《風電場電氣系統(tǒng) 》 課件 第3章 風電場主要一次設備

風電場電氣系統(tǒng)第3章風電場主要一次設備1第3章風電場主要一次設備1關注的問題發(fā)電機的結構和工作原理是什么？大型發(fā)電機的種類有哪些？各自有什么特點？變壓器的工作原理是什么？其實際結構式怎樣的？變壓器的型號和參數(shù)有哪些？教學目標基本掌握發(fā)電機和變壓器的結構和工作原理識記變壓器的型式、參數(shù)對風電場的發(fā)電機和變壓器有具體認知§3.1

風力發(fā)電機§3.1.1發(fā)電機的結構目前風電場中應用的風力發(fā)電機，大都是三相交流發(fā)電機

各類發(fā)電機的主體部分都由靜止的定子和可以旋轉的轉子兩大部分構成

原動機（例如風力發(fā)電中用的風力機）帶動轉子繞軸旋轉，在定子繞組中感應出電勢，在閉合的外電路中形成電流從定子繞組出線端（如圖中的A、B、C所示）送出。定子就像一個空心的圓筒，轉子像一個實心的滾軸§3.1.1發(fā)電機的結構定子和轉子一般都由鐵心和繞組構成。繞組多是用銅線纏繞的金屬線圈，當然銅線外面要包裹絕緣物質。鐵心的功能是靠鐵磁材料提供磁的通路，以約束磁場的分布。各種發(fā)電機的定子的基本結構是類似的定子鐵心由很薄的圓環(huán)狀硅鋼片疊制而成，內表面開了若干軸向溝槽，用于嵌放定子繞組?！?.1.1發(fā)電機的結構電機結構的差別可能主要體現(xiàn)在轉子的形狀或轉子繞組的形狀同步機的轉子有凸極式和隱極式等類別凸極式轉子鐵心，有明顯的磁極凸出隱極式轉子鐵心的截面為圓形?！?.1.1發(fā)電機的結構異步機的轉子繞組有鼠籠式和繞線式等繞線式轉子的繞組連接到三個固定在轉軸上的銅環(huán)，通過電刷引出?？梢栽谵D子繞組傳入阻抗，以改善電機的啟動性能或者調節(jié)轉速鼠籠式轉子的繞組由嵌放在轉子鐵心槽內的金屬導條和兩端的短路環(huán)組成§3.1.2發(fā)電機的工作原理發(fā)電機的工作原理主要是基于電磁感應現(xiàn)象。電磁

當導體中通入電流時，在帶電導體的周圍會產(chǎn)生磁場。

如果導體中流過的電流是直流電，則產(chǎn)生恒定的磁場。如果導體中流過的電流是交流電，則產(chǎn)生交變的磁場。

磁電

當處于磁場中的導體做不平行于磁場方向的運動時，導體切割磁力線，就會在該導體中感應出電勢

如果該導體與外電路構成了閉合回路，則還會在感應電勢的作用下形成感應電流。§3.1.2.1轉子繞組通入直流勵磁電流－同步發(fā)電機轉子繞組中的直流勵磁電流，形成相對于轉子靜止的恒定磁場。當轉子在原動機（例如風力機）的驅動下以轉速n旋轉時，那么定子繞組與轉子磁場之間便有了轉速為n的相對運動，從而在定子繞組中產(chǎn)生感應電勢。磁場強度最大的位置在定子內表面圓周上出現(xiàn)的位置是隨著時間變化的，可以形象的理解為，磁場強度最大值出現(xiàn)的位置是在定子內表面圓周上旋轉的，因此常常將三相對稱電流在定子中產(chǎn)生的這種磁場稱為旋轉磁場。在同步發(fā)電機中，定子繞組中的電流是主要感應出來的，事實上，定子電流的頻率是由轉子的轉速（在同步機中，轉子轉速n等于同步速n1）決定的，即：§3.1.2.2轉子繞組無勵磁電流－異步發(fā)電機假設定子旋轉磁場的轉速為n1，當異步機的轉子在原動機（例如風力機）的驅動下，以轉速n旋轉時，轉子繞組的導體與定子旋轉磁場之間有n-n1的轉速差在轉子繞組中感應出的電壓和電流的頻率也都由該轉速差決定?！?.1.2.2轉子繞組無勵磁電流－異步發(fā)電機異步電機轉子中感應電流的頻率應為：轉子磁場的旋轉速度（指的是轉子磁場相對于轉子本身的轉速）為：定子繞組中電流的頻率f1由感應出該電流的定子繞組與轉子磁場的相對轉速n1決定，即：轉差率的定義如下：同步速n1和電機轉子轉速n之差與同步速n1的比值，用s表示：§3.1.2.3轉子繞組通入交流勵磁電流－交流勵磁式發(fā)電機交流勵磁式發(fā)電機和異步發(fā)電機有些類似，差別在于它主動給轉子繞組提供產(chǎn)生轉子磁場所需的交流勵磁電流。當轉子以轉速n旋轉時，如果能夠控制轉子繞組勵磁電流的頻率f2，使得轉子磁場相對于轉子本身的轉速n2（根據(jù)需要，可以與轉子旋轉方向相同或相反）始終滿足

則可以在發(fā)電機轉子轉速n發(fā)生變化的情況下，仍能保持發(fā)電機定子輸出電壓頻率恒定。§3.1.2大型風力發(fā)電機的主流機型未來并網(wǎng)風力發(fā)電的主流機型都是通過電力電子換流器實現(xiàn)風力發(fā)電機組的變速恒頻控制。變速恒頻，即風力機和發(fā)電機轉子的轉速是可變的，而發(fā)電機輸出電壓的頻率是恒定的?！?.1.2.1鼠籠型異步風力發(fā)電機由于風速的不斷變化，導致風力機以及發(fā)電機的轉速也隨之變化，所以實際上鼠籠型風力發(fā)電機發(fā)出的電壓頻率是變化的基于電力電子技術的換流器，先將風力發(fā)電機輸出的交流電壓整流，得到直流電壓，再將該直流電壓逆變?yōu)轭l率、幅值、相位都滿足要求的交流電，送入電網(wǎng)。§3.1.2.2永磁同步直驅式風力發(fā)電機所謂“直驅式”是指，風力機與發(fā)電機之間沒有變速機構（即齒輪箱），而是由風力機直接驅動發(fā)電機的轉子旋轉。轉子的轉速就由風力機的轉速決定。當風速發(fā)生變化時，風力機的轉速也會發(fā)生變化，因而轉子的旋轉速度是時刻變化的。為了解決風速變化帶來的輸出電壓頻率變動的問題，需要在發(fā)電機定子繞組與電網(wǎng)之間配置換流器§3.1.2.3交流勵磁雙饋式感應風力發(fā)電機組所謂“雙饋式”是指，發(fā)電機的定子繞組和轉子繞組與電網(wǎng)都有電氣連接，都可以與電網(wǎng)之間交換功率。雙饋式風電機組的定子繞組與電網(wǎng)直接連接，輸出電壓的頻率可以通過轉子繞組中的交流勵磁電流的頻率調節(jié)得以控制。換流器先將電網(wǎng)50Hz的交流電整流，得到直流電，再將該直流電逆變?yōu)轭l率滿足要求的交流電，用于轉子繞組的勵磁。§3.1.2.4無刷雙饋式風力發(fā)電機組無刷雙饋式風力發(fā)電機組，其定子有兩套極數(shù)不同的繞組，一個稱為功率繞組，直接接電網(wǎng)；另一個稱為控制繞組，通過雙向換流器接電網(wǎng)。轉子為籠型或磁阻式結構，無需電刷和滑環(huán)，轉子的極對數(shù)應為定子兩個繞組極對數(shù)之和。這種無刷雙饋發(fā)電機定子的功率繞組和控制繞組的作用分別相當于交流勵磁雙饋發(fā)電機的定子繞組和轉子繞組§3.1.2.4無刷雙饋式風力發(fā)電機組對于無刷雙饋發(fā)電機，有：

