电能具有生产与消费同时进行的特点,需要发电厂和变电站时刻根据负荷变化,及时地进行必要的调整及操作。为满足上述要求,在发电厂、变电站中装设了大量的电气设备。其王要电气设备可分为以下几种:

(1)一次设备。直接生产和输配电能的设备称为一次设备。电能由发电机发出,经过 一系列的一次设备直接送到用电器,从而完成电能的生产、输送与使用的全过程。一次设备主 要包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、限流电抗器、母线、电缆和互感器等。

(2)二次设备。对一次设备的工作进行监察、测量、控制和保护的辅助设备,称为二次设备。二次设备主要包括仪毒、信号、继电器和自动控制设备等。

(3)电气主接线。在发电厂和变电站中,为了适应各种运行方式的需要,将各种电气设备根据要求,按照一定次序连接成为固定连接的电路。一次设备所连成的电路,称为一次电路或电气主接线。

闸刀开关

闸刀开关是一种最简单的低压开关,它只有手动式操作。闸刀开关主要用于不经常操作的电路中。使用时它常与熔断器一起串联接入电路,在电路中发生过负荷或短路时由熔断器切断电源。

闸刀开关的类型很多,按结构特征可分为单极、双极和三极三种;按操作柄位置特征可分为中间手柄、旁边手柄和杠杆操作三种;按灭弧结构特征可分为带灭弧罩和不带灭弧罩两种。

额定电流较大的闸刀开关,在电路中常与空气自动开关等元件配合使用,运行中通过空气自动开关等设备控制电路的拉、合闸操作,而闸刀开关只起隔离电压或切断小电流的作用。

绝缘子

绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电站的配电装置、变压器、各种电器及输电线之中。绝缘子用来支持和固定裸载流体,并使裸导体与地绝缘,或者用于使电气装置和电器中处在不同电位的载流导体之间相互绝缘。因此,要求绝缘子应具有足够的绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性等。一般高压绝缘子应能可靠地在超过其额定电压15的电压下安全运行。

高压绝缘子通常是用电工瓷制成的绝缘体,电工瓷具有结构紧密均匀、不易吸收水、绝缘性能稳定和机械强度高等优点。超高压绝缘子采用高密度瓷或新型硅橡胶材料制成,它们具有质量轻、防污性强、机电强度高、分散性小、减振性和抗疲劳性好、便于安装等优点。

绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外)式两种。户外式绝缘子由于工作环境条件要求,应有较大的伞裙,用以增长沿面放电距离,并且能够阻断水流,保证绝缘子在雨、雾、雪等恶劣气候下可靠地工作。在有严重的灰尘或有害绝缘气体存在的环境中,应选用具有特殊结构的防污型绝缘子。户内式绝缘子表面无伞裙结构,故只适用于屋内电气装置中。为了将绝缘子固定在支架上和将载流导体固定在绝缘子上,绝缘子的瓷制绝缘体两端还

要牢固地安装金属配件。金属配件与瓷制绝缘体之间多用水泥胶合剂胶合在一起。瓷制绝缘体表面涂有白色或深棕色的硬质瓷釉,用以提高其绝缘性能和防水性能。运行中绝缘子的表面瓷釉遭受损坏之后,应尽快处理或更换绝缘子。绝缘子的金属附件与瓷制绝缘体胶合处胶合剂的外露表面应涂有防潮剂,以免水分浸入到胶合剂中。金属附件表面需进行镀锌处理,以防会属锈蚀。

母线

在发电厂和变电站中,将发电机、变压器与各种电器连接起来的导体称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。

母线按其结构可分为敝露母线和封闭母线;按其截面可分为矩形母线、管形母线和槽形母线。

隔离开关

隔离开关没有特殊的灭弧装置,不能用于切断负荷电流,否则会在其触头间形成电弧,危及人身和设备的安全,造成事故。

隔离开关的主要作用如下:

(1)隔离电压。隔离开关一般只能用于拉开或合入只有电压没有电流的电路。在停电检修时,用隔离开关将需要检修的部分与其他带有电压的部分可靠地断开隔离(绝缘),以保证工作人员安全地检修电气设备,而不影响装置的其余部分正常工作。

(2)切换电路。当两组隔离开关并联接入电路时,在一定条件下允许用隔离开关转移负荷电流。

(3)拉、合小电流。允许用隔离开关拉、合不会在其触头间产生强大电弧的小电流电路,例如电压互感器与避雷器回路、消弧线圈回路等。

隔离开关的触头全部敞露在空气中,断开点明显可见。隔离开关断开后,隔离开关动触头与静触头之间的击穿电压必须大于隔离开关相与接地部分之间的击穿电压,以避免电路中发生过电压时断开点之间先击穿,从而保证检修人员的安全。

