发电厂电气部分课件全书课件完整版ppt全套教学教程最全电子教案电子讲义(最新)

1、发电厂电气部分 第1章 绪论教 学 要 求了解我国电力工业发展概况掌握电力系统的基本概念了解发电厂、变电站的常见类型了解常用电气设备了解电气主接线和配电装置的概念电力工业发展概况 易于转化 便于远距离输送（输电线路、电缆） 电能集中，分配自由 速度快（30万km/s），能量大，能做到约时停送电电能的优点全国各大区电网分布图1972年建成第一条330kV输电线路（刘家峡陕西关中，全长534km）。1981年建成第一条500kV输电线路（河南平顶山武汉，全长595km）。1989年建成第一条500kV直流输电线路（葛洲坝上海，全长1046km）2005年建成第一条750kV输电线路（青海官亭甘肃兰

2、州，全长140km）2007年开工建设第一条1000kV输电线路（晋东南南阳荆门，全长645km）电网电压等级 一、电力系统及电力网 1.1 发电厂和变电所的类型 GMM发电厂升压变电所降压变电所输电线路用户电力网电力系统电力网及电力系统图示电力系统=发电厂+升、降压变电所+输电线路+用户电力网=升、降压变电所+输电线路2.电力系统应满足的基本要求（1）保证可靠地持续供电，完成年发电量计划。供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至威胁人身和设备安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此电力系统运行要满足可靠持续的供电。（2）保证良好的电能质量 电压：允许偏

3、移范围：35kV及以上：5；10kV及以下：7；低压照明及农业用电：105。频率：大容量系统：0.2Hz；小容量系统：0.5Hz。波形：以畸变率是否超过给定的值来衡量。所谓畸变率是指各次谐波有效值的平方和的方根值与基波有效值的百分比。给定的畸变率常因供电的电压等级而异。如：380/220V电压等级为5，10kV为4。 1、火电厂（总装机：60132万千瓦，约占75.87 ） （ 煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动，带动发电机旋转化学能 热能机械能电能分为： 凝汽式发电厂（专供发电） 热电厂（发电兼供热） 发 电 厂凝汽式火电厂工作原理图（1）凝汽式火电厂 生产过程：煤粉在锅炉中燃烧，使锅炉中的

4、水加热变成过热蒸汽，经管道送往气轮机。气轮机带动发电机旋转，再将机械能变为电能。在气轮机做过功的蒸汽排入凝汽器，循环水将排汽迅速冷却凝结，由凝结水泵将凝结水送入除氧器，除去水中的气体，而后由给水泵重新送回锅炉。由于在凝汽器中大量的热量被循环水带走，因此，凝汽式电厂的效率低，只有3040。（2）热电厂热电厂与凝汽式电厂不同之处是：气轮机中部分做过功的蒸汽从中段抽出来直接给用户供热，或经过热交换器将水加热后，把热水供给给用户。这样便可减少被循环水带走的热量，提高效率。现代热电厂的效率达6070。但是运行方式不如凝汽式电厂灵活。 2、水 电 厂（总装机17152万千瓦，约占21.64 ）（利用水的落

5、差、流量）水能 机械能 电能 优点：其生产过程简单、污染小、发电成本低 缺点：建设投资大、工期长、受气候、水文条件影响大，分丰水期和枯水期。水电厂工作原理图（1）坝式水电厂 在河上游选择地质条件较好的适当位置，修建拦河坝，形成水库，抬高上游水位，使坝的上下游水位形成较大的落差，引水发电。 坝后式水电厂河床式水电厂（2）径流式水电厂由引水系统将天然河道的落差集中进行发电的水电站。适宜建在河道多弯曲或河道坡降较陡的河段。避免建造过高的拦水建筑物。径流式水电厂（3）抽水蓄能电厂 一种特殊的水电厂，当电力系统低谷负荷时，发电机变电动机运行，将下游水库的水抽到上游，当电力系统高峰负荷时，上游水库放水，电

6、动机变发电机运行发电 。3、核 电 厂（总装机885万千瓦，约占1.24）利用铀(或钚）在反应堆核裂变 热能（汽轮机）机械能 电能 如：浙江秦山核电站（2X60万kw） 大亚湾核电站 （2X90万kw） 阳江核电站 （2X90万kw）特点：a.消耗燃烧少-如容量为50万kw的大电厂，需燃烧150万吨/年;而容量为50万kw的大电厂，需铀燃料20吨/年。 b.燃烧时不需要空气助燃 c.容量越大越经济 d.有放射性污染变 电 所一、作用：变换电能电压、接受和分配电能。二、分类： 根据其在系统中的地位和作用分为以下几类：（1）枢纽变电所：一般为500kV或220330kV，变电所容量特别大，出线数目

7、多，全所停电将引起系统解列，造成大面积停电。（2）中间变电所：一般为220kV，起连接作用，一般出线数目不多。（3）地区变电所：主要给所属地区供电，一般为220kV。（4）终端变电所：接线简单，位于负荷点附近，电压一般为35kV及以下。1.2 发电厂变电所电气设备概述名词解释：1一次设备：直接生产、转换和输配电能的设备。2二次设备：对一次设备的工作进行监察测量、操作控制和保护等的辅助设备。3电气接线：各种电气设备根据工作要求和他们的作用，依一定的顺序用导线连接成的电路。4额定电压：电气设备长期工作时，其技术性能和经济性能最佳时的电压。5额定电流：在一定的基准环境温度下，允许长期通过设备的最大电