fp——定子功率繞組電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；

fc——定子控制繞組電流頻率；

fm——轉子轉速對應的頻率；

pp——定子功率繞組的極對數(shù)；

pc——定子控制繞組的極對數(shù)。超同步時，式中取“+”；亞同步時，取“－”§3.2

變壓器

§3.2.1變壓器工作原理§3.2.1.1變壓器的電壓變換

變壓器的基本原理是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交流電能到另一電壓等級交流電能的變換變壓器的核心部件是鐵心和繞組，鐵心用于提供磁路，纏繞于鐵心上的繞組構成電路與電源相連的一側為一次繞組，與負荷相連的一側為二次繞組§3.2.1.1變壓器的電壓變換一次繞組和二次繞組一般沒有電氣上的連接，而是通過鐵心中的磁場建立聯(lián)系。對于理想變壓器，感應電壓、電流和繞組匝數(shù)之間有如下關系：每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的額定容量，以kVA來標定?！?.2.1.2變壓器的等效電路在電力系統(tǒng)的分析中，往往構建變壓器的等值電路模型，主要包括三個部分：一次繞組的電路、由磁路等值為電路的勵磁電路及二次繞組的電路§3.2.1.2變壓器的等效電路工程中可以采用空載試驗來測定勵磁阻抗

變壓器繞組的漏阻抗可以通過短路試驗測得。

在電氣設計的工程實際中，為了簡化計算，往往忽略掉勵磁阻抗的影響，采用如下圖所示的簡化等效電路?！?.2.2變壓器的結構

大多數(shù)電力變壓器均為油浸式變壓器，即以油作為絕緣和冷卻介質，所用的油一般為礦物油。

圖3-7變壓器工作原理示意圖1234567891011121314151、鐵芯2、繞組3、調壓分接頭4、調壓機構箱5、高壓側套管6、低壓側套管7、高壓側中性點8、壓力釋放閥門9、瓦斯繼電器10、11、吸濕器12、主變端子箱13、散熱風扇14、油箱15、儲油柜油浸式變壓器由其核心部件（即實現(xiàn)電磁轉換的鐵心和繞組）、用于調整電壓變比的分接頭和分接開關以及油箱和輔助設備構成?！?.2.2.1鐵心

變壓器鐵心的作用是為經(jīng)過一次繞組和二次繞組的磁通提供低磁阻的磁路

當磁通的大小和方向發(fā)生變化時，鐵心材料的分子重新排布需要消耗一定的能量，這部分損耗與鐵心的磁滯現(xiàn)象有關，稱為磁滯損耗

磁通變化時，鐵心自身也像繞組一樣，會感應出一定的電壓和電流，由于這種電流只在鐵心的各個小局部循環(huán)，因此被稱為渦流。渦流會在鐵心材料（具有電阻）上形成有功損耗，稱為渦流損耗

鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡稱鐵損§3.2.2.1鐵心為了降低損耗和噪聲，目前常用的鐵心材料為晶粒取向電工鋼片、高導磁電工鋼片、磁疇細化的電工鋼片、非晶合金、微晶鋼片等高導磁低損耗材料。

為了防止鐵心內的渦流循環(huán)，鐵心疊片上一般帶有高質量的絕緣涂層，也可采用附加絕緣層。

為了充分利用圓形繞組的內部空間結構，常將電工鋼帶疊積成盡可能接近圓形截面的鐵心柱電工鋼片堆疊為鐵心柱的實物圖§3.2.2.1鐵心圓柱形鐵心柱是所有變壓器鐵心的共同結構特點，但根據(jù)變壓器形狀的不同，其整體鐵心結構有很大區(qū)別。

單相變壓器

單相變壓器的鐵心形狀對單相變壓器而言，其鐵心必須包括供磁通返回的心柱?！?.2.2.1鐵心三相變壓器對于三相電力變壓器而言，目前最常用的是三相三柱式鐵心，有時稱為三相芯式鐵心因為在任何時候，由平衡三相電壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的三相磁通的相量之和都等于零，所以在三相鐵心中不需要供磁通返回的旁柱，而且鐵心柱和鐵軛的截面可以相等?！?.2.2.1鐵心圖為三相五柱式鐵心結構，這是降低大型變壓器（例如大型聯(lián)絡變壓器）或自耦變壓器運輸高度的另一種鐵心結構形式。通過在套裝繞組的心柱外面增加用于構成磁通回路的旁柱的方法，五柱鐵心結構降低了鐵軛高度。另一種使用三相五柱式鐵心結構的可能情況是要求變壓器的零相序阻抗值與正相序阻抗值相當?！?.2.2.2繞組變壓器繞組絕大多數(shù)用銅制成，也有部分采用鋁作為導體材料。

對于所有容量大于幾千伏安的變壓器，其繞組導線截面都為矩形。

在繞組每匝導線內部的單股導線之間必須相互絕緣，每匝導線也要與鄰近的線匝絕緣。這種絕緣就是在導線上沿螺旋方向連續(xù)包扎的絕緣紙帶，并且至少要包兩層絕緣紙，以便外面一層絕緣紙能夠覆蓋里面一層絕緣紙的接縫間隙。其扁平截面的銅導體按照多股方式組成了單相繞組，銅導體被紙絕緣材料螺旋狀纏繞，以保證繞組間絕緣?！?.2.2.2繞組常用的三相心式鐵心的變壓器，其高低壓繞組同心纏繞于鐵心柱上高壓繞組低壓繞組鐵心考慮到和鐵心的絕緣，以及分接繞組一般都接于高壓繞組，一般將低壓繞組靠近鐵心布置

§3.2.2.2繞組

低壓繞組通常都繞制在由絕緣材料（合成樹脂粘結紙板）制成的硬紙筒上高壓繞組的導線截面積比低壓繞組的導線截面積要小得多，但高壓繞組的匝數(shù)卻可能是低壓繞組匝數(shù)的很多倍。高壓繞組一般繞制成餅式結構

§3.2.2.3調壓方式與分接開關

很多變壓器在運行時，可以實現(xiàn)對變比的調整，也即對電壓的調整。調壓的方式有無勵磁調壓和有載調壓

無激磁調壓需要在變壓器停電以后，通過螺栓來實現(xiàn)繞組連接位置的變換。

有載調壓方式則可以在變壓器帶電運行時通過有載分接開關實現(xiàn)對電壓的調整。大部分電力變壓器將分接線段設置在高壓繞組上：

因為(1)設置分接線段的目的是為了補償外施電壓的變化，對于除發(fā)電機變壓器以外的大多數(shù)電力變壓器而言，其外施電壓都是加在高壓繞組上的。(2)由于高壓繞組內流過的電流較小，因而需要的分接線尺寸也較小，相應分接開關本身通過的電流也小?！?.2.2.3調壓方式與分接開關調壓的實現(xiàn)，依賴于繞組匝數(shù)的變化，也就是利用分接繞組來調整原邊和副變的匝數(shù)比。

