电气设备的分类

高压电气部分内容介绍①电气设备的分类和电气接线；②发电厂的电气部分，主要水轮机、发电机、变压器相关内容；③高压开关电器；第一节概述一、电气设备为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。高压电气部分1.一次设备通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。(1)生产和转换电能的设备。发电机、电动机、变压器等。(2)接通或断开电路的开关电器。断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等。(3)限制故障电流和防御过电压的保护电器。限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。(4)载流导体。裸导体、电缆等。(5)接地装置。电力系统中性点的工作接地、保护人身安全的保护接地，均同埋入地中的接地装置相连。高压电气部分2.二次设备对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，称为二次设备。(1)测量表计。电压表、电流表、功率表和电能表等，用于测量电路中的电气参数。(2)继电保护及自动装置。这些装置能迅速反应系统不正常情况并进行监控和调节或作用于断路器跳闸，将故障切除。(3)直流电源设备。包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等，供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。(5)操作电器、信号设备及控制电缆。如各种类型的操作把手、按钮等操作电器实现对电路的操作控制，信号设备给出信号或显示运行状态标志，控制电缆用于连接二次设备。高压电气部分二、电气接线和装置1.电气接线在发电厂和变电站中，根据各种电气设备的作用及要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路称为电气接线。(1)电气主接线：由一次设备，如发电机、变压器、断路器等，按预期生产流程所连成的电路，称为一次电路，或称电气主接线。(2)二次接线：由二次设备所连成的电路称为二次电路，或称二次接线。电气主接线表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式。电气主接线通常用按规定的图形符号和文字符号画成电气主接线图来表示。电气主接线图可画成三线图，也可画成单线图。第二节主要电力设备水轮机：在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。发电机：发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。变压器：变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置第三节高压开关电器一、高压开关电器的作用及分类开关电器是发电厂、变电所以及各类配电装置中不可缺少的电气设备，它们的作用是：（1）正常工作情况下可靠地接通或断开电路；（2）在改变运行方式时进行切换操作；（3）当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正常运行；（4）设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全；分类：（1）按电压等级分类高压开关电器和低压开关电器两类。（2）按安装地点分类屋内式和屋外式两类。（3）按功能分类断路器隔离开关熔断器负荷开关自动重合器和自动分段器二、高压断路器高压断路器是高压电器中最重要的设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。它在电网中的作用有两方面：第一，是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路；第二，是保护作用，当系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证系统中无故障部分的正常运行。断路器在电力系统中承担着非常重要的任务，不仅能接通或断开负荷电流，而且还能断开短路电流。因此，断路器必须满足以下基本要求。（1）工作可靠；（2）具有足够的开断能力；（3）具有尽可能短的切断时间。（4）具有自动重合闸性能（5）具有足够的机械强度和良好的稳定性能（6）结构简单、价格低廉油断路器（多油、少油）多油断路器。结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重；属自能式灭弧结构。少油断路器。结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。压缩空气断路器结构比较复杂，工艺和材料要求高；有色金属消耗量大、价格高；需要装设专用的空气压缩系统；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较轻。适合开断大容量电路；动作快，全开断时间短；快速自动重合闸时断流容量不降低；无火灾危险。真空断路器灭弧室材料及工艺要求高；体积小、重量轻；触头不易氧化；灭弧室的机械强度比较差，不能承受较大的冲击振动。可连续多次操作，开断性能好；所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；SF6断路器结构简单，工艺及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；用于封闭式组合电器时，可大量节省占地面积。额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，适合于各种工况开断；互感器互感器的作用是可以把数值较大的一次电流（电压）通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。