技能培訓專題 發(fā)電廠變電站的主設備（一）

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1、 第44章 發(fā)電廠 變電站的主設備 44.1 高壓斷路器 44.1.1 高壓斷路器中電弧的產生與熄滅 用開關電器切斷通有電流的電路時，只要電源電壓大于10~20V，電流大于80~100mA，在開關電器的動、靜觸頭分離瞬間，觸頭間就會出現(xiàn)電弧。此時，觸頭雖已分開，但電路中的電流還在繼續(xù)流通。只有電弧熄滅，電路才被真正斷開。 1. 電弧的產生、維持與熄滅 d (-) 動觸頭 (+) 靜觸頭 電弧的產生 陰極發(fā)射電子 熱電子發(fā)射 強電場電子發(fā)射 碰撞游離 電弧的維持 熱游離 去游離 電弧的熄滅 若游離過程大于去游離過程，則電弧繼續(xù)燃燒； 若去游離

2、過程大于游離過程，則電弧逐漸熄滅。 2. 交流電弧的熄滅 (0) 交流電弧的特性 電弧溫度隨時間變化 電弧電流數(shù)值隨時間變動，電弧的功率也隨電弧電流變動。 電弧功率增大時，電弧的溫度增加；反過來，當電弧功率減小時，電弧的溫度降低。 電弧有熱慣性 電弧的溫度跟不上電流的變化，存在一個滯后過程。 交流電弧每半周自動熄滅一次 隨著交流電流的周期性變化，電弧電流每隔半周過零一次。 在電弧電流自然過零前后，電源向弧隙輸送的能量較少，電弧溫度和熱游離下降，而去游離作用繼續(xù)進行，電弧將自然熄滅。 (1) 交流電弧的熄滅條件 ud 0 t 油 空氣 SF6 真空 油 空

3、氣 SF6 真空 在交流電流過零時，電弧將自動熄滅，但不等于最終熄滅。 在交流電弧自動熄滅后，弧隙中存在兩個恢復過程：弧隙介質強度恢復過程 弧隙電壓恢復過程 1) 弧隙介質強度恢復過程 含義：弧隙中介質強度恢復到絕緣的正常狀態(tài)的過程。以能耐受的電壓ud(t)表示。 ur 0 t usr utr utr usr 瞬態(tài)恢復電壓 工頻恢復電壓 影響因素：主要是斷路器滅弧裝置的結構和滅弧介質的性質。真空斷路器和 SF6 斷路器滅弧性能較好。 2) 弧隙電壓恢復過程 含義：弧隙電壓由熄弧電壓逐漸恢復到電源電壓的過程。以ur(t)表示。 影響因素：線路參數(shù)、負荷

4、性質等。 對不同的線路參數(shù)，弧隙電壓恢復過程可能是周期性的變化過程或非周期性的變化過程。 ur 0 t usr utr 綜上所述，在電弧自然熄滅后，弧隙中同時存在著兩個恢復過程，即弧隙電壓恢復過程 ur(t) 和介質強度恢復過程 ud(t) 。 如果弧隙電壓高于介質強度耐受電壓，則弧隙就被擊穿，電弧重燃。 如果弧隙電壓低于介質強度耐受電壓，則電弧不再重燃，即最終熄滅。 可見，斷路器開斷交流電路時，電弧熄滅的條件應為 (2) 高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法 1) 利用滅弧介質 a) 不同滅弧介質具有不同的傳熱能力、介電能力、熱游離溫度和熱容量。 b)

5、 這些參數(shù)數(shù)值越大，去游離作用就越強，電弧就越容易熄滅。 2) 采用特殊金屬材料作滅弧觸頭 a) 采用熔點高、導熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料。 b) 如采用銅、鎢合金和銀、鎢合金等。 3) 利用氣體或油吹動電弧 a) 吹弧利于冷卻而使復合加強、帶電離子的擴散。 4) 采用多斷口熄弧 a) 電弧被拉長，觸頭分離速度加快，斷口電壓降低。 5) 拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度 G T ~ QF k k ~ R L r QF G C U0 44.1.2 弧隙電壓恢復過程分析 微分方程 微分方程的通解：

