2012年二级建造师机电工程管理与实务讲义(7)
第三讲 电力工程技术基础知识(3)
一、 内容提示
这一讲主要介绍2G311043发电机的类型和2G311051变压器和断路器的类型及其特点2G311052互感器及隔离开关的类型2G311053 杆塔的类型及其使用条件
二、 重点难点
发电机的分类、变压器和断路器的类型及其特点和互感器及隔离开关的类型、杆塔的类型及其使用条件、
三、 大纲要求
掌握发电机的分类、掌握变压器和断路器的类型及其特点和互感器及隔离开关的类型、杆塔的类型及其使用条件
四、 内容讲解 2G311043发电机的类型
1.按原动机的不同可分为：
(1)汽轮发电机：是由汽轮机驱动的，通常为卧式，转子是隐极式。
(2)水轮发电机：是由水轮机驱动的，对于大、中型水轮发电机通常为立式，转子是凸极式。
(3)核能发电机：与常规火力发电厂汽轮发电机无本质区别，有全速与半速两种。
(4)燃气轮发电机：将气体压缩、加热后在透平中膨胀，把其热能转换为机械能的旋转式动力机械。
(5)太阳能发电机：是利用太阳光照在硅等半导体上，光子冲击原子时产生的光电效应，直接将光能转换成电能的发电方式。
(6)风力发电机：需根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制装置来实现风力发电。
(7)柴油发电机：是由柴油机与发电机组成，由柴油机驱动的发电机组。通常作为独立电源或备用电源用于工矿企业、车辆船舶等多种场合。
例：按原动机的不同，发电机的类型可包括( )。
A. 太阳能发电机 B.压缩空气发电机 C.水轮发电机 D.涡轮发电机 E. 风力发电机
答案： A、C、E
2.按转子形式不同可分为：
(1)凸极式发电机：转子是凸极式。
(2)隐极式发电机：转子是隐极式。
3.按冷却介质和冷却方式不同可分为：
(1)空气冷却：空冷。
(2)全水冷：定子和转子绕组以及定子铁芯均采用水冷，目前最大单机容量已达1200MVA。
(3)全氢冷：定子绕组和转子绕组用氢表面冷却或内冷，定子铁芯氢冷。通常200MW以上定、转子都采用氢内冷，最大单机容量已达880MVA。
(4)水氢氢：定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯氢冷。其单机容量可达1200MVA，大型发电机广泛采用这种冷却方式。
(5)水水氢：定子和转子绕组水内冷，定子铁芯氢冷，最大单机容量已达1700MVA。
(6)水水空(双水内冷)：定子和转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，最大单机容量已达600MVA。随着电力系统容量的不断发展，要求发电机单机容量也不断增大。随着单机容量的增大，冷却介质、冷却方式及电机所用的材料也需不断发展。 在冷却介质方面，首先被采用的是廉价的空气，后来才采用氢、水和油等。在冷却方式方面，从外冷发展到冷却效果较好的内冷。空气冷却的主要优点是廉价、简易、安全。由于采用开敞式空冷系统易使绝缘脏污，一般都采用封闭循环强迫空气冷却系统。但空气冷却效能差、摩擦损耗大。氢气和空气相比，重量轻、导热性能好(3个绝对大气压时的氢气，导热能力是空气的3倍)。采用氢气冷却的电机，可使总损耗减小30%～40%，故可提高效率。但采用氢冷后，又有易爆炸和增加复杂的制氢系统等缺点。水(一般采用凝结水)具有很高的导热性能，它的相对导热能力比空气大125倍，且有化学性能稳定、不会燃烧等优点。但采用水冷后，也有易漏水和需增加一套水系统等缺点。
例： 发电机最廉价、最简单和安全的冷却方式是( )。
A. 全水冷 B.全氢冷 C.空气冷却 D.水水氢
答案：C
4.按主轴安装方式不同可分为：
(1)卧式安装：汽轮发电机由于转速高达3000r/min，故其极数少，转子采用隐极式，卧式安装。
(2)立式安装：水轮发电机由于转速低(一般在500 r/min以下)故其极数多，转子采用凸极式，立式安装。
5.按本体结构不同可分为：
(1)旋转电枢式：电枢旋转。
(2)旋转磁极式：磁极旋转。
6.同步发电机的主要技术数据发电机的额定技术数据主要有：
(1)额定容量(或额定功率)：额定容量是指发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率，用“kVA”或“MVA”表示;额定功率是指发电机输出的有功功率，用“kW”或“MW”表示。
(2)额定定子电压：指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压，用kV表示。
(3)额定定子电流：指发电机定子绕组出线的额定线电流，用“A”表示。
(4)额定功率因数：指发电机在额定功率下运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值，即cos￠值。
