第一章 发电厂变电所的一次电气设备.docx
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第一章发电厂变电所的一次电气设备
第一章发电厂、变电所的一次电气设备
第一节 概述
一、发电厂、变电所一次设备的概念
直接生产和输配电能的设备称为一次设备。
包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电抗器、自动空气开关、电力电缆、架空线路、避雷器、电流互感器、电压互感器等。
二、电力系统的描述
为了提高供电的可靠性和经济性，目前广泛地将许多发电厂用电力网络连接起来并联工作。
这些由发电厂、配电装置、升压和降压变电所、电力线路及电能用户所组成的统一整体，称为电力系统。
电力系统中由各级电压的输配电线路和变电所组成的部分称为电网。
三、电力系统主接线
在发电厂和变电所中，各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定次序连接成的一次设备电路称为电气主接线或一次接线（主电路）。
电气主接线主要指发电厂、变电所、电力系统中传输电能的通路，这些通路中有发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、电抗器、线路等设备。
它们的连接方式，对供电可靠、运行灵活，检修方便以及经济合理起着决定性的作用。
第二节、高压开关设备
一、高压开关设备在电力系统中的作用及要求
高压开关设备用于开断和关合、额定电压为3KV及以上的电力设备。
它在电力系统中的应用见图1-1。
在电力系统中，发电机、变压器等设备，由于电力系统的安全、可靠和经济运行的需要，须将它们投入或退出而要进行操作。
例如：
1、正常情况下可靠的接通和开断电流；
2、改变运行方式时，可以灵活地进行切换操作；
3、在电路发生故障情况或不正常工作状态时，可以迅速的切断故障电流。
将故障范围限制在局部地区内，并使未故障部分继续运行。
以提高电力系统运行可靠性；
4、在检修设备时，隔离带电部分，保证工作人员的安全等。
为了完成以上的运行操作要求，在电气系统中必须安装一些高压开关设备。
（一）、高压开关设备的基本要求
1、可靠性要求高。
2、能承受很大的瞬时功率。
电力系统中的故障电流往往为几倍、几十倍的额定电流，持续时间达几秒钟。
开关设备具有能承受，开断及关合故障电流的能力。
3、动作时间快速。
开断故障电流时间的快慢，会影响电力系统传输功率的大小及系统运行的稳定。
要求断路器在接到继电保护的动作信号后，在几十毫秒内开断故障电流；在“合、分”操作时，触头短接时间在100毫秒以内。
（二）、高压开关设备的分类
1、仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器。
如高压负荷开关。
2、仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高低压熔路器。
3、既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷或短路电流的开关设备，如高压断路器、低压空气开关等。
4、不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。
高压开关设备的分类见表1-1
（三）、高压开关设备的基本组成：
高压开关设备品种型号很多，但其组成是由以下五部分：
开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操作机构组成。
见表1-2
表1-1高压断路器的类型、结构特点及其应用范围
类别
结构特点
应用范围
高压断路器（参看表LC11-1序号76～80）
多油断路器（DN、DW型）
①开关触头在绝缘泪中闭合和断开
②油兼有灭弧和绝缘功能，油量多
③结构简单，但体积较大，耗用钢材多
④外壳接地，人体触及无触电危险，但有易燃易爆危险
过去曾广泛应用，但其缺点较严重，因此现已趋于淘汰
少油断路器（SN、SW型）
①开关触头在绝缘油中闭合和断开
②油只作灭弧介质用，油量少
③结构简单，且体积小，重量轻
④外壳带电，必须与大地绝缘，人体不许触及，但燃烧爆炸的危险性较小
现广泛用在不需频繁操作及不要求高速开断的场合
少油断路器（SN、SW型）
SN10-10型高压少油断路器
1－铝帽2－上接线端3－油标4－绝缘筒（内装灭弧室及触头）5－下接线端6－基座
7－主轴8－框架9－断路弹簧
现广泛用在不需频繁操作及不要求高速开断的场合
真空断路器（ZN、ZW型）
①开关触头在高真空（气压为10-2～10-6Pa）的容器内闭合和断开