正/反調壓結構中高壓分接繞組的連接如下：

首先按負極性方式將分接線匝接入繞組中,隨著分接位置的上升，分接線匝不斷地從繞組中切除繞后將分接線匝按正極性方式接入繞組采用這種調壓結構可以減少分接繞組的實際尺寸，但結構較復雜，成本較高。

§3.2.2.3調壓方式與分接開關

在有載調壓中，分接位置的變化，需要依靠分接開關來實現(xiàn)。要求在分接變換過程中，不切斷負荷電流；繞組的任何部位都不出現(xiàn)短路現(xiàn)象左圖采用切換開關的電抗式有載調壓分接開關，具有兩個獨立的選擇開關和切換開關，兩個開關機械連鎖，可以順序操作當分接位置由1到2變換時，首先打開切換開關2，將選擇開關2的分接頭從11切換到10，再閉合切換開關。§3.2.2.4變壓器油油浸式變壓器的變壓器油主要用于散熱和充當絕緣介質。

變壓器的有效冷卻很重要。對大多數(shù)變壓器來說，礦物油是吸收鐵心、繞組熱量，并將其熱量傳遞給自冷或風冷外表面的最有效介質，有時要借助強迫油循環(huán)方式。

在大多數(shù)電氣設備中，有大量不同部件處于不同電位之下，因此需要將它們相互絕緣。變壓器常常要在高于額定電壓下短時間運行或者耐受操作沖擊和雷電沖擊的瞬變過電壓。變壓器油必須具備以下特性以滿足要求：低粘度低傾點（油的傾點是油能夠流動的最低溫度）高閃點優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，很高的電氣強度§3.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備變壓器油箱作為鐵心、繞組和介質液體的容器油箱絕大部分采用鋼板制造，其頂蓋可以拆除，箱蓋通常用箱沿固定，箱蓋通常與水平面有1°的斜度，以防箱蓋外表面積聚雨水。油箱上必須設置用于注油或放油的閥，在需要時還要增設油樣閥。在油箱上還要設計適量的可拆卸的小蓋板

變壓器油箱必須設有一個或多個安全裝置，以便釋放突然升高的內部壓力壓力釋放閥§3.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備變壓器油箱上通常還要設置其它一些附件：

在箱蓋上設置一個（或幾個）溫度計座用于測量變壓器頂部油溫度；

一塊接線牌或銘牌用于詳細標示變壓器基本參數(shù)；

一個接地端子用于變壓器主油箱接地?！?.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備在使用儲油柜的結構中，可以將變壓器主油箱的油注到頂蓋位置，從而在需要時可以在頂蓋上安裝套管。但使用儲油柜的最重要的特點在于，它可以減小變壓器油與大氣的接觸面積，從而減小油的氧化速度和氧氣在油中的溶解程度，而溶解在油中的氧氣能縮短油的絕緣壽命。

帶儲油柜的變壓器還可以使用氣體繼電器。氣體繼電器通常安裝在儲油柜通向油箱的連管上。

套管是將油箱內部的電氣連接引出的部件。油位計氣體繼電器低壓側套管壓力釋放閥溫度計（油）溫度計（繞組）風扇高壓側套管套管CT放油閥門吸濕器§3.2.2.6變壓器的散熱當變壓器繞組中產(chǎn)生電阻損耗和其它損耗時，就要產(chǎn)生熱量。必須要將這些熱量傳遞到變壓器油中，并由變壓器油帶走。

油循環(huán)方式主要包括：（1）自然油循環(huán)，利用油被加熱后所產(chǎn)生的溫差壓力。油在繞組內部被加熱而上升，散熱器中受到冷卻而下降。

（2）強迫（不導向）油循環(huán)，使用油泵將冷卻油從散熱器中抽出并輸送到繞組底部，然后再通過繞組導線“上部”和“下部”撐條所形成的垂直軸向油道循環(huán)。（3）強迫導向油循環(huán)，油的冷卻借助一些外部設備來實現(xiàn)§3.2.3

變壓器型號表征變壓器型式多樣。在設計和生產(chǎn)中往往需要使用型號來表示變壓器的特征。

變壓器型號的表征一般按下列規(guī)則：

§3.2.3

變壓器型號表征

其中關于型號描述的符號，參見下表：相數(shù)單項三相DS繞組外絕緣介質油空氣成型固體GC冷卻方式自冷式風冷水冷FW油循環(huán)自然循環(huán)強迫油導向循環(huán)強迫油循環(huán)DP繞組數(shù)雙繞組三繞組S調壓方式無激磁調壓有載調壓Z繞組耦合方式自耦分裂O

設計序號是設計和生產(chǎn)廠家自定義的，不直接反映變壓器本身的型式特征。§3.2.3

變壓器型號表征

例3-1：某變壓器的型號為SFPZ5-120000/220，簡述該變壓器的基本型式和參數(shù)。解析：對照上表可知，該變壓器是“三相”變壓器（S），繞組外絕緣介質是“油”（缺?。?，冷卻方式是“風冷”（F），油循環(huán)方式是“強迫油循環(huán)”（P），繞組數(shù)為“雙繞組”（缺?。?，調壓方式為“有載調壓”（Z）。設計序號為5，表示該產(chǎn)品在同類產(chǎn)品系列中的設計序號。“120000”表示該變壓器的額定容量為120000kVA，“220”表示該變壓器的高壓繞組電壓等級為220kV?！?.2.3

風電場中的變壓器

大型風電場中常采用二級或三級升壓的結構。

在風電機組出口裝設滿足其容量輸送的變壓器將690V電壓提升至10kV或35kV；在匯集后送至風電場中心位置的升壓站，經(jīng)過升壓站中的升壓變壓器變換為110V或220kV送至電力系統(tǒng)。如果風電場裝機容量更大，達到幾百萬千瓦的規(guī)模，可能還要進一步升壓到500kV或更高，送入電力主干網(wǎng)。

§3.2.3

風電場中的變壓器

風機出口的變壓器一般歸屬于風電機組，需要將電能匯集后送給升壓站，也稱為集電變壓器升壓站中的升壓變壓器，其功能是將風電場的電能送給電力系統(tǒng)，因此也被稱為主變壓器為滿足風電場和升壓站自身用電需求，還設置有場用變壓器或所用變壓器風電場電氣系統(tǒng)第3講風電場主要一次設備2教學目標基本掌握斷路器和隔離開關的結構和工作原理，識記斷路器的型式和參數(shù)等，對風電場的斷路器和隔離開關的功能、結構、外觀有具體認知第3章風電場主要一次設備2關注的問題關于電弧的基本知識有哪些？各種開關設備的結構是怎樣的？其作用又是什么？§3.3開關設備

在電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行中，電氣設備的相互聯(lián)系及生產(chǎn)方式的轉換，由開關電器的分合來實現(xiàn)。開關電器的分合實現(xiàn)了電路的有選擇接通和斷開。閘刀開關的原理非常簡單：當閘刀落下時，將兩側導體連接為一個導體，接通電路；當閘刀打開后，兩側導體不再有電路聯(lián)系，相互絕緣。閘刀開關所要達成的目的即通過其自身“導體?絕緣體”的轉換來分合電路。電池電燈閘刀開關電力系統(tǒng)中的高壓開關電器要復雜的多常。用的開關電器有斷路器、隔離開關、熔斷器和接觸器，它們的功能各不相同?！?.3.1電弧的基本知識§3.3.1.1電弧的本質和特性

