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必備干貨 | 開關柜及相應電氣元器件知識大全

國際能源網能源資訊頻道  來源:風電頭條(微信號:wind-2005s)  日期:2019-06-27
 開關柜是指按一定的線路方案將一次設備、二次設備組裝而成的成套配電裝置,是用來對線路、設備實施控制、保護的,分固定式和手車式,而按進出線電壓等級又可以分高壓開關柜(固定式和手車式)和低壓開關柜(固定式和抽屜式)。
 
  開關柜的結構大體類似,主要分為母線室、斷路器室、二次控制室(儀表室)、饋線室,各室之間一般有鋼板隔離。
 
 
  (高壓開關柜組成圖)
 
  內部元器件包括:母線(匯流排)、斷路器、常規繼電器、綜合繼電保護裝置、計量儀表、隔離刀、指示燈、接地刀等。
 
  從應用角度劃分:
 
  (1)進線柜:
 
  又叫受電柜,是用來從電網上接受電能的設備(從進線到母線),一般安裝有斷路器、CT、PT、隔離刀等元器件。
 

 
  (2)出線柜:
 
  也叫饋電柜或配電柜,是用來分配電能的設備(從母線到各個出線),一般也安裝有斷路器、CT、PT、隔離刀等元器件。
 

 
  (3)母線聯絡柜:
 
  也叫母線分斷柜,是用來連接兩段母線的設備(從母線到母線),在單母線分段、雙母線系統中常常要用到母線聯絡,以滿足用戶選擇不同運行方式的要求或保證故障情況下有選擇的切除負荷。
 
 
  (4)PT柜:
 
  電壓互感器柜,一般是直接裝設到母線上,以檢測母線電壓和實現保護功能。內部主要安裝電壓互感器PT、隔離刀、熔斷器和避雷器等。
 

 
  (5)隔離柜:
 
  是用來隔離兩端母線用的或者是隔離受電設備與供電設備用的,它可以給運行人員提供一個可見的端點,以方便維護和檢修作業。
 
  由于隔離柜不具有分斷、接通負荷電流的能力,所以在與其配合的斷路器閉合的情況下,不能夠推拉隔離柜的手車。在一般的應用中,都需要設置斷路器輔助接點與隔離手車的聯鎖,防止運行人員的誤操作。
 
  (6)電容器柜:
 
  也叫補償柜,是用來作改善電網的功率因數用的,或者說作無功補償,主要的器件就是并聯在一起的成組的電容器組、投切控制回路和熔斷器等保護用電器。一般與進線柜并列安裝,可以一臺或多臺電容器柜并列運行。
 

 
  電容器柜從電網上斷開后,由于電容器組需要一段時間來完成放電的過程,所以不能直接用手觸摸柜內的元器件,尤其是電容器組;在斷電后的一定時間內(根據電容器組的容量大小而定,如:1分鐘),不允許重新合閘,以免產生過電壓損壞電容器。
 
  作自動控制功能時,也要注意合理分配各組電容器組的投切次數,以免出現一組電容器損壞,而其他組卻很少投切的情況。
 
  (7)計量柜:
 
  主要用來作計量電能用的(千瓦時),又有高壓、低壓之分,一般安裝有隔離開關、熔斷器、CT、PT、有功電度表(傳統儀表或數字電表)、無功電度表、繼電器、以及一些其他的輔助二次設備(如負荷監控儀等)。
 
 
  (8)GIS柜:
 
  又叫封閉式組合電器柜,它是將斷路器、隔離開關、接地開關、CT、PT、避雷器、母線等封閉組合在金屬殼體內,然后以絕緣性能和滅弧性能良好的氣體(一般用六氟化硫SF6)作為相間和對地的絕緣措施,適用于高電壓等級和高容量等級的電網中,用作受配電及控制。
 
  (9)斷路器:
 