②灭弧能力强，燃弧时间短，属高速断路器
③触头不受外界有害气体的侵蚀，电磨损小，寿命长
④结构简单，体积小，重量轻，且可采用积木式结构，系列性强
⑤无易燃易爆介质，因此无易燃易爆危险
1－上接线（后面出线）2－真空灭弧（内有触头）
3－下接线端（后面出线）4－机构箱5－合闸电磁铁
6－分闸电磁铁7－断路弹簧8－底座
六氟化硫（SF6）断路器（LN、LW）
①开关触头在SF6气体中闭合和断开
②SF6气体兼有灭弧和绝缘功能
③灭弧能力强，亦属高速断路器
④SF6气体本身无毒，但在电弧的高温作用下会产生氟化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物，检修时应注意防毒
⑤结构简单，且亦可采用积木式结构
⑥无燃烧爆炸危险
LN2-10型六氟化硫断路器
1－上接线端2－绝缘筒（内为汽缸及触头系统）
3－下接线端4－操动机构箱5－小车
6－断路弹簧
亦适于频繁操作和要求高速开断的场合，但不适于高寒地区
压缩空气断路器（QW型）
①利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭
②灭弧能力强，分断时间短，断流能力大
③结构较复杂，但亦可采用积木式结构，系列性强
主要用于超高压电网中及不适于采用SF6断路器的高寒地区
表1-2高压短路器基本组成部分的主要零部件及功能表
名称
主要零部件
功能
开断元件
主灭弧室、主触头系统、主导电回路、辅助灭弧室、辅助触头系统、并联电阻等。
开断及关合电力线路，安全隔离电源。
支持绝缘件
瓷柱、瓷套管、绝缘套等构成的支柱本体、拉紧绝缘子等。
保证开断元件有可靠的对地绝缘，承受开断元件的操作力及各种外力。
传动元件
各种连杆、齿轮、拐臂、液压管道、压缩空气管道等。
将操作命令及操作力传递给开断元件的触头及其它部件。
基座
开关本体的底架、底座等。
整台产品的基础。
操动机构
弹簧、液压、电磁、气动及手动机构的本体及其配件等。
为开断元件分合闸操作提供能量，并实现各种规定的操作。
二、高压断路器形式及操动机构
（一）、高压断路器的主要技术参数：
1、额定电压（Un）
额定电压是保证断路器正常长期工作的电压。
断路器额定电压等级有10、20、35、60、110、220、330、500KV各级。
额定电压指的是线电压，标于断路器的设备铭牌上。
按国家标准，对于额定电压在220KV及其以下的设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330KV电压等级的设备为额定电压的1.1倍；
2、额定电流（In）
断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不应超过允许值。
我国目前所采用的额定电流标准有200、400、600、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000安培。
3、额定开断电流（Idl.e）
在额定电压下，断路器能够可靠切断的最大电流，称为额定开断电流（Idl.e），表明了断路器的开断能力。
4、额定断流容量（Shrn）
由于开断能力既和开断电流有关，也和额定电压有关。
因此通常采用一个综合值。
即以额定断流容量来表示断路器的开断能力。
Shrn
=
Un*Idl.e
5、热稳定电流（It.n）
It.n表明断路器能承受短路电流热效应的能力。
热稳定电流是表明断路器在某规定时间（国标4秒）内允许运行的最大电流。
6、额定动稳定电流（Iem）
断路器能够承受短路电流电动力作用的性能，这个电流值的大小由导电及绝缘部分的机械强度所决定。
7、合闸时间
对有操作机构的断路器，自发出合闸信号（即合闸线圈加上电压）起，到断路器接通时为止所经过的时间，为断路器的合闸时间。
8、分闸时间
断路器开断过程的快慢的参数。
从得到分闸命令起，到断路器电弧熄灭为止经过的时间，称为断路器的全分闸时间。
从电力系统对开断短路电流的要求看，希望分闸越快越好，即对于高压断路器，固有分闸时间和燃弧时间都必须尽量缩短。
9、自动重合闸性能
10、部分常用高压断路器技术数据。
见表1-3
表1-3部分常用高压断路器技术数据
类别
型号
额定电压
kV
额定电流
A
开断电流
kA
断流
容量
MV·A
动稳定电流峰值/kA
热稳定电流
kA
固有分闸时间/s≯
合闸时间/s≯
配用操动机构型号
油外
SW2-35/1000
35
1000
16.5
1000
45
16.5（4S）
0.06
0.4
CT2-XG
SW2-35/1500
1500
24.8
1500
63.4
24.8（4S）
油内
SN10-35I
35
