输变电电气设备与输电网知识

内容预览输变电电气设备与输电网知识1．电气设备组成一次设备：直接生产和输送电能的设备（发电机、变压器、主母线、高压互感器、隔离开关等）。二次设备:对一次设备进行监视、控制和保护的设备图1-1电气设备组成：发电-输电设备2．一次设备①生产和转换电能的设备：发电机-机械能转换为电能；电动机-电能转化为机械能；变压器-电压升高或降低，满足输配电需要。②接通或断开电路的开关电器：正常或事故时，将电路闭合或断开。断路器，正常时用来接通和断开负荷电流；故障时受继电保护作用，将电路自动断开。图2-1断路器隔离开关，将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧装置，因此只有在断路器断开后，才能接通和断开隔离开关。图2-2隔离开关熔断器，熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。图2-3熔断器接触器，接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。图2-4接触器③限制故障电流和防御过电压的电器电抗器-限制短路电流，维持母线残压。避雷器-防御过电压图2-5避雷器1图2-6避雷器2④接地装置：电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地，与地中的接地网相连。⑤载流导体：将电气设备连接起来母线，汇集和分配电能架空线，终端线、联络线电缆，城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用图2-1主要电气一次设备的图形符号3．二次设备①仪用互感器：将电路中的高电压或大电流转换成低电压、小电流，供给仪表和保护装置使用。电压互感器PT；电流互感器CT②测量表计：测量电路中的电气参数。电压表；电流表；功率因数表③继电保护及自动装置：迅速反应不正常情况并进行监控和调节。④直流电源设备：供给控制、保护和厂用直流负荷、事故照明的直流用电。直流发电机组；蓄电池组；硅整流设备⑤操作电器、信号设备及控制电缆。4．输变电电气设备主要内容4.1电力变压器4.1.1电力变压器的作用电力变压器室电力系统中广泛使用的升压和降压设备，它的作用主要有：①高压输电：发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为20KV左右，如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大。②在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价图4-1电力变压器图示4.1.2电力变压器的分类按用途分：升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器按相数分：单相变压器、三相变压器按每相绕组的线圈数：双绕组、三绕组、自耦、低压分裂绕组4.1.3电力变压器的结构核心设备：铁芯+绕组（本体）外围设备：（1）油：绝缘和散热需要油的部位：本体、调压开关、引出线结构：储油（油枕）吸湿（硅胶）监视油位（油枕、调压开关、套管）监视油温监视油的分解，诊断内部故障（瓦斯继电器）（2）冷却系统：强迫油循环风冷（大容量变压器）风扇潜油泵（油流继电器）图4-2电力变压器的结构图4-3电力变压器实物照片4.2开关设备4.2.1开关电器的作用和种类（1）作用：在正常情况下，由于检修或改变运行方式，将发电机、变压器、线路等接入电网或退出，起控制作用。在故障时，迅速切断故障部分，保证无故障部分正常运行，起保护作用。（2）种类：仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流。如：高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器。仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如：高、低压熔断器。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电流或短路电流。如：高压断路器、低压空气开关（能起控制和保护的作用）不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压。如：隔离开关。4.2.2电弧的形成与熄灭（1）电弧产生的条件：电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。（2）电弧的危害电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。（3）电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。4.2.3高压断路器熄灭交流电弧的基本方法结构：灭弧装置+操纵机构（1）灭弧介质具有较高的传热能力、介电强度、热游温度和热容量。按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空压缩空气1减缓电子运动速度压力表油（氢）7.5分解为H2油压表，油位计SF6100很强的吸附电子的能力压力表（0.6MPa左右）真空15降低电子浓度图4-4六氟化硫断路器(2)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。(3)利用气体或油吹动电弧：扩散和冷却空气：2.3MPaSF6:0.3~0.6MPa纵吹、横吹、环吹(4)采用多断口熄弧：在相等的触头行程下，拉长电弧各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容(5)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。操动系统的动作过程，实际上是使操动元件（如合闸元件或分闸元件）获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器本体的那一部分，称为操动机构。其它作为传递动力的部分，称传动机构。图4-5隔离开关示意图4.2.4隔离开关主要用途没有灭弧功能,隔离电压,倒闸操作分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线分、合励磁电流不超过2A的空载变压器关、合电容电流不超过5A的空载线路隔离开关的种类安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱图4-4GW4型隔离开关4.3电力互感器互感器包括电流互感器（TA或CT）和电压互感器（TV或PT）。（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（100V）和小电流（5A1A），使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。（2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全。CT（电流互感器）充油的：油位计充SF6气体的：压力表PT（电压互感器）充油的：油位计4.4避雷器监视泄露电流4.5阻波器阻止高频信号进入厂站内高频保护：线路保护的一种，电网故障时，线路两端的收发讯机发出高于工频（50HZ）的信号，由阻波器限制该高频只在本线路上传输。悬挂式、支撑式图4-5阻波器4.6电气主接线及配电装置（1）各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定次序用导线连接成的电路，称为电气接线。一次设备连接成的电路成为电气主接线。二次设备连成的电路称为二次电路。（2）配电装置：由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备和建筑物组成的整体，用来接受和分配电能的装置。按电气设备装设地点，分屋内和屋外配电装置。图4-5单母线接线图4-5单母线分段图4-6双母线带旁路5．电力网的分类（1）按作用分输电网：由发电厂、输电线路及连接这些线路的变电所组成，主要任务是输送电力。电力系统的主网络（主网），电压最高的电网，起骨架作用（网架）。配电网：由配电线路和配电变电所组成，其任务是分配电力到各配电所，再向用户供电。（2）按结构分开式电网：用户只能从单方向得到供电。闭式电网：用户可从两个及两个以上方向得到供电。（3）按电压等级分低压电网：1KV中压电网：1KV～10KV高压电网：10KV～330KV超高压电网：330KV～1000KV特高压电网：1000KV以上（4）按研究计算分地方电力网：≤35kV,几十公里以内,城市、工矿区和农村配电网.区域电力网：≤110～220kV,供电范围大,我国大部分省(自治区)电力网属于区域电力网。超高压远距离输电网：≥330kV,联系几个区域性电力网形成的跨省(自治区)的电力网。图5-1电力网分类示意图