高压电气设备结构培训讲义

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高压电气设备结构概况对于供电系统的降压变电站来说,高压一次有降压用的变压器、测量系统屯 压电流用的互感器、防过电压用的避雷器、开断系统屯流的断路器(开关)等主 要设备,其它还有隔离开关、母线、绝缘了、绝缘支瓶等辅助设备。电气设备在 变电站屮根据其作用不同,按设计要求其放置位置也不同,图2-1为变电站一角, 目前大多数变电站均采取此种布置方法。架构百压引线套干武电流互感器器丄变压器二次线端子箱电容式电 压互感器设备接地引卜线I六缜化負油枕隔离开关母线架构图2-1变屯站屯气设备布置图卜?面结合实训基地的情况,介绍高压一次设备的结构。第一节变压器变压器借助屯磁感应作用,把一种电压的交流屯能转变为同频率的另一种或几 种电压的交流电能。变压器按电压等级可分为:500kV、220kV、HOkV. 35kV、lOkV 等,如图2-2、2-3、2-4所不。图2-2 500kV单相变压器 图2-3 220kV三相三绕组变压器 图2-4 110kV三相三绕组变压器 图2-6 110KV变压器内部结构图2?7变压器外部构件名称1?箱盖;2~箱壳;3?出线套管;4?散热器;5? 热虹吸器;6?防爆管;7?汕枕;8?箱盖吊攀; 9?油位计;10?呼吸器。铁芯:构成磁通路'器身内部:§ 绕组:构成电通路I绝缘:相间、相地间、匝层间电的隔离变压器油:绝缘、冷却调压装置:输出电压的调整变压器 < ;ぷ爸:在异常情况下,使变压器免遭损坏或减轻损伤汕 箱:容纳器身和绝缘介质等冷却装置:散热出线套管:I占I定引线并使它们相互间及对地绝缘引 线:与电网联系变压器按相别可分为单相和三相,按绝缘介质可分为:充油、充SFe、干式等 类型,目前常用的为充油变压器。一、变压器基木结构 电力变压器的基本结构及 主要部件作用如图2-6、2-7所 示。1. 铁芯铁芯是变压器的磁路部分, 是电能转换的媒介,主耍作用是 导磁,由磁导率很高的电工钢片 (硅钢片)制成。它把一次电路 的电能转变为磁能,又由自己的 磁能转变为二次电路的电能,如 图2-8所示。另外,铁芯是变压 器的内部骨架,铁芯的夹紧装置 不仅使磁导体成为一个机械上 完整的结构,而且在其上面套有 带绝缘的线圈,支持着引线,并 几乎安装了变压器内部的所冇 部件。1.1铁芯的绝缘图2?8变压器铁芯外观图2?9变压器绕组外观铁芯的绝缘冇两种,即铁 芯片间绝缘和铁芯片与结构件 间的绝缘。铁芯片间的绝缘是把 芯柱和铁辘的截面分成许多细 条形的截面,使磁通垂宜通过这 些小截面时,感应出的涡流很 小,产生的涡流损耗也很小。铁 芯片间短路以及铁芯片与具夹 紧结构件短路,将形成环流,是 不允许的,因此铁芯片与所有夹 紧结构件之间必须绝缘。如果形成的短路环流冋路是顺着磁通方向而不交链磁通, 或者交链磁通很小,则影响不大。1.2铁芯的接地铁芯及其金属结构件在线圈的交变电场作用下,由于所处的位置不同,感应 出的悬浮电位也不同,虽然它们之间的电位差不大,但也会通过很小的绝缘距离 而产生悬浮放屯。放电瞬间两点电位相同,即停止放屯;再产生电位差,再放电, 所以这种悬浮放电是断续的,放电的结果使变压器油分解,损坏并固体绝缘,所 以铁芯及其金屈结构件应接地,使它们同处于零电位,冃必须一点接地。如果铁芯有两点或两点以上接地,则铁芯中磁通变化时就会在接地冋路中感 应出环流。这些环流将引起空载损耗增大,铁芯温度升高。若两个接地点间包含 的铁芯片越多,短接的回路越大,环流也越大。