6、 弧隙電壓恢復過程是非周期性的?；謴碗妷鹤畲笾挡粫^U0。 弧隙電壓恢復過程是周期性振蕩過程?；謴碗妷鹤畲笾悼蛇_2U0。 弧隙電壓恢復過程仍是非周期性的?；謴碗妷鹤畲笾挡粫^U0。 臨界并聯(lián)電阻為 當r < rcr時，電壓恢復過程為非周期性； 當r > rcr時，電壓恢復過程為周期性。 44.1.3 不同短路形式對斷路器開斷能力的影響 ① 開斷單相短路電路 a QFA b XL A XL B XL O ~ ~ ~ C k QFB QFC O' 當電流過零時，工

7、頻恢復電壓的瞬時值U0 = Umsinj 通常短路時，j角接近90o，所以 U0 = Umsinj = Um ② 開斷中性點不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路 首先開斷相：電弧電流先過零，電弧先熄滅。 O 在A相熄弧后，經(jīng)過0.005s( 90o)，B、C兩相電流同時過零，電弧同時熄滅。 每個斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。 結論： 首先開斷相的恢復電壓最大，為1.5倍的相電壓； 后續(xù)開斷相的燃弧時間比首先開斷相延長0.005s ③ 開斷中性點直接接地系統(tǒng)中的三相接地短路電路 三相接地短路： 當零序阻抗與正序阻抗之比不大于3時， 首先開斷相恢復電壓的

8、工頻分量為相電壓的1.3倍； 第二開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓的1.25倍； 最后開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓。 三相直接短路： 各相工頻恢復電壓與中性點不直接接地系統(tǒng)中的三相短路分析結果相同，即首先開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓的1.5倍。 ④ 開斷兩相短路電路 中性點直接接地系統(tǒng)： 工頻恢復電壓可達相電壓的1.3倍。 其余情況： 工頻恢復電壓為相電壓的0.866倍 小結： 影響工頻恢復電壓的因素： 中性點接地方式 短路故障類型 三相開斷順序 首先開斷相的工頻恢復電壓最大值： K1——首先開斷相開斷系數(shù)；Usm——電網(wǎng)最高運行電壓。 44.

9、1.4 熄滅電弧及降低斷口恢復電壓上升速度的措施 ① 斷路器加裝并聯(lián)電阻 主觸頭 輔助觸頭 n 作用： a) 改變恢復電壓的恢復特性； b)使電弧電流被分流。 n 問題： 電弧熄滅后還有短路電流流通。 n 措施： 增加輔助觸頭。 ② 斷路器加裝并聯(lián)電容 問題：多斷口斷路器，斷口電壓分配不均勻，影響斷路器的滅弧能力。 并聯(lián)電容后： 44.2 電流互感器 44.2.1 電磁式電流互感器的特點 電流互感器的特點： 1）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少；故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次電流大小無

10、關； 2）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路的狀態(tài)下運行。 44.2.2 電流互感器的誤差 1、電流誤差（又稱比差） 電流互感器實際測量出來的電流KⅠ2與實際一次電流Ⅰ1之差，占Ⅰ1的百分數(shù)，即 2、角誤差（角差） 旋轉1800的二次電流與一次電流之間的夾角。規(guī)定二次電流負相量超前于一次電流相量時，角誤差δ為正，反之角誤差δ為負。 44.2.3 額定容量 (1)電流互感器的準確值 所謂額定準確限值一次

11、電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)，也稱為額定準確限值系數(shù)。例如10P20表示準確級為10P，準確限值系數(shù)為20。這一準確級電流互感器在20倍額定電流下，電流互感器負荷誤差不大于10%。 電流互感器的10%誤差曲線：當一次電流為n倍一次額定電流時，電流誤差達-10%，n=Ⅰ1/Ⅰ1N稱為10%倍數(shù)。10%倍數(shù)與互感器二次允許最大負荷阻抗Z21的關系曲線為n=f(Z21)，便叫做電流互感器的10%誤差曲線。 （2）電流互感器的額定容量SN2系指電流互感器在額定二次電流ⅠN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞組輸出的功率SN2=Ⅰ2N2ZN2。由于電流互感器的額定二次電流為標準值，也為了便于計算，有的廠家提供電流互感器的值。 因電流互感器的誤差和二次負荷有關，故同一臺電流互感器使用在不同準確級時，會有不同的額定容量。例如：LMZ1-10-3000/5型互感器在0.5級下工作時，ZN2=1.6(相應容量為40VA)在1級工作時, ZN2=2.4(相應容量為60VA)。 44.2.4 電流互感器在使用中應注意的事項 7頁