风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术.docx

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1、风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术信息来源：中国风电产业网关键词：风力发电更新时间:2010-01-1416:58:02开关电器第一节开关电器的用途和分类电力系统中，发电机、变压器以及线路等元件，由于改变运行方式或发生故障，需将它们接入或退出时，要求可靠而足活地进行切换操作。例如：在电路发生故障情况下，须能迅速切断故障电流，把事故限制在局部地区并使未发生故障部分维续运行,以提高供电的可独性：在检修设需时，隔离带电部分，保证工作人员的安全等，为了完成上述操作，在电力系统中必须装设开关电器。根据开关电器的不同性能，可将其分为以下几类：低压刀闸开关、接触器、高压负荷开关等开关电器，用来在正常:

2、作情况下开断或闭合正常J:作电流。熔断器，用来开断过负荷电流或短路电流。高压隔得开关,只用来在检修时隔离电源不允许用其开断或闭合电流.自动分断器.用来在预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分断故障我路,高压断路器、低尿空气开关等开关电器.既用来开断或闭合正牯工作电源.也用来开断或闭合过负荷电流或短路电流.高压断路器根据安装地点，可分为户内式和户外式2种，依其采用的灭弧介质及工作原理不同又分为油断路器、六班化硫SF6断路器、直空断路器、空气断路器、自产气断路器等几种型式。第.节开关电器的电弧产生及火弧开关电器是通过动、静触头来接通或断开电气设各的.在触头接通或触头分离时,触头间可

3、能出现电孤.电弧是一种气体放电,即气体在某种条件下其分子分解成正、负离了而产生导电的现象,因此,开头的触头虽然已分开，但触头间只要有电弧存在，电路就没有断开，电流仍然存在。电弧的温度极高，可能烧坏触头及触头附近的其他附件。如果电弧长久不能熄火，将会引起电器被毁坏扶至爆炸，危及电力系统的安全运行，造成生命财产的极大损失，因此在切断电路时，必发尽快地使电弧熄灭,要使电弧能尽快熄灭，首先应了解电弧的形成过程。一、电瓠的产生在断路器触头分离时，由于触头间接触压力不断下降，接触面枳不断减小，使接触电阻迅速增大，接触处的温度将急剧升高。另一方面，触头开始分离时，由F触头间的距离很小，即使触头间的电压很低，

4、只有几百伏甚至只有几十伏，但电场强度却很大。如间隙距离为1X1的5cm时,电场强度可达L0X10、,0X10，/cin,由于上述两个原因,阴极表面就可能向外发射出电子,这种现象称为热电子发射或强电场发射.从阴极表面发射出来的电子.在电场力的作用下向阳极作加速运动,并不断与中性质点碰撞.如果电场足够强电子所受的力足嵯大.而两次碰撞的自由行程足终大.电子枳累的能贵足够多,则发生碰撞时就可能使中性质点发生讷肉-产生新的自由电子和正寓子,如图1T所示。新产生的电了又和原来的电了起以极高的速位向阳极运行，当它们和其他中性质点碰描时，又会产生碰撞游离。碰撞游离连续不断地发生，使触头间充满了电子和正离子，介

5、质中带电质点大量增加，使触头间形成很大的电导,在外加电压下，大加电子向阳极运行，形成电流，这就是所说的介质被击穿而产生的电低，触头间形成电弧后，产生很大的热敏，使介质温度总刷升高，在高温作用下中性质点由于高温而产生强烈的热运动。它们之间不断碰撞的结果，又可能发生游离，即热游离，使电弧得以维持和发展.图1-1电场碰撞游离二、电人的熄灭在电盗中，介质因游阈而产生大hi的带电粒了的同时，还发生带电粒了消失的相反过程，称为去游离,如果带电粒了消失的速度比产生的速度快，电瓠电流将减小而使电瓠爆火，带电粒子的消失是因为发合和扩放两种物理现象造成的。史合：异性带电质点的电荷彼此中和成为中性质点的现软称为更合

