第七章电器设备Word格式.docx

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电动力稳定是电气设备承受电流机械效应的能力，亦动稳定。

满足动稳定的条件为：

ies≥ish

Ies≥Ish

ish、Ish—短路冲击电流幅值及其有效值；

ies、Ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值。

第二节．SF6全封闭组合电器

组合电器是将几种常用的高压电器，如断路器、隔离开关、接地开关、电压、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端等，按照一次接线的要求组成一个整体，其主要目的是缩小占地面积，提高设备运行的可靠性。

SF6全封闭组合电器是将上述高压电器全封闭于接地的钢或铝外壳中，壳体内充以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

SF6全封闭组合电器在国际上称为“气体绝缘变电站”，简称GIS.

一．SF6全封闭组合电器的结构

SF6全封闭组合电器由厂家成套供应，制造精密，气体年泄漏量不超过1%，5—10年充气一次。

封闭电器每一回路内气压不同，断路器为5个大气压，母线隔离开关为2个大气压，系统中分为若干气隔，以便电气设备的分别检修和SF6的处理作业，图7—1为SF6全封闭电器气体系统的分隔。

1—母线；

2—隔离开关；

3—断路器；

4—电压互感器；

5—电流互感器；

6—快速接地开关；

7—避雷器；

8—电缆终端；

Ⅰ—母线气隔单元；

Ⅱ—隔离开关、互感器气隔单元；

Ⅲ—断路器气隔单元；

Ⅳ—避雷器气隔单元；

Ⅴ—连通管

组合电器内的断路器有水平布置和垂直布置两种方式，水平布置可以在断路器两侧检修断口，多用于屋外配电装置；

垂直布置时，检修断路器要将灭弧室吊出，要有一定高度，多用于屋内配电装置。

母线有三相导体装在一个筒内的三相共筒式和三相导体分别装在独立筒内的分相单筒式，前一种用于220Kv及以下电压等级，后一种多用于330Kv及以上电压等级。

SF6全封闭电器一般为标准接线单元。

图7—2为SF6全封闭电器配电装置图。

图7—2SF6全封闭电器配电装置图

（a）接线图（b）总体布置图

1—母线；

2—隔离开关及接地开关；

5—电流互感器

8—引线套管；

9—波纹管；

10—操动机构

二．SF6全封闭组合电器的特点

1．SF6全封闭组合电器的优点

⑴体积小，节省占地面积与空间体积，且电压等级越高，效果越显著。

⑵运行可靠性高，检修周期长（可达10—20年）。

⑶由于密封性好，使维护检修工作量小，且不受环境条件及各种污染的影响，抗震性能好，对无线电通讯不产生干扰，也无静电感应和噪声危害。

⑷由于成套化生产，土建和安装工作量小，建设速度快。

2．SF6全封闭组合电器的缺点

⑴对封闭件的材料与工艺要求较高。

⑵金属消耗量大，造价较高。

⑶需要专门的SF6气体系统和压力监视装置，且对SF6的纯度和水分要求严格。

第三节封闭母线

一、封闭母线的作用及分类

1、封闭母线的作用

用外壳加以封闭保护的带电母线称为封闭母线。

因为大容量的发电机不仅有母线本身电力问题、发热问题，还有母线支持、悬吊钢构架以及母线附近混凝土柱、楼板、基础内的钢筋在交变磁场中感应涡流引起的发热问题。

一旦发生母线短路故障，不仅一般敞露母线和绝缘子的机械强度很难满足要求，而且发电机本身也遭受损伤，对发电机及系统的安全、稳定运行极为不利。

因此为了解决上述问题，现国内外对大型机组的出线均采用了封闭母线，大大提高了安全可靠性。

