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电气设备概述讲课人：周敬国发电厂电气设备概述•一次设备•通常把生产、转换和分配电能的设备，如发电机、变压器和断路器等统称为一次设备。它们包括：•⑴生产和转换电能的设备。如发电机将机械能转换成电能，电动机将电能转换成机械能，变压器将电压升高或降低，以满足输配电需要。这些都是发电厂中最主要的设备。•⑵接通或断开电路的开关电器。例如：断路器、隔离开关、熔断器、接触器之类，它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。•⑶限制故障电流和防御过电压的电器。例如：限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。•⑷接地装置。无论是电力系统中性点的工作接地或是保护人身安全的保护接地，均同埋入地中的接地装置相连。•⑸载流导体。如裸导体、电缆等，它们按设计的要求，将有关电气设备连接起来发电厂电气设备概述•二次设备•对上述一次设备进行测量、控制、监视和起保护作用的设备统称二次设备，它们包括：•⑴仪用互感器。如电压互感器和电流互感器，可将电路中的电压或电流降至较低值，供给仪表和保护装置使用。•⑵测量表计。如电压表、电流表、功率因数表等，用于测量电路中的参量值。•⑶继电保护及自动装置。这些装置能迅速反应不正常情况并进行监控和调节，例如：作用于断路器跳闸，将故障切除。•⑷直流电源设备。包括直流发电机、蓄电池等，供给保护和事故照明的直流用电。•⑸信号设备及控制电缆等。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。高压断路器•电力系统中，电压高、电流大，因而断开或合上线路等，都将产生电弧，所以所有电路的开断均需断路器来完成，除非开断电压低而电流非常小的电路；•断路器是发电厂重要的电气设备，具有可靠的灭弧装置，所以是最完善的开关电器。•作用：•⑴正常起控制作用：倒换运行方式、投入或退出设备；•⑵故障起保护作用：切除故障部分。二、对高压断路器的基本要求•(1)断路器在额定参数下应能长期可靠地工作。在合闸状态时有良好的导电性能，而在分闸状态时又能保证断口间的绝缘。•(2)应具有足够的断流能力。由于电力网电压高、电流大，断路器在断开电路时，触头间会出现电弧，只有将电弧熄灭，才能断开电路。因此，要求断路器有足够的断流能力，尤其在短路故障时，能迅速地切断短路电流，并保证具有足够的热稳定。•(3)具有尽可能短的开断时间。当电力网发生短路故障时，要求断路器迅速切断故障电路，这样可以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对设备的损坏，并且还可以提高电力系统的稳定性。(4)能实现自动重合闸。架空线的短路故障大多是瞬时性的，为了提高供电可靠性，系统中多加装自动重合闸装置，这就要求断路器能在很短的时间内按规定完成其重合闸动作，并且其断流能力应相对稳定。(5)应具有足够的机械强度。正常运行时，断路器应能承受自身重力、风载、雪载和各种操作力的作用。系统发生短路故障时，应能承受电动力的作用，以保证其具有足够的动稳定。(6)应具有良好的稳定性能。应能适应各种环境条件对其带来的影响，以保证其在风、雪、雨、霜、雾等各种恶劣的气象条件下都能正常工作，不误动、不拒动。(7)应具有结构简单、价格低廉、体积小、质量小的特点。（三）高压断路器的种类和型号•1、种类•根据装设地点：户内式和户外式•根据灭弧介质：油断路器（多、少）、空气断路器、六氟化硫（SF6）断路器、真空断路器、磁吹断路器、自产气断路器等；•2、高压断路器的型号•高压断路器的型号、规格一般由文字符号和数字按以下方式表示：•12345678•其代表意义为：•1——产品字母代号，用下列字母表示：S—少油断路器；D－多路断路器；K－空气断路器；L－六氟化硫断路器；Z－真空断路器；Q－自产气断路器；C－磁吹断路器。２——装设地点代号：N一户内；W一户外。