水电站的主设备 1 概述 n一、基本概念 1、一次设备设备 ： 直接用于生产产、变换变换 、输输送和分配电电能 的电电气设备设备 。 （1）发电发电 机 （2）变压变压 器 （3）开关电电器 （4）母线 （5）电力电缆（6）输电线 （7）避雷器 （8）互感器 （9）电抗器 开关电器包括： n断路器（circuit breaker）：在正常运行或故障下 ，接通或断开电路。 n隔离开关(disconnecting switch)：检修时，隔离 检修部分与带电部分；倒闸操作时，进行电路切换 。不能切断负荷电流与短路电流。 n负荷开关(load switch)：开断负载电流和一定的过 载电流。不能切断短路电流。 n熔断器(fuse)：负荷开关与熔断器配合使用时，可 由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通与 断开负荷电流。 母线(bar)： 汇集和分配电能的作用。 避雷器(lightning arrester)：保护电力系统和电气 设备的绝缘，使其不受雷击所引起的过电压而损 坏。 互感器：包括电流互感器(current transformer)和 电压互感器(potential transformer) 电抗器(reactor)：主要限制短路电流。 电抗器电抗器 一、空芯式电抗器 二、铁芯电抗器 三、饱和电抗器 四、直流电抗器 电抗器是一种电感器件。现代电抗器是一种电感器件。现代 的电抗器种类很多，应用十分广泛的电抗器种类很多，应用十分广泛 。电抗器在电路中主要用做限制电。电抗器在电路中主要用做限制电 流，均流滤波，无功补偿，移相、流，均流滤波，无功补偿，移相、 储能、调压、功率放大等。储能、调压、功率放大等。 电抗器可分为空芯式电抗器，电抗器可分为空芯式电抗器， 铁芯式电抗器和饱和电抗器三种基铁芯式电抗器和饱和电抗器三种基 本类型。根据冷却的方式，又可分本类型。根据冷却的方式，又可分 为油浸自冷和空气自冷式两种。为油浸自冷和空气自冷式两种。 电抗器电抗器 一、空芯式电抗器 二、铁芯电抗器 三、饱和电抗器 四、直流电抗器 一、空芯式电抗器 空芯式电抗器只有线 圈，没有铁芯，实质上就 是一个空芯的电感线圈。 其空气磁路的磁导率小， 电感值也小。而且不存在 饱和现象。其电感是个常 数，不随通过电抗器的电 流大小而改变。空芯电抗 器主要做限流用。电抗器 装于出线端或母线间，当 线路或母线发生故障时， 短路电流受到限制，使母 线电压不致过低。 电抗器电抗器 一、空芯式电抗器 二、铁芯电抗器 三、饱和电抗器 四、直流电抗器 铁芯电抗器由于有导磁率比空气大得多的铁芯， 其电感值比空芯式电抗器大。在容量相同时，铁芯式 电抗器比空芯式电抗器体积要小，一般情况下，铁芯 电抗器可分为：并联电抗器，消弧线圈，超动电抗器 ，电弧炉配套用串联电抗器，三相均衡用电抗器，进 线电抗器，均流电抗器，滤波电抗器。 铁芯式电抗器的结构与变压器十分相似，主要由 铁芯和线圈组成。但电抗器每相只有一个线圈。铁芯 一般带有若干个气隙的磁路。其铁柱是分段的，用绝 缘板隔开形成气隙。铁轭与铁柱电压紧装置通过螺标 拉紧，形成整体。大容量铁芯电抗器一般分为油浸式 。小容量铁芯，电抗器一般做成干式。 电抗器电抗器 一、空芯式电抗器 二、铁芯电抗器 三、饱和电抗器 四、直流电抗器 饱和电抗器是利用铁芯， 材料的饱和特性，以较小 的直流功率来控制较大的 交流负载的一种电器。 电抗器根据结构不同可分 为：扼流式饱和电抗器， 自饱和式电抗器。 电抗器电抗器 一、空芯式电抗器 二、铁芯电抗器 三、饱和电抗器 四、直流电抗器 2. 一次系统： 由一次设备依一定规律连接起来为完成电能的发、 变、输、配任务而构成的电路，也称一次回路或 电气主接线。 3. 二次设备： 指对一次设备的工作进行监视、测量、操作和控制 的设备。