市轨道交通供电技术--3-牵引变电所的主要电气设备

单元3牵引变电所的主要电气设备3.1概述3.2整流机组3.3高压开关设备3.4互感器3.5避雷装置3.6成套设备【主要内容】3.1概述一、牵引变电所的类型和原理二、直流牵引变电所的设备分类直流牵引变电所从双电源受电，经整流机组变压器降压，分相后，按一定整流接线方式由大功率硅整流器把三相交流电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流电，向电动车组供电。直流牵引变电所间距离仅几千米，一般不设分区所和开闭所。一、牵引变电所的类型和原理二、直流牵引变电所的设备分类•一次电路：为了实现牵引变电所的受电、变电和配电的功能，在牵引变电所所中，必须把各种电气设备按一定的接线方案连接起来，组成一个完整的供配电系统。在这个系统中担负输送、变换和分配电能任务的电路称为主电路。•一次设备：一次电路中的所有电气设备。二、直流牵引变电所的设备分类•二次电路：用来控制、指示、监测和保护主电路及其主电路中设备运行的电路称为二次电路（二次回路)。•二次设备：二次电路中的所有电气设备。一次设备按其在一次电路中的功用又可分为：（1）变换设备（2）控制设备（3）保护设备（4）补偿设备（5）成套设备二、直流牵引变电所的设备分类3.2整流机组一、变压器二、整流器三、等效24脉波整流机组1、作用和原理：一、变压器uu11uu22NN11NN22ΦΦii11ii22uu11uu22NN11NN22ΦΦii11ii222、变压器的构造:1—信号温度计；2—铭牌；3—呼吸器；4—油枕；5—油标；6—安全气道；7—气体继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁心；13—绕组；14—放油阀；15—小车；16—接地端子一、变压器（1）铁心：用导磁良好的硅钢片叠装而成，形成闭合回路。（2）线圈：又称为绕组，是变压器的导电回路，用铜线或铝线绕成多层圆筒形。（3）油箱：把变压器连成一个整体及进行散热。（4）油枕：又称为油柜，油枕的作用是储油与补油，减少油的老化速度。（5）呼吸器：过滤空气，从而保持油的清洁。（6）防爆装置：防止变压器油箱爆炸或变形。一、变压器（7）散热器：降低变压器油温度，有自冷、强迫风冷和强迫水冷等措施。（8）绝缘套管：与箱体绝缘。（9）瓦斯继电器：当变压器内部发生严重故障时，瓦斯继电器接通断路器跳闸回路；当变压器内部发生不严重故障时，瓦斯继电器按通故障信号回路。（10）温度计：测量油箱上层油温，监视变压器运行是否正常。（11）调压装置：保证变压器二次侧电压。分有载调压和无载调压两种。一、变压器3、变压器的主要技术参数（1）额定电压（2）额定电流（3）额定容量（4）变比一、变压器3、变压器的主要技术参数（5）铜损（6）铁损（7）阻抗电压降（8）空载电流（9）连接组别一、变压器4、变压器的分类（1）按变压器的应用方式分：升压变压器和降压变压器。（2）按变压器的相数分：单相、三相和多相变压器。（3）按线圈形式分：单线圈变压器（自耦变压器）、双线圈变压器、三线圈变压器。（4）按变压器铁心和线圈的相对位置分：心式变压器和壳式变压器两种。心式变压器的线圈包在铁心的外围，壳式变压器的铁心包在线圈的外围。（5）按变压器绝缘和冷却方式分有油浸式、干式和充气式三种。（6）按调压装置的种类分有载调压变压器和无载调压变压器。一、变压器（1）三相半波整流电路①变压器二次侧接成星形，一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。②共阴极接法——共阳极接法。③三相电路触发角的起点，是以自然换相点来计算的，而不是以过零点。二、整流器1、工作原理（2）两组三相半波整流连接两组半波共阴、阳极串联，如其负荷电流相等，则零线电流为零，零线可以取消；两组整流器共用一组三相副边绕组，对每相绕组其通过的电流方向依次相反，这样就提高了各绕组的通电时间，提高利用率，而且前后的电流方向是相反的，消除了直流磁化的问题。二、整流器1、工作原理（3）三相桥式整流电路二、整流器1、工作原理2、整流器的构造•整流器由大功率二极管及散热器、保护器件、故障显示器等组成。•整流器要求可靠性高，噪声、谐波污染小，维修小。•城轨交通直流牵引供电系统的整流器直流电压不太高，而电流很大，故采用两组整流并联工作的方法。•整流器的过电流、过电压保护十分重要。•整流器柜一般采用无焊接全螺栓结构，以便故障时拆卸更换。•整流器设备外形尺寸有差异与散热器选型有关。二、整流器为提高功率因素，降低网侧电压波形畸变，减少对电网的干扰，降低输出直流电压的纹波系数，城轨供电系统牵引变电所整流机组采用等效24脉波整流电路。三、等效24脉波整流机组•高压开关设备正常工作情况下可靠地接通或断开电路；•在改变运行方式时进行切换操作；•当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正常运行；•在设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。3.3高压开关设备一、高压断路器二、高压隔离开关三、熔断器四、高压负荷开关3.3高压开关设备一、高压断路器1、功能：高压断路器（文字符号为QF）是牵引变电所高压电器设备中最重要的设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。（1）控制作用，即根据需要将部分电气设备或线路投入或退出运行。（2）保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。2、结构开断元件支持绝缘体传动元件基座操动机构开断元件支持绝缘体传动元件基座操动机构一、高压断路器3、分类与型号•按其采用的灭弧介质分，有油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等类型。按其安装地点分，有屋内式和屋外式两种。•油断路器按其油的多少和油的作用，又分为多油式和少油式。•多油断路器的油既做灭弧介质，又作绝缘介质，利用油作其相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘，因此油量多。•少油断路器只有灭弧介质，因此油量少，比较安全。•油断路器结构简单，价格便宜，但油在灭弧中易碳化，检修周期短，维护工作量大，污染大，被SF6和真空断路器取代。