8、流，并且此时设备的绝缘和载流部分被长期加热的最高温度不超过所规定的允许值。一、一次设备变 压 器发 电 机电 动 机断 路 器隔 离 开 关熔 断 器母 线架 空 线电 力 电 缆调 相 机电力电容器消弧线圈并联电抗器电流互感器电压互感器避 雷 线避 雷 器避 雷 针返回二、二次设备测量仪表继电器硅整流设备高频阻波器三、电气接线和装置1电力工程技术中表示电气接线的方法： （1）电路图：用图形符号按工作顺序排列，详细表示电路、设备等的全部基本组成和连接关系。不考虑实际位置。 目的：理解原理，分析和计算电路特性。表示一次电路的图叫一次电路图，表示二次电路的图叫二次电路图。 （2）接线图：所表示的设

9、备与实际布置一致。 目的：进行接线和检查，其图形符号如书图所示。2画法： （1）单线图：用一相图表示三相交流电路。 应用：设计、运行、安装工作中。 （2）多线图：详细的表明每一相接线的图。 应用：表示局部电路的具体情况。 电气工作人员对所有电气设备的监视和操作控制在专门的控制室内进行。在控制室装有测量、监察、保护、操作、信号等必要的二次设备。某火电厂的电气主接线图返回1.3 电气设备的额定电压和额定电流1、额定电压电力网的额定标准电压(kV)：0.22、0.38（低压）3、6、10、35、60、110、220（高压）330、500 、750（超高压）1000 （特高压）额定电压的确定方法用电设

10、备的额定电压=电力网的额定电压发电机的额定电压=1.05电力网额定电压变压器的额定电压： 一次侧相当于用户，其额定电压=电力网的额定电压，但与发电机直接相连的=1.05电力网的额定电压 二次侧相当于电源，其额定电压=1.1电力网的额定电压，但35kV及以下阻抗电压小于7.5%） =1.05电力网的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压（kV）用电设备额定电压与电力网额定电压 发电机额定电压 变压器额定电压 原边绕组 副边绕组 接电力网 接发电机 0.220.230.220.230.23 0.380.400.380.400.40 33.1533.153.15及3.3 66.366.36.3及

11、6.6 1010.51010.510.5及11 353538.5 606066 110110121 220220242 330330363 500500550 750750825返回2、额定电流 我国的基准环境温度如下：电力变压器和电器（周围空气温度） 40发电机（冷却空气温度） 3540裸导线、绝缘导线、裸母线（周围空气温度） 25电力电缆： 空气中敷设 30 直埋敷设 253额定容量 变压器的额定容量用视在功率（VA）表示，发电机一般用有功功率（W）表示，电动机也多用有功功率表示，电力电容器的容量多用无功功率表示（var） 。作业：1.2 发电厂和变电所的类型有哪些？分别说明发电厂的生产过

12、程和变电所的作用。1.4 电气一次设备和二次设备的作用及范围是什么？第2章 开关电器中的电弧及灭弧原理一、电弧现象1电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。如10kV少油断路器开断20kA的电流时，电弧功率高达10000kW以上，造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的物理化学变化，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。如果电弧长期不灭，将会引起电器被烧毁甚至爆炸，危机电力系统的安全运行，造成重大损失。所以，切断电路时，必须尽快熄灭电弧。2电弧是导体。开关电器的触头虽然已经分开，但是触头间如有电弧存在，电路就还没有断开，电流仍然存在。3电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维持电弧稳定燃烧

13、所需的电压很低。如，大气中1cm长的直流电弧的弧柱电压只有1530V，在变压器油中也不过100200V。4电弧是一束游离气体，质量很轻，容易变形，在外力作用下（如气体、液体的流动或电动力作用）会迅速移动、伸长或弯曲，对敞露在大气中的电弧尤为明显。如，在大气中开断交流110kV、5A的电流时，电弧长度超过7m。电弧移动速度可达每秒几十米至几百米。一、电弧的产生与维持1强电场发射 开关电器的触头分离时，动静触头间的压力不断下降，接触面积减小，因而接触电阻增大，温度剧升。另一方面，触头开始分离时，触头间距很小，即使电压很低，只有几百伏甚至几十伏，但是电场强度却很大。由于上述原因，阴极表面可能向外发射

14、电子，这种现象称为强电场发射。2.1 电弧的产生和物理特性2热电子发射 触头是由金属材料制成的，在常温下，金属内部就存在大量的自由电子，当开关开断电路时，在触头分离的瞬间，由于大电流被切断，在阴极上出现强烈的炽热点，从而有电子从阴极表面向四周发射，这种现象称为热电子发射。发射电子的多少与阴极材料及表面温度有关。3碰撞游离 从阴极表面发射出来的电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动。并不断与中性质点碰撞，如果电场足够强，电子所受的力足够大，且两次碰撞间的自由行程足够大，电子积累的能量足够多，则发生碰撞时就可能使中性质点发生游离，产生新的自由电子和正离子，这种现象称为碰撞游离。新产生的自由电子在电

15、场中作加速运动又可能与中性质点发生碰撞而产生碰撞游离。结果使触头间充满大量自由电子和正离子。使触头间电阻很小，在外加电压作用下，带电粒子作定向运动形成电流，使介质击穿而形成电弧。4热游离 处于高温下的中性质点由于高温而产生强烈的热运动。相互碰撞的结果而发生的游离称为热游离。作用：维持电弧的燃烧。一般气体发生热游离的温度为900010000，而金属蒸汽约为40005000。因为电弧中总有一些金属蒸汽，而弧柱温度在5000以上，所以，热游离足以维持电弧的燃烧。二、电弧的去游离 去游离：在电弧中，介质因游离而产生大量带电粒子的同时，还会发生带电粒子消失的相反过程，称为去游离。1.复合：异号带电粒子相