如：测量表计、控制及信号器具、继电 保护装置、自动装置和远动装置等。 4. 二次系统： 表示二次设备相互连接关系的电路。 2 高压压断路器 n 高压断路器的用途 一是控制作用：即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； 二是保护作用：在电气设备或电力线路发生 故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号 ，起动断路器，将故障部分设备或线路从 电网中迅速切除，确保电网中无故障部分 的正常运行。 一、重要任务:熄灭电弧 1、电弧产生的过程 当用断路器开断有电流通过的电路时，在开关触头 分离的瞬间，由于触头间间隙很小，在外施电压作用下 ，触头间会形成很高的电场强度，当电场强度超过 3X106v/m时，阴极触头表面在强电场作用下发射电子 ，发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成 了电弧。 在电弧产生的过程中，同时进行着带电质点的游离 和去游离过程，在电弧稳定燃烧时，这两个过程处于动 平衡状态。当游离大于去游离，电弧继续燃烧；当游离 小于去游离，电弧熄灭。 n游离： 在某种条件下，气体分子分离为电子和正离子的现 象。 n去游离： 自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。 2、熄灭电弧的基本方法和措施 基本方法：消弱游离作用，加强去游离作用。 熄灭电弧的基本措施 （1）提高触头的开断速度 （2）吹弧 采用气体或油等绝缘介质吹弧，使电弧 拉长, 增大冷却面, 并强迫弧道中游离介质 扩散，流入新鲜介质, 以促使电弧熄灭。包 括纵吹和横吹。 （3）采用多断口 降低每个断口的电压；多断口比单断口 电弧拉长。 （4）在断路器断口两端并联电阻 可以降低恢复电压数值及上升速度。 （5）增大绝缘介质气体压力 使气体密度增加，增大中和几率。 （6）将触头置于真空密室中 由于缺乏导电介质而使断路器分断 时不能维持电弧。 （7）冷却电弧 用冷却绝缘介质降低电弧的温度， 消弱热发射和热游离作用以熄灭电弧。 二、断路器的类型和结构 1、断路器的类型 按灭弧介质与绝缘方式分： （1）油断路器 a.多油断路器 b.少油断路器 （2）压缩空气断路器 （3）SF6断路器 （4）真空断路器 油断路器油断路器 一、油断路器的产生 二、多油断路器 第一台油断路器的出现是在十九世第一台油断路器的出现是在十九世 纪末的纪末的18951895年，当时由于电力系统年，当时由于电力系统 电压的增高，容量的增大，开断的电压的增高，容量的增大，开断的 矛盾愈加尖锐。为了解决这一矛盾矛盾愈加尖锐。为了解决这一矛盾 ，人们试着把断口放入油中，而且，人们试着把断口放入油中，而且 出乎意料的发现本为是极易燃烧的出乎意料的发现本为是极易燃烧的 油却有比空气更强的灭弧能力。油却有比空气更强的灭弧能力。 三、少油断路器 油断路器油断路器 多油断路器的结构特多油断路器的结构特 点是所用元件都处于接地点是所用元件都处于接地 的金属油箱中，油一方面的金属油箱中，油一方面 用来用来熄灭弧熄灭弧，另一方面又，另一方面又 用作导电部分之间以及导用作导电部分之间以及导 电部分与接地油箱之间的电部分与接地油箱之间的 绝缘介质绝缘介质。 一、油断路器的产生 二、多油断路器 三、少油断路器 西安华仪高压开关制造有限公司的多油断路器产品 nDW10-10型多油断路器 为户外装置，主要用于 户外10kV电网负荷操作 ，作为分、合负荷电流 过载及短路故障保护。 断路器为三相共箱， 每相有一个简单的开断 器，油作为灭弧和导电 部份对地绝缘用，套管 上出线，在靠边的两相 (A、C相)装有一次串联 自动过载脱扣器和延时 装置，操作机构装置在 箱盖前端于断路器本体 连成一体。 