2、封闭母线的分类

封闭母线按外壳结构分有共箱封闭母线和分相封闭母线两种。

三相共用一个金属外壳，相间没有金属板隔开或有金属隔板的封闭母线称为共箱封闭母线，如图7—3所示。

图7—3共箱封闭母线示意图

1—外壳；

2—母线；

3—金属隔板

每一相都有一个金属外壳的称为分相封闭母线，如图7—4所示。

图7—4分箱封闭母线示意图

1—外壳；

2—母线

分相式母线又可分有以下四种：

⑴不全连分相封闭母线：

每相外壳相邻段的电气上相互绝缘，以防止轴向电流流过外壳连接处，每段外壳中只有外壳涡流。

为了避免短路时在外壳上感应出对人身有危害的电压，把外壳每3—4m分成一段，每段都接地，如图7—5。

图7—5不全连分相封闭母线示意图

2—绝缘

⑵全连分相封闭母线：

除每相外壳各段在电气上相连接外，又在各相外壳两端通过短路板相互连接并接地，如图7—6。

全连分相封闭母线的外壳中，除母线电流在外壳上感应出的轴向环流外，还产生邻相剩余磁场在外壳上感应出的涡流。

由于外壳不是超导体，壳外尚有剩余磁场，不过其强度只有敞露母线的百分之几，该剩余磁场在周围钢构件上感应出的涡流和功率很小，可忽略不计。

图7—6全连分相封闭母线示意图

2—短路板；

3—焊接处

⑶经电抗器接地的全连分相封闭母线：

这种封闭母线的外壳是全连外壳，外壳的一端经三相短路板接地，另一端各相经电抗器接地，如图7—7。

电抗器的作用是增加外壳回路阻抗，以减少外壳内的感应电流，是外壳损耗降低。

图7—7经电抗器接地的全连分相封闭母线示意图

2—电抗器

⑷分段全连分相封闭母线：

由于母线回路装设抽插式隔离开关或断路器等原因，使母线外壳不能从头至尾全连，而在轴插式隔离开关或断路器的两端专设三相短路板，将母线分成为两个全连分相封闭母线和轴插式隔离开关或断路器的不全连分相封闭母线的混合式称为分段全连分相封闭母线，如图7—8所示。

图7—8分段全连分相封闭母线示意图

封闭母线按冷却方式可分为自然冷却和强迫冷却两种方式，强迫冷却又分强迫风冷和强迫水冷两种。

⑴自然冷却封闭母线：

母线及外壳的发热完全靠辐射及对流散至周围，这种冷却方式简单、工作可靠、运行维护容易，但金属消耗量大。

⑵强迫风冷封闭母线：

用母线或封闭母线外壳作风道，以强迫通风的办法将母线及外壳热量带走。

⑶强迫水冷封闭母线：

在母线内通水将母线热量带走，这种冷却方式结构复杂，附属设备多，造价高。

二、封闭母线外壳的结构

1、外壳所用的材料

封闭母线外壳一般采用99.5%的铝板卷成园筒形，然后用氩弧焊将封焊起来。

外壳厚度为5—10mm，直径为750—1400mm，长度由于受到运输、包装等条件的限制，一般在6m以内。

2、外壳段间的连接

外壳段的连接有导电硬连接、导电软连接和不导电软连接三种形式。

⑴外壳段间导电硬连接：

外壳段间导电硬连接与母线一样，在制造厂采用对焊，而在现场则用搭接焊。

⑵外壳段间导电软连接：

考虑到外壳的热胀冷缩，不同基础的不均匀下沉，在不同基础交接处以及在封闭母线外壳与轴插式隔离开关外壳连接处，要采用导电的软连接，以保证外壳导电全连。

⑶外壳段间不导电软连接：

在封闭母线外壳与发电机、变压器等设备外壳连接处，考虑的不使震动传到外壳系统，在与设备连接处采用不导电的软连接。

连接方式是采用橡胶波纹管，即用橡胶波纹管将封闭母线及设备外壳通过法兰盘连接起来，以保证密封，但电气上不连接。

3、外壳相间短路板和支撑条

为使外壳内轴相环流形成回路，最简单的办法是在外壳首、末两端设相间短路板，使正常运行时相差1200角的三相外壳环流在短路板处电流之和为0，此时在发电机出口、变压器端及分支外壳从主母线外壳T接处，均要装设短路板。

