水电站电气设备课件.ppt

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1、龙家山水电站 2010年实习人员培训课件,电气设备讲解 2010年5月,第一章 电力系统概述 第一节 电力系统的构成,一、电力系统组成 电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其他能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。 发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。 根据发电厂所用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核发电厂、及其他新能源发电等类型。,一、电力系统的组成,由于电厂和用电负荷的分散性，需要将电厂生产的电能经过升压变压器升压，再经不同电压等级的输电线送往各个负荷中心，最后经降压变压器降压才到达具体的电能用户。 即是说，发电厂和用户间需经一定的网络连接

2、。各个发电厂之间也需要用这样的网络连接以提高供电的可靠性和经济性。这样的网络就称为“电力网”。 电力网=各电压等级变电所+输配电线路 其中： 输电网：电厂负荷中心 配电网：负荷中心各配电变电所,一、电力系统的组成,电力系统=发电厂+电力网+电能用户 即“电力系统”由发电厂、变电站、线路和用户组成。 其中：变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。 因此，所谓“电力系统”，是指能够完成电能的生产、变换、输送、分配和消费，并将各发电厂、变电所并列运行以提高整个系统的可靠性和经济性的一个统一的整体。,一、电力系统的组成,动力系统=动力部分（如热力装置、水力装置核反应堆等）+电力系

3、统 动力系统示意图如下：,一、电力系统的组成,二、发电厂的类型,（一）.按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂分为以下几种。 1.火力发电厂：以煤炭、石油、天然气等为燃料，汽轮机为原动机。 a.凝汽式电厂（200MW及以上的机组）。 容量大，靠近燃料产区，燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。 特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入冷凝汽冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。 效率低：30%40%,二、发电厂的类型,b.热电厂（几十到几百MW的机组） 容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。即供电又供热。 特点：在

4、汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。 效率高：可达60%70%。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。,火电厂外景,热电厂外景,2.水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机，是将水的位能和动能转换成电能的场所。,根据取水的方式不同，又可以分为： a.堤坝式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建拦河坝，将水积蓄、提高水头，进行发电。 通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种。,坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，

5、推动水轮发电机发电。,河床式水电站:发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。,b.引水式水电站: 建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。,c抽水蓄能电站:一种特殊形式的水电站，具有水轮机-发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式 。,(1) 夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机运行，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位能的形式将电能储存起来 。 (2) 在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电

6、力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。,火电厂和水电厂的简单比较,火电厂投资相对少，建设工期相对短，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。 火电机组不如水电机组启停迅速，所以火电大多承担基荷，而水电即可承担基荷（丰水期），也可承担腰荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。,d.核电厂,核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。 利用铀(或钚）在反应堆核裂变 热能（汽轮机）机械能 电能 核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电

7、厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。 特点：a.消耗燃烧少 b.燃烧时不需要空气助燃 c.容量越大越经济 d.有放射性污染,大亚湾核电站,e新能源发电,太阳能发电 、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。 （1）太阳能发电 太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。 太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。 光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一

8、种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向,e新能源发电,太阳能发电光伏发电,将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能 属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储 存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复 杂。图1-是风力发电装置的示意图。由此图可以看出 风力发电机生产过程的简单描述。,（2）风力发电,图1-8 风力发电装置的示意图 1风力机 2升速齿轮箱 3发电机 4控制系统 5改变方向的驱动装置 6底板 7塔架 8控制和保护装置 9基础 10电缆线路 11配电装置,风力发电厂,地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。仅 地表10公里以内就有可供开采的热能，地热能的储量很 大，

9、它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。但是，目前 世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和 热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能 源。它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后 排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利 用，所以目前地热发电发展很快。,（3）地热发电,地热发电厂,（4）潮汐发电,利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。,潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形成的。海水涨落的

10、周期为12小时25分钟，同时在海底造成三角流。,潮 汐 发 电 示 意 图,二、发电厂的类型 （二）根据电厂的地位和作用，又可分为：,1.区域性发电厂、地区发电厂和自备发电厂。 区域性发电厂： 主力电厂，多为大型水电厂或凝汽式火电厂，承担主要供电任务。 地区发电厂和自备发电厂： 中小型电厂，多建在负荷中心附近或大厂矿企业内，直接供该地区或该厂用电。,二、发电厂的类型 （二）根据电厂的地位和作用，又可分为：,2.基荷电厂、腰荷电厂和峰荷电厂。 主要是指设备的利用率不同。 基荷电厂：年利用小时在5000以上。 腰荷电厂：年利用小时在30005000之间。 峰荷电厂：年利用小时在3000以下。,三、