三、隔离开关隔离开关作用及要求隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。因为它没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。高压隔离开关具有以下作用（1）隔离电源。（2）倒闸操作。（3）接通和断开小电流电路。按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为：（1）隔离开关应具有明显的断开点。（2）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。（3）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。（4）隔离开关的结构要简单，动作要可靠。（5）带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开隔离开关后，再合上接地闸刀，先断开接地闸刀后，再合上隔离开关的操作顺序。（6）隔离开关要装有和断路器之间的连锁机构，以保证正确的操作顺序，杜绝隔离开关带负荷操作的事故发生。四、高压熔断器熔断器的作用及特点熔断器是一种保护电器。它串联在电路中，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路使电气设备免遭损坏，并维持电力系统其余部分的正常工作。优点：结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便；动作直接，不需要继电保护和二次回路相配合；价格低。缺点：每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用，增加了停电时间；保护特性不稳定，可靠性低；保护选择性不易配合。熔断器按电压等级可分为高压熔断器和低压熔断器。高压熔断器的基本结构熔断器主要由金属熔件（熔体）、支持熔件的触头、灭弧装置和绝缘底座等部分组成。其中决定其工作特性的主要是熔体和灭弧装置。熔体是熔断器的主要部件。熔体应具备材料熔点低、导电性能好、不易氧化和易于加工等特点。一般选用铅、铅锡合金、锌、铜、银等金属材料。熔断器必须采取措施熄灭熔体熔断时产生的电弧，否则，会引起事故的扩大。熔断器的灭弧措施可分为两类：一类是在熔断器内装有特殊的灭弧介质，如产气纤维管、石英砂等，它利用了弧、冷却等灭弧原理；另一类是采用特殊形状的熔体，如上述焊有小锡（铅）球的熔体、变截面的熔体、网孔状的熔体等，其目的在于减小熔体熔断后的金属蒸气量，或者把电弧分成若干串、并联的小电弧，并与石英砂等灭弧介质紧密接触，提高灭弧效果。五、高压负荷开关高压负荷开关是一种结构简单，具有一定开断和关合能力的开关电器。它具有灭弧装置和一定的分合闸速度，能开断正常的负荷电流和过负荷电流，也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可用来控制空载线路、空载变压器及电容器等。高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。分类：（1）按使用地点分为户内型和户外型。（2）按灭弧方式的不同，可以分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式等，近年来，真空式发展很快，在配电网中得到了广泛应用。（3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器。户内型户外型图3-30为FW11-10型六氟化硫负荷开关。三相共用一个箱体，箱内充有SF6气体。箱体的一端安装操动机构，箱体底部吸附剂罩，里面有吸附剂和充气阀门，吸附剂是用来吸附六氟化硫气体中的水分。瓷套管起对地绝缘、支持动静触头和引出接线端子的作用。六、重合器重合器是一种自身具有控制和保护功能的开关设备。重合器能进行故障电流检测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能记忆动作次数、自动复位或闭锁。例如，安装在线路上的重合器，当线路发生故障后它通过检测确认为故障电流时即自动跳闸，一定时间后自动重合。如果故障是瞬时性的，重合成功，线路恢复供电；如果故障是永久性的，重合器重合后再次跳闸。当该重合器预先整定的重合闸次数完成后，重合器确认故障是永久性的，则自动进行闭锁，不再合闸，而保持在分闸状态。待故障排除后，人为解除闭锁，将重合器合闸，重新恢复运行。重合器在电网中的作用与断路器相似，具体的见下表：七、分段器分段器是提高配电网自动化程度和可靠性的又一种重要设备。分段器没有安－秒特性曲线，不需要象重合器那样进行特性曲线的配合。它必须与电源侧前级主保护开关（断路器或重合器）配合，在无电压或无电流的情况下自动分闸。当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障就被其他设备切除了，分段器将保持在合闸状态，并经一段延时后恢复到预先整定状态，为下一次故障作好准备。分段器可开断负荷电流、关合短路电流，但不能开断短路电流，因此不能单独作为主保护开关使用。根据判断故障方式的不同，分段器可分为过流脉冲计数型分段器和电压一时间型分段器两类。八、接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令输电部分输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。架空电力线路是用电杆将导线悬空架设,直接向用户传送电能的电力线路。由电杆、导线、横担、金具、绝缘子和拉线等组成；裸导线绝缘导线电缆通常是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层