一、高压断路器一、高压断路器S－少油断路器D－多油断路器Z－真空断路器L－SF6断路器N－户内型W－户外型设计序号额定电压（kV）开断电流（kA）/断流容量（MVA）额定电流（A）产品名称安装类型其它标志G－改进型　Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－断流能力代号一、高压断路器4、真空断路器•真空断路器利用真空度约为10-4Pa（运行中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。当灭弧室内被抽成10-4的高真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的SF6和空气的绝缘强度高很多。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。•真空断路器在35kV及以下电压等级中处于优势地位。一、高压断路器4、真空断路器真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、操动机构、机座（框架）等组成。按真空灭弧室的布置方式可分为落地式和悬挂式两种基本形式。1—真空灭弧室；2—绝缘支撑；3—传动机构；4—基座；5—操动机构一、高压断路器（1）真空灭弧室真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。1－静触头；2－动触头；3－屏蔽罩；4－波纹管；5－与外壳封接的金属法兰盘；6－波纹管屏蔽罩；7－绝缘外壳一、高压断路器①外壳：整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。②波纹管：波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一、高压断路器③屏蔽罩：触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。④触头：是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。根据触头开断时灭弧的基本原理不同，可分为非磁吹触头和磁吹触头两大类。一、高压断路器（2）操动机构•操动机构是带动高压断路器传动机构进行合闸和分闸的机构。•依断路器合闸时所用能量形式不同，操动机构可分以下几种：①手动机构（CS型）指用人力进行合闸的操动构。②电磁机构（CD型）指用电磁铁合闸的操动机构。③弹簧机构（CT型）指事先用人力或电动机使弹簧储能实现合闸的弹簧合闸操动机构。一、高压断路器（2）操动机构④电动机机构（CJ型）用电动机合闸与分闸的操动机构。⑤液压机构（CY型）指用高压油推动活塞实现合闸与分闸的操动机构。⑥气动机构（CQ型）指用压缩空气推动活塞实现合闸与分闸的操动机构。一、高压断路器①储能：一、高压断路器②合闸操作：•合闸电磁铁操作：接到合闸命令后，合闸电磁铁的动铁芯被吸向下运动，拉动导板也向下运动，使杠杆向反时针方向转动，并带动固定在定位件上的滚轮13运动，推动定位件作顺时针转动将储能维持解除，完成合闸操作。•手动按钮操作：按动安装在面板上的合闸按钮，使其推动脱扣板，通过调节螺杆推动定位件作顺时针转动，完成合闸操作。一、高压断路器③分闸操作：•自动分闸操作：当机构处于合闸状态时，一旦脱扣器接到分闸信号，过流脱扣电磁铁或分闸电磁铁向上吸动，将带动顶杆推动脱扣板作顺时针移动，从而带动锁扣作逆时针转动，使锁扣与锁扣之间的搭接解除。解除后的锁扣在储能弹簧的带动下作逆时针转动，通过杠杆推动半轴作顺时针转动，从而完成分闸操作。•手分按钮分闸操作：当用手分按钮推动分闸连杆时，带动了固定在半轴上的脱扣板向上运动，从而带动半轴转动，解除扇形板与半轴的扣接，使扇形板转动，完成分闸动作。一、高压断路器二、高压隔离开关高压隔离开关（文字符号为QS）又称隔离刀闸，是一种结构比较简单的高压开关电器。在合闸状态下能可靠的通过额定电流和短路电流，但因为它没有专门的灭弧装置，不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。1、作用：（1）隔离高压电源，以保证其他设备的检修安全。（2）倒闸操作：当合闸时，先合隔离开关，后合断路器；分闸时，先分断路器，后分隔离开关。这种操作通常称为倒闸操作。为了保证安全，一般要装有和断路器之间的连锁装置，以防止误操作。（3）接通和断开小电流电路。二、高压隔离开关2、分类和型号：按照不同的分类方式，隔离开关有多种类型。（1）按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。（2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。（3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等。二、高压隔离开关2、分类和型号：（4）按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。（5）按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。（6）按极数，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装方式分为平装式和套管式等。二、高压隔离开关2、分类和型号：二、高压隔离开关3、10KV高压隔离开关：二、高压隔离开关1—上接线端子；2—静触头；3—闸刀；4—套管绝缘子；5—下接线端子；6—框架；7—转轴；8—拐臂；9—升降绝缘子；10—支柱绝缘子3、10KV高压隔离开关：二、高压隔离开关4、操作注意事项：二、高压隔离开关在操作隔离开关时，应注意操作顺序。当合闸时，先合隔离开关，后合断路器；分闸时，先分断路器，后分隔离开关。这种操作通常称为倒闸操作。为了保证安全，一般要装有和断路器之间的连锁装置，以防止误操作。停电时先拉线路侧隔离开关，送电时先合母线侧隔离开关。而且在操作隔离开关前，先注意检查断路器确实在断开位置后，才能操作隔离开关。1、作用和特点：熔断器（文字符号为FU）是一种保护电器。它串联在电路中，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路使电气设备免遭损坏，并维持电力系统其余部分的正常工作。三、熔断器•优点：结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便；动作直接，不需要继电保护和二次回路相配合；价格低。•缺点：每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用，增加了停电时间；保护特性不稳定，可靠性低；保护选择性不易配合。三、熔断器2、分类和型号：（