高压断路器是发电厂和变电站中最重要的电气设备之一,它具有完善的灭弧装置,是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。

发电厂和变电站的电气主接线

发电厂和变电站的电气主接线,是指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接的电路,也称为主电路。电气主接线的形式将影响配电装置布置、供电可靠性、运行灵活性和二次接线、继电保护等问题。电气主接线对发电厂和变电站及电力系统的安全、可靠和经济运行起着重要作用。因此,发电厂和变电站的电气主接线,必须满足以下基本要求:

(1)根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质,保证必要的供电可靠性;(2)主接线应力求接线简单、运行灵活与操作方便;(3)保证运行、维护和检修的安全和方便;

(4)在保证以上几项要求的条件下考虑经济性,即少占土地,尽量减少初投资,节省运行费用;

(5)满足扩建的要求。

电气主接线图一般绘制成单线图,只有在局部需要表明三相电路不对称连接时,才将局部绘制成三线图。在发电厂或变电站的控制室内,为了表明该厂(站)主接线实际运行状况,通常设有电气主接线的模拟图。运行时,模拟图中的各种电气设备所显示的工作状态必须与实际运行状态相符。

典型的电气主接线大致可分为有母线和无母线两类。有母线类主接线包括单母线线、双母线及带旁路母线的接线等;无母线类主接线包括桥形、多角形和单元接线。

倒闸操作

(一)倒闸操作的概念

电气设备的倒闸操作是指当电气设备由一种状态转换到另一种状态或改变系统的运行方式时,需要进行的一系列的操作。

电力系统中倒闸操作的主要内容有:

(1)电力线路的停、送电操作;

(2)电力变压器的停、送操作;

(3)发电机的启动、并列和解列操作;

(4)网络的合环与解环;

(5)倒换母线操作;

(6)中性点接地方式的改变和消弧线圈的调整;

(7)继电保护和自动装置使用状态的改变;

(8)接地线的安装与拆除等。

倒闸操作直接改变电气设备的运行方式和运行状态,因而是一项既重要又复杂的工作,如果发生错误操作,可能会导致设备损坏,危及人身安全并造成大面积停电,给国民经济和人民财产带来巨大损失。因此,操作人员必须严格遵守《电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分》(GB26860—2011)和操作规程等规章制度,充分发挥应有的技术水平并具有高度的责任心,采取必要的组织、技术措施,确保电力系统安全运行。

(二)倒闸操作的组织和技术措施

(1)组织措施是指运行人员必须树立高度的责任感和牢固的安全思想,认真执行操作票制度、工作票制度、工作许可制度、工作监护制度及工作间断、转移和终结制度等,在执行倒闸操作任务时,注意力必须集中,严格遵守操作规定,以免发生错误操作。

(2)技术措施是指采用防误操作装置,达到五防的要求,即防止误拉合断路器,防止带负荷拉合隔离开关,防止带地线合闸,防止带电挂接地线,防止误入带电间隔。常用的防误操作装置主要有:

1)机械闭锁装置。这是靠机械结构制约而达到预定目的的一种闭锁装置,即当一元件操作后另一元件就不能操作。

2)电磁闭锁装置。这是利用断路器、隔离开关、设备网门等设备的辅助触点,接通或断开隔离开关、网门电磁锁的电源,达到闭锁目的的装置。

3)电气闭锁装置。这是利用断路器、隔离开关的辅助触点接通或断开电气操作电源,达到闭锁目的的装置。

4)红绿牌闭锁装置。这是利用控制开关的分合位置与红绿牌配合,进行定位闭锁,达到防止误拉、合断路器的目的。

5)微机防误操作装置。这是以电脑模拟盘为核心的设备。操作时,运行人员根据电脑钥匙上显示的设备编号,将电脑钥匙插入相应的编号锁内,通过其探头检测操作的对象是否正确,若正确则闪烁显示被操作的设备编号,同时开放其闭锁回路或机构,就可进行倒闸操作。操作结束后,电脑钥匙自动显示下一项操作内容。若走错位置则不能开锁,电脑钥匙发出持续的报警声,提醒操作人员,达到强制闭锁的目的。

