2-电力系统设备（PPT82页)

第2章电力系统设备2.1汽轮发电机2.2水轮发电机2.3风力发电机2.4输变电设备2.5配电装置2.6高压电器2.7接地保护概述①生产和转换电能的设备。②开关电器。③限流电器。④载流导体。⑤补偿设备。⑥仪用互感器。⑦防御过电压设备。⑧绝缘子。⑨接地装置。一、电气一次设备分类2.4输变电设备一、变压器1、电力变压器的用途•变压器是一种把电压和电流转变成另一种（或几种）同频率的不同电压电流的电气设备。•变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电气设备。其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配。二、母线•在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用的裸导线。•母线的作用：汇集、分配和传送电能。•装设母线的必要性：在变电所中，进出线之间需要一定的电气安全间隔，所以无法从一处同时引出多个回路；而采用母线装置才能保证电路接线的安全性和灵活性，所以在复杂的系统中母线很有必要。三、输电线路•电力线路–架空线路•导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等–电缆•导线、绝缘层、保护层等一、架空线路•导线•避雷线•杆塔•绝缘子•金具1、导线•导线：主要由铝、钢、铜等材料制成•避雷线：一般用钢线为增加架空线路的性能而采取的措施•多股线•扩径导线•分裂导线将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离特高压6分裂导线500kV四分裂导线220kV双分裂导线分裂导线：（1）概念：在高压及超高压远距离输电线路中，往往一相导线由多根（有2根、3根、4根）组成型式，称为分裂导线。它相当于加粗了导线的“等效直径”，改善导线附近的电场强度，减少电晕损失。（2）作用：对于高压及超高压远距离输电线路，为减小线路的电晕损耗及线路电抗，以提高线路的输送能力，降低对无线电通信的干扰。电晕现象：在带电的高压导线周围会产生电场，如果电场强度超过了空气击穿强度时，就使导线周围的空气电离而呈现局部放电现象，这种现象叫电晕现象。2、杆塔按用途分：•直线杆塔•耐张杆塔•终端杆塔•转角杆塔•换位杆塔按材质分•木杆（很少采用）•钢筋混凝土杆(水泥杆)•铁塔直线塔--悬挂导线耐张塔--承担线路横向的拉力终端塔--电站出口第1塔要承担第1跨的拉力跨越塔--跨越江河或高山，比一般塔高转角塔换位塔--线路3相换位3、绝缘子针式绝缘子：35kV以下线路悬式绝缘子：•35KV及以上线路≥3片•60KV≥5片•110KV≥7片•220KV≥13片•330≥19片•一般一个绝缘子承担10000V左右的电压，可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级棒式绝缘子：替代整串的悬式绝缘子•瓷横担绝缘子：同时起横担和绝缘子的作用针式绝缘子悬式绝缘子--主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。棒式绝缘子--起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。4、金具•架空线路上使用的所有金属部件•悬垂线夹•耐张线夹•连接金具•防震金具并沟线夹（接续金具）悬垂线夹耐张线夹联结金具（Z型挂板）•金具(保护)•金具(保护)防振锤间隔棒二、电缆线路电缆的结构导体绝缘层包护层导体：L或T；单股或多股；单相或三相；圆形或扇形等绝缘材料：橡胶、沥青、聚氯乙烯、棉麻、绸、纸等。目前大多用浸渍纸。主要是相间绝缘、相对地绝缘包护层内护层：铅、铝，聚乙烯等，保护绝缘等外护层：防止锈蚀2.6高压电器1、高压断路器是发电厂、变电所一次系统中的重要电气设备，它用来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。一、断路器文字符号QF，图形符号2、作用：（1）正常运行时，能够接通、切断正常负荷电流；（2）系统故障时，能够配合继电保护装置，切除故障电流。