11、电力网 电力网是连接发电厂和用户的中间环节，一般分成输电网和配电网两部分。,输电网一般是由220KV及以上电压等级的输电线路和与之相连的变电站组成，是电力系统的主干部分，它的作用是将电能输送到距离较远的各地区配电网或直接送给大型工厂企业。目前，我国的几大电网已经初步建成了以500KV超高压输电线路为骨干的主网架。 配电网是由110KV及以下电压等级的配电线路（110KV和35KV是高压配电，10KV是中压配电，380/220为电压配电）和配电变压器组成，其作用是将电能分配到各类用户。,第二节 电力系统联网运行的优越性,电力系统联网运行，在技术上和经济上都有十分明显的优越性： 1.提高供电的可靠

12、性。 在电力系统中大量的设备都是不分昼夜的连续运行，难免发生故障。联网后某个设备的故障一般不会危及整个电力系统的继续运行，这就大大提高了对用户供电的可靠性。一般来说，电网规模越大，这种供电可靠性就越高。当然，电网规模过大也会带来一些新的技术问题，例如系统短路电流过大，容易发生稳定事故，这需要新的技术手段加以解决。,第二节 电力系统联网运行的优越性,2.减少系统中总备用容量的比重。 为避免系统中某一台发电机故障退出运行而使一些用户停电，一般都使用装机容量大于最大用电负荷，即留有备用容量。由于备用容量是可以在整个系统中互相通用的，因此电力系统中总容量越大，备用容量的比重就可以减少。,第二节 电力系

13、统联网运行的优越性,3.减少总用电负荷的峰值。 不同地区的电网互联后，会有明显的“错峰”效益。即不同的地区的用电负荷高峰不会在同一时间发生，因为各地存在着时差和气候差。实际看来，联网后系统的最大负荷将小于联网前各地区最大负荷的总和。,第二节 电力系统联网运行的优越性,4.可以安装高效率的大容量机组。 较小容量的系统不允许安装大容量机组，因为其一旦因故障退出运行将导致大规模停电。而大容量机组起经济运行指标远高于中小型机组，是今后电力工业的主要机型。只有互联成大电网，才为安装大容量机组创造条件。 5.可以水火互济节约能源改善电网调节性能。 大容量电力系统中水电厂和火电厂可以联合调度，发挥各自的特点

14、和优势。,第三节 电能的质量标准,一、频率 我国的技术标准规定电力系统的额定频率是50HZ。 对大型电力系统，频率的允许范围为50HZ0.2HZ, 对中小型电力系统，频率的允许范围50HZ0.5HZ。 当频率高出允许值时，异步电动机转速升高，除使功率损失增加，经济性降低外，还会使某些对转速有严格要求的工业部门产品质量下降，甚至会产出废品。同时，还会影响电钟及电子设备的正常工作。,第三节 电能的质量标准,当频率低于允许值时，则异步电动机转速下降，使生产率降低，还影响电动机的寿命。同时，也会使某些部门产出次品甚至废品，影响电钟和电子设备的工作。另外，频率大幅度降低还使发电厂的给水泵，风机等厂用电动

15、机出力大为减少，甚至影响锅炉和汽轮发电机组的出力，导致电力系统有功功率更加不足，频率进一步降低，形成恶性循环，直至发电电力系统“频率崩溃”-这是一种极其严重的系统性大事故，会造成大面积停电的严重后果。,第三节 电能的质量标准,二、电压 所有用电设备都应当按照其设计的额定电压运行，一般仅允许有5%的变动范围。 电压过高，许多用电设备都会损坏，甚至造成严重事故和巨大损失。 电压过低，许多用电设备都不能正常工作。对异步电动机而言，电压过低时，其输出转矩显著降低，转差加大，电流加大，温度升高，甚至还会使电动机烧毁。,第三节 电能的质量标准,为使用户用电设备能得到合适的电压，我国 规定用户的电压容许变化