開關電器開斷電流時候，只要電路中的電流達到幾百毫安，電壓有幾十伏，開關的觸頭間就會出現(xiàn)電弧

電弧是導電體，只有電弧熄滅才能實現(xiàn)電路的開斷。

氣體金屬類似復合電離電子正離子中性原子[弱等離子體][強等離子體]電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，是一種等離子體狀態(tài)，即帶正電荷和負電荷的粒子數(shù)量相等的離子集團狀態(tài)。隨著溫度的升高能量的輸入，物質可以實現(xiàn)由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子狀態(tài)的順序轉換?？梢?，金屬與等離子體有相似之處?！?.3.1.1電弧的本質和特性開關分合過程中所產(chǎn)生的電弧，對于開關電器以及整個系統(tǒng)的安全運行都具有重要影響。這主要是因為：

1、電弧是強功率放電，在電弧區(qū)的任何固體、液體或氣體在電弧作用下都會產(chǎn)生強烈的物理及化學變化。2、電弧是一種自持放電，很低的電壓就能維持相當長的電弧穩(wěn)定燃燒。3、電弧是等離子體，質量很輕，極容易變形。

§3.3.1.2電弧的物理過程

在電弧的形成與維持過程中，游離起了很重要的作用。所謂游離，即中性質點到帶電質點的轉化。電弧通?？梢苑譃槿齻€區(qū)域：陰極區(qū)、弧柱區(qū)和陽極區(qū)在陰極區(qū)、弧柱區(qū)及陽極區(qū)游離過程中產(chǎn)生了帶電質點，并使其產(chǎn)生定向移動。電弧的電位和電位梯度分布，如下圖§3.3.1.2電弧的物理過程電弧中的電流從微觀上看是電子及正離子在電場下移動的結果，其中電子的移動構成電流的主要部分。

從電弧半徑方向看，電弧中心溫度最高，弧柱周圍發(fā)光較暗的區(qū)域稱為弧焰，其中電流密度很小?！?.3.1.2電弧的物理過程

（1）陰極區(qū)：

陰極的作用是發(fā)射大量電子，在電場作用下趨向陽極方向從而構成陰極區(qū)的電流。

§3.3.1.2電弧的物理過程

（2）弧柱區(qū)：

弧柱部分導電需要在弧柱區(qū)域也能出現(xiàn)大量自由電子，這就要使弧柱區(qū)的氣體原子游離。氣體原子游離的方式通常有電場游離和熱游離兩種。

弧柱中的電子在電場作用下運動，不斷與氣體原子等粒子碰撞。當電子的動能超過原子的游離能

，則可以使束縛在原子周圍的電子釋放出來，形成自由電子和正離子。這種現(xiàn)象稱為電場游離。在弧柱中溫度很高，粒子動能很大，其互相之間不斷碰撞即可使原子游離，從而產(chǎn)生大量的自由電子。電弧導電的主要原因就在于熱游離。去游離包括復合和擴散兩種方式。

§3.3.1.2電弧的物理過程

（3）陽極區(qū)：

陽極的作用通常不像陰極那樣重要。根據(jù)陽極作用的不同，可把陽極分為被動型和主動型兩種。

在被動型中，陽極只起收集電子的作用。

在主動型中，陽極不但收集電子而且產(chǎn)生金屬蒸汽，因而也可以向弧柱提供帶電粒子。

對于長度只有幾個毫米的電弧，電弧電壓主要由陰極區(qū)壓降和陽極區(qū)壓降組成，其中的物理過程對電弧起主要作用，這種電弧稱為短弧。真空電弧一般屬于短弧。

而對于長度較大的電弧，弧柱則起主要作用，這種電弧稱為長弧?！?.3.1.3交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅主要有以下三種情況：強迫熄弧

因電弧電壓很高，電源電壓不能維持，電弧電流很快被減小到零而熄滅。

截流開斷

在此情況下，電弧因不穩(wěn)定而熄滅。

過零熄弧

在這種情況下，電弧是在電流零點時熄滅的。這種熄弧過程稱為過零熄弧?！?.3.1.3交流電弧的熄滅

如電流過零后，弧隙未復燃，電弧就最后熄滅；反之，如發(fā)生復燃，則電弧在電流此次過零時不能熄滅，至少需燃燒至電弧電流下次過零時再熄滅。

弧隙是否復燃決定于兩方面：一是弧隙的介質強度，另一是加在弧隙上的電壓，通常稱為恢復電壓。

介質強度和恢復電壓都是時間t的函數(shù)，通常稱為介質強度恢復過程和電壓恢復過程。

介質恢復過程取決于電流及斷路性能，電壓恢復過程主要決定于電網(wǎng)的結構和參數(shù)§3.3.1.3交流電弧的熄滅顯然，在電弧電流過零后電弧是最終熄滅還是復燃決定于介質強度ud和恢復電壓utr

交流電弧過零熄滅的條件如下：

0utt0u(a)復燃(b)熄滅§3.3.1.3交流電弧的熄滅

一般把介質恢復過程分為熱擊穿階段和電擊穿階段

熱擊穿階段

在開斷大電流時，電弧電流過零后，弧隙的介質溫度仍很高，弧隙仍有一定的電導率。當恢復電壓加在弧隙上時，弧隙中即有一小電流流過。此時在弧隙中同時進行著兩個過程：一方面電源供給弧隙以能量；另一方面弧隙又將能量傳給周圍介質。如果電源供給弧隙的能量超出傳出的能量，弧隙溫度將不斷上升，最后導致?lián)舸?，這稱為熱擊穿電擊穿階段

當弧隙溫度降低熱游離基本停止時，弧隙轉變?yōu)榻橘|。在此階段中，如發(fā)生復燃，則與氣體介質擊穿過程相似。§3.3.2斷路器斷路器是電力系統(tǒng)不可缺少的主要控制、保護設備，是電力系統(tǒng)中最重要的開關電器，其作用為切斷電路。

為了可以熄滅電路分合時所產(chǎn)生的電弧，斷路器都裝設有滅弧裝置

常用的斷路器類型有：油斷路器、真空斷路器和SF6斷路器等§3.3.2.1油斷路器

油斷路器的觸頭浸在油中，觸頭分合時電弧能量中除一小部分通過傳導、輻射等方式向四周散出外，大部分能量使四周的油蒸發(fā)和分解，在電弧周圍形成氣泡。

氣泡體積受到周圍油的慣性力和油箱壁的限制，氣泡壓力是比較高的，因此電弧是處在壓力較高、導熱性很好的氣體包圍之中，使電流過零后弧隙介質強度恢復很快，電弧容易熄滅。

利用電弧自身能量熄滅電弧的方法稱為自能式滅弧。利用其它能量熄滅電弧的方法稱為外能式滅弧。絕大多數(shù)油斷路器都采用自能式滅弧，如多油斷路器按照絕緣結構的不同，油斷路器可分為多油斷路器和少油斷路器兩種§3.3.2.1油斷路器多油斷路器多油斷路器的觸頭系統(tǒng)放置在裝有變壓器油的由鋼板焊成的油中，油箱是接地的。多油斷路器的導電部分多做成“U”形，每相至少有兩個斷口。23754611－絕緣套管；2－電流互感器；3－變壓器油；

4－靜觸頭和滅弧室；5－油箱；6－橫梁（動觸頭）；7－箱蓋；電壓等級的多油斷路器，每相各有一個油箱，稱為分箱式結構有些電壓等級較低的多油斷路器，三相共用一個油箱，稱為共箱式結構。

