技能培訓(xùn)專題 發(fā)電廠變電站的主設(shè)備（一）

第44章 發(fā)電廠 變電站的主設(shè)備 44.1 高壓斷路器 44.1.1 高壓斷路器中電弧的產(chǎn)生與熄滅 用開關(guān)電器切斷通有電流的電路時(shí)，只要電源電壓大于10~20V，電流大于80~100mA，在開關(guān)電器的動、靜觸頭分離瞬間，觸頭間就會出現(xiàn)電弧。此時(shí)，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(chǎn)生、維持與熄滅 d (-) 動觸頭 (+) 靜觸頭 電弧的產(chǎn)生 陰極發(fā)射電子 熱電子發(fā)射 強(qiáng)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(shí)間變化 電弧電流數(shù)值隨時(shí)間變動，電弧的功率也隨電弧電流變動。 電弧功率增大時(shí)，電弧的溫度增加；反過來，當(dāng)電弧功率減小時(shí)，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(gè)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(jìn)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 空氣 SF6 真空 在交流電流過零時(shí)，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(gè)恢復(fù)過程：弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 弧隙電壓恢復(fù)過程 1) 弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 含義：弧隙中介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)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(fù)電壓 工頻恢復(fù)電壓 影響因素：主要是斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)。真空斷路器和 SF6 斷路器滅弧性能較好。 2) 弧隙電壓恢復(fù)過程 含義：弧隙電壓由熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓的過程。以ur(t)表示。 影響因素：線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等。 對不同的線路參數(shù)，弧隙電壓恢復(fù)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(shí)存在著兩個(gè)恢復(fù)過程，即弧隙電壓恢復(fù)過程 ur(t) 和介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 ud(t) 。 如果弧隙電壓高于介質(zhì)強(qiáng)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(zhì)強(qiáng)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(shí)，電弧熄滅的條件應(yīng)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(zhì) a) 不同滅弧介質(zhì)具有不同的傳熱能力、介電能力、熱游離溫度和熱容量。 b) 這些參數(shù)數(shù)值越大，去游離作用就越強(qiáng)，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(diǎn)高、導(dǎo)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(fù)合加強(qiáng)、帶電離子的擴(kuò)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(fù)過程分析 微分方程 微分方程的通解： 弧隙電壓恢復(fù)過程是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會超過U0。 弧隙電壓恢復(fù)過程是周期性振蕩過程。恢復(fù)電壓最大值可達(dá)2U0。 弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會超過U0。 臨界并聯(lián)電阻為 當(dāng)r < rcr時(shí)，電壓恢復(fù)過程為非周期性； 當(dāng)r > rcr時(shí)，電壓恢復(fù)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(dāng)電流過零時(shí)，工頻恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值U0 = Umsinj 通常短路時(shí)，j角接近90º，所以 U0 = Umsinj = Um ② 開斷中性點(diǎn)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(shí)過零，電弧同時(shí)熄滅。 每個(gè)斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。 結(jié)論： 首先開斷相的恢復(fù)電壓最大，為1.5倍的相電壓； 后續(xù)開斷相的燃弧時(shí)間比首先開斷相延長0.005s ③ 開斷中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的三相接地短路電路 三相接地短路： 當(dāng)零序阻抗與正序阻抗之比不大于3時(shí)， 首先開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.3倍； 第二開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.25倍； 最后開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓。 三相直接短路： 各相工頻恢復(fù)電壓與中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路分析結(jié)果相同，即首先開斷相恢復(fù)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(diǎn)直接接地系統(tǒng)： 工頻恢復(fù)電壓可達(dá)相電壓的1.3倍。 其余情況： 工頻恢復(fù)電壓為相電壓的0.866倍 小結(jié)： 影響工頻恢復(fù)電壓的因素： 中性點(diǎn)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(fù)電壓最大值： K1——首先開斷相開斷系數(shù)；Usm——電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓。 44.1.4 熄滅電弧及降低斷口恢復(fù)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(fù)電壓的恢復(fù)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(diǎn) 電流互感器的特點(diǎn)： 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(fù)荷電流，而與二次電流大小無關(guān)； 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(yùn)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(shí)際測量出來的電流KⅠ2與實(shí)際一次電流Ⅰ1之差，占Ⅰ1的百分?jǐn)?shù)，即 2、角誤差（角差） 旋轉(zhuǎn)1800的二次電流與一次電流之間的夾角。規(guī)定二次電流負(fù)相量超前于一次電流相量時(shí)，角誤差δ為正，反之角誤差δ為負(fù)。 44.2.3 額定容量 (1)電流互感器的準(zhǔn)確值 所謂額定準(zhǔn)確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)，也稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)。例如10P20表示準(zhǔn)確級為10P，準(zhǔn)確限值系數(shù)為20。這一準(zhǔn)確級電流互感器在20倍額定電流下，電流互感器負(fù)荷誤差不大于10%。 電流互感器的10%誤差曲線：當(dāng)一次電流為n倍一次額定電流時(shí)，電流誤差達(dá)-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(fù)荷阻抗Z21的關(guān)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(yùn)行時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)值，也為了便于計(jì)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(fù)荷有關(guān)，故同一臺電流互感器使用在不同準(zhǔn)確級時(shí)，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(shí)，ZN2=1.6(相應(yīng)容量為40VA)在1級工作時(shí), ZN2=2.4(相應(yīng)容量為60VA)。 44.2.4 電流互感器在使用中應(yīng)注意的事項(xiàng) 7頁