３——设计系列顺序号：以数字1、2、3……表示。４——额定电压，kV。５——其他补充工作特性标志：G一改进型；F一分相操作。６——额定电流，A。７——额定开断能力，kA或MVA。８——特殊环境代号。五、六氟化硫(SF6)断路器•SF6气体在1900年就被发现，由于提纯困难，直到30年代才应用于电气设备。1955年开始把SF6气体作为断路器的灭弧介质。由于SF6气体具有良好的绝缘和灭弧性能，到70年代，SF6断路器获得迅速发展。1、SF6气体的特点：•⑴安全可靠，无火灾和爆炸危险，无材料腐蚀和氧化可能；•⑵减小设备体积和重量，便于运输和安装；•⑶设备操作、维护方便；•⑷温度、压力适用范围大；•⑸无噪声，不受无线电干扰；•⑹冷却性能好；•⑺有利于电气设备的紧凑布置。SF6气体的清洁：•SF6气体是无色、无味、无毒，为非燃烧性，亦不助燃的非金属化合物，在常温常压下，密度约为空气的5倍。其化学性质非常稳定，在干燥情况下与Cu、A1、钢等材料在100℃内都不作用，在热稳定性方面也极好，因此使之具有良好的绝缘性和灭弧能力。•SF6本身是无毒的，在电弧作用下，小部分SF6分解成SOF2、SO2F2、SF4、SOF4和S2F10，其中：剧毒的S2F10在200~300℃时极易分解，故难以存在；但SOF2、SO2F2、SF4仍具有相当程度的毒性，如果没有气体净化装置，则在进行气体倒换操作过程中，为了防止毒气气体进入呼吸系统，操作及工作时，应站在上风处为宜。2、SF6断路器的性能特点•⑴开断性能。由于采用SF6气体作为灭弧介质，与具有相同气压和大致相同尺寸开断部件的空气断路器相比，具备特别优越的开断性能。特别是对短路故障的开断性能，即使暂态恢复电压上升率很高，其开断性能仍然很好，通常不需要为控制暂态恢复电压而装设并联电阻等部件。同时对于较高工频恢复电压的特性也很优越。因此，对于高电压可用较少的开断点制成大容量的开断性能优越的断路器。并且对于近距故障开断、失步开断、异相接地短路等特别苛刻的开断条件，也能充分发挥其性能。SF6断路器的性能特点•⑵操作过电压。由于SF6断路器的极间绝缘强度的恢复和耐压强度特性优越，因此，对于充电电流的开断不发生再起弧的安全系数较大。另一方面SF6气体的固有特性还具有不易产生小电流截断，即使发生截断其截断电流值也非常低，因此，几乎不会发生因截断变压器励磁电流等小电流而引起过电压。由于此种操作过电压低的特点，可以认为采用SF6断路器时，不论灭弧方式如何，都不需要为控制操作过电压而装设电阻器，因而可使断路结构简单。•⑶绝缘配合。由于开断电流后的绝缘强度恢复特性高。因此，对于最近成为问题的开断电极间绝缘问题，特别是多重雷击引起的开断后对雷击的极间绝缘的可靠性高。SF6断路器的性能特点•⑷电流容量。由于分子量大的SF6气体的导热率大，因而对于放在SF6气体中的触头和导体的冷却效果也好。因此，在容许的温升限度内，可能通过较大的电流。同时还由于SF6气体是不含有氧的稳定气体，不会发生像在空气中或油中使用的导体那样，在高温下发生氧化或产生油垢，故与普通断路器比较，可容许相当高的温升。亦即比较容易设计在电流通过能力上有裕度的大额定电流断路器。•⑸噪音低。SF6断路器性能的特点，可以认为是集中在能够制成全封闭式这一特点上，由于优越的灭弧能力、纤细的电弧、较低的电弧能量以及分解气体的显著的复合特性等。因此，才可能在较密闭的气体中开断大电流。其结果是不会产生断路器内部构件的污秽等许多特点，特别是当断路器开断或闭合操作时，不产生排气噪声是很大的优点。SF6断路器的性能特点•⑹触头的消耗。SF6电弧造成的触头消耗很小，也是这种断路器的特点之一。这可能是由于很低的电弧能量和特别低的电极电压降的缘故。在频繁产生电弧或产生大电流电弧的情况下，其触头和触头喷嘴的消耗非常小，这就意味着解决了触头检查和更换等维护上的问题。对于SF6断路器这种密闭结构的设备来说，是非常重要的特点。•SF6断路器虽具有上述显著的优点，但因其结构复杂、金属消耗量大、价格较贵。所以，它一般用于220kV以上电压等级的大系统中。SF6断路器特别适用于超高压电力系统，是500kV及以上电力系统中使用的主要断路器之一。