短路板截面的大小要满足正常运行时通过母线额定电流时发热要求，一般短路板截面与外壳截面相等。

4、检修孔和观察孔

装于封闭母线外壳内的绝缘子、穿墙瓷套管、电流互感器以及伸缩接等设备，不仅需要定期清扫，而且还需进行检修更换，故在封闭母线外壳上适当的地方应装设检修孔。

对于用一个绝缘子支持的母线，可在绝缘子旁开一个320×

380mm的长方形检修孔，在电流互感器及母线伸缩节处装设Φ100mm圆形或椭圆形观察孔，并装上有机玻璃，用密封垫圈把有机玻璃与外壳密封好。

5、接地装置和短路试验

发电机中性点柜外、封闭母线出现柜外及封闭母线短路板均应接地，一般采用截面积不小于240mm2铜绞线与接地网连接。

由于大容量发电机大电流母线出线全被封闭母线包围，发电机做短路试验时，很难找到装设三相短路板的合适地方，为此在发电机出口大电流母线A、B、C三相外壳上，装有短路试验用T接段。

三、绝缘子及母线支持方式

1、绝缘子结构

封闭母线使用绝缘子和普通母线所使用的绝缘子基本上是一样的。

分相封闭母线的特点是内部比较清洁，温度比较高（约80℃），由于外壳不是绝对密封的，停机后由于温度下降可能结露，因此用于封闭母线的支持绝缘子都是多裙边的具有一定泄漏距离的内浇装绝缘子。