16、互吸引而中和成中性质点的现象。 在电弧中，电子的运动速度远大于正离子，所以电子与正离子直接复合的可能性很小，复合是借助于中性质点进行的，即电子在运动过程中，先附着在中性质点上，形成负离子，然后质量和运动速度大致相等的正、负离子复合成中性质点。 既然复合过程只有在离子运动的相对速度不大时才有可能，若利用液体或气体吹弧，或将电弧挤入绝缘冷壁做成的狭缝中，都能迅速冷却电弧，减小离子的运动速度，加强复合过程，此外增加气体压力，使气体密度增加，也是加强复合过程的措施。2扩散：弧柱内带电粒子逸出弧柱以外进入周围介质的一种现象。 扩散是由于带电粒子不规则的运行，以及电弧内带电粒子的密度大于电弧外，电弧中的温

17、度远高于周围介质的温度造成的。电弧和周围介质温差愈大，以及带电粒子密度差越大，扩散作用愈强。在高压断路器中，常采用气体吹弧，带走大量带电粒子，以加强扩散作用，扩散出来的正负离子，因冷却而加强复合，成为中性质点。 若游离作用大于去游离作用，则电弧电流增大，电弧愈加强烈燃烧；若游离作用等于去游离作用，则电弧电流不变，电弧稳定燃烧；若游离作用小于去游离作用，则电弧电流减小，电弧最终熄灭。所以，要熄灭电弧，必须采取措施加强去游离作用而削弱游离作用。三、电弧特性1电弧电压沿弧长的分布 电弧形成后，电弧电压沿弧长的分布可分为三个部分。如图41所示，电弧电压降由阴极电压降U1、弧柱电压降U2、阳极电压降U3

18、三部分组成，即电弧电压UhU1U2U3。阴极区+弧柱区阳极区LUUh0U1U2U3 图41 电弧电压沿弧长分布2电弧按照电压分布的分类 （1）长弧：电极间距离长，阴极和阳极电压降可以忽略不计。 （2）短弧：电极间距离短，弧柱电压忽略不计。3电弧的伏安特性（1）直流电弧的伏安特性 曲线1是在电流变化很慢，曲线上每一点的游离与去游离都达到平衡，电弧处于稳定燃烧的状态，故称为静态特性。 曲线2为电流很快从a点增加的曲线。 曲线3为电流很快从b点减小的曲线。iua2130b直流电弧的伏安特性（2）交流电弧的伏安特性 在交流电路中，电流的瞬时值不断地随时间变化，因此电弧的特性应是动态特性，并且交流电流每

19、半个周期经过一次零值。电流过零值时，电弧自动熄灭。如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重新燃烧。ui0ABC交流电弧的伏安特性2.2 直流电弧的熄灭 1. 增大回路电阻2. 将长电弧分割为多个短电弧3. 增大电弧长度4. 使电弧与耐弧度绝缘材料紧密接触2.3 交流电弧的熄灭1弧隙介质强度的恢复过程2弧隙电压的恢复过程3交流电弧的熄灭条件 ud(t)ur(t)（一）弧隙介质强度的恢复1弧隙介质强度的恢复过程 在电弧电流过零之前，弧隙中的空间充满了电子和正离子。当电弧电流流过零熄灭后，电极极性发生改变，弧隙中的电子迅速奔向新阳极，比电子质量大一千多倍的正离子，相对电子而言则基本

20、未动，所以在新阴极附近形成正空间电荷。2电流过零后电荷和电压沿短弧隙的分布情况。如图所示，电压主要降落在阴极附近的薄层空间。此薄层空间的耐压约为150250V的介质强度。近阴极效应：阴极附近电介质强度出现突然升高的现象。（二）、弧隙电压的恢复 弧隙电压的恢复过程，即恢复电压的变化过程，与电路参数、负荷性质有关。0（b）（a）ux2.4 熄灭交流电弧的基本方法1采用灭弧能力强的灭弧介质2利用气体或油吹弧3采用特殊的金属材料作灭弧介质4采用多断口熄弧5提高断路器触头的分离速度6低压开关的灭弧方法 （1）利用金属灭弧栅灭弧 （2）利用固体介质狭缝灭弧（1）变压器油:变压器油在电弧高温的作用下，分解出

21、大量氢气和油蒸汽，氢气的绝缘和灭弧能力是空气的7.5倍。（2）压缩空气：压力：2MPa，分子密度大，质点的自由行程小，不易发生游离。（3）SF6气体：良好的负电性气体，氟原子吸附电子能力很强，能迅速捕捉自由电子形成负离子，对复合有利。 （4）真空：真空气体压力低于133.3104Pa，气体稀薄，弧隙中的自由电子和中性质点都很少，碰撞游离的可能性大大减少，而且弧柱内与弧柱外带电粒子的浓度差和温差都很大，有利于扩散。其绝缘能力比变压器油、1个大气压下的SF6 、空气都大。返 回 高压断路器中利用各种预先设计好的灭弧室，使气体或油在电弧高温下产生巨大压力，并利用喷口形成强烈吹弧。即起到对流换热、强烈

22、冷却弧隙的作用，又起到部分取代原弧隙中游离气体或高温气体的作用。电弧被拉长、冷却变细，复合加强，同时吹弧也有利于扩散，最终使电弧熄灭。返 回 常有的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等，在电弧高温作用下不易熔化和蒸发，有较高的抗电弧、抗熔焊能力，可以减少热电子发射和金属蒸汽，抑制游离的作用。返 回采用多断口串联，可把电弧分割成多段，在相同的触头行程下电弧拉长速度和长度比单断口大，从而弧隙电阻增大，同时加在每个断口上的电压降低，使弧隙恢复电压降低，因而有利于灭弧。返 回 加快断路器的触头分离速度可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面积突然增大，有利于电弧的冷却及带电质点的扩散和复

