发电厂变电所电气设备课件8.ppt

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第八章限流电器,教学目的：

掌握限流电抗器和分裂变压器的用途，了解它们结构、布置和参数等。

重点：

限流电抗器和分裂变压器的用途难点：

限流电抗器和分裂变压器的参数与结构,第一节限流电抗器,限流电器的作用是增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的作用。

常用的限流电器有限流电抗器和分裂变压器。

一、电抗器的类型与用途电抗器：

指具有一定电抗值的电感线圈。

电抗器的类型：

串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器和消弧线圈四种。

串联电抗器,三相并联补偿电抗器,限流电抗器,消弧线圈,限流电抗器的用途：

在发电厂与变电站主接线中，限流电抗器用于限制电力设备的短路电流，除能维持母线电压外，也能将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆。

限流电抗器分三种：

混凝土柱式电抗器（NKS或NKSL）、分裂电抗器（FK）和油浸电抗器（XKSL）。

二、限流电抗器的结构与布置

（1）混凝土柱式电抗器：

常做成空心的混凝土结构这种电抗器都做成单相。

组成三相组时有下列四种排列方式，即垂直排列、水平排列、两重一并排列、品字形排列，见图82。

三相垂直排列和两重一并排列时，B相绕组绕向要与A、C相相反，这样可以减少相间支撑绝缘子的拉伸力。

因为支撑绝缘子的抗压能力比抗拉伸能力大得多。

图8-2电抗器的排列方式（a）垂直排列（b）水平排列（c）两重一并排列（d）品字形排列,

（2）分裂电抗器：

带中间抽头的混凝土柱式电抗器称分裂电抗器。

（3）油浸式限流电抗器：

35KV的限流电抗器，一般做成夹装、油浸式、户外装置，在油箱内壁加磁分路或电磁屏障，以减少箱壁的损耗和发热。

三、普通电抗器的参数及应用电抗器主要参数有额定电压、额定电流和百分数电抗XL%。

电抗器的电抗值按下式计算：

在一定的额定电压和额定电流下，XL越大，则XL越大，限制短路电流的作用越大，但当正常负荷电流通过时，电压损失也大。

在正常工作时，电抗器的电压损失等于电抗器前后的相电压算术差，即：

图8-3装有电抗器的电路正常工作情况（a）电压损失（b）向量图,为电抗器通过负荷电流时的电压损失对额定电压的百分数，一般要求小于5。

正常工作时，电抗器中的功率损耗通常不大，约为通过电抗器功率的0.150.4。

在安装电抗器后，当电路中发生短路时，电抗器可以限制短路电流，同时由于电抗器有较大的电压降，可以维持母线有较高的剩余电压，这使其他未故障用户受到的影响较小。

当在电抗器后发生三相短路时，母线剩余电压的百分数为：

一般要求线路电抗器能维持母线剩余电压在6070。

图8-4电抗器接线图（a）母线分段电抗器（b）线路出线电抗器（c）变压器负荷侧串联电抗器（d）变压器负荷侧并联电抗器,图8-4的几种接线中由于采用了电抗器限制短路电流，因此，都能采用轻型断路器。

（a）图是采用的分段电抗器，可以限制在其一侧母线故障时的短路电流，但在正常工作时，由于各段母线的负荷不平衡，在分段电抗器中有电流通过，分段电抗器中的电压损失将造成各段母线间的电压差别。

因此，分段电抗器的百分电抗的合理范围一般为810，最大不超过12。

分段电抗器在电气主接线中的数目较少（仅一组或二组），使发电厂增加投资不多，在发电机数目不多的中等容量发电厂中，当需要限制短路电流并能满足要求时，可应用分段电抗器。

（b）图采用出线电抗器，其百分电抗一般取36。

虽然出线电抗器的百分电抗不大，但因额定电流不大，所以有较大的限制短路电流的作用，且能维持母线电压水平。

当出线较多时，电抗器一次性投资大，正常功率损耗及电压损失较大，从而使年运行费用增加，故一般只在其他限制短路电流的方法不能达到要求时才采用出线电抗器。

（c）图采用变压器负荷侧串联电抗器，可以限制负荷侧的短路电流，以便选择轻型的出线断路器，并能维持电源侧母线的电压在一定水平。

（d）图由于正常时电抗器不投入，所以电压损失、功率损耗小，而且可以采用较大的电抗值，但继电保护较为复杂。

当线路故障时，应先断开与电抗器并联的断路器，以使短路电流小于出线断路器的开断电流，然后才断开故障线路。

四、分裂电抗器的参数及应用为了限制短路电流和维持较高的母线剩余电压，要求电抗器百分电抗应尽可能大些，但这样会在正常工作时引起较大的电压损失，采用分裂电抗器代替普通电抗器可以缓解这一矛盾。