2、封闭母线的支持方式

封闭母线的支持方式有一个绝缘子、二个绝缘子、三个绝缘子和四个绝缘子四种支持方式。

三个绝缘子支持方式又有三种形式，第一种为三个绝缘子相互间成1200，而其中一个与地面垂直起支撑母线重量作用；

第二种也是三个绝缘子相互间成1200，但与地面垂直的绝缘不承受母线重量，母线重量由另外两个绝缘子承受；

第三种是二个绝缘子安装在三相母线平面上而与地面平行，不承受母线重量，但母线故障时承受短路电动力，另外一个绝缘子与地面垂直，只承受母线重量。

四、封闭母线的优点及运行维护

1、封闭母线的优点

⑴供电可靠。

封闭母线有效地防止了绝缘遭受灰尘、潮气等污秽和外物造成的短路。

⑵运行安全。

由于封闭母线在外壳中，且外壳接地，使工作人员不会触及带电导体。

⑶由于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少，而且基本消除了母线周围钢构件的发热。

⑷运行维护工作量小。

2、母线的运行维护

母线的检查，可在每次检查其他配电设备时同时进行，检查项目有：

⑴各部接头温度不应超过允许值，由于接触电阻较大，这些接头部位最易发热。

封闭母线最高允许温度90℃，外壳最高允许温度为60℃，封闭母线接头允许温度不大于100℃。

⑵各部绝缘子应无裂纹、破碎现象，应清洁、无放电痕迹及电晕现象。

⑶隔离开关的接触点位置应正确，无放电、过热、弯曲现象。

⑷室内硬母线的铜铝板应无振动噪声，户外母线应无摇摆现象。

第四节．隔离开关及熔断器

一、隔离开关

隔离开关是发电厂中常用的电器设备，正常需要与断路器配合使用。

因其无灭弧装置，所以，不能用它来开断负荷电流和短路电流，否则，将在其触头间产生电弧，造成相间或对地短路故障，将对人身和设备造成危害。

1、隔离开关的用途：

⑴隔离电源。

将需要检修的设备与电源隔离，以保证检修工作的安全。

⑵倒闸操作。

与断路器配合进行运行方式的倒换、线路的停送电操作。

⑶分、合小电流。

用隔离开关可进行小电流电路的操作，如：

进行避雷器、电压互感器、变压器中型点接地刀闸等。

2、隔离开关的分类及型号：

隔离开关根据相数可分为单向和三相；

根据装设地点分户内和户外；

根据支持绝缘子的数目可分为单柱式、双柱式、三柱式；

根据操作机构分手动、电动、气动；

根据闸刀运动方向可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动是和插入式。

隔离开关的型号、规格一般由文字符号和数据表示：

其代表意义为：

1—产品字母代号，隔离开关用G

2—安装场所代号，户内用N；

户外用W

3—设计序列顺序号

4—额定电压，KV

5—其他标志，如代接地刀闸时用D，改进型用G

6—额定电流，A

3、隔离开关的形式及特点：

户内式隔离开关一般为三柱式，即有三个支柱绝缘子。

图7—9为户内式隔离开关的结构图，操动机构通过连杆机构接在转轴6上，使转轴6转动形成分、合闸动作。

为了保证触头的良好接触和冷却，每相有两片铜制闸刀，用弹簧夹紧在静触头上，两边成线接触。

图7—9户内式隔离开关的典型结构

（a）三相外形（b）单相结构

4—底座；

2—支柱瓷瓶；

3—静触头；

4—闸刀；

5—转动瓷瓶；

6—转轴

户外式隔离开关有三柱式、双柱式和单柱式三种。

由于户外式隔离开关的工作环境差，要求应有较高的机械强度。

图7—10为110Kv户外式隔离开关的结构图。

图7—10GW5—110D型隔离开关结构图

2、3—闸刀；

4—接线端子；

5—挠型连接导体；

6—棒式绝缘子；

7—支撑座；

8—接地刀闸

4、隔离开关的事故处理

隔离开关运行中常见的故障为触头发热，其原因是因为刀刃与接头接触不良，接触不良可能是由于推斥力的作用减弱了触头弹簧压力，或者当弹簧本身压力降低亦可造成同样后果。

接触不良使接触电阻增大，触头发热，发热将造成接触部分氧化，而氧化将使接触电阻更大，发热更厉害，如此循环下去会造成事故。

为此，在正常运行时应加强对隔离开关的检查，当发现有发热现象时应及时处理，一般的处理方法是：

⑴对单母线系统，必须减少该回路的负荷，并加强对发热刀闸的监视，严重时可停电处理。

如不允许停电时，可采用临时降温的办法，如安装风扇等。

⑵对双母线系统，则应利用母联断路器与备用母线把负荷从发热隔离开关转至另一母线相应隔离开关，拉开发热隔离开关。

此外，隔离开关拉不开或合不上也是常遇到的问题，对就地操作的不能蛮干，要轻轻摇动找出阻挡的原因；

对于远方操作的，应对其辅助接点、操作手柄等进行检查。

二、熔断器

1、熔断器的作用。

熔断器是最简单的一种保护电器，正常串联在电路中使用，当电路发生短路或被保护设备过负荷时，熔断器过热达到熔点而自行熔断，切断电路达到保护设备的目的。