  正常工作情況下,斷路器處于合閘狀態(特殊應用除外),接通電路。當進行自動控制或保護控制操作時,斷路器可以在綜保裝置控制下進行電路的分斷或接通操作。
 
  斷路器不僅可以通斷正常的負荷電流,而且能夠承受一定時間的短路電流(數倍甚至幾十倍的正常工作電流),并可以分斷短路電流,切除故障線路和設備。
 

 
  所以說,斷路器的主要功能就是分斷和接通電路(包括分斷和接通正常電流、分斷短路電流)。由于在分斷和接通電路的過程中,斷路器的動觸頭與靜觸頭之間不可避免的要產生電弧。為了保護觸頭,減少觸頭材料的損耗和可靠分斷電路,必須采取措施來盡快熄滅電弧,其中一種就是采用不同的滅弧介質填充到斷路器的動、靜觸頭間。
 
  按滅弧介質的不同斷路器可以分為:油斷路器(多油、少油)、六氟化硫(SF6)斷路器、真空斷路器、空氣斷路器等。我們在工程中經常接觸到的高低壓開關柜里的主要一次設備就是斷路器。由于斷路器的動、靜觸頭一般都是被包在充滿滅弧介質的容器中,所以斷路器的分、合狀態不可以直接判斷,一般是通過斷路器的輔助器件(如分合位指針等)來判別。
 
  (10)隔離刀:
 
  隔離刀(或稱隔離開關)由于有明顯的斷口可以識別接通或分斷,主要是用來隔離高壓電源的,以保證線路和設備的安全檢修,能分斷的電流很小(一般只有幾個安培)。
 

 
  由于沒有專門的滅弧裝置,所以它不能用來分斷故障電流和正常工作電流,不允許帶負荷進行分斷操作。

  (11)熔斷器:
 
  熔斷器是一種簡單的電路保護電器,其原理是當流經熔斷器的電流達到或超過定值一定時間后,本身的熔體熔化,切斷電路。其動作原理簡單,安裝方便,一般不單獨使用,主要用來配合其他電器使用。
 
 
  主要動作特點:一是電流要達到一定值,該值在熔斷器出廠前已經做好,無法更改;
 
  二是電流達到一定值后要經過一定的時間,該時間也是廠家做好的,無法更改,但是類型很多,包括延時動作、快速動作、超快速動作等;
 
  三是動作后本體損壞,不能重復使用,必須更換;熔斷器是否熔斷可以通過熔斷指示器判別,也可通過熔體外觀上判別;常用的保險絲、保險管都屬于該類電器范圍。
 
  (12)負荷開關:
 
  負荷開關具有簡單的滅弧裝置,滅弧介質一般采用空氣,可以接通和分斷一定的電流和過電流,但是不能分斷短路電流,不能用來切斷短路故障。所以絕對不允許單純用負荷開關來替代斷路器;如果要采用負荷開關,必須與前面提到的高壓熔斷器配合使用(實際上往往用熔斷器和負荷開關串聯使用,用作簡單的過負荷保護,以降低工程造價)。
 

 
  負荷開關與隔離刀類似,都有明顯的斷開間隙,可以很容易的判別電路是處于接通還是斷開狀態。
 
  (13)變壓器:
 
  變壓器就是利用交變電磁場來實現不同電壓等級轉換的設備(實際上是電能的轉換),其變換前后的電壓不發生頻率上的變化。按照其用途可以分很多種,如電力變壓器、整流變壓器、調壓器、隔離變壓器,以及CT、PT等。我們在工程現場經常遇到的是電力變壓器。
 

 
  與變壓器相關的一些主要的技術參數包括:
 
  1、額定容量:指額定工作條件下變壓器的額定輸出能力(等于U×I,單位為kVA);
 
  2、額定電壓:空載、額定分接下,端電壓的值(即一次、二次側電壓值);
 
  3、空載損耗:空載條件下,變壓器的損耗(也叫鐵耗);
 
