整理发电厂电气一次设备.docx

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整理发电厂电气一次设备

发电厂电气一次设备

一、断路器：

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。

而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。

故灭弧是高压断路器必须解决的问题。

    吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。

    断路器的选择

　　断路器的选择必须按正常的工作条件进行选择，并且按断路情况校验其热稳定和动稳定。

此外，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取有效措施。

　　对高压断路器有以下几个方面的要求，这些要求在断路器的基本技术参数上得到体现。

（1）断路器在额定条件下（额定电压、额定电流）可以长期工作。

（2）应有足够的开断能力，并保证有足够的热稳定和动稳定（开断电流、额定关合电流、极限通过电流、热稳定电流）。

　　（3）具有尽可能短的开断时间，这对减少电网的故障时间，减轻故障设备的损害，提高系统稳定性都是有利的。

　　（4）结构简单、价格低廉、体积小、重量轻、便于安装。

　　下面是几种常用断路器的特点：

    1.多油断路器实现简单、价格便宜，但由于用油量大、体积大、检修工作量大、且易发生爆炸和火灾现象，一般情况下不采用。

    2.少油断路器用油少、油箱结构小而坚固，具有节省材料、防爆防火特点。

少油断路器使用安全，使配电装置大大简化，体积小、便于运输、目前被大量采用。

    3.空气断路器断路能力大、动作时间快、尺寸小、重量轻、无火灾危险，但结构复杂、价格贵、需要装设压缩空气系统等，主要用于110KV及以上对电气参数及断路时间有较高要求的系统中。

    4.SF6电气性能好、断口电压可较高。

设备的操作维护和检修都很方便、检修周期长而且它的开断性能好、占地面积小、特别是发展SF6封闭组合电器可大大减少变电所的占地面积。

SF6断路器广泛应用于90年代，目前我国已成功生产和研制了220、330、500KV的SF6断路器。

1、SF6断路器：

SF6断路器，是用SF6气体作为来弧和绝缘介质的断路器。

它与空气断路器同属于气吹断路器，不同之处在于：

①工作气压较低；②在吹弧过程中，气体不排向大气，而在封闭系统中循环使用。

（1）　SF6的优点

SF6的分子和自由电子有非常好的混合性。

当电子和SF6分子接触时几乎100%的混合而组成重的负离子，这种性能对剩余弧柱的消电离及灭弧有极大的的使用价值。

即SF6具有很好的负电性，它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。

这些负离子的导电作用十分迟缓，从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率，因此有很好的灭弧性能。

在1.01×105Pa气压下，SF6的灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。

SF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使SF6断路器具有如下优点：

开断能力强，断口电压使于做得较高，允许连续开断次数较多，适用于频繁操作，噪音小，无火灾危险，机电磨损小等，是一种性能优异的"无维修"断路器。

一般来说,SF6断路器主要由三部分组成：

三个垂直瓷瓶单元，每一单元有一个气吹式灭弧室；弹簧操作机构及其单箱控制设备；一个支架及支持结构。

每个灭弧室通过与三个灭弧室共连的管子填充SF6气体。

（2）　SF6的缺点

纯净的SF6气体是良好的灭弧介质，若用于频繁操作的低压电器中，由于频繁操作的电弧作用，金属蒸汽与SF6气体分解物起反应，结合而生成绝缘性很好的细粉末（氢氟酸盐、硫基酸盐等），沉积在触头表面，并严重腐蚀触头材料，从而接触电阻急剧增加，使充有SF6气体的密封触头不能可靠地工作。

因此对于频繁操作的低压电器不适宜用SF6作灭弧介质。

因为SF6气体在放电时的高温下会分解出有腐蚀性的气体，对铝合金有严重的腐蚀作用，对酚醛树脂层压材料、瓷绝缘也有损害。

若把SF6和N2混合使用，当SF6含量超过20%～30%时，其绝缘强度已和全充SF6时绝缘强度相同，而腐蚀性又大大减少，因此SF6常混合N2使用，在SF6断路器中，SF6气体的含水量必须严格规定不能超过标准。

水会与电弧分解物中的SF4产生氢氟酸（H2O+SF4→SOF2+2HF）而腐蚀材料。

当水分含量达到饱和时，还会在绝缘件表面凝露，使绝缘强度显著降低，甚至引起沿面放电。

运行经验及上述论析都表明：

SF6断路器由于绝缘结构体积较小，若SF6气体的含水量较高，则将使绝缘水平大大下降，接触电阻急剧增加，在运行中易发生损坏或爆炸事故。

因此，各制造厂及运行部门都要求有严格的密封工艺，同时规定SF6气体的含水量不得超过标准。

我国的标准是SF6气体的含水量应小于300ppm（容积比）。

SF6断路器以SF6气体为灭弧介质。

在正常情况下，SF6是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约有空气的2倍。

但SF6气体在电弧作用下，小部分会被分解，生成一些有毒的低氟化物，如SOF2、SF4、SOF4和SO2F2等，对体健康有影响，对金属部件也有腐蚀和劣化作用。

因此，在SF6断路器中，一般均装有吸附装置，吸附剂为活性氧化铝、活性碳和分子筛等。

吸附装置可完全吸附SF4气体在电弧的高温下分解生成的毒质。

（3）　SF6断路器的检修

（1）　SF6断路器在检修前，应先将断路器分闸，切断操作电源，释放操作机构的能量，用SF6气体回收装置将断路器内的气体回收，残存气体必须用真空泵抽出，使断路器内真空度低于133.33Pa。

（2）　断路器内充入合适压力的高纯度的氮气（纯度在99.99%以上），然后放空，反复两次，以尽量减少内部残留的SF6气体及其生物。

（3）　解体检修时，环境的空气相对湿度不得大于80%，工作场所应干燥、清洁，并应加强通风；检修人员应穿尼龙工作衣帽，戴防毒口罩、风镜，使用乳胶薄膜手套；工作场所严禁吸烟工作间隙应清洗手如面部，重视个人卫生。