熔断器的熔断时间与所通过的电流有关，通过熔断器的电流越大，其熔断时间就越短，这种关系称为熔断器的保护特性，即T=f（I）。

由图7—11看出，在通过同一短路电流Id1时，熔件1的熔断时间为t1，熔件2的时间为t2，且t2＞t1，即熔件1先断，从而实现了保护的配合。

2．熔断器的分类及型号。

⑴熔断器的分类。

按电压分高压和低压；

按安装地点分户内和户外；

按结构分螺旋式、插片式和管式；

按是否有限流作用分限流式和无限流式。

⑵熔断器的型号。

其型号、规格一般由文字和数字表示：

1—产品字母代号，熔断器用R

2—安装场所代号，户内用N，户外用W

5—其他标志，如带有限流电阻的用H

3、断器的选择

⑴对于5—100Kva的配电变压器，高压侧熔件按2—3倍额定电流选择，低压侧熔件可按配电变压器的额定电流或过负荷能力选择。

即：

INJ=kINT

式中：

INJ—熔件额定电流。

INT—变压器额定电流。

K—系数，高压侧为2—3，低压侧为1.2。

⑵电动机熔件的选择：

考虑到电动机启动时启动电流大的特点，熔件不能按电动机额定电流选择，应按下式选择：

INJ=（1.5—2.5）INM

式中：

INM—电动机额定电流。

⑶照明电路的熔件选择：

应按照明线路上的最大负荷电流选择。

即

INJ=Ifh.m

Ifh.m——照明电路最大负荷电流。

4．熔断器的结构

⑴RM无填料熔断器。

熔断器外壳是纤维管，它能在高温下产生气体，装在管内的熔件熔断后，产生电弧，使纤维管产生大量气体。

因熔管是封闭的，管内压力剧增，使光游离作用加强，当交流电流未过峰值前，电弧即可熄灭，故具有限流作用。

⑵RTO有填料熔断器。

熔件放在充有石英砂的填料中，当它熔断时，电弧在石英砂的狭沟里燃烧，根据狭缝灭弧原理，电弧与周围填料紧密接触受到冷却而灭弧，此种熔断器也具有限流作用。

⑶RN填料熔断器。

熔件装在充满石英砂的密封管内，每相容丝有一、二、四根三种，当过电流时，熔件先在焊有小锡球处熔断，随之电弧使熔件沿全长熔化，电弧在电流为零时熄灭。

RN2型熔断器的熔丝为单根熔丝。

⑷RW3—10型户外式高压熔断器。

一般用于6—10kV配电，其熔件焊在编织导线上并穿过熔件管用螺丝固定在上、下部的触头上，此时编织导线处于拉紧状态，使熔件管上的活动关节锁紧。

当熔件熔断时，编织导线失去拉力，使熔件管活动关节释放，熔件管由其自身重量自动绕轴跃落，电弧被拉长熄灭。

第五节．互感器

互感器分电流互感器（TA）和电压互感器（TV），是交流电路中一次系统和二次系统件的联络元件，其工作原理与变压器基本相同。

电流互感器一次绕组串接于一次电路，相当于一个副边短路的变压器；

电压互感器一次绕组并接于一次系统，相当于一个副边开路的变压器。

它们的二次负载变化都不会影响一次系统。

一．互感器的作用

⑴将一次系统的高电压和大电流变换成二次系统的低电压和小电流，分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行参数和故障情况。

⑵能使测量仪表和继电器等二次设备与一次侧高压设备在电气方面隔离，保证工作人员的安全。

⑶能使测量仪表和继电器等二次设备实现标准化、小型化，便于安装。

⑷能够采用低压小截面控制电缆，实现远距离测量和控制。

⑸当一次系统发生短路故障时，能够保护二次设备免受大电流的损坏。

二．电压互感器

1、电压互感器的分类

⑴按工作原理可分为电磁式和电容式。

⑵按安装地点分户内式和户外式。

通常35Kv以下制成户内式，35Kv以上制成户外式。

⑶按相数分为单项式和三相式。

三相式只限于10Kv及以下电压等级使用。

⑷按绕祖分为双绕组和三绕组。

三绕组除有一个供给测量仪表和继电器的二次绕组外，还有一个附加绕组，用来接监视电网绝缘状况的仪表和接地保护继电器。

⑸按绝缘结构分为干式、塑料浇注式、充气式和油浸式。

一般干式适用于6Kv以下的户内配电装置；

塑料浇注式适用于3—35Kv的户内配电装置；

充气式主要用于SF6封闭式组合电器；

油浸式又分为普通式和串级式，10—35Kv的制成普通式，110Kv及以上的普遍采用串级式。

下图为几种电压互感器的外形及结构图。

2．电压互感器的接线方式

电压互感器的接线方式有多种，常用的接线方式如图7—14所示

（a）是用一台单相电压互感器来

测量某一相电压和线电压。

（b）是两

台单相电压互感器接成V—V形，用来测量线电压，它广泛用于20Kv以下中性点不直接接地系统。

（c）是一台三相五柱式电压互感器接线，一、二次绕组均接成星形，且一次绕组中性点接地，只用于3—15Kv系统，可测量相电压和线电压，其第三绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。