分裂电抗器在结构上与普通电抗器相类似，不同点是分裂电抗器的绕组有中间抽头，其符号如图85（a）所示，单相电路如图85（b）所示。

图中1为中间抽头端，2和3为分裂电抗器两臂的端头。

两臂的额定电流相同，产品目录给出的额定百分电抗为每臂的自感电抗百分值XL%。

图8-5分裂电抗器的图形符号和单相电路（a）图形符号（b）单相电路,正常工作时，一般端头1接电源，端头2和3接负荷。

当分裂电抗器两臂中通过大小相等方向相反的负荷电流时，每臂的电流在另一臂中产生负的互感电势，使电压降减小，因此在正常工作时，第一臂的总电抗为：

X：

每臂的总电抗；XL：

每臂的自感电抗；XM：

两臂间的互感电抗；M：

互感系数。

互感系数M与分裂电抗器的结构有关，一般取M0.5。

在正常工作时，每臂总电抗：

可见，正常工作时分裂电抗器的电抗减少了一半，则电压损失也减少了一半。

当2端短路时，短路电流自1端流向2端。

此时，分裂电抗器只有一臂通过短路电流，另一臂仅有负荷电流，相对短路电流而言很小，可以忽略反向电流的作用，则分裂电抗器的总电抗为短路侧一臂的电抗X=XL，较正常工作时电抗增大一倍。

另一种情况，如1端开路，2端短路，短路电流自3端供向2端，分裂电抗器两臂中通过电流的方向相同，大小相等，此时每臂的电抗为自感电抗XL与互感电抗XM之和，则两臂总电抗：

从而有效的限制了短路电流。

可见，分裂电抗器在正常工作时，电抗小，电压损失也小。

在短路情况下，电抗增大，起到限制短路电流的作用。

分裂电抗器限制短路电流时的总电抗，应根据短路的不同情况决定。

图8-6分裂电抗器在发电厂和变电站主接线中装设的位置（a）发电机端电压出线装分裂电抗器（b）发电机回路装分裂电抗器（c）发电厂主变压器低压侧装分裂电抗器（d）变电站变压器低压侧装分裂电抗器,目前我国一些发电厂和变电站已采用了分裂电抗器，运行情况良好，今后将会得到更多的应用。

分裂电抗器在发电厂和变电站主接线中装设的位置，如图86所示。

分裂电抗器装设在电缆引出线上，如图86（a）所示，可使电抗器数目减少，且正常运行时电压损失小，如分裂电抗器每臂连接几条出线时，其经济效益更大。

在发电厂和变电站中，分裂电抗器还可以装在发电机或主变压器回路中，如图86（b）、（c）、（d）所示，短路时分裂电抗器起到母线分段电抗器的作用，限制短路电流的效果比普通电抗器会更好。

第二节分裂变压器,随着变压器容量的不断增大，当变压器副绕组侧发生短路时，短路容量很大。

为了能有效地切除故障，必须在副绕组侧安装开断能力很大的断路器。

用分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用,分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组。

分裂绕组的布置形式决定了这两个低压分裂绕组间仅有磁的联系，没有电的联系，其等值电路如图87所示。

通常两个低压分裂绕组容量相同，一般为变压器额定容量的50，阻抗相等，X1=X2。

分裂变压器,图8-7分裂变压器等值电路图,当低压分裂绕组并联时，高压和低压绕组间的电抗为穿越电抗，用表示有：

当一个分裂绕组断开时，如绕组2断开，高压和低压绕组间的电抗为XB，则：

XB=X3+X1当高压绕组断开时，两个低压分裂绕组间的电抗为分裂电抗Xdi，则：

Xdi=2X1,Kdi为分裂系数，分裂变压器可以按不同的Kdi制造。

最有利的条件是Kdi=4，即Xdi=4Xth。

在此情况下，根据以上各式推导可得：

X3=0X1=X2=2Xth目前，我国分裂变压器大多用作单机容量在200MW及以上大容量机组的厂用变压器。

这样，当某一段厂用母线短路时，既可以限制系统所供短路电流，同时又可以限制接在另一段厂用母线上的大容量电动机向短路点供给的反馈电流。

此外，对电动机自起动条件也有所改善。

小结：

限流电器：

限流电抗器、分裂变压器作用：

限制短路电流复习与思考题1、限流电器的作用是什么？

常用的限流电气有哪些？

2、电网中采用的电抗器有哪几种？

各自的作用是什么？

3、限流电抗器的布置方式有哪几种？

4、限流电抗器有哪几种接线方式？

各有何特点？