1000
16
1000
40
16（4S）
0.06
0.2
0.25
CT10
CD10N
SN10-35II
1250
20
50
20（4S）
SN10-10I
10
630
16
300
40
16（4S）
0.06
0.15
0.2
CT8
CD10I
1000
16
300
40
16（4S）
SN10-10II
1000
31.5
500
80
31.5（2S）
0.06
0.2
CD10I、II
SN10-10III
1250
40
750
125
40（2S）
0.07
0.2
CD10III
2000
40
750
125
40（4S）
3000
40
750
125
40（4S）
空内
ZN23-35
35
1600
25
63
25（4S）
0.06
0.075
CT12
ZN3-10I
10
630
8
20
8（4S）
0.07
0.15
CD10等
ZN3-10III
1000
20
50
20（2S）
0.05
0.10
ZN4-10/1000
1000
17.3
44
17.3（4S）
0.05
0.2
CD10等
ZN4-10/1250
1250
20
50
20（4S）
ZN5-10/630
630
20
50
20（2S）
0.05
0.1
专用CD型
ZN5-10/1000
1000
20
50
20（2S）
ZN5-10/1250
1250
25
63
25（2S）
ZN12-10
10
1250
2000
25
63
25（4S）
0.06
0.1
CT8等
ZN12-10/1250~3150-
1250
2000
2500
3150
31.5.40
80，
100
31.5（4S）
40（4S）
ZN24-10/
1250-20
10
1250
20
50
20（4S）
0.06
0.1
CT8等
ZN24-10
1250
2000
31.5
80
31.5（4S）
LN2-35I
35
1250
16
40
16（4S）
0.06
0.15
CT12II
LN2-35II
1250
25
63
25（4S）
LN2-35III
1600
25
63
25（4S）
LN2-10
10
1250
25
63
25（4S）
0.06
0.15
CD12I
CD8I
（二）、断路器的种类和特点表1-4
表1-4断路器的分类及主要特点表
类别
结构特点
技术性能
主要场所
多油
触头系统及灭弧室安装在接地的油箱中，主要用油作为对地的绝缘介质。
额定电流不易做大，一般开断小电流，燃弧时间较长，动作速度慢。
35KV及以下变电所
少油
对地绝缘主要是靠固体介质，结构较简单，制造方便。
若配液压机构，制造工艺要求高。
积木式结构可做到任何使用电压等级，开断电流大。
全开断时间短。
各电压等级的户内、外变电所，是现有生产量最大的品种。
真空
体积小，重量轻，灭弧室工艺及材料的要求高。
可连续多次重合闸，能进行频繁操作，开断电容电流性能好。
35KV及以下户内变电所、工矿企业中较频繁操作的场所。
六氟化硫
单压式结构简单，密封要求严，对工艺和材料要求高。
额定电流和开断能力都可以做的很大，各种开断性能均好。
110KV及以上大容量变电所及频繁操作场所。
固体产气
结构简单，重量轻，制造方便。
额定电流和开断电流不易做的大，断口电压亦不易做的高。
35KV及以下户外小容量变电所
此外还有压缩空气开关、磁吹开关
（三）、断路器（及操作机构）产品型号的的编制
安装地点代号：
户内（N）、户外（W）
表1-5产品字母代号
S
少油断路器
D
多油断路器
K
空气断路器
L
六氟化硫断路器
Z
真空断路器
C
磁吹断路器
Q
产气断路器
F
负荷开关
G
隔离开关
J
接地短路器
ZF
全封闭式组合电器
SH
敞开式组合电器
C
操作机构
R
熔断器
例1：
SN10-10/3000-31.5
S－少油N－户外10设计系列号10千伏/3000安额定工作电流31.5千安额定开断电流。
例2：
DW1-35/1000-25
D－多油W－户外1设计系列号35千伏/1000A额定工作电流25千安额定开断电流
例3：
SW2-35/1000-16
S－少油W－户外2设计系列号35千伏/1000A额定工作电流16千安额定开断电流
例4：
ZN12-10/1250-25
Z－真空N－户内12设计系列号10千伏1250A额定工作电流25千安，额定开断电流。
表1-6操作机构操作方式字母代号
操作方式
手动
电磁
电动机
弹簧
重锤
气动
液压
字母代号
S
D
J
T
Z
Q
Y
例如：
1、电磁型
CV2－40GC－操动机构D－电磁型2－设计序号
G－改进型T－带有脱扣X－箱式
另外
①CD3－346②CD5－XG③CD10I、II、III