6、.电子与正声子的速度相差太大,所以电子与正禹子宜接交合的几率小：通常是电子先附在原子上形成负肉子，再与正离子复合,如图1-2所示.扩散，瓠柱中的带电质点,由于热运动而从瓠柱内部逸出，进入周围介质的现象称为扩散开关电器的火蛆原理就是在陆路器触头分开的同时，利用液体或气体吹弧，或将电蛆拉人绝缘冷壁做成的窄缝中，迅速地冷却电瓠，减小因子的运动速度，同时，增加气体的压力和气体密度，使离子间的自由行程缩短,反合的几率增加，琏撑游离和热斯离的几率减小。另外.还可以使电弧中的高温离子密吱大的空间向密度小、温度低的介侦周困方向扩散.电蛆和周困介质的温度及肉子浓度差愈大,扩散作用愈强.扩散出来的离子.因冷却而相

7、互结合成为中性质点。总之,在断路器开断电路时,强迫冷却电弧的内部和表面.增强曲子的更合速度，尽快恢亚介成的绝税强度,使电孤很快爆灭.中性粒子正离子图1-2间接的空间复合过程三、交流电丸的特性与爆灭在交流电路中，电流的瞬时值不断地随时间变化，并且从一个半周到下一个半周过程中，电流要过零一次。在电流过零前的几百微秒，由于电流减小，输入弧隙的能地也战小,瓠除温度剧烈卜降,孤隙的游离程度卜降.介质绝缘能力快发,强隙电阻增大Q当电流过零时，电源停止向瓠隙输入能室，电人熄灭，此时,由于瓠隙不断放出热地，温度维续下降,去游历作用进一步加强,使弧隙介质强度逐渐恢复（介质绝缘能力快发.同时,电源加在断口上的恢更

8、电出也在逐渐增加当孤欧的介质烛度的快更速度大于电谡恢复电压的速度时,电瓠就会熄灭:反之电加就会小燃.综上所述，在电流过零后，人为地采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质强度核发到不会被弧隙外施电压击穿的程明则在过零后的下半周，电弧就不会巾惚而最终炮火。开关电器中的灭弧装置就是基于这一原理而产生的。加强瓠隙的去游离使介质强度恢女速度加大，或减小弧隙上的电压性女连或，都可以使电弧炮灭,为此，现代开关电器中广泛采用的灭人方法,归纳起来有以下几种：利用油或气体吹动电瓠,断口上加装并联电阻：降低了恢复电压的上升速度,同时分流也有利于熄瓠,果用多断口灭弧,由于加在每个断口上的电压降低，使弧隙的恢灾电压降低

9、,因此灭孤性能更好.金属栅片火瓠装置：这种火瓠装汽的构造原理如图13所示。灭孤室内装有很多由钢板冲成的金属火瓠柢片，椎片为磴性材料。当触头间发生电孤后，由于电弧电流产生的磴场与铁树物质向产生的相互作用力，把电瓠吸引到栅片内，将长瓠分割成一中短弧,当电流过零时，每个短孤的阴极附近公立即出现150、250丫的介质强度，如果作用于触头间的电东小于各个间陵介质强度的总和时,电瓠必将熄灭.(a)(b)图1-3电弧在灭弧栅内熄灭第三节高压断路器一、四压断路器的基本要求和技术参数高压断路器具有完善的灭瓠装置和高速的传动机构,它能接通和断开各种状态下高乐电路中的电流,用以完成运行方式的改变和尽快切除故障电路.