(三)倒闸操作的基本原则

(1)应使用断路器拉、合闸。在装设断路器的电路中,拉、合闸均应使用断路器,绝对禁止使用隔离开关切断负荷电流。

(2)断路器两侧隔离开关的拉、合顺序。当送电线路停电时,应先拉开断路器,然后拉开线路侧隔离开关,最后拉开母线侧隔离开关。送电时操作顺序与此相反。

(3)变压器停电时,先拉开负荷侧断路器,后拉开电源侧断路器。送电时操作顺序与此相反。

(4)母线送电前,应将该母线的TV投入;母线停电前,应先将该母线上的所有负荷都转移完后,再将该母线的TV停止运行。倒母线操作时,母联断路器应合上,确认母联断路器已合好后,再取下其控制熔断器,然后进行母线隔离开关的切换操作。母联断路器断开前,应检查负荷已全部转移,母联断路器电流表指示为零,再拉开母联断路器。

(5)环网的并、解列操作。合环操作时,先要进行定相,合环后各元件不能过负荷,各节点电压不超过规定值,继电保护装置应适应环网的运行方式;解环操作时,解环后各元件不应过负荷,各节点电压不超过规定值,继电保护装置应适应解环的运行方式。

(6)仅有熔断器和隔离开关电路的操作。送电操作时,先给上熔断器,后合入隔离开关。停电操作顺序与此相反。

短路电流的原因、后果

造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏。引起绝缘损坏的原因有:各种形式的过电压,如直接遭受雷击等;绝缘材料的自然老化和污损、运行人员维护不周及直接的机械损伤等。

电力系统其他一些故障也可能直接导致短路,如输电线路断线和倒杆事故、运行人员不遵守操作技术规程和安全规程而造成错误操作、鸟和小动物等跨接裸导体等,都可能造成短路。电力系统发生短路时所产生的基本现象是短路回路的电流急剧增大,此电流称为短路电流。短路电流可能达到正常工作电流的几倍到几十倍,甚至更大,绝对值可达到几万甚至几十万安。短路电流基本上是感性电流,其将产生去磁性的电枢反应,使发电机的端电压下降,同时短路电流通过线路等设备时还增大了电压损失,因而在电流增大的同时系统电压将大幅度下降。

短路时的上述基本现象将引起下列严重后果:

(1)短路时往往会有电弧产生,它可能烧坏故障元件本身。

(2)巨大的短路电流通过导体时,一方面会造成导体过热甚至熔化,以及使绝缘体损坏;另一方面,还将产生很大的电动力作用于导体,使导体和设备变形或损坏。

(3)短路时系统电压将大幅度下降,特别是靠近短路点处电压降低很多,可能影响部分或全部用户的供电。

(4)电力系统中短路时,系统功率分布的突然变化和电压的严重下降,可能破坏各种电厂并联工作的稳定性,使整个系统被解列为几个异步运行的部分。这时某些发电机可能过负荷,因此必须切除部分用户。短路时电压下降得越大,持续时间越长,破坏整个系统稳定运行的可能性越大。

导体和绝缘子的选择

(一)导体的选择

1.母线的选择

(1)形式的选择。

常用的母线材料有铜和铝。铜的电阻率低,耐腐蚀,机械强度大,是性能良好的导电材料,

但价格贵,所以铜母线多用在工作电流大、位置狭窄的发电机、变压器出线处或对铝有严重腐

蚀的场所。铝的价格低,使用普遍。一般屋外配电装置使用钢芯铝绞线或硬铝管形母线;屋内配电装置均使用硬母线,其截面

有矩形、槽形和管形。矩形母线散热较好,有一定机械强度,方便安装,广泛使用于4000A以下的配电装置中。为减小集肤效应,单条矩形母线的截面不超过1250mm2。槽形母线机械强度较好,载流量较大,集肤效应较小,一般用于4000~8000A的配电装置中。管形母线集肤效应系数小、机械强度较高,管内可通水或通风冷却,而且圆管表面曲率较小、均匀,故电晕放电电压高,因而常用于8000A以上的大电流和110kV及以上的高电压配电装置中。

(2)母线截面的选择。

对于汇流主母线和较短母线,只按母线长期发热允许电流来选择,其余母线的截面一般按经济电流密度选择。

1)按导体长期发热允许电流选择。

导体所在回路中最大持续工作电流Imax应不大于导体长期发热的允许电流Ial,即Imax≤Ial

式中,Ial———在实际环境温度下导体长期允许电流,Ial=KθIn;In———在25℃时的允许电流,即额定电流;Iθ———温度修正系数,其值可查《电力工程设计手册》。

2)按经济电流密度选择。

对于年平均负荷较大、母线较长、传输容量较大的回路(如发电机、变压器出线等),均应按经济电流密度选择母线截面。按经济电流密度选择的母线可使其年计算费用降低。经济电流密度与导体的材料和最大负荷年利用小时数有关。