  4、空載電流:空載條件下,一次側線圈流過的電流值;
 
  5、短路損耗:一次側通額定電流,二次短路時所產生的損耗(主要是線圈電阻產生的);
 
  6、分接(抽頭)的概念:為適合電網運行需要,一般的變壓器高壓側都有抽頭,這些抽頭的電壓值都是用額定電壓的百分比表示的,即所謂的分接電壓。
 
  例如,高壓10kV的變壓器具有±5%的抽頭,就是說該變壓器可以運行在三個電壓等級:10.5kV(+5%)、10kV(額定)、9.5kV(-5%)。
 
  一般來說,有載調壓變壓器的抽頭數(分接點)較多,如7分接點(±3×2.5%)和9分接點(±4×2%)等。由于不能夠完全保證分接開關的同步切換,所以有載調壓變壓器一般不能夠并聯運行。
 
  7、有功負荷:電力系統中產生機器能或熱能的負荷。但是負載中純阻性的負荷只消耗有功功率,如電熱、電爐、照明等電力負荷完全是有功負荷。
 
  而異步電動機、同步電動機的負載中既消耗有功功率,同時又消耗無功功率,其中作功產生機器能的部分屬有功負荷。有功負荷要由發電機有功功率來供應。
 
  8、無功負荷:在電力負載中不作功的部分。只在感性負載中才消耗無功功率。如:變壓器、電動機、空調、冰箱等。所以在發電機輸出有功功率的同時,還需要提供無功功率。
 
  無功功率不能滿足電網時,系統的電壓將會下降,為了滿足用戶的需求,所以在變電所里要安裝無功補償器,來保持無功功率的平衡,這樣才能維持電壓水平。
 
  9、事故備用:電力系統中備用容量的組成部分之一。由于發電設備可能發生臨時性或永久性的故障而影響供電,所以系統必須設置一定數量的事故備用電源,來確保電力設施的安全.
 
  10、系統解列:為了防止系統失步和事故擴大,將完整的電力系統分解為幾個不再同步運行的獨立系統的一種措施。解列后某些局部系統可能會發生功率不足,頻率和電壓的下降因此需要切除部分負荷,來防止整個系統的穩定遭到破壞。
 
  (14)PT(TV)/CT(AV):
 
  互感器實際上就是一種特殊的變壓器,主要用來從電氣上隔離一次回路與控制回路,從而擴大二次設備(儀表、綜保等)的使用范圍。
 
  采用PT/CT可以避免一次回路的高電壓/大電流直接進入到二次控制設備(如:儀表、綜保裝置等),也可以防止由于控制設備故障影響一次回路的運行。
 
  1、電流互感器(CT、AV)的特點是:一次側繞組N1粗而少、二次側繞組N2細而多,二次側的額定電流I2一般為5A(根據N1I1=N2I2可以近似算出一次側電流I1,或者根據一次側電流I1選擇相應變比的電流互感器)。
 
  由于CT在工作時一次繞組和二次繞組都是分別串聯在一次回路與二次控制回路中的,根據變壓器的特性U1I1=U2I2可以得出,二次側在工作時的工作電壓,該電壓在開路時非常大,故CT是絕對不允許開路的。
 
  按照用途來劃分,通常可以分為保護和測量用CT。測量CT在一次回路出現短路故障時,容易飽和,以限制二次電流(二次繞組側電流I2)過大,達到保護綜保裝置的目的;而保護CT在一次回路出現短路故障時,不應出現保護現象,以保證綜保裝置可靠動作。
 