根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行。断路器的图形符号断路器的文字符号QFQF3、断路器熄灭电弧的方法：•采用介质强度高的绝缘材料（比如绝缘油、压缩空气、真空、六氟化硫等）；•用未游离介质填充触头之间（横吹、纵吹、混合吹等）；•加快触头分离速度。4、高压断路器的组成部分（1）触头：是电流通断的重要部分，一般分为动触头和静触头两部分：在开关进行分闸或合闸操作时，静触头不运动，动触头运动。（2）灭弧室：熄灭电弧的场所。（3）灭弧用绝缘介质：起熄灭电弧的作用，一般有绝缘油、压缩空气、真空、六氟化硫等；（4）支撑用绝缘介质：用于支持运动机构、触头、灭弧室等，一般有电工瓷、环氧树脂等。（5）壳体：断路器的各个部分安装为一体。（6）操动机构：推动动触头运动的机构。有手动、电磁、电动、气动、弹簧、液压等。1.通断元件2.绝缘支撑元件3.操动机构4.基座触头灭弧装置户外智能型快速永磁真空断路器5、断路器的分类（1）油断路器：灭弧和绝缘介质是绝缘油。（2）压缩空气断路器：灭弧和绝缘介质是压缩空气。（3）真空断路器：灭弧和绝缘介质是真空。（4）SF6断路器：灭弧和绝缘介质是SF6。油断路器多油断路器少油断路器真空断路器真空断路器六氟化硫(SF6)断路器35kV户外SF6断路器500kV户外SF6断路器6.高压断路器的技术参数（1）额定电压UN（线电压）（2）额定电流IN（3）额定开断电流INbr（4）分闸时间对少油断路器为0.04～0.06秒；对SF6断路器和压缩空气断路器约为0.02～0.04秒；对真空断路器约为0.015秒。（5）合闸时间7、高压断路器的型号表示1、高压隔离开关是一种没有专门的灭弧装置的开关设备，灭弧能力非常弱。因此，不能用来开断负荷电流或短路电流。二、隔离开关文字符号QS，图形符号2、作用：（1）经过倒闸操作，将高压装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，形成明显断开点，保证其他设备和线路检修的安全；（2）可以用来操作一些小电流的电路，如电压互感器、避雷器、空载母线、小容量的无负荷变压器、无负荷或小负荷线路等。3、隔离开关分类（1）V型隔离开关（2）二柱型隔离开关（3）三柱型隔离开关（4）剪刀型隔离开关4、高压隔离开关与高压断路器配合的若干问题断路器与隔离开关串联使用(1)隔离开关串联在断路器两侧(2)操作隔离开关时应注意与断路器的操作顺序：•送电时：先合母线（电源）侧的隔离开关，再合线路（负荷）侧的隔离开关，最后合上断路器；•断电时：操作顺序相反，先分断路器，再分线路侧的隔离开关，最后分母线（电源）侧的隔离开关。1、高压熔断器是最简单的保护电器，主要用于高压输电线路、电压变压器、电压互感器等电器设备的过载和短路保护。三、高压熔断器文字符号FU，图形符号2、组成：熔件，触头（熔断器两边和导体接触的地方），外壳。有些大容量熔断器还有用于灭弧的石英砂或产气纤维管。跌落式熔断器（跌落保险）跌落保险是10kV配电线路分支线和配电变压器最常用的一种短路保护开关。它安装在10kV配电线路分支线上，可缩小停电范围；因其有一个明显的断开点，具备了隔离开关的功能，给检修线路和设备创造了一个安全作业环境，增加了检修人员的安全感。1、高压负荷开关是一种功能介于高压断路器和高压隔离开关之间的电器。高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因为能通断一定的负荷电流和过负荷电流。但是它不能断开短路电流，所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。。四、高压负荷开关文字符号QL，图形符号原因：断路器的综合价格较高（包括本身采购价格、建筑安装费用、配套设备、检修费用等），在某些场合下，采用断路器将存在投资浪费，因此负荷开关应运而生。2、作用：（1）具有简单的灭弧装置，可通断负荷电流，但不能断开短路电流；（2）有明显的断开点，具有隔离开关的作用。