23、合，从而加速电弧的熄灭。返 回 灭弧栅由许多带缺口的钢片制成，当断开电路时，动、静触头间产生电弧，磁通对电弧产生一个向上的电磁力，将电弧拉入灭弧栅片，从而将电弧分割成一串短电弧。根据近阴极效应，当电流过零时，每个短电弧的阴极都会出现150250V的介质强度，如果其总和超过触头间的电压，则电弧熄灭。返 回灭弧栅由耐高温的绝缘材料制成，有多种形式，图中为最简单的直缝式，磁吹线圈与电路串联或并联。当触头断开而产生电弧后，在磁吹线圈磁场的作用下，对电弧产生电动力，将电弧拉入灭弧片的狭缝中。狭缝限制了电弧直径，增加了弧隙压力，同时电弧被拉长，并与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用，加强电弧内的复合过程，最

24、终使电弧熄灭。返 回第3章 低压开关电器 低压开关电器是用来接通或断开交流1000V以下和直流1500V以下交流和直流电路的开关电器。常用的低压开关有刀开关、接触器、磁力启动器和自动空气开关等。3.1 刀开关1作用： 用于不频繁地手动接通和分断低压电路的正常工作电流或作隔离开关的作用。一般用于额定电流1500A，只能手动操作，为了能在短路或过负荷时自动切断电路，闸刀开关必须与熔断器配合使用。2分类按极数分：单极、双极、三极。按灭弧结构分：带灭弧罩和不带灭弧罩。按操作方式分：中央手柄式、侧面手柄式和杠杆式。按转换方向分：单投和双投。3.2 接触器1.作用用于远距离接通和断开负荷电流的低压开关，但

25、不能切断短路电流和过负荷电流，必须与熔断器配合使用。 2.基本结构3.3 磁力启动器磁力启动器由三极交流接触器、串接在两相中的两个热继电器、以及按钮组成。用来远距离控制三相异步电动机（在发电厂和变电所，一般用于40KW及以下的异步电动机）的起动、停止和正反运转，并可兼作电动机的低压和过负荷保护；但是不能断开短路电流，必须与熔断器配合使用。3.4 自动空气开关简称自动开关，是低压开关中性能最完善的开关，它不仅可以切断电路的负荷电流，而且可以断开短路电流，常用在低压大功率电路中作主要控制电器，如低压配电中变电所的总开关，大负荷电路和大功率电动机的控制等。当电路发生过负荷、短路、电压降低或失压时，自

26、动开关都能自动切断电路。但不适用于频繁操作的电路。 4结构和工作原理 （1）结构：由熔管、金属熔体、支持熔体的触刀及绝缘支持件组成。 （2）工作原理：熔断器串联接入被保护电路中，在正常工作情况下，由于电流较小，通过熔体时熔体温度虽然上升，但不致熔化，电路可靠接通；一旦电路发生过负荷或短路，电流增大，熔体由于自身温度超过熔点而熔化，将电路切断。总述：高压开关电器按其功能与作用分为高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关及熔断器等总述：高压断路器是电力系统中最重要最复杂的电气设备之一。它具有完善的灭弧装置和高速传动机构，能接通和断开各种情况下高压电路中的电流，用以完成主接线运行方式的改变和尽快切除故

27、障电路。一、高压断路器的用途及对它的基本要求 在发电厂和变电所中，高压断路器是1000V以上电路中的重要控制设备。1作用：正常运行时，接通和断开负荷电流；故障时，用来迅速断开短路电流，切除故障电路。2基本要求 （1）合闸状态为良好的导体，不但能通过正常的负荷电流，即使通过短路电流时，也不应因热和电动力的作用而损坏。 （2）分闸状态时应有良好的绝缘性。在规定的环境条件下，能承受相对地电压以及一相内断口间的电压。 （3）开断规定的短路电流时，应有足够的开断能力和尽可能短的开断时间。一般在开断临时性故障后，要求能进行重合闸。 （4）在接通规定的短路电流时，短时间内断路器的触头不能产生熔焊等情况。 （

28、5）在制造厂的技术条件下，高压断路器要能长期可靠地工作，有一定的机械寿命和电气寿命。 此外，高压断路器还应有机构简单、安装、检修方便、体积小、重量轻等优点。二、高压断路器类型1根据安装地点分类：户内和户外。2按灭弧介质分类（1）油断路器：多油断路器少油断路器（2）空气断路器 空气断路器以压缩空气作为灭弧介质，具有灭弧能力强、动作迅速等优点。但结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗多。因此，空气断路器用在110kV及以上的电力系统中。 压缩空气断路器的灭弧性能与空气压力有关，空气压力愈高，绝缘强度愈高，灭弧性能也愈好，在0.7MPa压力下的绝缘强度与新鲜的绝缘油相当，我国一般选用的压力为2MPa。（

29、3）SF6断路器 SF6断路器采用具有优良的灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质。具有开断能力强、动作快、体积小等优点。但金属消耗多，价格较贵。SF6断路器也是近几年来发展起来的一种新型断路器。可是SF6价格昂贵，结构复杂，还需要回收装置。同样SF6断路器存在一个泄漏问题，泄汛出的SF6气体与空气作用的结果，生成的低氟化硫有毒，会对人体带来危害。但是SF6断路器的缺点正在克服，今后110kV以上的高压系统，SF6断路器是主要发展方向。（4）真空断路器 真空断路器是在高度真空中灭弧。它的优点是可以频繁操作，维护工作量小，体积小等。真空断路器用于灭弧的动、静触头封在真空泡内，利用真空作为绝缘