④CD11－X⑤CD15－
2、弹簧操动机构
CT2－XGC－操动机构T－弹簧型2－设计序号
X－箱式G－改进型
另外：
①CT7－I、II②CT8－I、II、III③CT9－
④CT10－⑤CT11－
3、液压操动机构
CY－AC－操动机构Y－液压机构
①CY3－II、III②CY4－③CY5II－④CY8－
三、隔离开关
隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备。
在分闸状态有明显可见的断口，在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和短路故障电流。
它在配电装置中的用量很大。
1、隔离开关主要用途：
（1）、隔离电源：
隔离开关将需要检修的电气设备与带电的电网可靠的隔离，以保证检修工作的安全进行。
（2）、倒闸操作：
在双母线的电路中，利用隔离开关将设备或供电线路从一组母线切换到另一组母线上。
（3）、用以接通和切断小电流的电路。
例如可以用隔离开关进行下列操作：
A、断开和接通电压互感器和避雷器。
B、电压为35KV，长度在5公里以内的空载输电线路的接通和断开。
C、电压为10KV，长度在10公里以内的空载输电线路的接通和断开。
D、附隔离开关开断小电流参考值
隔离开关开断小电流参考值
额定电压
电感电流
电容电流
6、10
20、35
63、110
220、330
4
3
3
2
2
2
1
0.5
2、隔离开关的型号含义和主要技术参数
隔离开关的型号含义如下：
例如：
GN19－10C/400－12.5,表示电压为10KV、额定电流为400安额定热稳定电流为12.5KA，设计序号为19的瓷套管型户内隔离开关。
户内隔离开关的主要技术数见表。
表1-7户内隔离开关主要技术参数表
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）、（秒）
附注
GN－6T
GN－8T
6
200
400
25.5
52
10（5s）
14（5s）
GN6－10T
GN8－10T
10
600
1000
52
75
20（5s）
30（5s）
GN8型带穿墙套管
GN19－10
10
400
600
1000
30
52
75
12（4s）
20（4s）
30（4s）
GN19－10型带穿墙套管
GN2－35T
35
400
600
1000
52
64
70
14（5s）
25（5s）
27.5（5s）
GN2－10
10
2000
3000
35
100
51（5s）
70（5s）
3、隔离开关的类型
（1）、按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式、及三柱式隔离开关。
（2）、按闸刀的运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式。
（3）、按有无接地闸刀，可分为有接地闸刀和无接地闸刀两种。
（4）、按装设地点的不同，分为户内和户外两种。
（5）、按操作机构分为手动、电动和气动等。
4、隔离开关的类型、结构及应用一览表
表1-8隔离开关的类型、结构特点及应用范围一览表
高压隔离开关
户内式隔离开关（GN型）
①没有专门的灭弧装置，因此不能带负荷操作，但允许通断一定的变压器空载电流、无载线路的电容电流以及电压互感器、避雷器等
②断开后有明显可见的断开间隙，因此可用来隔离高压电源，以保证安全检修
③多为三相闸刀同一底座结构，闸刀均作垂直回转运动
用于35kV及以下的户内装置中
户外式隔离开关（GW型）
结构形式有单柱式、双柱式和三柱式，闸刀有垂直回转式和水平回转式两种
多用于35kV及以下的户外装置中
高压熔断器
户内管型熔断器（RN型）
①熔断管内充填有石英砂内熔断并熄灭电弧，其灭弧速度快，能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，因此具有“限流”作用
②熔断管插入固定的弹性触座内，在熔丝熔断后，有红色的熔断指示器从熔断管的一端弹出，但熔断管不会“跌开”
用于35kV及以下的户内装置中
户外跌开式熔断器（RW型）
①熔断管为纤维管，熔丝熔断时产生的电弧使管内壁纤维质分解产生气体吹弧，并借熔断管的自重使熔断管绕一端的轴跌开，使电弧迅速熄灭，但其灭弧能力不强，灭弧时间较长，不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，因此这类熔断器属“非限流”熔断器
②熔丝熔断器，熔断管跌开，使电路有明显可见的断开间隙，因此这类熔断器除具短路保护功能外，沿具隔离开关功能，能隔离高压电源，确保安全检修，同时能进行无负荷操作。