16、范围是： A.由35KV及以上电压供电的用户：5% B.由10KV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：7% C.低压照明用户：-10%+5%,第三节 电能的质量标准,三、波形 电力系统供电电压或电流的标准波形应是正弦波时，就 包含有各种谐波成分。这些谐波成分的存在不仅会大大影响电动机的效率和正常运行，还可能使电力系统产生高次谐波共振而危及设备的安全运行。同时还影响电子设备的正常工作，并对通信产生不良的干扰。 变压器铁心饱和或没有三角形接法的绕组，负荷中有大功率整理设备等，都是产生高次谐波的原因。因注意防止或采取相应措施消除高次谐波。,第三节 电能的质量标准,频率主要取决于有功功率的平衡。

17、电压主要取决于无功功率的平衡。 可通过调频、调压和无功补偿等措施来保证频率和电压的稳定。 电力系统的供电电压（或电流）的波形为严格的正弦形,第四节 电力系统的电压等级,一、电力系统的额定电压等级 我国国家标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压（线电压，下同） 1.电网的额定电压 电网的额定电压也就是电力线路以及与之相连的变电所汇流母线的额定电压。确定一级额定电压要根据国民发展的需要和电力工业的水平，关系非常重大。,第四节 电力系统的电压等级,2.用电设备的额定电压 用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。实际运行中，用电设备的电压允许有5%的变动范围，而供电线路由于流通电流后产生电

18、压降，故线路首端电压高些，末端电压低些，接于不同地点的用电设备所受电压也有所不同，两者刚好是适应的。 3.发电机的额定电压 发电机的额定电压规定比同级电网额定电压高5%。 这是考虑到电力线路允许有10%的电压损耗，线路末端允许比电网额定电压低5%，两者刚好适应；,第四节 电力系统的电压等级,4.电力变压器的额定电压 A.电力变压器一次绕组的额定电压。当变压器直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压应当与发电机额定电压相同；当变压器不是于发电机直接相连，而是接于某一电力线路的末端时，则变压器一次绕组的额定电压因与该线路额定电压相同。 B.电力变压器二次绕组的额定电压。当变压器二次绕组供电给较

19、长的高压输电线路时，其额定电压应比相应线路额定电压高10%；而当变压器二次绕组供电给较短的输电线路时，其额定电压可以只比相应线路额定电压高5%。,第五节 电力系统的中性点接地方式,电力系统中，发电机三相绕组通常是接成星形的，变压器高压绕组多数也是接成星形的。这些发电机和变压器星形的中点统称为电力系统的中性点。 电力系统中性点的接地方式分为三种：直接接地方式、不接地方式和经消弧线圈接地方式。 电力系统中性点接地方式要综合与自动装置的配置，短路电流的大小，供电的可靠性，电力系统的运行稳定性以及对通信的干扰等多方面因素，是一项综合性的技术问题。,第五节 电力系统的中性点接地方式,中性点直接接地方式下

20、，系统发生单相接地故障时短路电流很大（所以对称大接地电流系统）。同时，非故障相的相电压不会升高，这在电压等级高时对绝缘很有利。 中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地方式下，系统发生单相接地故障时接地故障电流很小（所以又称这两种接地方式为小接地电流系统）。同时，非故障相的相电压会升高为原来的3倍。,第六节 电力系统稳定问题概述,衡量电力系统正常运行的一个重要标志，是系统中所有的发电机都保持在同步运行状态。所谓同步运行，是指所有并联运行的发电机都具有相同的电角速度，即每台发电机都以同步转速运行。 正在运行的发电机转速决定于作用在其大轴上的转矩。因此，当作用在机组大轴上的转矩变化时，转速也将相应地

21、发生变化。正常运行时，原动机额输入功率与发电机的输出功率是平衡的，从而保证了发电机以恒定的同步转速运行。但是，发电机在运行时的功率平衡是相对的、暂时的。,第六节 电力系统稳定问题概述,例如，电力系统的负荷随时都在变化，负荷功率的瞬间变化将引起发电机输出功率的相应变化，但由于机组调节系统的惯性，使得原动机输入功率的变化总是滞后于发电机输出电磁功率的瞬间变化，于是输入功率与输出功率之间就产生了不平衡，相应地转矩也将生产不平衡。电力系统的电能生产过程也正是这种功率或转矩的平衡不断遭到破坏，同时又不断进行跟踪调节使其恢复平衡的过程。,第六节 电力系统稳定问题概述,功率及相应转矩的不平衡将引起发电机转速