浙江西电高压电气有限公司的多油断路器 DW13-35型多油断路器 油断路器油断路器 一、油断路器的产生 二、多油断路器 三、少油断路器 少油断路器的结少油断路器的结 构特点是触头、构特点是触头、 导电系统和灭弧导电系统和灭弧 系统直接装在绝系统直接装在绝 缘油筒或不接地缘油筒或不接地 的金属油箱中。的金属油箱中。 油油只用来熄灭电只用来熄灭电 弧和作为触头间弧和作为触头间 的绝缘用的绝缘用。断路。断路 器导电部分的对器导电部分的对 地绝缘主要靠瓷地绝缘主要靠瓷 瓶，环氧树脂等瓶，环氧树脂等 固体介质。固体介质。 少油断路器油量少，油箱结构坚固，能少油断路器油量少，油箱结构坚固，能 防爆、防火，使用较安全。目前我国生防爆、防火，使用较安全。目前我国生 产的高压油断路器主要是少油断路器。产的高压油断路器主要是少油断路器。 图图4-16 4-16 户外少油断路器户外少油断路器 压缩空气断路器压缩空气断路器 压缩空气断路器(亦简称空 气断路器)利用预先贮存的 压缩空气来灭弧。压缩空 气不仅作为灭弧和绝缘介 质，而且还作为传动的动 力。 KW5系列空气断路器的实物图 优点：断流容量大，灭弧时 间短，而且快速自动重合闸 时断流容量不降低，不易爆 炸和着火。 缺点：有色金属消耗量大，需要 装设压缩空气系统等辅助设备和 价格较贵。 目前生产的空气断路器多采用常充 气式，即无论在合闸或分闸状态， 灭弧室内部都充满压缩空气，保证 了触头间必要的绝缘强度。 真空断真空断路器路器 ZW6-12/630-16(20）型户外真空断路器适用于12kv 及以下，交流50Hz的三相电力系统。主要用于农网 和城网作分、合负荷电流、过载电流及短路电流之 用，也可用于其他类似场所，还可作为城市市区 12kv级电网的分段开关。 真空断路器利用真空的高 介质强度来熄灭电弧和作 为绝缘 真空断路器灭弧速度快，触头材 料不易氧化、寿命长；体积小， 检修维护方便，适用有频繁操作 的场所。 近年来，真空断路器已在35KV以 下的配电装置中得到广泛的应用 。 ZW6-12/630-16(20）真空断路器图 六氟化硫断路器六氟化硫断路器 我们知道，SF6具有很高的绝缘性能和灭弧性能 。 SF6断路器具有其它断路器无法比拟的优点，它在 封闭技术、干燥、除水、监视、检验和测试方面有一 些特殊的要求，仍然受到制造和使用部门的重视。 自五十年代第一台SF6断路器问世后，发展很快 。七十年代，在改进了灭弧装置，突破了密封结构及 水分管理等技术问题后，SF6断路器已成为高压电器 的主要品种之一。 断路器的操作机构断路器的操作机构 一、手动机构 二、电磁机构 四 、弹簧机构 五、液压机构 三、气动机构 断路器进行分闸、合 闸操作，并保持在合 闸状态是由操作机构 来实现的。 根据合闸能源的种类 ，操作机构可分为下 列几种类型。 手动操作机构：靠人 力作为合闸动力，这 种机构的结构简单， 但合闸时间随操作人 员的体力不同而不同 ，且不能实现重合闸 功能。只适用于小容 量的断路器。 断路器的操作机构断路器的操作机构 一、手动机构 二、电磁机构 三、气动机构 四 、弹簧机构 五、液压机构 用电磁铁将电能变为机械能作 为合闸动力，用来远距离控制断 路器。 这种机构简单，运行可靠， 缺点是需要很大的直流电流（几 十到几百安），必须备有足够容 量的直流电源。这将加大变电所 的投资，且给运行和维护带来不 使，再加电磁操动机构的结构笨 重，合闸时间较长，因此在超高 压断路器中很少采用。 断路器的机构断路器的机构 一、手动机构 二、电磁机构 三、气动机构 四 、弹簧机构 五、液压机构 利用压缩空气储能和传递能 量。其优点是功率大、动作 迅速、合闸没有强烈冲击， 但结构较复杂，需要空气压 缩设备，所以只应用于空气 断路器上。 断路器的机构断路器的机构 一、手动机构 二、电磁机构 三、