（4）　断路器解体中发现容器内有白色粉末状的分解物时，应用吸尘或柔软卫生纸拭净，并收集在密封的容器中深埋，以防扩散。

切不可用压缩空气吹或用其他使粉末飞扬的方法清除。

（5）　断路器的金属部件可用清洗剂或汽油清洗。

绝缘件应用无水酒精或丙酮清洗。

密封件不能用汽油或氯仿清洗。

一般应全部换用新的。

（6）　与SF6气体接触的零部件及密封圈可涂一薄层HL#8或HL#10聚四氟乙烯润滑脂密封圈外侧法兰面应涂中性凡土林或#2防冻脂。

引进的国外产品应根据使用说明书的要求选用适当油脂。

法兰拼命缝隙及法兰连接螺丝等处应涂703密封胶密封。

（7）　断路器容器内的吸附剂应在解体检修时更换，换下的吸附剂应妥善处理防止污染扩散。

新换上的吸附剂应先在200～300℃的烘箱中烘燥处理12小时以上，待自然冷却后立即装入断路器，要尽量减少在空气中的暴露时间。

吸附剂的装入量为充入断路器的SF6气体质量的1/10。

（8）　断路器解体后如不及时装复，应将绝缘件放置在烘箱或烘间内以保持干燥。

2、真空断路器

（1）真空的绝缘特性

真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因，而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。

真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小，电场的均匀程度有关，而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。

真空间隙在较小的距离间隙（2—3毫米）情况下，有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性，这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。

电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度（抗拉强度）和金属材料的熔点上。

抗拉强度和熔点越高，电极在真空下的绝缘强度越高。

实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但在10-4托以上，就基本保持不变了，所以，要保持真空灭弧室的绝缘强度，其真空度应不低于10-4托。

（2）真空中电弧的形成与熄灭

真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别，气体的游离现象不是产生电弧的主要因素，真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。

同时，开断电流的大小不同，电弧表现的特点也不同。

我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。

A.小电流真空电弧

触头在真空中开断时，产生电流和能量十分集聚的阴极斑点，从阴极斑点上大量地蒸发金属蒸汽，其中的金属原子和带电质点的密度都很高，电弧就在其中燃烧。

同时，弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散，电极也不断的蒸发新的质点来补充。

在电流过零时，电弧的能量减小，电极的温度下降，蒸发作用减少，弧柱内的质点密度降低，最后，在过零时阴极斑消失，电弧熄灭。

有时，蒸发作用不能维持弧柱的扩散速度，电弧突然熄灭，发生截流现象。

B.大电流真空电弧

在触头断开大的电流时，电弧的能量增大，阳极也严重发热，形成很强的集聚型的弧柱。

同时，电动力的作用也明显了，因此，对于大电流真空电弧，触头间的磁场分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性的影响。

如果电流太大，超过了极限开断电流，就会造成开断失败。

此时，触头发热严重，电流过零以后仍然蒸发，介质恢复困难，不能断开电流。

（3）断路器的结构和工作原理

真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。

按使用条件分为户内（ZNx—**）和户外（ZWx—**）两种类型。

主要由框架部分，灭弧室部分（真空泡），和操动机构部分组成。

下面以浙江华仪电器科技股份有限公司生产的ZW27—12型户外高压真空断路器为例，说明其结构与工作原理。

A.断路器本体结构如图一

断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。

整体结构为三相共箱式。

其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。

B.操作机构如图二

此机构为电动储能，电动分合闸，同时具有手动功能。

整个结构由合闸弹簧，储能系统，过流脱扣器，分合闸线圈，手动分合闸系统，辅助开关，储能指示等部件组成。

C工作原理         

真空断路器利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。

D动作原理

储能过程：

当储能电机14接通电源时，电机带动偏心轮转动，通过紧靠在偏心轮上的滚子10带动拐臂9及连板7摆动，推动储能棘爪6摆动，使棘轮11转动，当棘轮11上的销与储能轴套32的板靠住以后，二者一起运动，使挂在储能轴套上32上的合闸弹簧21拉长。

储能轴套32由定位销13固定，维持储能状态，同时，储能轴套32上的拐臂推动行程开关5切断储能电机14的电源，并且储能棘爪被抬起，与棘轮可靠脱离。

合闸操作过程：

当机构接到合闸信号后（开关处于断开，已储能状态），合闸电磁铁15的铁心被吸向下运动，拉动定位件13向逆时针方向转动，解除储能维持，合闸弹簧21带动储能轴套32逆时针方向转动，其凸轮压动传动轴套30，带动连板29及摇臂27运动，使摇臂27扣住半轴25，使机构处于合闸状态。

此时，连锁装置28锁住定位件，使定位牛不能逆时针方向转动，达到机构联销的目的，保证了机构在合闸位置不能合闸操作。

分闸操作过程：

断路器合闸后，分闸电磁铁接到信号，铁芯吸合，分闸脱扣器19中的顶杆向上运动，使脱扣轴16转动，带动顶杆18向上运动，顶动弯板26并带动半轴25向反时针方向转动。

半轴25与摇臂27解扣，在分闸弹簧的作用下，断路器完成分闸操作。

（4）.运行维护与检修试验

真空断路器的燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，操作的能量小，因此，机械寿命也较高。

在日常的运行中，维护工作量很小，主要检查机构的运动部件磨损情况，紧固件有无松动，清除绝缘表面的灰尘，在活动部位注入一些润滑脂等。

在春检预防性试验中，对开关的直流电阻测试要与历史数据进行比较，发现问题