22、的变化。 例如，当发电机输出功率减小时，由于原动机的输入功率暂时还来不及减小而出现功率过剩，结果使发电机转速增加；相反，当发电机输出功率增加时，因原动机输入功率暂时还来不及跟上输出功率的增加而出现功率缺额，结果使发电机减速。这样，当系统由于负荷变化、操作或发生故障（称为系统受到扰动）而平衡状态被打破后，各发电机组将因功率的不平衡而发生转速的变化。,第六节 电力系统稳定问题概述,一般情况下，由于各发电机组功率不平衡的程度不同，因此转速变化也不同，有的变化较小，有的变化较大，有的发电机增速，有的发电机减速，从而在各发电机的转子之间产生相对运动。如果系统各发电机组在经历了一段运动过程后，能自动恢复到

23、原有的平衡状态，或在某一新的平衡状态下同步运行，这时系统的频率和电压虽然发生了一些变化但仍在允许的范围内，这样的系统就称为稳定的。相反，如果系统受到扰动后，产生自发性振荡，或者各机组间产生剧烈的相对运动，以至于系统的频率和电压大幅度变化，不能保证对负荷的正常供电，造成大量用户停电，系统就失去了稳定。,第六节 电力系统稳定问题概述,可见，所谓电力系统稳定问题就是当系统受到扰动后能否继续保持发电机之间同步运行的问题 根据系统受到扰动的大小及运行参数变化特性的不同，通常将系统的稳定问题分为三大类，即静态稳定、暂态稳定和动态稳定。,第六节 电力系统稳定问题概述,静态稳定是指电力系统在运行中受到微小扰动

24、（如短时的负荷波动）后，能够自动恢复到原有运行状态的能力。 暂态稳定是指系统在运行中受到大的扰动（如切除机组、线路或发生短路等）后，经历一个短暂的暂态过程，从原来的运行状态过渡到新的稳定运行状态的能力。 动态稳定是指系统在运行中受到大扰动后，保持各发电机在较长的动态过程中不失步，由衰减的同步振荡过程过渡到稳定运行状态的能力。,第六节 电力系统稳定问题概述,不难看出，如果系统在受到扰动后是很不稳定的。那么在系统的各发电机转子间一直存在相对运行，从而引起系统的电压、电流、功率等运行参数发生剧烈的变化和振荡，致使整个系统不能继续运行，造成系统瓦解。运行经验表明，电力系统的稳定性事影响运行可靠性的一个

25、重要因素，特别是随着电力系统容量和规模的不断扩大，稳定性问题就显的越加突出。国内外电力系统许多大面积停电和系统瓦解事故，大都源于系统稳定性遭到破坏。因此，研究电力系统稳定性的内在规律，采取措施保持和提高电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠地运行，具有极其重要的意义。,第七节 发电厂电气设备简述,电气设备分为电气一次设备和电气二次设备 一、电气一次设备 是指直接生产、变换、输送和分配电能的电气设备，它们主要有以下几种： (1) 生产和转换电能的设备 如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转换电能的最主要的电气设备。 (2) 接通或断开电路的开关电器 为满足运行、操作或事故处理的需要，

26、将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。,第七节 发电厂电气设备简述,(3) 限制故障电流和防御过电压的电器 如用于限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器、避雷针、避雷线等。 (4) 接地装置 用来保证电力系统正常工作的工作接地或保护人身安全的保护接地，它们均与埋入地中的金属接地体或接成接地网的接地装置连接。,第七节 发电厂电气设备简述,(5) 载流导体 电气设备必须通过载流导体按照生产和分配电能的顺序或者说按照设计要求连接起来，常见的载流导体如母线、架空线、电力电缆等。 (6) 补偿装置 如调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器等。它们分别用来补偿系统的无功功率、补

27、偿小电流接地系统中的单相接地电容电流、吸收系统过剩的无功功率等。 (7) 仪用互感器 如电压互感器和电流互感器，它们将一次回路中的高电压和大电流变成低电压和小电流，供给测量仪表和继电保护装置用。,第七节 发电厂电气设备简述,二、电气二次设备： 对电气一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备，称为电气二次设备。它们主要有： (1) 测量仪表 如电压表、电流表、功率表、电能表等，它们用以测量一次回路的运行参数。 (2) 继电保护及自动装置 它们用以迅速反应电气故障或不正常运行情况，并根据要求切除故障、发出信号或作相应的调节。,第七节 发电厂电气设备简述,(3) 直流设备 直流设备主要用于供给保护

