发电厂开关电器讲义.ppt

发电厂开关电器和互感器 开关电器 开关电器主要用来闭合与断开正常电路和故障电路或用来隔离高压电源的 根据开关电器在电路中担负的任务 可以分为下列几类 1 仅用来在正常工作情况下 断开或闭合正常工作电流的开关电器 如高压负荷开关 低压闸刀开关 接触器 磁力启动器等 2 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器 如高 低压熔断器 电路开断后 熔断器必须更换部件后才能再次使用 3 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的开关电器 如高压断路器 低压自动空气断路器等 4 不要求断开或闭合电流 只用来在检修时隔离电压的开关电器 如隔离开关等 隔离开关可作接地开关用 断路器 高压断路器是电力系统中最重要 最复杂的开关电器 起着控制和保护的作用 对高压断路器的基本要求是 在各种情况下应具有足够的开断能力 尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性 根据断路器所采用的灭弧介质及作用原理 可分为下列几种类型 1 油断路器 采用油作为灭弧介质的断路器叫油断路器 2 压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质的断路器 它一般应用于220KV及以上电压级的大系统中 3 六氟化硫 SF6 断路器 采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作灭弧介质的断路器 一般用于220KV电压等级以上 4 真空断路 利用真空的高介质强度来灭弧的断路器 目前主要用在35KV以下装置中 5 自动产气断路器 在断路器的灭弧室内壁有一种产气材料 当断路器动作产生气体吹弧 断路器 高压断路器的基本参数1 额定开断电流断路器在开断操作时 首先起弧的某相电流称为开断电流 在额定电压下 能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流Inborn 它是标志断路器开断能力的一个重要参数 2 额定关合电流Imc衡量断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流Imc Imc 2 55IbrN3 耐受性能断路器在开断短路故障时 短路电流也将流过动 静触头 因此 要求断路器不致因发热和电动力的冲击而损坏 即断路器应有足够的耐受短路电流作用的能力 简称为耐受能力 1 短时热电流 亦称热稳定电流 在规定的时间内 断路器在合闸位置 可能经受的短时热电流有效值 KA 称为短时热电流 或短时耐受电流 2 峰值耐受电流 峰值耐受电流iam 亦称动稳定电流 即在规定的使用条件和性能下 断路器在合闸位置时所能经受的电流峰值 iam imc 2 55IbrN4 操作性能全开断时间 这是指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间 即 t t1 t2全开断时间t由两部分组成 t1称为固有分闸时间 是指从断路器接到分闸命令瞬间到所有各相的触头都分离的时间 t2称为燃弧时间 是指某一相首先起弧瞬间到所有相电弧全部熄灭的时间间隔 5 自动重合闸性能架空线路的短路故障 大多是暂时性故障 当短路电流切断后 故障亦随之消除 为了提高供电的连续性 故多装有自动重合闸装置 自动重合闸就是断路器在故障跳闸以后 经过一定的时间间隔又自动进行再次关合 断路器 1 SF6断路器的基本结构 SF6断路器的基本结构由基座 绝缘支柱 开断元件及操动机构组成 开断元件是断路器用来接通或断开电路的执行元件 它包括触头 导电部分及灭弧室 触头的分合动作是靠操动机构来带动的 开断元件放在绝缘支柱上 使处于高电位的触头及导电部分与地电位部分绝缘 绝缘支柱安装在支柱上 岱海电厂550KV系统选用了苏州阿尔斯通SF6断路器 断路器采用SF6 CF4混合气体绝缘 