30、介质和灭弧介质，因而带来了其它类型断路器无法比拟的优点。国际上一些工业发达的国家，都致力于真空断路器的开发和应用。一些著名的电气制造公司，如美国的通用电器公司、德为的西门子公司、日本的东芝、日立公司，英国的通用电气公司等都有规模宠大的真空断路器研究机构和制造工厂。这些国家在中压等级的断路器中，真空断路器的生产量达到以上。在我国真空断路器的生产和使用可以说是刚刚起步，就显示了强大的生命力，在电压等级较低（335kV）要求频繁操作、户内装设的场合，真空断路器作为今后一个时期的方向性产品，是毋庸置疑的。 户外真空断路器户内真空断路器三、高压断路器的型号 高压断路器的类型很多，目前我国断路器的型号根据

31、国家技术标准的规定，一般由文字符号和数字按以下方式组成： 1 2 34 5/67 8 其代表意义为：1产品字母代号，用下列字母表示：S少油断路器；D多油断路器；K空气断路器 ；L六氟化硫断路器；Z真空断路器；Q产气断路器；C磁吹断路器。2装置地点代号，N户内；W户外。3设计序号，以数字1、2、3、4 表示。4额定电压，kV。5其他补充标志，C手车式；G改进型；W防污型；Q防震型；F分相操作型。6额定电流，A。7额定开断电流，kA。8特殊环境代号。 四、高压断路器的基本技术参数通常用下列技术参数表示高压断路器的基本性能1额定电压 额定电压是表征断路器绝缘强度的参数。它是断路器长期工作的标准电压。

32、我国的标准规定，高压断路器的额定电压有以下各级：3、6、10、20、35、60、110、220、330、500kV。 为了适应电力系统工作的要求，断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3220kV各级，其最高工作电压较额定电压约高15左右，对330kV及以上的最高工作电压较额定电压高10。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。2额定电流 额定电流是表征断路器通过长期电流能力的参数。即断路器允许连续长期通过的最大电流。通过这一电流时，断路器各部分（如接触部分、端子及导体连接部分、与绝缘体接触的金属部分）的允许温度不超过国家标准规定的数值。 断路器在正常使用环境条件规定为：周围空

33、气温度不高于40，海拔不超过1000m。当周围环境温度高于40但不高于60时，周围环境温度每增高1，额定电流减少1.8。当周围环境温度低于40时，周围环境温度每降低1，额定电流增加0.5，但最大不超过20%。 我国的高压断路器额定电流值为200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、63000、8000、10000、12500、16000、20000A等。3额定开断电流 表征断路器开断性能的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大短路电流，称为额定开断电流。其数值用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量的有效值表示，单位kA。4动稳定

34、电流 表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。短路电流值为最大峰值，称为动稳定电流，又称为极限通过电流。5关合电流 关合电流是表征断路器关合电流的能力的参数。断路器在接通电路时有可能会出现短路故障。此时需要关合很大的短路电流。可能会使触头熔焊，使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值称为额定关合电流，与动稳定电流在数值上相等，二者都为冲击电流。即为额定开断电流的2.55倍。6热稳定电流和热稳定电流的持续时间 热稳定电流也是表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允

35、许通过电流的最大周期分量有效值。此时断路器不应因电流短时发热而损坏。热稳定电流等于开断电流。7合闸时间与分闸时间 表征断路器操作性能的参数。各种型号断路器的分、合闸时间不同，但要求迅速。 （1）合闸时间：从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接通这段时间。 （2）分闸时间： （1）固有分闸时间：操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。 （2）熄（燃）弧时间：从触头分离到各相电弧熄灭这段时间。也称全分闸时间。8断路器的机械和电气寿命 断路器多次分合可造成触头及操动机构等可动部分的机械磨损，我国标准规定，在常温下连续进行2000次操作，试验中不允许进行任何机械调整及修理，但允许按照制造厂的规定进行润

36、滑。对用于频繁操作的场所或有特殊要求的断路器，其试验次数程序由有关专业标准或用户同制造厂协商确定。 当断路器分合大电流时，由于产生电弧，热能会使触头及喷口烧损，将使开断性能大大降低，这就有了断路器的电气使用寿命，也称电寿命的问题。 关于电气的使用寿命，在标准上规定只要满足一次标准循环即可。对于较重要的断路器，每次开断短路之后都进行停电检修是不太合适。因此，用户迫切希望具有一次动作循环以上的耐用性能。目前断路器电寿命试验主要依据用户技术条件要求进行。如：对于12kV、31.5kA级少油断路器一般做额定短路开断3次，这主要考虑油的劣化因而需检修换油。同一等级真空断路器开断额定短路电流50次。而我国

37、对220kV SF6断路器电寿命约做20次额定短路电流的开断。对于开断频度不很高的场合，基本上可以满足10年以上不检修。 4.2.2真空断路器户内真空断路器户外真空断路器真空灭弧室二、真空断路器灭弧室结构和工作原理真空断路器灭弧室结构图真空断路器极住剖视图三、真空断路器的类型悬臂式真空断路器落地式真空断路器 4.2.3 六氟化硫断路器一、SF6气体性能1物理化学性质：SF6分子以硫原子为中心、六个氟原子对称地分布在周围形成的呈八面体结构。氟原子有很强的吸附外界电子的能力，SF6分子捕捉电子后成为低活动性的负离子，对去游离有利；另外，SF6分子较大，使得电子的自由行程减小，从而减少碰撞游离的发生

38、。SF6为无色、无味、无毒、不可燃、不助燃的非金属化合物；在常温常压下，密度为空气的5倍；常温下压力不超过2MPa时仍为气态。热传导能力比空气好。SF6的化学性质非常稳定。在干燥情况下，温度低于110时，与铜、铝、钢等材料都不发生作用；温度高压150时，与钢、硅钢开始缓慢作用；温度高于200时，与铜、铝才发生轻微作用；温度达500600时，与银也不发生作用。SF6的稳定性极好，但在有金属存在的情况下，热稳定性大为降低。2绝缘和灭弧性能绝缘性能：SF6气体的绝缘性能稳定，不会老化变质。当气压增大时，其绝缘能力也随之提高。在0.1MPa下，绝缘能力超过空气的2倍；在0.3MPa时，其绝缘能力和变压