  2、變比:變壓器高壓側繞組與低壓側繞組匝數之比稱為變比,近似可用高壓側與低壓側額定電壓之比表示。
 
  3、電壓互感器(PT、AV)的特點是:一次繞組匝數N1多,二次繞組匝數N2少,相當于一個降壓變壓器(二次側額定電壓一般為100V)。
 
  由于PT在工作時一次繞組和二次繞組都是分別并聯在一次回路和二次控制回路電壓線圈的,而由于電壓線圈的阻抗很大,所以PT二次側的電流非常小,二次繞組近似于空負荷狀態;但二次繞組本身的阻抗是很小的,所以如果二次繞組短路,則將會導致非常大的二次側電流(N1I1=N2I2)。故PT的二次繞組絕對不能夠短路。
 
  (15)手車/抽屜:
 
  手車和抽屜分別是高壓開關柜和低壓開關柜的一部分,分別安裝高壓斷路器和低壓斷路器及其繼電器等元器件。
 

 
  由此劃分出手車式開關柜(高壓)和抽屜式開關柜(低壓),他們與固定式開關柜的功能是基本相同的,主要區別是方便了維護和檢修(手車和抽屜都可以通過機械操作機構搖把來推進、拉出)。
 
  手車和抽屜一般都有工作(正常運行時)、試驗(試投運和現場試驗時)和退出(維護、檢修時)三種位置狀態。
 
  (16)接地刀:
 
  也叫接地開關,主要作用:一是用來在線路和設備檢修時,為確保人員安全進行接地用的;
 
 
  二是可以用來人為地造成系統的接地短路,達到控制保護的目的。接地刀通常是接在降壓變壓器的高壓側,當受電端發生故障或者變壓器內部故障時,接地刀開關應自動閉合,造成接地短路故障,迫使送電端(上端)斷路器迅速動作,切斷故障,所以說這是個人為的接地短路故障,目的就是保證送電端的斷路器能夠快速動作。
 
  (17)主令電器:
 
  主令電器是一種機械操作的控制電器,對各種電氣系統發出控制指令,用于系統內各種信號的轉化和傳輸等,常用的轉換開關、按鈕、旋轉開關、位置開關以及信號燈等都屬于主令電器的范圍。
 


  (18)接觸器:
 
  接觸器是一種用于遠距離頻繁接通和開斷交直流主電路及大容量控制電路的電器,主要控制對象是電動機、照明、電容器組等,分交流接觸器和直流接觸器。
 
 
  與斷路器相比,不同之處在于:動作頻率非常高(因此要求其電氣壽命和機械壽命足夠長);有較高的的開斷和接通容量,但是一般用在1kV及以下的電壓等級中,無法與斷路器的幾十千伏、幾百千伏相比。
 
  (19)繼電器:
 
  繼電器是用來在控制回路中控制其他電器(一般是一次電氣主設備)動作或在主電路中作為保護用以及作信號轉換用的電器,只適用于遠距離的分斷、接通小容量控制回路,比如:交流/直流電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、熱繼電器等。
 

 
  (20)試驗常見試驗包括:
 
  1、型式試驗:對按照某一設計要求而制造的一個或多個器件或設備所進行的試驗,用以檢驗這一設計要求是否符合一定的規范。
 
  2、常規試驗:也叫出廠試驗,對每個器件或設備在制造中或完工后所進行的試驗,用以判明器件或設備是否符合某項標準。
 
  3、介質試驗:是檢驗介質電氣特性的各種試驗的總稱,包括:絕緣、靜電、耐壓等。抽樣試驗:對一批產品中隨機抽取的若干樣品進行試驗,也是用來判明樣品是否符合某項標準的。
 
  4、壽命試驗:確定產品在規定條件下可能達到的壽命的試驗,或者是為評價分析產品的壽命特征而進行的試驗,屬破壞性試驗。
 
  5、耐受試驗:在包括一定時間內為一定目的所采取的特定運行等規定條件下,對產品進行的試驗,如反復操作、短路、過電壓、振動、沖擊等,屬破壞性試驗。
 
  6、投運試驗:在現場對產品所進行的試驗,用以證明安裝是正確的,產品運行是正常的。
 
  來源:技成培訓
 
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