28、、操作、信号以及事故照明等设备的直流供电，它们有直流发电机组、蓄电池、硅整流装置等。 (4) 控制和信号设备及其控制电缆 控制设备是指对断路器进行手动或自动的开、合操作控制的设备。信号设备有光字牌信号、反映断路器和隔离开关位置的信号、主控制室的中央信号等。控制电缆是连接二次设备的电缆。 (5) 绝缘监察装置 用以监察交流和直流系统的绝缘状况。,第二章 开关电器运行与维护,1、开关电器概念：直接用于正常投切和故障切除电路的电气一次设备称为开关电器。 2、分类： （1）按电压高低分类：高压开关电器和低压开关电器两类 （2）按安装场所分类：户内式和户外式两类 （3）按功能分类：断路器、隔离开关、负荷

29、开关、熔断器和组合式开关电器（高压负荷开关熔断器）,第一节 电弧的基本概念,电弧现象 电弧是一种自持气体放电现象 高压电路触头分断后，往往会产生电弧 能量最终以热量的形式散发出去 弧隙温度可高达上万摄氏度 电力开关必须具有熄灭电弧的装置,第一节 电弧的基本概念,电弧是一种等离子体，质量极小 很小的力就会使电弧的形状发生改变 可利用电弧的这个特点快速熄弧， 预防电弧的不利影响及破坏 灭弧室内气体或液体的自然或强制流动 电弧本身产生的电磁力都极易使电弧改变形状,第一节 电弧的基本概念,电弧的产生与熄灭 自由电子的产生 自由电子的消失 直流电弧及其熄灭 交流电弧及其熄灭 增强交流电弧熄灭常用的方法,

30、第一节 电弧的基本概念,自由电子的产生 自由电子从触头金属表面逸出 表面游离 热发射 触头中间的气体分离出自由电子 碰撞游离 热游离,第一节 电弧的基本概念,自由电子的消失 去游离过程 带电粒子的扩散 带电粒子由浓度高的区域向浓度低的区域移动 带电粒子的复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和 ，还原为分子,第一节 电弧的基本概念,电弧的稳定燃烧 当游离与去游离达到平衡时，电弧即进入稳定燃烧状态 。 电弧可看成是由阴极区、弧柱区及阳极区三部分组成，各部分的电位有很大的差别 。,第一节 电弧的基本概念,电弧形成后的主要特征 电弧温度高。弧柱中心区温度可达10000左右，电弧表面温

31、度也会达到30004000。 电弧弧柱区电场强度低。一般仅为10200V/cm。 电弧电流密度大，电流密度可达10000A/m2。,第一节 电弧的基本概念,直流电弧的熄 用一电阻、电感串联的等效电路来说明直流电弧的熄灭过程,第一节 电弧的基本概念,直流电弧的熄灭 正常运行，电路中开关在闭合状态时 开关S打开时，触头间产生电弧，电弧电流在弧隙电阻上形成电压降，同时由于电流的突变，电感上产生感应电压 当电弧稳定燃烧时，电感上的电压,第一节 电弧的基本概念 直流电弧开断特性,第一节 电弧的基本概念 电路参数对于熄灭直流电弧的影响,第一节 电弧的基本概念 影响直流电弧熄灭的因素,电源电压 电路电阻 电

32、感,第一节 电弧的基本概念 交流电弧的熄灭,在交流电路中，当开断短路故障电流或正常负荷电流时，都会产生电弧 。 交流电弧电流的波形基本是正弦波，弧隙电压为电弧电流与弧隙电阻的乘积，呈马鞍形。,第一节 电弧的基本概念 交流电弧的熄灭,交流电弧电流每半周期会自然过零一次。 在电弧电流过零瞬间，弧隙立即呈现约为150 250V的起始介质强度 ，这种现象称为近阴极效应。,第一节 电弧的基本概念 交流电弧的熄灭,弧隙介质强度的恢复过程 弧隙电压的恢复过程 弧隙介质强度的恢复过程和弧隙电压的恢复过程是同时进行的 电弧熄灭的条件为：Utr(t) U(t),第一节 电弧的基本概念 增强交流电弧熄灭常用的方法,

33、用液体或气体吹弧 采用多断口灭弧 快速拉长电弧 将长电弧分成几段短电弧 用特殊金属材料作触头,第二节 高压断路器,高压断路器的作用,控制作用 根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。 保护作用 高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行。,对高压断路器的要求,具有完善的灭弧装置 具有快速的传动机构 一般都设有专门的灭弧室,一、 高压断路器的种类,按电流性质可分为交流、直流两大类 按安装地点可分为户内、户外两大类 按安装方式可分为落地式、支持式及悬臂式 较常用的按灭弧介质来划分 油断路器、压缩空气断路器、真空断路