§3.3.2.1油斷路器

多油斷路器內部帶有電流互感器，配套性強；在戶外使用時，不易受大氣條件的影響。

多油斷路器的缺點是油量多，鋼材消耗也多。油量太多不僅給檢修斷路器帶來困難，而且增加了爆炸和火災的危險性?！?.3.2.1油斷路器少油斷路器

少油斷路器中，變壓器油用來熄滅電弧和作為觸頭間的絕緣介質，但不作為對地絕緣。

按使用地點的不同，少油斷路器可分為戶內式與戶外式兩種。戶外式少油斷路器如圖：絕緣筒1通過支持瓷瓶3安裝于基座4上，5為接線端子，2為斷路器操作機構。大部分110kV少油斷路器都采用這種結構，滅弧室裝在絕緣筒內。

一般高電壓等級的少油斷路器的結構是細而高，結構穩(wěn)定性較差，不宜在強烈地震地區(qū)使用。123455§3.3.2.2真空斷路器

利用真空作為觸頭間的絕緣與滅弧介質的斷路器稱為真空斷路器，真空斷路器中的電弧和氣體電弧有明顯的不同。

（1）真空的概念

真空一般指的是氣體稀薄的空間。真空的程度以氣體的絕對壓力值來表示，壓力越低稱之真空度越高。凡是絕對壓力低于正常大氣壓力的狀態(tài)都可稱為真空狀態(tài)。絕對壓力等于零的空間稱為絕對真空，才是真正的真空或理想真空。真空的程度以氣體的絕對壓力值來表示，壓力越低稱之真空度越高?！?.3.2.2真空斷路器真空包括的范圍很廣，為方便起見常將它劃分為幾個區(qū)域。我國劃分的區(qū)域為如下表所示。

劃分區(qū)域壓力范圍（Pa）粗真空1.01×105～1.33×102低真空1.33×102～1.33×10-1高真空1.33×10-1～1.33×10-6超高真空1.33×10-6～1.33×10-10極高真空<1.33×10-10真空滅弧室的真空度為1.33×10-2Pa～1.33×10-5Pa，屬于高真空范疇?！?.3.2.2真空斷路器（2）真空間隙擊穿與真空電弧

真空間隙的擊穿不是由于間隙中氣體分子的碰撞游離所引起，而主要由電極現(xiàn)象決定。電極表面在強電場作用下會產(chǎn)生電子發(fā)射。隨著電極表面溫度和外加電場強度的增大，電極表面電子發(fā)射的電流密度也增大。當電流密度達到某一臨界值時，真空間隙就被擊穿了，這被稱為場致發(fā)射擊穿機理。電極表面不可避免地總會粘有一些微粒質點，它們在電場作用下會附著電荷運動，具有動能。在與另一電極碰撞時，動能轉變?yōu)闊崮埽刮⒘１旧砣刍驼舭l(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的金屬蒸汽又會與場致發(fā)射的電子產(chǎn)生碰撞游離，最終導致間隙的擊穿,這被稱為微粒擊穿機理。§3.3.2.2真空斷路器維持真空電弧的是金屬蒸汽而不是氣體分子，真空電弧實為金屬蒸汽電弧。真空電弧的電弧電壓也由陰極壓降、弧柱（等離子區(qū)）壓降和陽極壓降三部分組成。真空電弧的長度很短，對電弧電壓起主要作用的是陰極和陽極壓降。電弧電壓隨電流增大而增加，具有正的伏安特性?！?.3.2.2真空斷路器（3）真空斷路器的基本結構

真空斷路器的結構與其它斷路器大致相同，主要由操動機構、支撐用的絕緣子和真空滅弧室組成。

絕緣子真空滅弧室操作機構定導電桿靜法蘭盤磁管屏蔽罩觸頭磁管波紋管導向套動導電桿動法蘭盤(a)真空斷路器結構原理圖(b)真空滅弧室剖面圖真空滅弧室的外殼由玻璃或陶瓷制成，動觸頭運動時的密封靠波紋管。動、靜觸頭的外周裝有屏蔽罩§3.3.2.2真空斷路器（4）真空斷路器的特點

真空斷路器的特點：真空斷路器的機械壽命和電氣壽命都很高。通常機械壽命和開合負載電流的壽命都可達到一萬次以上。

真空滅弧室密封問題特別重要，否則就會導致開斷失敗，造成事故真空滅弧室工作狀態(tài)與外界大氣條件無關，不會在開斷短路電流時產(chǎn)生噴油、排氣給外界帶來污染，無須檢修；開斷過程中不會產(chǎn)生很高的壓力，爆炸危險性?。婚_斷短路電流時也沒有很大的噪聲

§3.3.2.3SF6斷路器

（1）SF6氣體簡介

六氟化硫（SF6）是目前高壓電器中使用的性能最優(yōu)良的滅弧和絕緣介質。

SF6常以液態(tài)保存于鋼瓶中，使用時減壓放出呈氣態(tài)沖入電氣設備內。

無色、無味、無毒，不會燃燒，化學性能穩(wěn)定，常溫下和其他材料不會發(fā)生化學反應。但在電弧的高溫作用下，SF6的分解物SF4、S2F2、SF2、SOF2、SO2F2、SOF4、HF等都具有強烈的腐蝕性和毒性。安裝有SF6電器的場所應裝設合適的通風設備。

§3.3.2.3SF6斷路器SF6氣體中的水分必須控制在一定的限度內，否則對設備運行帶來危害。

SF6具有優(yōu)良的滅弧性能，主要是由于：SF6電弧具有高溫弧芯和低溫弧焰，其電弧電壓梯度小，功率低，對于熄滅電弧有利。電弧即使在電流很小時依然可以維持弧芯的導電狀態(tài)，電流過零時弧柱殘余體積小，能量小，有利于弧隙絕緣強度的恢復。由于SF6氣體絕緣性能好，SF6斷路器中動靜觸頭間的距離不必很大，降低了上游部分電弧長度和電弧能§3.3.2.3SF6斷路器（2）SF6斷路器基本類型

按照結構不同，SF6斷路器可分為瓷柱式與罐式兩種。

罐式斷路器的滅弧室安裝在與地電位相連的金屬罐體內。高電壓下，每相需要將多個滅弧室串聯(lián)裝在同一罐體內。瓷柱式斷路器的滅弧室裝在絕緣支柱上，通過串聯(lián)滅弧室，并將它們安裝在適當高度的絕緣支柱上，便可獲得任意的電壓額定值。

§3.3.2.3SF6斷路器

按照滅弧方式的不同，SF6斷路器又分為：雙壓式SF6斷路器、壓氣式SF6斷路器、自能式自吹SF6斷路器和旋弧式SF6斷路器等。

§3.3.2.3SF6斷路器①壓氣式斷路器

正常狀態(tài)下，所有觸頭都是閉合的，電流通過主觸頭和壓氣缸從上載流部分向下載流部分傳導。1-上載流部分，2-靜弧觸頭，3-動弧觸頭，4-壓氣室，5-下載流部分，6-噴嘴，

7-靜主觸頭，8-.動主觸頭，9-壓氣缸，10-充氣閥，11-靜活塞閉合狀態(tài)觸頭分離形成電弧電弧熄滅斷開狀態(tài)閉合狀態(tài)在斷開過程中，主管道的活動部分、形成電弧的靜觸頭、壓氣缸和噴嘴都被拉向斷開狀態(tài)。在閉合過程中，充氣閥會打開使得SF6氣體能注入吹氣室?！?.3.2.3SF6斷路器②自能自吹式SF6斷路器1-上載流部分，2-靜弧觸頭，3-動弧觸頭，4-自能壓氣室，5-壓氣室，6-充氣閥，7-靜活塞，