SF6气体为主绝缘气体 最低工作压力0 86Mpa 断路器为三相 户外瓷柱式 灭弧室单元采用单压力 变开距 双断口形式 主触头采用铜钨合金多相触指式 弧触头采用梅花触头 线路侧断路器断口内装设了合闸电阻 用以限制合闸操作时的过电压 每相断路器采用电动弹簧操作机构 每套机构装设两套独立的电磁跳闸线圈以实现后备跳闸 装设一个合闸线圈实现合闸操作 每相断路器装设机械位置指示器 绿色表示分闸 红色表示合闸 每相断路器操作机构装设动作计数器 以显示断路器合闸次数 六氟化硫 SF6 断路器 2 SF6气体的性能SF6气体是无色 无味 无毒 非燃烧性 亦不助燃的非金属化合物 化学性质非常稳定 热稳定性极好 在常温常压下 其密度均为空气的五倍 它具有很高的电气绝缘特性和灭弧能力 在1个大气压下 SF6的绝缘能力超过空气的2倍 当压力为3个大气压时 其绝缘能力就和变压器油相当 SF6的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍 此外 电弧弧柱的电导率高 燃弧电压低 弧柱能量小 3 SF6断路器的灭弧室结构国产的SF6断路器均为单压式 目前 单压式灭弧室有两种结构 即定开距和变开距结构 1 定开距灭弧室断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距 故称之为定开距 六氟化硫 SF6 断路器 六氟化硫 SF6 断路器 1 压气罩 2 动触头 3 5 静触头 4 压气室 6 固定活塞 7 拉杆 定开距灭弧室灭弧过程示意图 a 断路器在合闸位置 b 压气室内的SF6气体被压缩 c 产生的气流向喷口吹弧 d 熄弧后的开断位置 六氟化硫 SF6 断路器 六氟化硫 SF6 断路器 2 变开距灭弧室 触头的开距在分闸过程中是变化的 故称之为变开距灭弧室 图6 7变开距灭弧室灭弧过程示意图1 主静触头 2 弧静触头 3 喷嘴 4 弧动触头 5 主动触头 6 压气缸 7 逆止阀 8 压气室 9 固定活塞 10 中间触头 六氟化硫 SF6 断路器 图7 8变开距灭弧室灭弧过程示意图 a 合闸位置 b 压气室内SF6气体被压缩并提高压力 c 触头分离产生电弧气流 向喷嘴吹弧 d 熄弧后分闸位置 SF6断路器的特点 1 断口耐压高2 允许断路次数多 检修周期长3 开断性能很好4 占地少5 无噪声和无线电干扰 6 要求加工精度高 密封性能良好 六氟化硫 SF6 断路器 真空断路器 真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质的 所谓真空是相对而言的 指的是绝对压力低于101325Pa 相当于1atm 的气体稀薄的空间 气体的绝对压力值愈低真空度就越高 气体间隙的击穿电压与气体压力有关 击穿电压随气体压力的提高而降低 当气体压力高于1 33 10 2Pa以上时 击穿电压迅速降低 所以真空断路器灭弧室内的气体压力不能高于1 33 10 2Pa 一般在出厂时其气体压力为1 33 10 5Pa 图6 11真空灭弧室的原理结构1 动触杆 2 波纹管 3 外壳 4 动触头 5 屏蔽罩 6 静触头 真空断路器 这种断路器具有灭弧速度快 触头材料不易氧化 寿命长 体积小等特点 岱海电厂6KV部分开关柜和10KV开关柜用真空断路器 断路器本体为组装式 导电部分设置在用绝缘材料制成的极柱套筒内 使得真空灭弧室不受外界影响和机械的伤害 选用弹簧储能机构 三相联动 F C开关 F C开关是由熔断器 F 和接触器 C 组成的开关 熔断器作为短路保护用 接触器作为启动和停止操作用 1 熔断器1KV以上的熔断器称为高压熔断器 1KV以下称为低压熔断器 高压熔断器主要由熔体和本体两部分组成 熔体在过负荷和短路电流作用下被熔断 在熔体的两端之间形成电弧 随着被熔断的熔体两端之间距离的增加 最后电弧熄灭 电路及被切断 高压熔断器又分为限流型和非限流型 高压限流型熔断器的瓷瓶套管内往往充满石英砂 起限流和灭弧作用 非限流型使用最广泛的是跌落式熔断器 其熔体放置于产气的绝缘管中 