第四章配电装置

第四章配电装置第一节配电装置概况配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式：在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置；在制造厂预先将开关电器，互感器等组成各种电路成套供应的称为成套配电装置。屋内配电装置的特点是：①由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；②维修，巡视和操作在室内进行，不受气候影响；③外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资较大。屋外配电装置的特点是：①土建工作量和费用较小，建设周期短；②扩建比较方便；③相邻设备间距离较大，便于带电作业；④占地面积大；⑤受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；⑥不良气候对设备维修和操作有影响。成套配电装置的特点是：①电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电器元件已在工厂组装成一体，大大减少现场工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。配电装置的形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区键110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型，在上述地区若技术经济合理时，220KV配电装置也可采用屋内型。配电装置应满足以下基本要求：1．配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地。2．保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，保证具有足够的安全距离。3．便于维修，巡视和操作。4．在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。5．安装和扩建方便。发电-输电-配电构成电力系统一个不可分割的网络，简称电网。1000MW机组发出的电经过输送后，从500kV开始，直至10kV(含6kV及3kV)，通过变电所，将电能逐级降低，逐级分配，这一部分称为高压配电，而0.4kV以下的网络称为低压配电。现在一般将10kV(含6kV及3kV)高压配电从高压配电网中划分出来，称为中压配电.配电装置是1000MW机组发电厂的重要组成部分，通过它实现了电厂与主系统的连接，实现了电力的输送、接受和分配。配电装置根据发电厂主接线的要求，由母线、隔离开关、断路器、接地闸刀、电流互感器、进出线套管、避雷器和必要的辅助设备等组成。大型发电厂目前都采用GIS（GasInsulatedSwitchgear），即六氟化硫（SF6）封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，经优化设计有机地组合成一个整体。GIS的共同特点：1.小型化。因采用绝缘性能卓越的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。672.可靠性高。由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提高了可靠性。此外具有优良的抗地震性能。3.安全性好。带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电危险。SF6气体为不燃烧气体，所以无火灾危险。4.杜绝对外部的不利影响。因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电实现屏蔽，噪音小，抗无线电干扰能力强。5.安装周期短。由于实现小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。6.维护方便，检修周期长。因其结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的使用寿命，因此检修周期长，维修工作量小，而且由于小型化，离地面低，因此日常维护方便。以下单独介绍其性能、特点及运行。环电厂500kVGIS一次设备均由日本三菱电气有限公司设计、生产并供货，承包范围为500kV升压站的一次设备，相关就地监控设备LCP（就地控制屏）和TDP（就地变送器屏）等，其中包括500kV设备的就地控制、联锁、同期检查、测量等。第二节配电设备一、高压断路器1、概述据统计在发电厂和变电厂和变电所中，每一万千瓦发电设备需100—120台高压断路器，400—500台隔离开关和其它相应的高压电器配套设备。可见，高压断路器是主系统的重要设备之一。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中昀为完善的一切工作种设备。其昀大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。因此，在运行中其开断能力是标志性能的基本指标。所谓开断能力，就是指断路在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证顺利地分合电路的任务。2、高压断路器的基本技术参数1）额定电压（）nU额定电压是指断路器长期工作的标准电压。产品铭牌上标明的额定电压是指正常工作的线电压。我国采用的额定电压等级有：3、6、10、35、110、220、330、500kV等。额定电压的高低影响断路器的外形尺寸和绝缘水平，电压越高，要求绝级水平越高，外形尺寸越大。2）额定电流（）nI额定电流是指断路器长期允许通过的昀大工作电流。电器长期通过时，其发热温度不会超过国家标准规定值。额定电流的大小，决定断路器导电部分和触头的尺寸及结构，在nI68机同的允许温升下，电流越大，则要求导电部分和触头的截面越大，以便减小损耗和增大散热面积。3）额定开断电流（）nbrI开断电流是指断路器在开断操作时，首先起弧的那相电流。额定开断电流是指断路器在额定电压上能保证正常开断的昀大短路电流。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。开断电流和电压有关。在低于额定电压下，断路器开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流仍有一极限值，此极限值称为极限开断电流。