但有一种带简单灭弧装置的RW10-10（F）型户外跌开式熔断器能像负荷开关一样带负荷操作
用于35kV及以下的户外装置中
四、简易电器
简易电器是指目前用于农网的简易电器。
如接地短路器、负荷开关、熔断器等。
结构比较简单，具有一定的开断（或关合）能力的高压开关设备。
简易电器的额定电流通常小于600A，额定电压一般不超过110KV，用于容量较小，供电要求不太高的电力系统中。
由于简易电器造价较低，使用方便，因此应用很广。
例如，在容量较小的6~35KV的电力系统中，常将负荷开关与熔断器串联起来使用。
来代替部分断断器。
同时，简易电器也可以做某些设备（例如互感器、电抗器等）的保护元件。
1、接地短路器
接地短路器通常装在降压变压器的高压侧。
当受电端发生故障，但故障电流不很大不足以使送电端断路器动作时，接地短路器能自动合闸，造成人为接地短路，使送电端的断路器分闸，切断故障。
接地短路器适用在容量较小的电网分支线路和终端的降压变压所。
2、负荷开关
负荷开关主要用于切断与关合线路负荷电流，有些还可用于切断与关合空载变压器、空载线路和电容器组。
它仅能作为控制和过载保护元件，不能用作故障保护元件。
表1-9负荷开关分类及特点
分类
特点
适用范围
固体产气式
（1）用电弧本身能力使固体材料产生气体而吹灭电弧。
（2）结构简单。
35KV及以下产品
压气式
（1）利用开断过程中活塞压气而吹灭。
（2）结构简单。
35KV及以下产品
压缩空气式
（1）利用压缩空气吹灭电弧。
（2）开断电流大。
（3）结构较为复杂。
（4）需要压缩空气系统。
60KV及以上产品
SF6式
（1）开断电流大。
（2）开断电容性电流性能好。
（3）结构较复杂。
（4）需要SF6补气设备。
35KV及以上产品
油浸式
（1）利用电弧本身能量使油分解，气化而冷却熄灭电弧。
（2）结构简单。
35KV及以下产品
真空式
（1）在真空中灭弧，电寿命长。
（2）价格较贵
35KV及以下产品
3、高压熔断器
高压熔断器是在电网中人为设置的一个最薄弱元件，当过电流流过时，元件本身发热熔断，经灭弧介质的作用使电路断开，达到保护电力线路和电器设备的目的。
熔断器在电压低于35KV的小容量电网中广泛采用。
熔断器由熔丝管、接触导电系统、支柱绝缘子、底板（或安装板）四部分组成。
它分为限流式熔断器与跌落式熔断器两类。
第三节电流、电压互感器
互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备。
分为电压互感器和电流互感器两大类。
前者能将系统中的高电压变成标准的低电压（100V或100/
V）；后者能将高压系统中的大电流或低压系统中的大电流，转换成低压标准的小电流（5A或1A）； 用于供给测量仪表和继电保护装置。
一、互感器的作用
1、将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值。
通常额定二次电压为100V或100/
V，额定二次电流为5A或1A。
使测量仪表和保护装置标准化，二次设备的绝缘水平可按低电压设计，从而使结构轻巧，价格低廉。
2、所有二次设备可用低电压、小电流控制电缆连接，使屏柜布线简单，安装方便。
同时便于集中管理，可实现远方控制和测量。
3、二次回路不受一次回路的限制，可采用星形、三角形、V形接法。
因而接法灵活方便。
同时，对二次设备进行维护、调换以及整试时，不需中断一次系统的运行，仅适当的改变二次接线即可实现。
4、使二次设备和工作人员与高压部分隔离，且互感器二次均接地，从而保证了人身和设备的安全。
二、电压互感器
电压互感器按工作原理可分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两类。
1、电磁式电压互感器的工作原理：
电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。
其主要区别在于电压互感器的容量很小，通常只有几十到几百VA。
电压互感器的特点。
电压互感器一次侧的电压即电网电压，不受互感器二次侧负荷的影响，其负荷是恒定的。
二次所接测量仪表和继电保护装置的电压线圈阻抗很大，因此在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。
电压互感器类似一台高电压小容量变压器。
2、电压互感器的联接法
图1-2
3、电压互感器型号字母含义
字母排列顺序
字母代号含义
1
J—电压互感器
2
D—单相
S—三相
C—串级式
3
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