500kVSF6断路器设备规范•1断路器型式或型号LW56-550/Y•2额定电压550kV•3最高电压550kV•4额定电流3150A•5额定频率50Hz•6额定操作顺序O-0.3s-CO-180s-CO500kVSF6断路器设备规范•7开断时间≤40ms•8分闸时间≤24ms•9合闸时间≤60ms•10重合闸无电流间隔时间0.3s及以上可调•11合分时间≤40ms•12分闸不同期性a.相间≤3ms•b.同相断口间≤2ms•13合闸不同期性a.相间≤5ms•b.同相断口间≤3msSF6断路器的运行监视•SF6断路器在运行过程中，为了保证其安全可靠运行，需要对其液压系统压力、SF6气体压力、分合闸状态、辅助触点状态等进行监视。•压力监视是液压机构的重要组成部分之一。它主要用于测量、监视液压系统的压力值，也可借助于该部分放油阀将液压系统高压油放回油箱，当油压下降到某一定值时，实行相应的闭锁。•如因漏气，使SF6气体压力下降到一定值时，密度继电器的触点闭合，直接发出相对应需补充SF6气体的信号。•在断路器轴上装有分、合闸机构指示器，且在电气盘上也有相应的位置指示器，以便校对断路器的实际位置。•在进行检查时，运行人员应注意观察辅助触点的状态，若发现触点在轴上扭转、触点松动或固定触点自转盘脱离，应紧急检修。SF6断路器异常与事故处理•⑴操作油压低的现象及处理：•1)当油压下降至一定压力时，油压开关中的微动开关的触点闭合，使之自动起动油泵补压储能；油压升至一定压力时，油压形状返回、断电，若电动机运行了3~5min仍未停止，时间继电器的动断延时分触点分开，切除电机电源，并发出“打压超时”信号。•2)当油压下降到合闸闭锁值时，油压开关中的微动开关闭合，使继电器得电，它的触点断开了合闸继电器的起动回路，从而实现合闸闭锁，直到油压回到妥当的数值为止。•3)当油压下降到分闸闭锁值时，油压开关中的微动开关得电，使闭锁继电器得电，它们的触点分别断开了主分闸和副分闸继电器和起动回路，实现分闸闭锁。SF6断路器异常与事故处理•⑵液压机构突然失压(由于意外事故或人工放压)的现象及处理：•1)当断路器处于分闸位置，如液压机构突然失压至零表压，断路器维持在分闸位置。•2)当断路器处于合闸位置，断路器仍然维持在合闸位置。•3)当断路器处于合闸位置，液压机构突然失压后，此时油压开关中的压力控制微动开关失压闭锁触点自动切除油泵电机的电源，从电气上防止了失压慢分，遇到这种情况，应紧急采取如下措施，以恢复断路器正常操作。•①对于分相操作的断路器，将合闸闭锁工具紧固在连接座的上法兰处，然后迅速排除故障，待故障排除后，打压至额定表压，手按合闸电磁铁，使各个阀均处于合闸位置，即可拆除合闸闭锁工具，此时断路器就可以进行正常分闸。•②对于三相联动操作的断路器，除可以采取上述的措施外，还可采取另一措施。即拧紧泄压螺钉SD，再打压至额定表压，手按合闸电磁铁，使各个阀均处于合闸位置，然后松开泄压螺钉SD，此时断路器亦可进行分闸。SF6断路器异常与事故处理•⑶运行中的断路器发现下列现象之一应立即联系调度停电处理：•1)当操作油压降低至分闸闭锁、油泵闭锁压力，找不到原因或不能很快使压力恢复至正常值时。•2)当SF6气体压力降至闭锁分合闸值，又不能很快充压恢复压力时。•3)氮气(N2)压力低信号发出，由检修人员确认需补充氮气时。•4)消弧室瓷套、支柱瓷套严重损坏，造成放电或漏气时。•5)引线接触处严重发热烧熔或烧断。真空断路器•真空断路器是以真空作为绝缘和灭弧介质的。真空断路器具有灭弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积小等特点，但其制造工艺要求高。目前真空断路器主要使用于3～35kV的配电馈电用的配电装置中。真空灭弧室具有下列主要特点：•⑴真空灭弧室是自成一体的独立密封部件，不能拆卸，其触头当然也不能更换。真空灭弧室的外壳材料一般是用玻璃、陶瓷或微晶玻璃等脆性材料制造，其机械强度比较差，不能承受较大的冲击振动，因此应尽可能使外壳少受冲击(特别是合闸时)。•⑵真空灭弧室的机、电寿命较长