4）关合电流（）ncli当线路上存在短路故障时，断路器一合闸就会有短路电流流过，这种故障称为“预伏故障”。当断路器关合有预伏故障的线路香，在动、静触头接触前几毫米就发生预击穿，随之出现短路电流，给断路器关合造成阻力，影响动触头合闸速度及触头的接触压力，甚至出现触头弹跳、熔化、焊接以至断路器爆炸等事故。短路时，保证断路器能够关合而不致发生触头熔焊或其他操作的昀大电流。称为断路器的关合电流。断路器关合短路电流的能力与断路器操动机构的功率、断路器灭弧装置性能等有关。5）t秒热稳定电流（）tIt秒热稳定电流是指在t秒内，通过断路器使其各部分发热不超过短时发热允许温度地昀大短路电流。它是标志断路器承受短路电流热效应能力的一个重要参数。6）动稳定电流（）esi动稳定电流亦称极限通过电流。动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流昀大峰值。在通过这一电流后，断路器不应损坏而是能继续正常工作。短路电流昀大峰值以短路电流的第一个半波昀大峰值来表示。即esi=2.55nbrI动稳定电流表示断路器对短路电流的动稳定性，它决定于导体部分及支持绝缘子总值的机构强度，并决定于触头的结构形式。7）全开断（分闸）时间（）kdt全开断时间是指断路器接到分闸命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间隔，即kdt=gft+ht式中——断路器固有分闸时间，指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头都分离的时间间隔。gftht——燃弧时间，指断路器触头从分离燃弧瞬间到各相电弧完全熄灭的时间间隔。9）操作循环操作循环也是表片断路操作性能的指标。我国规定断路器的额定操作循环如下。（1）自动重合闸操作循环69分——θ——合分——t——合分（2）非自动重合闸操作循环分——t——合分——t——合分上二式中分——分闸操作；合分——合闸后立即分闸的动作；θ——无电流间隔时间，标准值为0.3s或0.5s；t——强送电时间，标准时间为180s。随着对断路器少维护、免维护要求的发展，也可将断路器分为一般（A级）断路器和少维护（B级）断路器（一种设计在预期使用寿命内，主回路开断用的零件不需要维护，而其他零件只需少量维护的断路器，现在只适用于额定电压不大于52kV）。3、高压断路器的结构型式不同类型的高压断路器，其总体结构型式十分相似，按灭弧室安装的不同可分为外壳接地断路器和外壳带电断路器两种。表4-2-1高压断路器分类及其主要特点类别结构特点技术性能特点运行维护特点多油式断路器以油作为灭弧介质和绝缘介质；触头系统及灭弧室安置在接地油箱中；结构简单，制造方便，易于加装单匝环形电流互感器及电容分压装置，耗钢、耗油量大、体积大；属自能灭工弧结构额定电流不易做得大，开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路速度较慢：油量多，有发生火灾的可能性；目前国内只生产35KV种电压级产品；可用于屋内或屋外，受大气条件影响较小运行维护简单：噪声低需配备一套油处理装置少油式断路器油量少，油主要用作灭弧介质，对地绝主要依靠固体介质，结构简单，制造方便可配用电磁操动机构、液压操动机构或弹簧操动机构；积木式结构，可制成各种电压等级产品开断电流大，对35KV以下可采用加油并联回路以提高额定电流；35KV以上为积木式结构；全开断时间短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，可开断空载长线运行经验丰富，易于维护，噪声低油量少；易劣化，需要一套油处理装置压缩空气断路器结构较复杂，工艺和材料要求高；以压缩空气作为灭弧介质和操动介质以及弧隙绝缘介质；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较小额定电流和开断能力都可以做得较大，适于开断大容量电器；动作快，开断时间噪声较大；维修周期长，无火灾危险，需要一套压缩空气装置作为气源；断路器价格较高SF断路器结构简单，但工艺密封要求严格，对材料要求高；体积小，重量轻；有屋外敞开式及屋内落地罐式之别，更多用于GIS封闭式组合电器额定电流和平共处五项原则开断电流都必须可以做得很大；开断性能好，可适于各种工况开断；SF气体灭弧、绝缘性能好，所以断口电压可做得较高；断口开距小噪声低，维护工作量小；不检修间隔期长；断路器价格较高；运行稳定，安全可靠，寿命长真空断路器体积小、重量轻；灭弧室工艺材料要求高；以真空作为绝缘和灭弧介质；角头不易氧化可连续多次操作，开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；开断电流及断口电压不能做得很高，目前只生产35KV以下级；所谓真空，是指绝对压力表低于运行维护简单，灭弧室不需检修，无火灾及爆炸危险；噪声低70101.3KPa的空间，断路器中要求的真空为133.3×10-4Pa（即10-4mmHg）以下一般断路器在实用中的选型，表4-2-2可作参考。表4-2-2断路器安装使用场所选型参考表特点安装场所电压等级可选择的主要型式中小型机组KVU5.10少油式断路器发电机回路大型机组专用空气断路断路器FS35KV及以下少油式断路器多油式断路器真空断路器SF6断路器110KV--330KV少油断路器空气断路器SF6断路器配电装置500KVSF6断路器4、六氟化硫SF6断路器触头在SF6气体中接通和开断的断路器称为SF6断路器。由于SF6气体的价格较贵及排放引起的环境污染。断路器在操作过程中，不能将SF6气体排向大气，整个断路器的SF6气体应在一个密闭的系统中。SF6断路器具有很多优点：断口电压高、开断能力强、允许连续开断短路电流次数多、可作频繁操作、开断感性小电流时截流值小等。近年来，在额定电压为72.5kV及以上的高压及超高压系统中，SF6断路器已成为主导产品；在12～40.5kV的中高压领域中也得到较多的应用。（1）总体结构分类SF6断路器按使用场所可分为户外式和户内式;按总体结构布置可分为瓷瓶支持式、落地罐式和手车式（中高压）。（2）灭弧原理与灭弧装置SF6气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它并不一定依靠气流（吹弧）等的压力梯度所形成的等熵冷却，而主要是利用SF6气体的特异的热化学性和强电负性，才使SF6气体具有特别强的灭弧能力。供给大量新鲜的SF6的中性分子并使之与电弧接触是灭弧的有效方法。