34、器、 六氟化硫断路器,油断路器,多油断路器 油既作灭弧介质和动、静触头的绝缘介质，又作带电导体对地(外壳)的绝缘介质 用油量很多，钢材耗量大，体积庞大 少油断路器 油只用来作为熄灭电弧和触头断口间的绝缘介质，不用做对地绝缘。,压缩空气断路器,以压缩空气作为灭弧介质和触头断开后弧隙绝缘介质，并兼作操动机构的能源。 性能稳定、开断能力大、动作迅速、燃弧时间短、几乎不受开断电流的影响、触头燃损轻、检修周期长、无火灾危险、体积和重量较小。 结构比较复杂，工艺要求高，有色金属消耗量较大，需要一套压缩空气装置(包括空气压缩机、贮气简、管道等)作为气源，增加了投资、运行和维护工作量。,二、 高压断路器的基本

35、结构,电路通断元件 中间传动机构 绝缘支撑元件 基座 操动机构,断路器结构类型,少油断路器剖视图和三相外形布置,三、高压断路器的技术参数,对高压断路器的要求： 在正常情况下开断和关合电路。 在电网发生故障时能将故障切除。 尽可能缩短断路器切除故障的时间，以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性。 能配合自动重合闸进行多次关合和断开。 因此，在选择断路器时，通常希望通过简单明了的技术参数就能够了解断路器具体性能。,额定电压（Un）,额定电压（线电压）是断路器可靠工作的标准电压，断路器应能保证在某一电压等级的电气系统中长期稳定运行。 额定电压的高低决定了断路器的绝缘水平及外形尺寸。 电力系统中允许电

36、压有5%的波动， 断路器所能承受的电压应高于额定电压值,额定电流（In）,额定电流是指断路器在规定环境温度和额定频率下，允许长期通过的标准电流。其各部分不应超过最高允许温度。 额定电流的大小影响到断路器导电部分及触头的尺寸及结构 额定电流是在标准温度下测得的，环境温度对其影响需要进行修正,额定开断电流(Ibn)及断流容量(Sbn),额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常开断的最大短路电流值（即触头刚分开瞬间通过断路器的电流的有效值）。 可用该参数表征断路器的开断能力 额定开断短路容量实际上仅是另一种表达方式。,关合能力（Icn）,当断路器合闸时，如果线路上存在故障，则在触头尚未接触之前就会发

37、生击穿，形成电弧，其产生的不良影响甚至比在合闸状态下流过极限电流更为严重。 工程上常以额定关合电流表征断路器的关合短路故障电流的能力，用关合开关时短路电流的第一个半波的峰值来衡量。,额定短时耐受电流/额定热稳定电流(Ih),额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的能力，是指断路器在闭合状态，一定时间t内所能承受的最大短路电流。 要求在时间t内（取2秒，超过2秒可取4秒）流过此电流时，断路器不超过允许温度。额定短时耐受电流等于额定开断电流值。,额定峰值耐受电流/额定动稳定电流,额定峰值耐受电流用来表征断路器所能承受短路电流电动力作用的能力，即断路器在闭合状态时，允许通过的不妨碍其继续正常

38、工作的最大短路电流（峰值）。 其大小取决于导电部分及支持绝缘部分的机械强度及触头的结构形式。额定峰值电流取短路发生后电流第一半波的峰值，等于其额定短路开断电流交流分量有效值的 倍。,动作时间,全开断时间：是指处于合闸状态的断路器，从接到分闸命令到电弧完全熄灭所用的时间，可分为 固有分闸时间 燃弧时间。 它说明了断路器开断速度的快慢。直接影响到故障的范围及对设备的危害程度，甚至会影响到系统的传输容量及稳定性。,四、 SF6断路器,SF6断路器应用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。使用低压力的SF6气体作为绝缘介质，在进行分闸操作时，利用高压力的SF6气体吹拂电弧使之熄灭。,SF6气体的性能,具有

