种类型,一种是独立安装在墙上、架构上的,其结构类似于隔离开关;另一种是安装在高压开关柜中,特别是采用真空或SF6气体的,则更接近于断路器。负荷开关的用途是包含了这两种类型的负荷开关
18、的综合用途。 2)负荷开关具有简易的灭弧装置,因而可分、合负荷开关本身额定电流 之内的负荷电流。它可用来分、合一定容量的变压器、电容器组,一定容量的配电线路。 3)配有高压熔断器的负荷开关,可作为断流能力有限的断路器使用。这时负荷开关本身用于分、合正常情况下的负荷电流,高压熔断器则用来切断短路故障电流。,五、负荷开关,2、分类,负荷开关种类较多,从使用环境上分,有户内式、户外式;从灭弧形式和灭弧介质上分,有压气式、产气式、真空式、六氟化硫式等。,六、熔断器,1、作用,熔断器串联接入被保护电路,发生短路、过负荷时,熔断器熔体熔断,保护电路中其他设备的安全。,3、构成,(1)熔管:绝缘纤维,电工瓷
19、 (2)熔体:铅、锡,锌,合金 (2)支持固定熔管的载流部分:铜,铝 (3)绝缘底座:电工瓷,环氧树脂,2、符号,FU,RD,4、分类,5、熔断原理,熔断器工作包括以下四个物理过程: (1)流过过载或短路电流时,熔体发热以至熔化;(2)熔断体气化,电路开断;(3)电路开后的间隙又被击穿,产生电弧;(4)电弧熄灭,熔断器的切断能力决定于最后一个过程。 熔断器的动作时间为上述四个过程的时间总和。,(3)保护的选择性,(2)保护特性,额定电压,额定电流,熔体的额定电流,极限开断电流,6、技术特点,(1)参数,7、熔断器的选择,(1)确定额定电压,(2)确定额定电流,(3)确定额定开断电流,(4)确定
20、熔体额定电流,对于不经常启动或启动时间不长的电动机,对于频繁启动或启动时间较长的电动机,(5)考虑保护选择性的要求,(1)低压熔断器,1-黄铜圈, 2-绝缘纸管, 3-黄铜帽, 4-插刀, 5-熔体, 6-特种垫圈, 7-刀座,RM10型无填料封闭管式,RT0型有填料封闭管式,1-瓷波纹管,2-盖板,3-螺钉,4-熔断指示器,5-指示器熔体, 6-工作熔体,7-插刀,8-石英砂,9-熔体的引燃器,10-锡桥, 11-熔体的变截面小孔,(2)高压熔断器,1、户内(RN型):RN1型,RN2型,1-熔体,2-静触头座,3-支持绝缘子,4-底座,5-接线端,1-熔管,2-端盖,3-顶盖,4-瓷心,5
21、-熔体,6-小锡球,7-石英砂,8-指示器熔体,9-熔断指示器,2、户外型高压熔断器的结构及工作原理,户外型高压熔断器又称为跌开式熔断器,俗称跌落保险。正常情况下,熔管上部的动触头借助熔丝张力拉紧后,推上静触头内锁紧闭合保持闭合状态。当被保护的变压器或线路发生故障时,故障电流使熔丝熔断,在熔管内产生电弧,消弧管在电弧高温作用下分解出大量气体,使熔管内压力急剧增大,气体向外喷出,形成对电弧有力的纵吹,使电弧迅速拉长去游离,在电流交流过零时电弧熄灭,同时由于熔丝管拉力消失,使锁紧机构释放,在静触头的弹力和自重的作用下,使熔管跌落下来,电弧被迅速拉长,即有利于灭弧,又形成明显的断开距离。,交流120
22、0V,直流1500V以下电路中起控制、保护、调节、转换、通断作用。,低压电器的作用:,低压电器分类:,刀开关,组合开关,熔断器,低压断路器,接触器,电磁启动器,主令电器,万能转换开关,控制继电器,七、 低压开关,1、闸刀开关,(1)作用,闸刀开关是一种最简单的低压开关,不与其他电器组合时,主要用于隔离电源,保证检修安全,一般只能用手动方式操作。,与其他电器的组合:,与熔断器串联合成一个单元刀开关熔断器组,可动部分由带熔体的载熔件组合熔断器式刀开关,与熔断器组合并加装辅助元件低压负荷开关,(2)符号,Q,2、接触器,(1)作用,用来远距离接通或断开低压电路中负荷电流。广泛使用在频繁起动及控制电动
23、机的回路中,但不宜用于具有导电性灰尘多,腐蚀性强或有爆炸性气体的环境中。,额定电压,额定电流,动稳定电流,热稳定电流,(3)技术参数,(2)符号,K,不具有过负荷保护、短路保护能力,但三极交流接触器具有欠电压保护能力。,典型电路,4、自动空气开关,(1)作用,低压开关中性能最完善的,不仅可以切断电路的负荷电流,而且可以作为短路、过负荷、欠电压保护,不宜频繁操作。,额定电压,额定电流,额定开断电流,动稳定电流,热稳定电流,(3)技术参数,(2)符号,K,(4)构成,以380V框架式为例,1-合闸操动机构,2-动触头,3-灭弧罩,4-静触头,5-快速电磁铁,6-速饱和电流互感,7-欠电压脱扣器,8
24、-热脱扣器,9-分励脱扣器,七、 变压器,变压器是静止电器,由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成,绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合)实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。,一、变压器的用途,按相数分为: 单相变压器,三相变压器, 多相变压器,按绕组分为:双绕组变压器,三绕组变压器, 自耦变压器,二 、 变压器的分类,(4)按冷却方式: 油浸自冷变压器,(3)按用途分为:,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,升压变压器 降压变压器 隔离变压器,三、变压器的基本工作原理和结构,1、基本工作原理,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没
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