8-噴嘴，9-主靜觸頭，10-主動觸頭，11-自能壓氣閥，12-壓氣缸，13-過壓泄氣閥，14-下載流部分基本結構觸頭分離形成電弧電弧熄滅斷開狀態(tài)閉合過程在斷開過程中，自能壓氣式斷路器的大電流下的操作和壓氣式斷路器以同樣的方式開始。當形成電弧觸點分離后，由于溫度的升高及吹氣柱體和靜活塞之間的氣體被壓縮，自能壓氣室和壓氣室里的壓力不斷升高。直到氣壓足夠將自動吹氣閥推向閉合位置。當電流波形過零時，電弧變的相對微弱。被壓縮的SF6氣體通過噴嘴從自能壓氣室注入，從而熄滅了電弧。在閉合過程中，充氣閥會打開使得氣體能被充入壓氣室和自能壓氣室?！?.3.2.3SF6斷路器（3）斷路器操作機構在斷路器本體以外的機械操動裝置稱為操動機構，而操動機構與斷路器動觸頭之間連接的部分稱為傳動機構和提升機構。操動機構的合閘能源從根本上講是來自人力或電力。還可轉變?yōu)槠渌芰啃问剑珉姶拍?、彈簧位能、重力位能、氣體或液體的壓縮能等。根據(jù)能量形式的不同，操動機構可分為手動操動機構、電磁操動機構、彈簧操動機構、電動機操動機構、氣動操動機構和液壓操動機構等?！?.3.2.3SF6斷路器手動操作機構（CS）——靠手力直接合閘的操動機構。

電磁操動機構（CD）——靠電磁力合閘的操動機構電動機操動機構（CJ）——利用電動機減速裝置帶動斷路器合閘的操動機構彈簧操動機構（CT）——利用已儲能的彈簧為動力使斷路器動作的操動機構

液壓操動機構（CY）——利用液壓油作為動力傳遞介質。操動方式有兩種：直接驅動式和儲能式氣動操動機構（CQ）——利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的操動機構§3.3.2.3SF6斷路器（4）風電場中的斷路器及其操作機構舉例圖為風電場中常用的35kV真空斷路器及其機構箱內部結構的實物圖。操作機構為彈簧機構，可以看到分合位置指示，彈簧壓力表及手動分合按鈕及接線端子排等基本元件?！?.3.2.3SF6斷路器為風電場升壓變電站中220kV的SF6斷路器及其操作箱內部結構。220kV以上需要分相操作，因此每相斷路器都有操作箱及操作機構。該斷路器采用彈簧操作機構，可以看到相關的分合位置指示、SF6壓力指示、分合開關，接線端子等等。

§3.3.3隔離開關隔離開關在電力生產(chǎn)中常被稱為刀閘，是最常見的高壓開關。與斷路器最根本的區(qū)別在于，它沒有專用的滅弧裝置，結構簡單，因而不能用來分合大電流電路。當電氣設備需要檢修的時候，由斷路器斷開電路，安裝在斷路器和電氣設備之間的隔離開關再拉開，在電氣設備和斷路器之間形成明顯的電壓斷開點，從而保證了檢修的安全。此外，隔離開關常用來進行電力系統(tǒng)運行方式改變時的倒閘操作。例如，發(fā)電廠或變電所中常見的倒母操作和旁帶操作。

§3.3.3隔離開關

隔離開關也可以接通或切斷某些小電流電路，例如下列各種情況：①電壓互感器和避雷器電路；②空載母線；③勵磁電流不超過2A的空載變壓器；④電容電流不超過5A的空載線路。

§3.3.3隔離開關

根據(jù)安裝地點，隔離開關可以分為屋內式和屋外式根據(jù)其絕緣支柱的數(shù)目可以分為

①單柱②雙柱式④V字型③三柱式§3.3.4

熔斷器接于電路中，以熔點較低的材料作為熔斷器的熔體，熔體裝設于熔管中，當電路中流有故障電流的時候，由于熔體熔點較低將熔化斷開電路，從而實現(xiàn)故障時對電路的保護功能。熔斷器分為低壓熔斷器和高壓熔斷器高壓熔斷器型式一般分為屋內式和屋外型，用于戶內或戶外的又有不同型號。若按是否有限流作用又可分為限流式和非限流式，限流式高壓熔斷器就在短路電流沒有達到最大值之前就熔斷。風電場集電變壓器上方的戶外跌落式熔斷器§3.3.5各種開關設備的功能比較

斷路器由于裝設了專門的滅弧裝置，可以熄滅分合電路時所產(chǎn)生的電弧，因此它用來實現(xiàn)電路的最終分合。

隔離開關也是最常見的開關電器，一般是作為檢修電器和斷路器配合使用。

熔斷器的作用是在電路中發(fā)生故障或過負荷的情況下自動斷開電路，從而使得故障設備從整個電路中切除出去，以保證故障設備和系統(tǒng)的安全。

接觸器則實現(xiàn)電路正常工作時電路的分合，它只能分合正常電流，無法斷開故障電流，因此它常常和熔斷器一起工作，以取代較為昂貴的斷路器。風電場電氣系統(tǒng)第3章風電場主要一次設備3第3講風力場主要一次設備3

關注的問題各種載流導體的作用是什么？其特征又是什么？電抗器和電容器電壓互感器和電流互感器的基本知識教學目標基本掌握風電場中母線和輸電線路、電抗器和電容器、電壓互感器和電流互感器的結構和工作原理對風電場上述電氣設備的功能、結構、外觀等有具體認知§3.4載流導體

電力系統(tǒng)中的各個電氣設備都由載流導體相互連接，組建成電路。其中，位于發(fā)電廠和變電站內的母線用于匯集和分配電能，連接導體和跳線用于連接電氣設備，而輸電線路則將發(fā)電廠、變電站和用戶連接成完整的電力系統(tǒng)?！?.4.1導體的材料導體通常由銅、鋁、鋁合金或鋼材料制成。多數(shù)載流導體一般使用鋁或鋁合金材料

純鋁的成型導體一般為矩形、槽形和管形。強度稍低，當110kV及以上配電裝置敝露布置時不宜采用。

鋁合金導體有鋁錳合金和鋁鎂合金兩種，均為管形。鋁錳合金導體載流量大，但強度較差。鋁鎂合金導體機械強度大，但載流量小，主要缺點是焊接困難，因此使用受到限制。

銅導體一般在下列情況下才使用：

①位于化工廠附近的屋外配電裝置，化工廠排出的大量腐蝕性氣體對鋁制材料有不良影響；

②發(fā)電機出線端子處位置特別狹窄，鋁排截面太大穿過套管有困難時；

③持續(xù)工作電流在4000§3.4.1導體的材料導體除滿足工作電流、機械強度和電暈要求外，導體形狀還應滿足下列要求：電流分布均勻（即集膚效應系數(shù)盡可能低）；機械強度高；散熱良好（與導體放置方式和形狀有關）；有利于提高電暈起始電壓；安裝、檢修簡單，連接方便?！?.4.2導體的形狀導體可以分為兩大類：硬導體和軟導體。（1）硬導體：在電流較大的場合，軟導體載流量不足時可以采用硬導體。硬導體根據(jù)其截面形狀可分為：管型、槽型、矩形?！?.4.2導體的形狀①矩形導體單片矩形導體具有集膚效應系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡單、連接方便等優(yōu)點。一般適用于工作電流I≤2000A的回路中。