39、优良的绝缘性能 无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物 极易与电子结合形成负离子 分子中不含碳 化学性质非常稳定 具有非常优良的灭弧特性,SF6气体具有以下优点,使用安全可靠，无火灾危险，不必担心绝缘材料的老化和击穿性损坏； 便于在工厂中装配、运输和安装方便； 设备的操作、维护和检修方便，只需监视SF6气体的压力或密度，检修周期长，载流部分及绝缘不受大气条件的影响，减少了维护的工作量； 适用的温度和压力范围大； 无噪声和无线电干扰； 绝缘、灭弧及冷却特性好； 有利于减小电气设备的体积和重量。,SF6气体具有以下缺点,SF6气体在电弧作用下的分解物是有害的； SF6气体的纯度和杂质是

40、影响气体绝缘和灭弧性能的重要指标 ； SF6气体的绝缘性能受电场强度均匀程度的影响较大 ； SF6气体属于温室气体 ； 某些杂质对设备有不良影响 。,SF6气体的管理,气体的电气绝缘特性取决于气体的 纯净程度 含水量 压力 密度等 SF6气体本身是无毒的，但在电晕、火花、电弧的作用下，会产生有毒、腐蚀性气体及固体分解物,SF6断路器的灭弧方式,双压式灭弧 单压式灭弧 自能式灭弧 旋弧式灭弧,双压式灭弧,双压式灭弧方式具有低压、高压两个气压系统，在高压室与低压室之间连有压气泵和管道，自动监视，当气体压力达到一定限度时，压气泵起动，把低压室气体打到高压室。在开断时，动、静触头间产生电弧后，吹气阀打

41、开，高压室中的六氟化硫气体流向低压室，在灭弧室形成一股气流，对电弧产生吹拂作用，使之熄灭。分断完毕，吹气阀自动关闭，停止吹气。 双压气式的六氟化硫断路器的结构比较复杂，早期应用较多，目前很少采用这种结构。,单压式灭弧,只有一个气压系统 依靠分闸时气缸与活塞的相对运动 结构简单，造价低，性能亦能满足要求，故获得迅速发展,自能式灭弧,是指在开断短路电流时，依靠短路电流电弧自身的能量加热SF6气体，产生高气压，并利用灭弧室的机械结构引导气流，对电弧产生吹拂作用。 优点：开断能力强，不易产生截流现象，操动机构所需功率小，操作可靠，机械寿命长，固有分闸时间短，可以制造成断口少、单断口电压等级很高的断路器

42、。 缺点：在开断小电感电流和小电容电流时，电弧自身的能量不足以产生灭弧所需要的高气压，这时可以依靠机械辅助压气装置建立气压。,旋弧式灭弧,利用电弧电流产生的磁场力，使电弧沿着某一截面高速旋转 磁场力与电流的大小成正比，电流大则磁场力也加大，仍能使电弧迅速熄灭,旋弧灭弧室有以下特点,利用电流通过磁吹线圈产生的磁场力直接驱动电弧高速旋转，灭弧能力强，大电流时容易开断，小电流时也不产生截流现象 灭弧室结构简单，操作功需求小，使操作机构大大简化，机械可靠性高，成本低 电弧局限在圆筒或在线圈上高速运动，电极烧损均匀，电寿命长,SF6断路器的操动机构,合闸弹簧,分 闸 弹 簧,电 动 机,储 能 指 示,

43、分 闸 指 示,合闸指示,SF6断路器的操动机构,作用：按照规定的操作顺序操动断路器实现分、合闸操作，并分别保持在相应的分、合闸位置 分类： 弹簧机构 液压机构 气动机构,对操动机构的一般要求,具有关合短路电流的能力 保持合闸 具有电动和手动分闸功能并且速度满足要求 自由脱扣 防跳跃 连锁 复位 缓冲 重合闸功能,手动操动机构,靠手力直接合闸的操动机构 断路器的合闸速度与操作人员的情况有很大关系 只能装置在电压较低、短路电流很小的场所中，尤其是直流电源不易解决的场所 优点：结构简单，不要求配备复杂的辅助设备及操作电源 缺点：不能自动重合闸，只能就地操作，不够安全,弹簧操动机构,利用弹簧储能为动

44、力操动断路器的动作 弹簧储能通常由电动机通过减速装置进行 优点：不需要大功率的直流电源；要求电动机的功率小（几百瓦到几千瓦）；交直流两用；适宜于交流操作 缺点：结构比较复杂；零件数量多；加工要求高；随着机构操作功的增大，重量显著增加,液压操动机构,利用液压油作为动力传递介质 操动方式有两种：直接驱动式和储能式 直接驱动式液压操动机构由电动机与油泵产生的高压力油，直接推动活塞，用来操作速度不高、操作功率不大的隔离开关 储能式液压操动机构一般是利用氮气压缩储能、利用液体传递压力，操动断路器分、合闸，并靠液压使断路器可靠地保持在分、合闸位置,液压操动机构的优点,体积小，操作力大，需要控制的能量小 负