依靠作用在熔体上的拉力使熔断器保持在合闸位置 当熔体熔断后 锁扣脱扣 绝缘纸管跌落 将电路切断 并形成可见的断点 2 真空接触器接触器是用来远距离接通或开断负荷电流 并适用于频繁起动及控制电动机的低压开关 图接触器工作原理及结构示意图1 灭弧罩 2 静触头 3 动触头 4 衔铁 5 连接导线 6 底座 7 接线端子 8 电磁铁线圈 9 铁芯 10 辅助触点 真空接触器利用真空灭弧室灭弧 用以频繁接通和切断正常工作电流的低压电器 真空接触器主要由真空灭弧室和操动机构组成 真空灭弧室具有通过正常工作电流和频繁切断工作电流时可靠灭弧两个作用 但不能切断负荷电流和短路电流 接触器的基本结构及工作原理如下图所示 F C开关 F C开关 低压开关 低压开关有两种 塑壳式 开关和抽屉式开关 框架式 隔离开关 一 隔离开关的作用及要求隔离开关主要用来隔离电路 在分断状态下有明显可见的断口 在关合状态下 导电系统中可以通过正常的工作电流和故障短路电流 隔离开关没有灭弧装置 除了能开断很小的电流外 不能用来开断负荷电流 更不能开断短路电流 但隔离开关必须具有一定的动 热稳定性 隔离开关的主要用途有 1 利用隔离开关断口的可靠绝缘 使需要检修设备与线路的带电部分隔离 为确保检修工作安全 隔离开关断口间绝缘高于对地绝缘 2 根据运行需要换接线路 在断口两端有并联支路的情况下 可带负荷进行分合闸操作 变换母线接线方式等 3 可用隔离开关分合小容量变压器的空载电流 电压互感器 以及长度不大的空载母线的电容电流 4 对于分断速度较高的快分隔离开关 如与接地刀配合 在某些终端变电所可以代替短路器使用 隔离开关 二 500KV及220KV隔离开关的结构性能1 隔离开关的基本结构隔离开关主要由闸刀片 闸刀嘴 支持绝缘子 底盘及操动机构组成 载流能力和温升隔离开关承受峰值短路电流和短时短路电流时 将不会造成 任何部件机械损坏 触头分离 载流元件绝缘损坏 隔离开关有足够的动稳定和热稳定以承受最大的短路电流 当隔离开关通过额定连续电流和短时热电流时 其温升不超过相关标准规定的温升限值 设计环温为40 C 2 在操作过程中如果发生带负荷拉 合隔离开关时 1 带负荷拉错隔离开关时 在刀片刚离开固定触头时 便发生电弧 这时应立即合上 可以消除电弧 避免事故 但是隔离开关已全部拉开 则不许将误拉的隔离开关再合上 2 带负荷合闸刀时 即使发现合错 也不准将闸刀再拉开 因为带负荷拉闸刀将造成三相弧光短路事故 隔离开关与断路器配合使用时 要有机械的或电气的连锁 以保证动作的次序 即在断路器开断电流之后 隔离开关才分闸 在隔离开关合闸之后 断路器再合闸 在隔离开关上装有接地刀闸时 主刀闸与接地刀闸之间应具有机械的或电气的连锁 以保证动作的次序 即在主刀闸没有分开时 保证接地刀闸不能合闸 在接地刀闸没有分闸时 保证主刀闸不能合闸 三 户内隔离开关在电流较大的户内式隔离开关中 为了增强对短路电流的稳定性 有时采用磁锁装置 磁锁装置的作用原理如图所示 当短路电流沿着并行刀闸l流经静触头3时 由于铁片2的磁力作用使刀片互相吸引 因此增加了刀片对静触头的接触压力 增加了触头系统对短路电流的稳定作用 隔离开关 图7 16户内式隔离开关的典型结构 a 三相外形 b 单相结构1 底座2 支柱绝缘子3 静触头4 转动绝缘子5 刀闸6 转轴 隔离开关 CompanyLogo 磁锁装置的作用原理l 并行刀闸2 铁片3 静触头 隔离开关 互感器 互感器是电力系统中供测量仪表 继电保护和自动装置等二次设备获取相关电气一次设备回路信息的传感器 互感器的作用是 1 使高压装置与测量仪表和继电器在电气方面很好的隔离 保证工作人员的安全 2 使测量仪表和继电器标准化和小型化 并可采用小截面电缆进行远距离测量 3 当电路上发生短路时 保护测量仪表的电流线圈 使它不受大电流的损害 4 能使用简单而经济的标准化仪表和继电器 并使二次回路接线简单为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全 