39、器油相当。灭弧性能：SF6在电弧的作用下分解成低氟化物，但需要的分解能却比空气高得多，因此，SF6分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。当电弧电流流过零时，低氟化物则急速再结合成SF6 ，故弧隙介质强度恢复过程极快。故SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气得100倍。二、SF6断路器灭弧室工作原理分闸状态灭弧室特写 合闸状态灭弧室特写落地罐式4.2.4 断路器的操动机构 一、操动机构的用途和类型 断路器的操动机构是用来使断路器分闸、合闸并将断路器保持在合闸位置的设备。在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构。1操动机构的基本要求：（1）应具有足够的操作功率 在电网正常工作时，用操动

40、机构使断路器关合，这时电路中流过的是工作电流，关合是比较容易的。但在电网事故情况下，如断路器关合到有预伏性短路故障时，情况要严重得多。因为断路器关合时，电路中出现的短路电流可到达几万安以上。断路器导电回路受到的电动力可达几千牛以上，另一方面，电动力又常常是阻碍断路器关合的，因此在关合有预伏性短路故障的电路时，由于电动力过大，断路器有可能出现触头不能关合，从而引起触头严重烧伤，油断路器出现严重喷油甚至爆炸等严重事故。因此，断路器应具有关合故障电路的能力。（2）要求动作迅速 通常要求快速断路器的全分闸时间不大于0.08S，近代高压和超高压断路器甚至要求为0.020.04S，在断路器全分闸时间中，固

41、有分闸时间约占一半以上，它与操动机构结构有关。（3）要求操动机构工作可靠，结构简单，体积小，重量轻，操作方便等。2操动机构的类型操动机构依据能量形式的不同可分为：手动操动机构（CS）：电磁操动机构（CD）：电动机操动机构（CJ）：弹簧操动机构（CT）：气动操动机构（CQ）液压操动机构（CY）手动操动机构（CS）优点：（1）结构简单、价廉； （2）不需要合闸能源。缺点：（1）不能遥控和自动合闸； （2）合闸能力小； （3）就地操作、不安全。应用：用于12kV以下，开断电流小的断路器。电磁操动机构（CD）优点：（1）结构简单、加工容易； （2）运行经验多。缺点：（1）需要大功率的直流电源； （2）

42、耗费材料多。应用：过去126kV及以下的油断路器大部分采用电磁操动机构，但不是发展方向。 电动机操动机构（CJ）优点：可用交流电源。缺点：要求电源的容量较大（但小于电磁操动机构）应用：只用于容量较小的断路器，国内很少生产。弹簧操动机构（CT）： 优点：（1）要求电源的容量小； （2）交、直电源都可用； （3）暂时失去电源时仍 能操作一次。缺点：（1）结构较复杂； （2）零部件的加工精度 要求高。应用：（1）用于中、小型断路器， 是发展方向。弹簧操动机构动画弹簧储能气动操动机构（CQ）优点：（1）不需要直流电源； （2）暂时失去电源时仍 能操作多次。缺点：（1）需要空压设备； （2）对大功率的操

43、动机构， 结构比较笨重。液压操动机构（CY） 优点：（1）不需要直流电源； （2）暂时失去电源时仍能 操作多次； （3）功率大、动作快、操作 平稳。缺点：（1）加工精度要求高； （2）价格较贵。应用：适用于126kV及以上 的高压断路器，是发展方向。液压操动机构原理图断开状态闭合状态4.3 隔离开关一、隔离开关的主要作用及特点1隔离电源：隔离开关断开点明显可见，隔离开关的动触头和静触头断开后，两者之间的距离应大于被击穿时所需的距离，以保证安全。2倒闸操作：运行、备用、检修时用来配合断路器协同完成倒闸操作。如倒母线操作。3分、合小电流：隔离开关没有灭弧装置，因此仅能用来分、合只有电压没有负荷电流

44、的电路。否则在隔离开关的触头间形成强大电弧，危及设备和人身安全，造成重大事故。一般只能在断路器已将电路断开的情况下，才能接通断开。但隔离开关也具有一定的分、合小电流的能力。如：能用来分、合电压互感器、避雷器或分、合变压器的接地中性点；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路等。4自动快速隔离：在一定条件下能迅速隔离开已发生故障的设备和线路，达到节省断路器用量的目的。二、分类户外式户内式三极式单极式带接地闸刀不带接地闸刀双柱式单柱式三柱式5按用途分： 一般用快速分闸用变压器中性点接地用 三、型号四、户内隔离开关断开状态闭合状态五、户外隔离开关断开状态闭合状态断开状态

45、闭合状态闭合状态断开状态六、隔离开关的操动机构1手力式操动机构特点：结构简单，价格便宜，使用比较广泛。2动力式操动机构特点：需要对隔离开关进行远方操作时才用。4.4 熔断器一、熔断器1用途 熔断器是最简单和最早使用的一种保护电器，用来保护电路中的电气设备使其免受过载和短路电流的危害。熔断器不能用来正常地切断和接通电路，必须与其他电器（隔离开关、接触器、负荷开关等）配合使用。 广泛用于1000V及以下的装置中；在电压为335kV高压装置中，主要作为小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备的保护。2熔体的材料及其特性 要求熔体得材料熔点低、导电性能好、不易氧化和易于加工。一般有铅、

