变电所一次电气设备

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第一章 发电厂、变电所的一次电气设备

第一节 概述

一、 发电厂、变电所一次设备的概念

直接生产和输配电能的设备称为一次设备。包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电抗器、自动空气开关、电力电缆、架空线路、避雷器、电流互感器、电压互感器等。

二、电力系统的描述

为了提高供电的可靠性和经济性，目前广泛地将许多发电厂用电力网络连接起来并联工作。这些由发电厂、配电装置、升压和降压变电所、电力线路及电能用户所组成的统一整体，称为电力系统。电力系统中由各级电压的输配电线路和变电所组成的部分称为电网。

三、电力系统主接线

在发电厂和变电所中，各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定次序连接成的一次设备电路称为电气主接线或一次接线（主电路）。电气主接线主要指发电厂、变电所、电力系统中传输电能的通路，这些通路中有发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、电抗器、线路等设备。它们的连接方式，对供电可靠、运行灵活，检修方便以及经济合理起着决定性的作用。

第二节、高压开关设备

一、高压开关设备在电力系统中的作用及要求

高压开关设备用于开断和关合、额定电压为3KV及以上的电力设备。它在电力系统中的应用见 图1-1。

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在电力系统中，发电机、变压器等设备，由于电力系统的安全、可靠和经济运行的需要，须将它们投入或退出而要进行操作。

例如：1、正常情况下可靠的接通和开断电流；

2、改变运行方式时，可以灵活地进行切换操作；

3、在电路发生故障情况或不正常工作状态时，可以迅速的切断故障电流。将故障范围限制在局部地区内，并使未故障部分继续运行。以提高电力系统运行可靠性；

4、在检修设备时，隔离带电部分，保证工作人员的安全等。 为了完成以上的运行操作要求，在电气系统中必须安装一些高压开关设备。

(一)、高压开关设备的基本要求 1、 可靠性要求高。

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2、 能承受很大的瞬时功率。电力系统中的故障电流往往为几倍、几十倍的额定电流，持续时间达几秒钟。开关设备具有能承受，开断及关合故障电流的能力。

3、动作时间快速。开断故障电流时间的快慢，会影响电力系统传输功率的大小及系统运行的稳定。要求断路器在接到继电保护的动作信号后，在几十毫秒内开断故障电流；在“合、分”操作时，触头短接时间在100毫秒以内。 （二）、高压开关设备的分类

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。

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，如高低压熔路器。

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或短路电流的开关设备，如高压断路器、低压空气开关等。

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。

高压开关设备的分类见表1-1 （三）、高压开关设备的基本组成：

高压开关设备品种型号很多，但其组成是由以下五部分：开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操作机构组成。见表1-2

表1-1 高压断路器的类型、结构特点及其应用范围

类 别 结 构 特 点

高压断路器（参看表LC11-1序号76～80） 多油断①开关触头在绝缘泪中闭合和断开 路器②油兼有灭弧和绝缘功能，油量多 （DN、③结构简单，但体积较大，耗用钢材多 DW型） ④外壳接地，人体触及无触电危险，但有易燃易爆危险

应用范围 过去曾广泛应用，但其缺点较严重，因此现已趋于淘汰

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少油断路器①开关触头在绝缘油中闭合和断开 （SN、SW型） ②油只作灭弧介质用，油量少

③结构简单，且体积小，重量轻

④外壳带电，必须与大地绝缘，人体不许触及，但燃烧爆炸的危险性较小

少油断路器 （SN、SW型）

现广泛用在不需频繁操作及不要求高速开断的场合 现广泛用在不需频繁操作及不要求高速开断的场合

真空断路器（ZN、ZW型）

SN10-10型高压少油断路器

1－铝帽 2－上接线端 3－油标 4－绝缘筒 （内装灭弧室及触头） 5－下接线端 6－基座 7－主轴 8－框架 9－断路弹簧

①开关触头在高真空（气压为10～10Pa）的容器内闭合和断开

②灭弧能力强，燃弧时间短，属高速断路器

③触头不受外界有害气体的侵蚀，电磨损小，寿命长

④结构简单，体积小，重量轻，且可采用积木式结构，系列性强 ⑤无易燃易爆介质，因此无易燃易爆危险

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六氟化硫（SF6）断路器（LN、LW）

1－上接线（后面出线） 2－真空灭弧（内有触头） 3－下接线端（后面出线） 4－机构箱 5－合闸电磁铁

6－分闸电磁铁 7－断路弹簧 8－底座

①开关触头在SF6气体中闭合和断开 ②SF6气体兼有灭弧和绝缘功能 ③灭弧能力强，亦属高速断路器

④SF6气体本身无毒，但在电弧的高温作用下会产生氟化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物，检修时应注意防毒

⑤结构简单，且亦可采用积木式结构 ⑥无燃烧爆炸危险

亦适于频繁操作和要求高速开断的场合，但不适于高寒地区

LN2-10型六氟化硫断路器

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1－上接线端 2－绝缘筒（内为汽缸及触头系统）

3－下接线端 4－操动机构箱 5－小车

6－断路弹簧

压缩空气断①利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭 路器（QW型） ②灭弧能力强，分断时间短，断流能力大

③结构较复杂，但亦可采用积木式结构，系列性强

主要用于超高压电网中及不适于采用SF6断路器的高寒地区

表1-2 高压断路器基本组成部分的主要零部件及功能表 名称 开断元件

主要零部件

主灭弧室、主触头系统、主导电回路、辅助灭弧室、辅助触头系统、并联电阻等。 瓷柱、瓷套管、绝缘套等构成的支柱本体、拉紧绝缘子等。

各种连杆、齿轮、拐臂、液压管道、压缩空气管道等。 开关本体的底架、底座等。 弹簧、液压、电磁、气动及手动机构的本体及其配件等。

功能

开断及关合电力线路，安全隔离电源。

保证开断元件有可靠的对地绝缘，承受开断元件的操作力及各种外力。

将操作命令及操作力传递给开断元件的触头及其它部件。 整台产品的基础。

为开断元件分合闸操作提供能量，并实现各种规定的操作。

支持绝缘件 传动元件 基座 操动机构

二、 高压断路器形式及操动机构 （一）、高压断路器的主要技术参数：

1、额定电压（Un）

额定电压是保证断路器正常长期工作的电压。断路器额定电压等级有10、20、35、60、110、220、330、500KV各级。额定电压指的是线电压，标于断路器的设备铭牌上。

按国家标准，对于额定电压在220KV及其以下的设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330KV电压等级的设备为额定电压的1.1倍； 2、额定电流（In）

断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不应超过允许值。我国目前所采用的额定电流标准有200、400、600、1000、1500、2000、3000、

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