3、应用实例（1）与熔断器结合使用，可以完成断路器的功能，切断短路电流；（2）多个高压负荷开关和一个断路器配合也可以切断短路电流，但是降低了供电可靠性。互感器是一种电压电流变换设备，原理上相似于变压器。五、互感器互感器的作用：（1）量程转换变电站中各种测量、保护和监视设备都属于低压系统（二次部分），这些设备不能直接接入到变电站的高压系统（一次部分）上，要通过互感器把高压设备上的大电压、大电流转换为各种仪器仪表能接受的小电压、小电流。（2）高低压系统的隔离高压互感器的原边是接在高压系统上的，经过互感器把高压系统和二次回路隔离开来，可以有效地保证人员和设备的安全。特点①容量很小，类似一台小容量变压器；②二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器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。2、电流互感器：将交流大电流变成小电流(5A或1A)，供电给测量仪表和保护装置的电流线圈。特点①一次线圈串联在电路中，并且匝数很少；②二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。（1）电压互感器主要用于测量电压用，电流互感器是用于测量电流用。（2）电流互感器二次侧负载很小，相当于短路，正常运行时不允许开路；电压互感器二次侧负载很大，相当于开路，正常运行时不允许短路。3、电流互感器和电流互感器区别4、互感器一、二次绕组与系统的连接方式电压互感器电流互感器六、并联电容器shuntcapacitor，原称移相电容器。主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。集合式高压并联电容器成套装置七、避雷器1、避雷针防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置，起作用是将雷吸引到自己身上并安全导入大地，从而保护了附近比它矮的设备免受雷击。2、避雷线避雷线是悬挂在高空的接地导线，它和避雷针一样，将雷电引向自身，并安全地将雷电导入大地。3、避雷器避雷器是用来限制作用于电气设备上的大气过电压的一种防雷保护设备。避雷器并联在被保护设备附近。2.7接地保护一、保护接地R'C'IbIe对地绝缘电阻分布电容电气设备外壳未装保护接地时:当人触及外壳,接地电流Ie将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib将达到或超过危险值。电气设备外壳有保护接地时通过人体的电流：b00ebRRRIIRb与Ro并联，且Rb»Ro通过人体的电流可减小到安全值以内。R'C'R0IbIeI0利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统二、保护接地电阻由保护接地的原理可知，保护接地就是利用并联电路中的小电阻（接地电阻Re)对大电阻（人体电阻Rb）的强分流作用，将漏电设备外壳的对地电压限制在安全范围以内，各种保护接地的接地电阻就是根据这一原理确定的。1、低压电气设备保护电阻在中心点不接地的380/220V低压系统中，单相接地电流很小。为了保证漏电设备漏电时外壳对地电压不超过安全范围，一般要求保护接地电阻Re≤4欧。当变压器的容量在100KVA及以下时，Re可放宽至不大于10欧。2.高压电气设备的保护接地电阻高压系统按单相接地短路电流的大小，可以分为大接地短路电流（其值大于500A）系统与小接地短路电流（其值小于500A）系统。在小接地短路电流系统中，如果高压设备与低压设备共用接地装置，则要求设备对地电压不超过120V。其接地电阻为Re≤120/Ie欧：Ie系统接地短路电流。如果高压设备单独装设接地装置，则要求对地电压不超过25V。其接地电阻阻值为Re≤250/Ie欧以上两种情况都要求Re不超过10欧。在大接地短路电流系统中，由于接地短路电流很大，很难限制设备对地电压不超过某一范围，而是靠线路上的继电保护装置迅速切断电源来保障安全的。一般接地电阻应为Re≤2000/Ie欧，当接地短路电流大于4000A时，可采用Re≤0.5欧TheEnd