46、铅锡合金、锌、铜、银等金属材料。 铅、铅锡合金和锌的熔点低，分别为320、200、420，但导电性能差，用这些材料制成的熔体截面积相当大，熔断时产生的金属蒸汽太多，对灭弧不利。因此在电压为1000V以上装置中，不宜采用这些材料制成的熔体。 铜和银的导电性能好，但熔点较高，分别为1080和960，可以制成截面积较小的熔体。铜熔体广泛用于各种电压的熔断器中，银熔体的价格较贵，只使用于电压在1000V以上的小电流的熔断器中。铜和银熔体的主要缺点是熔点较高。当熔断器长期通过略小于熔体熔断电流的过负荷电流时，熔体可能一直不熔断，而发热温度长期达900以上，使熔断器其他部件损坏。 为了克服上述缺点，可采用

47、“冶金效应”来降低熔体的熔点，即在难熔的熔体上焊上铅或锡的小球，当温度达到铅或锡的熔点时，结果熔体首先在小球处熔断，然后熔体全部熔化。3型号4结构和工作原理 （1）结构：由熔管、金属熔体、支持熔体的触刀及绝缘支持件组成。 （2）工作原理：熔断器串联接入被保护电路中，在正常工作情况下，由于电流较小，通过熔体时熔体温度虽然上升，但不致熔化，电路可靠接通；一旦电路发生过负荷或短路，电流增大，熔体由于自身温度超过熔点而熔化，将电路切断。5主要技术参数 （1）熔断器的额定电流，或称熔管的额定电流：指熔断器壳体的载流部分和接触部分设计时的电流。（2）熔体的额定电流：指熔体本身设计时的电流，即长期通过熔体，

48、而熔体不会熔断的最大电流。（3）极限分断电流：熔断器所能切断的最大电流。6.低压熔断器7.高压熔断器第5章 互感器1互感器的概念：将电路中的大电流变为小电流（5A或1A），将高电压为低电压（100V或 V）的电气设备，作为测量仪表和继电器的交流电源。2互感器的分类：（1）电流互感器（2）电压互感器VWA负荷CTPT5.1 互感器的作用（1）给测量仪表和继电器等二次设备供电，且能够使其标准化和小型化。（2）能够采用低压小截面控制电缆，实现远距离的测量和控制。（3）当一次电路发生短路时，能够保护测量仪表和继电器的电流线圈免受大电流的损害。（4）能使二次设备与一次侧高压装置在电气方面隔离，以保证工作

49、人员的安全。且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身安全。 电流互感器与电压互感器接入电网的方式、匝数比（ ）及二次负载阻抗的不同，具有不同的工作特性。5.2 互感器的工作特性5.2.1 电流互感器的工作特性一次侧绕组串联在一次侧电路中，匝数很少，阻抗很小，故一次侧电流是被测电路的负荷电流，与二次侧电流无关。二次侧绕组与测量仪表的电流线圈串联，匝数是一次绕组的很多倍。测量仪表和保护装置的电流线圈阻抗很小，正常运行时，电流互感器接近于短路状态运行。电流互感器运行时不允许二次侧绕组开路。否则会在开路的两端产生高电压，危及人身安全或使电流互感器发热损坏。（1）一次绕组与被侧电路并联；（2）二次绕组与

50、测量仪表和保护装置的电压线圈并联；（3）二次侧负荷比较恒定，正常情况近于开路状态；（4）电压互感器二次侧不允许短路。5.2.2 电压互感器的工作特性1工作原理（1）工作原理与变压器相似，按电磁感应原理工作。（2）额定电流比：Ki 。式中，N1一次侧绕组匝数；N2二次侧绕组匝数；K匝数比。等值电路图相量图5.3 电流互感器2电流互感器的误差及影响误差的因素（1）误差1）电流误差： 以电流互感器测出的电流KiI2和实际电流I1之差，对实际电流I1的百分比表示。2）角误差i： 以旋转1800的二次侧电流相量与一次侧电流相量的夹角i表示。并规定旋转后二次侧电流相量超过一次侧电流相量时，i为正，反之为负

51、。1）一次侧电流I1。I1在额定值附近，I和i均小，过大过小都会增大误差。2）铁芯质量和结构尺寸对误差的影响。 减小磁路长度，增大铁芯截面，选用导磁率高的电工钢，可以减小误差。3）二次侧负荷阻抗及功率因数对误差的影响。 当一次侧电流不变，增加二次侧负荷阻抗会增大电流和角误差。 当功角增加时，电流误差增大而角误差减小；当功角减小时，电流误差减小而角误差增大。必须把二次侧负荷的阻抗及功率因数限制在相应的范围之内。 （3）影响误差的因素（1）电流互感器的准确度级 根据测量误差的大小，分为不同的准确度级。 测量用CT的标准准确度级有0.1、 0.2、0.5、1、3、5级，对特殊要求的还有0.2S、0.

52、5S级。 不同准确度级的电流互感器使用于不同的范围。 0.1 0.2级：实验室内的精密测量。 0.51.0级：发、电站的盘式仪表，但是发电机、调相机、变压器、厂用电和引出线的计费用电度表，须用0.5级的电流互感器。 3级5级：用于一般的测量和某些继电保护装置。3、电流互感器的准确度级额定容量 是指在额定二次电流和额定二次负荷阻抗下运行时，二次绕组输出的容量。 因为准确度级与二次负荷阻抗有关，所以，同一台CT使用在不同的准确度级时二次侧就有不同的额定负荷。如：LMZ110300/50.5型电流互感器，在0.5级工作时，额定阻抗为1.6；在1级工作时，额定阻抗为2.4。CT的额定容量是指对应于最高