載流量不是隨導體片數(shù)增加而成倍增加的，尤其是每相超過三片以上時，導體的集膚效應系數(shù)顯著增大?！?.4.2導體的形狀②槽形導體槽形導體的電流分布比較均勻，與同截面的矩形導體相比，其優(yōu)點是散熱條件好、機械強度高、安裝也比較方便。在回路持續(xù)工作電流為4000～8000A時，一般可選用雙槽形導體③管形導體管形導體是空芯導體，集膚效應系數(shù)小，且有利于提高電暈的起始電壓。戶外配電裝置使用管形導體，具有占地面積小、構架簡單、布置清晰等優(yōu)點。但導體與設備端子連接比較復雜，用于戶外時易產(chǎn)生微風振動?！?.4.2導體的形狀（2）軟導體常見的軟導體為鋼芯鋁絞線，由鋼芯承受主要機械負荷，鋁作為主要載流部分。軟導線應根據(jù)環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、風速、污穢、海拔高度）和回路負荷電流、電暈、無線電干擾等條件，確定導線的截面和導線的結構型式。當負荷電流較大時，應根據(jù)負荷電流選擇較大截面的導線。當電壓較高時，為保持導線表面的電場強度，導線最小截面必須滿足電暈的要求，可增加導線外徑或增加每相導線的根數(shù)?！?.4.3導體的功能風電場和變電站中的常見導體有母線、連接導體、跳線和輸電線路，輸電線路又可分為架空線和電纜線路。（1）母線

母線是將電氣裝置中各截流分支回路連接接在一起的導體。它是匯集和分配電能的載體，又稱匯流母線。風電場中35kV母線（軟導線）風電場中220kV母線（硬導線）§3.4.3導體的功能（2）連接導體連接導體是將發(fā)電廠和變電站內部電氣設備進行連接的導體。跳線其實也是連接導體，不過為了跨越某一設備或建筑物，需要提升高度，所以稱為跳線。（3）架空線架空線是通過鐵塔、水泥桿塔架設在空氣中的導線，一般為裸導線。由導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等組成風電場升壓站內的出線架構及站外220kV架空線路§3.4.3導體的功能（4）電纜電纜通常是由幾根或幾組導線（每組至少兩根）絞合而成的類似繩索的電纜。

電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計算機電纜、信號電纜、同軸電纜、耐火電纜等等。

都是由多股導線組成，用來連接電路、電器等。§3.5電抗器和電容器

§3.5.1電抗器§3.5.1.1電抗器的作用

電抗器在電路中是用于限流、穩(wěn)流、無功補償及移相等功能的一種電感元件。電力系統(tǒng)中，電抗器的作用主要是兩個：1、限流（或串聯(lián)）電抗器，用于限制系統(tǒng)的短路電流，并能使母線電壓維持在一定水平；2、補償（或并聯(lián)）電抗器，用于補償系統(tǒng)的電容電流，防止線路端電壓的升高。從而使線路的傳輸能力和輸電線的效率都能提高，并使系統(tǒng)的內部過電壓有所降低?！?.5.1.2電抗器的分類電抗器按結構可分為三大類：空芯電抗器、帶氣隙的鐵芯電抗器和鐵芯電抗器。

（1）空芯電抗器只有繞組而無鐵芯，實際上是一個空芯的電感線圈。磁路磁導小，電感值也小，且不存在磁飽和現(xiàn)象

（2）帶氣隙的鐵芯電抗器其磁路是一個帶氣隙的鐵芯。導磁性能較好，所以電抗值比空芯電抗器大，但電流達到一定數(shù)值后，鐵芯飽和，電抗值逐漸減小

（3）鐵芯電抗器其磁路為一閉合鐵芯。由于鐵芯具有高的磁導率，電抗器的電抗值很大，在容量相同時，其體積最小§3.5.1.2電抗器的分類電抗器按絕緣方式可分為油浸式電抗器和干式電抗器。

（1）油浸式電抗器油浸式電抗器是一個帶間隙鐵芯的線性電感線圈。它的鐵芯和線圈浸泡在盛有變壓器油的油箱中，采用油浸自冷的冷卻方式（2）干式電抗器干式電抗器多采用空芯結構，是一個不帶鐵芯的線性電感線圈，采用空氣自冷式的冷卻方式§3.5.1.2電抗器的分類限流電抗器有普通電抗器和分裂電抗器兩種。帶有中間抽頭的混凝土電抗器稱為分裂電抗器。并聯(lián)電抗器按鐵芯結構可分為兩種，即殼式電抗器和芯式電抗器。①殼式電抗器線圈中的主磁通是空芯的，不放置導磁介質，也就是線圈內無鐵芯，在線圈外部裝有用硅鋼片疊成的框架以引導主磁通。②芯式電抗器具有帶多個氣隙的鐵芯，外套線圈。主要缺點是加工復雜，技術要求高，振動和噪聲較大。§3.5.2電容器§3.5.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是一種無功補償設備，也稱移相電容器。變電所通常采取高壓集中的方式，將補償電容器接在變電所的低壓母線上，補償變電所低壓母線電源側所有線路及變電所變壓器上的無功功率，使用中往往與有載調壓變壓器配合，以提高電力系統(tǒng)的電能質量。§3.5.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器的結構可分為箱式和集合式兩種。箱式電容器，主要由油箱、膨脹器、器身、芯子（電容元件）組成集合式并聯(lián)電容器，也稱為密集型并聯(lián)電容器，有單相和三相兩種。集合式電容器的結構可分為器身、油枕、油箱、出線套管等部分?！?.5.2.1并聯(lián)電容器

10kV高壓并聯(lián)電容器裝置由斷路器、隔離開關、電流互感器、繼電保護裝置、測量和指示儀表、串聯(lián)電抗器、放電線圈、氧化鋅避雷器、接地隔離開關、單臺電容器保護用熔斷器、并聯(lián)電容器及連接母線和鋼構架等組成。其布置方式有圍欄式、柜式和集合式（按安放地點可分為戶內式、半戶內式、戶外式）§3.5.2.2電容器放電裝置為防止帶電荷合閘及防止人身觸電傷亡事故，電容器組必須加裝放電裝置。放電裝置的放電特性應滿足下列要求：

手動投切的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中性點的剩余電壓在5min內自額定電壓（峰值）降至50V以下；

自動投切的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中性點的剩余電壓在5s內自電容器組額定電壓（峰值）降至0.1倍電容器組額定電壓及以下?！?.5.2.3耦合電容器耦合電容器對50Hz的工頻所呈現(xiàn)的阻抗，要比對高頻所呈現(xiàn)的阻抗值大600～1000倍，基本上相當于開路，而對于高頻信號來說，則相當于短路。所以耦合電容器可作為載波高頻信號的通路，并可隔開工頻高壓電流?！?.6

互感器

§3.6.1互感器簡介

在風電場和電力系統(tǒng)運行過程中，需要監(jiān)視其運行狀態(tài)。對電氣一次系統(tǒng)運行狀態(tài)的最直接反映就是電流和電壓。

互感器正是起電壓和電流變換作用的傳感器。它將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流按照比例變成標準的低電壓和小電流提供給二次系統(tǒng)中的測量設備和繼電保護裝置使用。這樣二次系統(tǒng)可以采用功耗小、精度高的標準化、小型化的元件和設備?；ジ衅鞣譃殡娏骰ジ衅鳎–T）和電壓互感器（PT）。