45、载特性配合好，操作平稳噪声小 油具有润滑保护作用 速度易调变；容易实现自动控制与各种保护,液压操动机构的缺点,结构比较复杂； 零部件加工精度要求高，如果制造或装配不良，容易渗漏油等； 油系统的工作压力高，运行维修技术的要求也高； 速度特性易受环境温度的影响。,气动操动机构,利用压缩空气作为能源产生推力，与液压操动机构的工作原理相似 还有一些气动操动机构的动作原理与电磁操动机构有些类似，只是利用压缩空气的推力代替了电磁操动机构中的电磁力,气动操动机构的特点,优点： 不需要大功率的直流电源，也不需要敷设大截面的控制电缆，适用于交流操作的变电所。 气动操动机构具有独立的贮气罐。罐内的压缩空气能供气动

46、操动机构多次操作。压缩空气的质量对操动机构工作的可靠性有重要的影响。 缺点： 操作时声响大，零部件的加工精度要求比电磁操动机构高，还需要配备空气压缩装置 。,五、真空断路器,真空断路器,以真空作为灭弧和绝缘介质 真空的绝缘强度比变压器油及三大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。 真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小，要求操动机构提供的能量也小；电弧电压低，电弧能量小，开断时触头表面烧损轻微 真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高,真空灭弧室,真空灭弧室的基本结构,陶瓷外壳 静触头 动触头 电弧屏蔽罩 波纹管,外壳,真空灭弧室的外壳作灭弧室的固定件，并兼有绝缘作用，大多采用如下材料制成： 玻璃 氧

47、化铝陶瓷 微晶玻璃（又称玻璃陶瓷 ）,陶 瓷 灭 弧 室,玻 璃 灭 弧 室,屏蔽罩,防止因燃弧产生的金属蒸汽附着在绝缘外壳的内壁而使绝缘强度降低 是金属蒸汽的有效凝聚面，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，具有提高灭弧室的开断性能，防止降低内表面绝缘性能的作用 屏蔽罩的存在会影响动、静触头间的电场分布，因此，如果屏蔽罩设计得当将有利于触头间绝缘强度的提高,波纹管,一般用不锈钢板制成，在合闸过程中波纹管在允许的弹性变形范围内沿轴向运动。波纹管能在动触头往复运动时保证真空灭弧室外壳的完全密封 从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件 波纹管不能做得很长,真空电弧,不管触头表面如何平整，微观上看总

48、是凹凸不平的 两触头接触时只有少数表面突起部分接触，通过电流 当开断电流时，触头分开 ，电流集中在愈来愈少的少数接触点上，损耗增加，接触点温度急剧升高，出现熔化 ，产生金属蒸气 维持真空电弧的是金属蒸气而不是气体分子,真空电弧阴极斑点痕迹,真空开关的触头,圆盘形触头 横向磁场触头 螺旋槽触头 杯状触头 纵向磁场触头,螺旋槽触头,杯状触头,纵向磁场触头,触头材料,采用纯金属良导电材料（如铜等）作触头材料，分断大电流能力强，并有较好的耐电压性能，截流水平也低，但其抗熔焊性能和耐弧性能不好，难以单独在真空断路器中使用 早期的真空开关的触头几乎都采用钨和钼等耐弧的难熔金属，以获得良好的耐压强度和抗熔焊

49、性 随着合金材料技术研究的不断进步，出现了多种比较理想的合金触头材料,真空断路器的特点,开断能力强，开断后断口间介质恢复速度快，介质不需要更换。 触头开距小，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。 熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。 动导杆的惯性小，适用于频繁操作场合。 开关操作时动作噪音小，适用于城区使用。,真空断路器的特点,触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，通断性能稳定。灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。 在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要维修、检查。即使维修检查，所需时间也很短。 在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。 具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。,第三节 隔离开关,一、 隔离开关的主要作用,在无电流电路上分断电路，形成明显的断口 用以分、合小电流线路 用以转换线路，改变电气系统的接线方式 隔离开关的接地开关刀闸可代替接地线，保证抢修工作安全 某些场合下，快速分断的快分隔离开关