10、因此它是发电厂和变电所中股重要的电气设备之,1）对断路器的卷木要求I）在合闲状态时应为良好的导体.不但能通过正常的负荷电流，即使通过短路电流时,也不应因发热和电动力的作用而损坏.2）在分间状态时具有良好的绝缘性，在规定的环境条件下，能承受相应的电压，以及一相内断口间的电压:3）在开所设定的妞路电流时,应有足嵯的开断能力和尽可能短的开断时间.一段在开断临时性故障后.要求能进行自动电合闸.D在接通现定的短路电流时，短时间内断路涔的触头不能产生烯焊等怙况.5)在制造厂给定的技术条件3商压断路器要能长期可施工作，有一定的机械寿命和电气寿命，此外.高压断路器还应具有结构简单,安装、检修方便,体枳小、重屐

11、轻等优点.0,400,630,(1(X)0),1250,(1500),1600,2000,3150,4000,5000,8000,10000.12500,1600().20000A,3)额定开断电流表征断路器开断能力的参数,在领定电压下，断路器能保证可就开断的最大短路电流.称为额定开断电流，K单位用断路涔触头分离瞬间短路电流周期分心有效值的千安数表示。断路器的及大开断电流与电压有关，当断路器在低于其额定电压的电网中工作时，升断电流可以适当提高。但开断电流有一最大值,称为极限开断电流。I)动稳定电流表征断路器通过短路电流能力的多数，它反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在电网用路时，允

12、许通过的电流域大峰值，称为动稔定电流，又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时，不能因电动力作用而被破坏。5)关合电流美合电流是表征断路器美合电流能力的冬数。断路器在接通电路时，电路中可能fit伏有短路故障，此时断路器将关合很大的坦路电流。方面由广短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电林，可能使触头燔焊，从而时断路器造成损伤，断路器能弊可靠关合的电流G大峰值，称为额定关合电流。额定关合电流与动稳定电流在数值上是相等的.一股取额定开断电流的2.55倍.6)热枪定电流和热枪定电流的持续时间热稳定电流也是表征I析路擀通过短时电流能力的参数，但它反映断路器承受

13、知路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态卜，在一定的持续时间内，允许通过电流的G大周期分量仃效位,此时断路器不应因电流短时发热而损坏.殷额定热稳定电流的持续时间为2s.布要大于2s时.推荐4s。7）合用时间与分网时间合、分闸时间是表征断路器操作性能的参数。不同类型的断路器的合、分饵时间不同，但要求动作迅速.断谿器的合饵时间是指从断路器合饵线圈接通电流到主触头刚接触这段时间.断路器的分闸时间包括固有分闸时间和患加时间两部分.固有分间时间是指断路器分向线圈接通到触头分商这段时间.熄弧时间是指从触头分岗到各相电丸熄灭为止这段时间.因此，分闸时间也称全分闸时间.8）操作循环操作循讣也是表

14、示厮路器操作性能的参数.在自动重合闸过程中,断路满布可能在短时间里数次开断切路电流和台上“预伏故障”,对断路器的操作机构和开断能力都有极大的影响.因此.新路尔应能承受一次或二次以上的关合、开断或关合后立即开断的动作能力此种按一定时间间辐进行多次分、合的操作.称为操作循环.我国规定断路器的额定懂作循环如下：自动电合闸操作循环：0-Q-CO-t-CO非自动重合同操作循环，O-t-CO-t-CO其中o分闸动作；Q无电流间隙时间,1U0.3s,即Wi路器开断故障电路,从电弧熄灭起至电路电新自动接通时间：CO合分，表示合闸后立即分闸动作；I为运行人员“强送电”时间,取180s.二、sr断路器（1） s-气体的性质1）物理性侦常态下，纯净的S-气体为无色，无味、无毒、不惚的恰性气体，S：气体的宓度大，在空气中扩散慢，不能维持生命。花易液化，液化温度与压力有关，压力开高液化温度也增高，如在常压（0.IMPa）下,液化温度为零下638匕；在L2MPa压力下，QcC时液化.为此，在SF*断路器中,S正气体都不采用过海的压力,以使其保持气态。单压式SF断路器灭弧室气体压力为0.3-0.6MI%.断路器还装有加热器,根据温度和压