（d）是三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/开口三角接线，广泛用于3—220kV系统，可测量各种相电压和线电压，其第三绕组与（c）一样。

（e）为电容式电压互感器的接线，它由电容分压器、补偿电抗器和电磁式电压互感器组成，广泛应用于110—500Kv中性点直接接地系统。

3—35Kv电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网。

在110Kv及以上配电装置中，考虑到互感器及配电装置可靠性较高，且高压熔断器制造比较困难，价格昂贵，故电压互感器只经隔离开关与高压电网连接。

为了防止电压互感器过载，通常电压互感器的低压侧均装设熔断器。

三．电流互感器

1．电流互感器的分类

⑴按用途可分为测量用和保护用两种。

而保护用电流互感器用分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类。

⑵按安装地点可分户内式、户外式及装入式。

35kV及以上多为户外式；

10kV及以下多为户内式；

装入式又称套管式，即把电流互感器装在35kV及以上的变压器或断路器的套管中，这种型式应用很普遍。

⑶按安装方法可分为穿墙式和支持式。

穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管。

支持式装在平面和支柱上。

⑷按绝缘可分为干式、浇注式和油浸式。

干式是用绝缘胶浸渍，适用于低压户内的电流互感器；

浇注式是用环氧树脂浇注绝缘，目前仅适用于35kV及以下的电流互感器；

油浸式多为户外型。

⑸按一次绕组匝数可分为单匝和多匝。

单匝式结构简单、尺寸小，但一次电流小时误差大，回路中额定电流在400A及以下时均采用多匝式。

⑹按高、低压耦合方式可分为电磁耦合式、光电耦合式、电磁波耦合式和电容耦合式。

3．电流互感器的接线方式

电流互感器的接线应遵守串联原则，即一次绕组应与被测电路串联，而二次绕组则与所有仪表负载串联。

由于某些仪表和继电器的动作原理与电流的方向有关，因此要求在接入电流互感器后在这些仪表和继电器中仍能保持原来确定的电流方向，在电流互感器的一次侧和二次侧端子上加柱特殊标志，以表明它的极性。

通常一次侧端子用L1、L2表示，二次侧端子用K1、K2表示。

当一次侧电流从L1流向L2时，二次侧电流从K1流出经过二次负载回到K2。

对此，我们称L1和K1、L2和K2分别是同极性端子。

在画图时同极性端子一般用“•”标志。

电流互感器的二次接线方式，根据不同的使用目的通常有如图7—15所式的接线方式。

图7—15电流互感器接线图

（a）为单相接地，常用于测量对称三相负荷电路中的一相电流。

（b）为星形接线，可测量三相负荷电流，监视每相负荷不对称情况。

（c）为不完全星形接线，当只需取A、C两相电流时，可采用这种接线方式。

四．互感器的配置原则

1．电压互感器的配置原则

⑴母线：

除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期装置、测量仪表和保护装置。

⑵线路：

35kV及以上输电线路，当对方有电源时，为监视线路有无电压、进行同期操作和设置重合闸，应装设一台单相电压互感器。

⑶发电机：

一般装两组电压互感器，一组（Δ/Y接线）用于自动调节励磁装置；

另一组供测量仪表、同期装置和保护装置使用，采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机未并列前检查接地用。

⑷变压器：

变压器低压侧有时为了满足同期操作和继电保护的要求，设有一组不完全星形接线的电压互感器。

2．电流互感器的配置原则

⑴为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均装设2—8个电流互感器。

⑵对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。

⑶为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。

⑷为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节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。

为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器易装在发电机中性点侧。

五．互感器的运行原则