53、准确度级的容量。 LMZ110300/50.5 L表示电流互感器，M母线式，（F贯穿复匝式）Z浇注式，10额定电压，300一次侧额定电流，5二次侧额定电流。（2）电流互感器的额定容量4.电流互感器的分类户外式户内式装入式（套管式）穿墙式支持式贯穿式母线式干式浇注式油浸式气体式5.电流互感器的结构6.电流互感器的接线光电式电流互感器特点 1传统的电磁型电流互感器的缺点：（1）随着电力系统电压等级越来越高，电流互感器 的绝缘结构越来越复杂，体积和重量加大，产品的 造价也越来越高。如：油浸式电流互感器，500kV 的产品的价格比330kV的价格加一倍。（2）传统的电磁型电流互感器有铁芯，短路时，大电

54、流 使铁芯饱和，输出的二次电流严重畸变，造成保护拒动， 使电力系统发生严重事故。由于电磁式电流互感器存在 以上特点，已难以满足电力系统进一步发展的需要，因 此现在出现了光电式电流互感器。2 光电式电流互感器的优点：（1）优良的绝缘性能以及便宜的价格。采用光纤来传输信息，所以绝缘结构简单，造价随电压等级升高而增加的幅度小。（2）不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁振荡等问题。（3）抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险。电磁感应式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路危险，由于光电式电流互感器的高压侧与低压侧之间只存在光纤联系，而光纤具有良好的绝缘性能，可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离，低压

55、侧无开路高压危险，免除电磁干扰。（4）动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽。（5）体积小、重量轻。光电式电流互感器传感头本身的重量一般小于1kg。345kV的光电式电流互感器，高度为2.7m，重量为109kg。而同样电压等级的油浸式电流互感器高为5.3m，重量2300kg，这给运输和安装带来了很大的方便。1电压互感器的工作原理（与变压器相似）（1）一次绕组与被侧电路并联；（2）二次绕组与测量仪表和保护装置的电压线圈并联；（3）二次侧负荷比较恒定，正常情况近于开路状态；（4）电压互感器二次侧不允许短路。5.4 电压互感器2 电压互感器的误差及影响误差的因素（1）误差1）电压误差：以电压互感器测

56、出的电压KuU2和实际电压U1之差，对实际电压U1的百分比表示。2）相位误差uu为旋转1800的二次侧电压相量与一次测电压相量之间的夹角。（2）影响误差的因素1）结构方面：一、二次绕组的阻抗和励磁电流增大时，误差相应增大，反之减小；2）运行方面：二次侧负荷电流增大时，误差也增大，二次侧负荷功率因数过大或过小，除影响电压误差外，还会影响相位误差。（3）减小误差的方法1）结构方面，采用磁导率高的冷轧钢片，使磁阻减小；减小绕组的电阻和漏磁；2）运行方面，应根据准确度的要求，把二次侧负荷及其功率因数以及一次侧电压的变动，限制在相应的范围之内。（1）准确度级 P84（2）额定容量 规定最高准确度级时对应

57、的额定容量为电压互感器的额定容量3 电压互感器的准确度级和额定容量4.电压互感器的分类户内式户外式单相式三相式3）按绕组数分：（1）双绕组，只有35kV及以下电压级；（2）三绕组，任意电压级均有。除了给测量仪表和继电器供电的二次绕组外还有一个辅助二次绕组，用来接入监视电网绝缘的仪表和保护接地的继电器。 干式油浸式气体式浇注式5.电容式电压互感器具有体积小、重量轻、价格相对便宜的特点区别电压互感器（PT）变压器作用电压互感器是一种电压变换装置。它将高电压变换为低电压，以便用低压量值反映高压量值的变化。因此，通过电压互感器可以直接用普通电气仪表进行电压测量。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件。

58、可起升压、降压作用（远距离输电，为了降低损耗，可将电压升高；为了满足不同用户的需要，可将电压降低）。容量容量很小，通常只有几十到几百伏安容量由小到大，从几十伏安到几十兆伏安不等类型按装设地点、按相数、按绕组、按绝缘等分若干个类按相数、按冷却方式（干式、油浸式）、按用途（电力、仪用、试验、特种变压器）、按绕组形式、按铁芯形式等分若干个类是否受二次负荷影响电压互感器一次侧电压即电网电压，不受二次负荷影响，并且大多数情况下二次负荷是恒定的变压器的一次侧电压受二次负荷影响较大，负荷大时系统电压会受到影响二次侧负荷类型二次侧负荷主要是仪表、继电器线圈，它们的阻抗很大。如果增加二次负荷会造成测量误差增大变

59、压器二次侧负荷就是各种用电设备，通过的电流较大，具有较强的带负载能力二次侧电压不管电压互感器一次侧电压有多高，其二次侧电压一般都是100 V或 V，使得测量仪表和继电器电压线圈制造上得以标准化变压器一次侧电压不论多高，均可根据需要升高或降低二次电压其他PT二次侧应可靠接地变压器的外形与体积因容量的不同有时很大，常用于多种场合第6章 电气主接线与自用电定义：发电厂和变电所中的一次设备，按一定的要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也称主电路，又称一次接线。6.1 主接线的基本要求一、可靠性衡量主接线的可靠性可以从以下几个方面去分析：（1）断路器检修时是否影响供电；（2）设备和线路故障或检修时，

60、停电线路数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；（3）有没有使发电厂和变电所全部停止工作的可能性等。二、灵活性（1）调度灵活，操作方便。（2）检修灵活。（3）扩建灵活。（4）事故处理灵活。三、经济性（1）投资省；（2）年运行费用小；（3）占地面积小。6.2 单母线接线主接线的分类1有汇流母线类接线2无汇流母线类接线单母线接线单母不分段接线1有母线类接线单母分段接线单母分段带旁路母线接线双母线接线一般双母线接线双母分段接线双母带旁路母线接线其它有母线类接线一台半断路器接线 双母线双断路器接线变压器母线接线4/3断路器接线返 回QS2QFQS1WL2 WL1 WL3 WL4QEW