互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地 以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压 互感器包括电流互感器和电压互感器两大类 主要是电磁式的 电容式电压互感器 在超高压系统中被广泛应用 一 电磁式电流互感器它的工作原理与变压器相似 其原理接线如右图所示 其特点有 1 一次绕组串联在被测电路中 匝数很少 一次绕组中的电流完全取决于被测电路的电流 而与二次电流无关 2 二次绕组匝数多 且所串联的仪表或继电器的电流线圈阻抗很小 所以正常运行时 电流互感器接近于在短路状况下工作 互感器 电流互感器原理接线图1 电流互感器铁芯2 次绕组3 二次绕组4 电流表5 电流继电器6 用电负荷 电流互感器二次侧开路的影响电流互感器正常工作时二次侧接近于短路状态 当电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态时 二次绕组将在磁通过零前后 感应产生很高的尖顶波电动势 其值可达数千甚至上万伏 与电流互感器额定互感比及开路时一次电流值有关 将危及工作人员人身安全 损坏仪表和继电器的绝缘 由于磁感应强度骤增 会引起铁芯和绕组过热 此外 在铁芯中还会产生剩磁 使互感器准确级变低 因此 当电流互感器一次绕组通有 或可能出现 电流时 二次绕组是不允许开路的 电流互感器 二 电压互感器目前电力系统广泛应用的电压互感器 用TV表示 按其工作原理可分为电磁式和电容分压式两种 对于500KV及以上电压等级 我国只生产电容分压式 本节将着重分析此种互感器 一 电磁式电压互感器1 电磁式电压互感器的工作原理电磁式电压互感器的工作原理 构造和接线方式都与变压器相似 它与变压器相比有如下特点 1 容量很小 通常只有几十到几百伏 安 2 电压互感器一次侧的电压U1为电网电压 不受互感器二次侧负荷的影响 一次侧电压高 需有足够的绝缘强度 3 互感器二次侧负荷主要是测量仪表和继电器的电压线圈 其阻抗很大 通过的电流很小 所以电压互感器的正常工作状态接近于空载状态 CompanyLogo 电压互感器 CompanyLogo 电压互感器 2 电容式电压互感器随着电力系统输电电压的增高 电磁式电压互感器的体积越来越大 成本随之增高 因此研制了电容式电压互感器 又称CVT 1 电容式电压互感器的工作原理电容式电压互感器采用电容分压原理 如图所示 在图中 U1为电网电压 Z2表示仪表 继电器等电压线圈负荷 U2 UC2 因此U2 UC2 U1 C1 C1 C2 KuU1式中Ku 分压比 Ku C1 C1 C2 由于U2与一次电压U1成比例变化 故可以U2代表U1 即可测出相对地电压 电压互感器 电压互感器 电容式电压互感器结构原理图 CCV系列电容式电压互感器结构图1 电容器 2 瓷套管 3 高介电强度的绝缘油 4 密封设施 5 膜盒 6 密封金属箱 7 阻尼器 8 低压接线盒 2 电容式电压互感器的基本结构电容式电压互感器主要元件是 电容 C1 C2 非线性电感 补偿电感线圈 L2 中间电磁式电压互感器TV 为了减少杂散电容和电感的有害影响 增设一个高频阻断线圈L1 它和L2及中间电压互感器一次绕组串联在一起 L1 L2上并联放电间隙E1 E2 以资保护 电容 C1 C2 和非线性电感L2和TV的一次绕组组成的回路 当受到二次侧短路或断路等冲击时 由于非线性电抗的饱和 可能激发产生次谐波铁磁谐振过电压 对互感器 仪表和继电器造成危害 并可能导致保护装置误动作 为了抑制高次谐波的产生 在互感器二次绕组上装设阻尼器D 阻尼器D具有一个电感和一电容并联 一只阻尼电阻被安插在这个偶极振子中 电压互感器 变频器 简要工作原理 交流异步电机的机械特性公式n 60f p 1 s n 电机转速f 给电机供电的交流电频率p 电机极对数s 转差率交流同步电机的机械特性公式n 60f pn 电机转速f 给电机供电的交流电频率p 电机极对数 变频器 简要工作原理 变频器变频器是交流电气传动系统的一种 是