電流互感器串接于一次系統(tǒng)的電路中，將大電流變?yōu)樾‰娏?；而電壓互感器并接于一次系統(tǒng)的電路中，將高電壓變換為低電壓?！?.6.2電流互感器（CT）§3.6.2.1CT的結構（1）CT的原理性結構

電流互感器的基本組成，包括鐵心、一次繞組、二次繞組由于是大電流變小電流，一次繞組的匝數(shù)很少導體的截面形狀可以制成圓形、管形、槽型。電流互感器二次側采用圓截面的銅漆包線，纏繞于鐵心之上。1231一次繞組2鐵心3二次繞組

§3.6.2.1CT的結構

電流互感器的鐵心一般要裝設多個以適應測量和繼電保護的不同需求。

鐵心可由條狀熱軋電工鋼片疊積為矩形（疊積式鐵心）、或采用帶狀電工鋼片卷制成圓形、矩形或扁圓形（卷鐵心），或在卷鐵心的基礎上按要求切成兩瓣或多瓣形成開口鐵心。疊積式鐵心卷鐵心（圓形）卷鐵心（矩形）卷鐵心（扁圓形）

§3.6.2.1CT的結構

對于110kV及以上的電流互感器，其一次繞組分為兩段或四段，以實現(xiàn)電流互感器變比的調整。

圖中電流互感器的一次繞組分為兩段，第一組的起、末端標為P1、C2，第二組的起、末端標為C1、P2。當C1端和C2端相連時，一次繞組的兩組串聯(lián)連接；當C1端與P1端相連，C2端與P2端相連時一次繞組的兩組并聯(lián)連接?！?.6.2.1CT的結構電流互感器二次繞組的標記方法：P2S1S2P1當二次繞組抽頭較多時，二次端子依次標記為：S1、S2、S3、……P2S1S3P1S2當有多個二次繞組時，各繞組的出頭相應標記為：1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2、……P21S12S2P11S22S1端子標志一經(jīng)標定，就決定了電流互感器的極性。§3.6.2.1CT的結構所謂的減極性原則是指，當互感器的一次繞組和二次繞組同時由同名端（極性側）注入電流時候，所產(chǎn)生的磁通在鐵心中相互疊加當一次繞組的極性側輸入電流時，二次繞組的同名端會輸出電流§3.6.2.1CT的結構（2）CT產(chǎn)品實例ABB某型110kV油浸式電流互感器1-氣墊2-充油裝置3-絕緣填充物4-紙絕緣的一次導體5-鐵芯和二次繞組6-二次接線盒7-二次接線端8-膨脹容器9-油位監(jiān)視玻璃10-一次接線端子11-接地端子一次繞組4為U型結構，和外部接線端子10相連接，一次繞組由單股或多股鋁或銅材料構成，其外部包裹有絕緣紙。一次繞組裝設于磁套管和油箱內，油箱中還裝設有鐵心5和二次繞組。二次繞組采用銅導體，纏繞于鐵心之上，其接線端子7裝設于接線盒6中。在油箱的外部裝設有用于接地的端子11，一次繞組采用電容絕緣結構?！?.6.2.1CT的結構屋內澆鑄絕緣支柱式電流互感器12123456771-一次接線端子2-二次接線端子3-一次繞組4-鐵心5-二次繞組6-樹脂混合料7-銘牌當電流較小時，一次繞組用玻璃絲包線繞制；大電流時，用銅帶或銅母線繞制。二次繞組用玻璃絲包線繞制；層間絕緣用聚脂薄膜或膜紙復合絕緣紙。如果是卷鐵心，二次繞組直接繞在鐵心上。如果是疊積式鐵心，則二次繞組繞制在酚醛紙筒或玻璃紙筒上，然后再裝配鐵心?！?.6.2.2CT的工作原理

電流互感器的工作原理類似于變壓器，電流互感器的額定電流比Ki為其基本參數(shù)。式中I1N、I2N——分別為一、二次繞組的額定電流；

N1、N2——分別為一、二次繞組的匝數(shù)。

電流互感器的額定一次電流標準值為：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A，以及它們的十進位倍數(shù)或小數(shù)，有下標線的是優(yōu)先值。

額定二次電流一般為1A或5A。§3.6.2.2CT的工作原理§3.6.2.4CT的誤差由于互感器存在勵磁損耗，使I1、I2在數(shù)值和相位上均有差異，即測量結果有誤差。這種誤差通常用電流誤差fi和相位誤差δi來表示。電流誤差fi定義為:

相位誤差δi通常很小，計入等，經(jīng)分析可知：§3.6.2.4CT的誤差根據(jù)電磁感應定律、磁動勢方程

和二次側回路方程

等電磁關系，整理可得：式中S,Lav——分別為鐵心截面（m2）和磁路平均長度（m）；

μ——鐵心磁導率（H/m）。

電流誤差和相角誤差常用于表示儀表用電流互感器的性能?！?.6.2.4CT的誤差

對于保護用電流互感器，則常用復合誤差來表示其誤差限值。

所謂的復合誤差是指，當一次電流與二次電流的正符號與端子標志的相一致時，穩(wěn)態(tài)情況下，下列二者之差的方均根值：①一次電流的瞬時值，②二次電流的瞬時值乘以額定電流比。即：其中Kn為額定電流比，

I1為一次電流的方均根值，

i1,i2分別為一次電流和二次電流的瞬時值，

T為一個工頻周期的時間?！?.6.2.4CT的誤差

由于鐵磁材料的非線性特性，勵磁電流中高次諧波分量很大，波形呈尖頂形，與正弦波相去甚遠，即使一次電流是理想的正弦波，二次電流也不是正弦的非正弦波不能用相量圖進行分析，所以要采用復合誤差的概念來分析?！?.6.2.5CT的準確級和誤差限值對于電流互感器的誤差常用誤差限值來描述，電流互感器測量的準確程度（即準確級）也以誤差限值來確定。測量儀表用的電流互感器的準確級有0.1,0.2,0.5,1和3，共5級§3.6.2.5CT的準確級和誤差限值對于穩(wěn)態(tài)保護用的電流互感器，其準確級由復合誤差來確定§3.6.2.6CT的額定容量

電流互感器的額定容量

S2N，指的是電流互感器在額定二次電流I2N和額定二次阻抗Z2N下運行時，二次繞組輸出的容量，即因電流互感器的誤差和二次負荷有關，故同一臺電流互感器使用在不同準確級時，會有不同的額定容量?！?.6.2.7CT的保安系數(shù)

電力系統(tǒng)中使用的電流互感器往往會有很大的過電流流過其一次繞組。為避免互感器二次回路的儀器、儀表不致受到大電流的沖擊，希望測量用電流互感器在過電流情況下二次電流不再嚴格按比例增長.

儀表保安系數(shù)(FS)是指儀表保安電流與額定一次電流的比值而所謂的儀表保安電流則是指測量用電流互感器在額定二次負荷下，其復合誤差不小于10%的最小一次電流。對測量用電流互感器的儀表保安系數(shù)，是要求復合誤差超過10%；對保護用電流互感器則是要求在規(guī)定的準確限值系數(shù)下復合誤差不超過規(guī)定值?！?.6.2.8CT的開路電壓電流互感器的二次回路必須接有負荷或直接短路如果二次開路，當一次繞組流過電流時．則二次磁動勢不存在，一次磁動勢全部用來勵磁，勵磁磁勢為