当环流足够大时,将烧毁接地片 或铁芯产生故障。2 ?绕组绕组是变压器的电路部分,是由表面包有绝缘的铜(铝)导线绕制而成,并 套装在变压器的铁芯柱上,导线材料可分为铜导线和铝导线两种。由于我国生产 和使用的绝大多数是芯式变压器,它的绕组都是采用同芯式结构,而这种鬪柱形 的绕组正适合同芯式变压器绕组的布置。变压器绕组应具有足够的绝缘强度、机 械强度和耐热能力,如图2-9所示。绕组的绝缘主要有绝缘纸、绝缘纸筒、端绝缘和压板、撑条、垫块、角环、 静电屏等。2.1绝缘纸:在油浸变压器中常用的绝缘纸是电缆纸,电缆纸在变压器运行中 有足够的热稳定性,一般作为导线的匝绝缘、层绝缘或导线的覆盖绝缘。2. 2绝缘纸筒:为了提高抗短路能力,目前一般将低压绕组直接绕在6血左右 的绝缘厚纸筒上,它既是绕组的支撑骨架,又作为绕组主绝缘的一部分,因此必 须有足够的机械强度和耐电强度。2. 3端绝缘和压板:端绝缘用来填平绕组的螺旋端面,提高绕组端部的机械稳 定性,同吋又是绕组端部主绝缘的-?部分。端部绝缘件包括铁辘绝缘、铁辄垫块 及纸板圈上粘有垫块的各种端部绝缘,用绝缘层压纸板加工制成。绕组压板是乐受绕组轴向力的主耍部件,其机械强度的高低直接影响绕组的 抗短路能力。一般屮小型电力变压器和特种变压器多采用钢压板,而目前大屮型 变压器则多采用层压纸板和层压木板加工成压板,这种绝缘压板既有高的机械强 度又有较高的电气强度。2. 4撑条和垫块:在圆筒式绕组中油道撑条和垫块既是层间绝缘,又是油冷却绕组 的油道。2.5角环:角环能延长高压与低压绕组的爬电途径,可防止绕组Z间或线饼Z间的 爬电,同时也改善了绕组端部的电场分布。2. 6静屯屏:静电屏的作用主耍是改善绕组首端的电场分布,同吋还能改善冲 击电压作用下起始屯压分布。3 ?引线引线的作用是将外部的电能输入变压器,乂将传输的电能输岀变压器。一般 分为三种:绕组线端与套管连接的引出线、各相绕组之间的连接引线以及绕组分 接头与分接开关相连的分接引线。引线的绝缘主要取决于绝缘材料的电气强度、 电极形状、电场强度和绝缘组合方式。应该指出的是:引线绝缘不仅限于与引线 有关的绝缘和距离,在实际测量中,还包括了变压器器身整体布置的齐个部分的 绝缘。主要冇:1) 引线对地、引线Z间、引线对绕组的绝缘;2) 套管下端对地和对绕组的绝缘;3) 分接开关对地和对绕组的绝缘;4) 绕组到箱体的绝缘。4.变压器油变压器油主要有三种作用:4.1绝缘作用:变压器汕具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在汕中,不仅 可提高绝缘强度,而且还可免受潮气的侵蚀。4?2散热作用:变压器油的比热大,常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠 近铁芯和绕组的油受热膨胀上升,通过油的上下对流,热量通过散热器散岀,保 证变压器正常运行。4?3消弧作用:在变压器的冇载调压开关上,触头切换时会产生电弧。由于变压器 油导热性能好,且在电弧的高温作用下能分解了大量气体,产生较大压力,从而 提高了介质的灭弧性能,使电弧很快熄灭。三、变压器的绝缘绕组线端的绝缘水平与小性点的绝缘水平相同的称为全绝缘变压器。绕组的 中性点的绝缘水平低于线端的绝缘水平的称为分级绝缘变压器。采用分级绝缘的 变压器,由于中性点的绝缘水平相对较低,可以简化绝缘结构,节省材料,从而 降低变压器尺寸和制造的成本。但分级绝缘的变压器只允许在llOkV
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