(5)额定转速：指正常运行时发电机的转速，用“r/min”(每分钟转数)表示。我国生产的汽轮发电机转速均为3000r/min。
(6)额定频率：我国电网的额定频率为50Hz(即每秒50周)。
(7)额定励磁电压：指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行在稳定温度时的励磁电压。
(8)额定励磁电流：指发电机在额定出力时，转子绕组通过的励磁电流，用“A”或“kA”表示。
(9)额定温度：指发电机在额定功率运转时的最高允许温度(℃)。
(10)效率：指发电机输出与输入能量之比百分值，一般额定效率在93%～98%之间。
例题：发电机的额定容量是指( )。
A.发电机在设计技术条件下运行时输出的有功功率 B.发电机在额定工况下运行时输出的视在功率
C.发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率 D.发电机在额定工况下运行时输出的有功功率
答案： C
2G311050 掌握送变电主要生产设备的基本知识
2G311051 变压器和断路器的类型及其特点
1.变压器的类型
(1)按用途不同可分为：
①升压变压器：利用电磁感应原理将发电机发出的电能从发电机电压升高至较高电压输出的设备。
②降压变压器：将高电压降至所需的低电压输出的设备。
③主变压器：包括升压变压器和联络变压器。
④联络变压器：在发电厂升压变电站中，用来连接两种电压等级和交换电能的变压器，多采用三绕组变压器。其第三绕组可作为平衡绕组消除三次谐波，又可作为厂用备用电源，或连接限制内部过电压用的并联电容器等。
⑤配电变压器：用于配电系统将高压配电电压的功率变换成低压配电电压的功率，以供各种低压电气设备用电的电力变压器。
⑥厂用工作变压器：向厂用负荷供电的变压器。
⑦启动/备用变压器：启动变压器高压侧接电力系统，供汽轮发电机组启动使用。当发电机组启动并人系统，带30%～40%负荷后，应将该发电机组厂用电源由启动变压器切换到高压厂用变压器供电，又称为公用/备用变压器。
(2)按相数不同可分为：
①单相变压器：用于单相电路的变压器。
②三相变压器：在三相电力系统中，一般应用三相变压器。
(3)按绕组数及其结构形式不同可分为：
①双绕组变压器：即在一相铁芯上套有两个绕组，一个为一次绕组，另一个为二次绕组。
②三绕组变压器：即在——相铁芯上套有三个绕组，用以连接三种不同电压(高压、中压、低压)。
③自耦变压器：至少有两个绕组具有公共部分的变压器。
④分裂变压器：每相由一个高压绕组与两个或多个电压和容量均相同的低压绕组构成的多绕组电力变压器。
(4)按调压方式不同可分为：
①有载调压变压器：不需停电调压。
②无励磁调压变压器：须停电调压。
(5)按绝缘介质不同可分为：
①油浸式变压器：铁芯和绕组浸在绝缘液体中的变压器。电压较高、容量较大的变压器均用油浸式。
②干式变压器：铁芯和绕组不浸在绝缘液体中的变压器，采用气体或固体绝缘介质。按其不同的绝缘和冷却结构可分为浸渍式、包封绕组式和气体绝缘式等。多用在低电压、小容量或用在防火防爆的场所。
(6)按冷却方式不同可分为：
①油浸自冷变压器。
②油浸风冷变压器。
③强迫油(导向)循环风冷变压器。
④强迫油(导向)循环水冷变压器。
(7)按绕组材料不同、材质不同可分为：
①铝绕组变压器。
②铜绕组变压器。
例：采用( )可以将发电机发出的电能从发电机电压提升到较高电压输出。
A.升压变压器 B.降压变压器
C.联络变压器 D.厂用工作变压器
答案：A
例：按绕组数及其结构形式的不同，变压器可分为( )。
A. 单绕组变压器 B.双绕组变压器
C.三绕组变压器 D.自耦变压器 E. 分裂变压器
答案：B、C、D、E
2.变压器的特点电力系统中用的最多的是双绕组变压器，其次是三绕组变压器和自耦变压器。下面列出几种典型变压器的特点。
(1)双绕组变压器的特点它是由绕在同一个铁芯上的两个绕组，通过交变磁通相互联系着，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低，这样便将一种等级的电压变成同频率的另一种等级的电压。
(2)主变压器(升压变压器或联络变压器)的特点与厂用变压器相比，主变压器具有下列特点：
①主变压器的主要任务是将发电机发出的机端低电压大电流电力转变为高电压小电流电力送人电网。因此，它是大容量升压变压器。
②相对于厂用变压器，由于容量大，一次额定电流也大，因此工作处于高磁密状态，易引起过电压或过激磁。
③一般情况下，通过联络线向电网枢纽变电所供电，所以它往往处于多电源并联工作状态。
(3)三绕组变压器特点一般铁芯为芯式结构，三个绕组同心地套在一个芯柱上。为绝缘方便，高压绕组放在最外边，中、低压绕组则根据相互间传递功率较多的两个绕组应靠近的原则，有不同的排列位置。如发电厂的升压变压器，大都由低压向高、中压侧送出功率，一般采用中压绕组放在最里边，低压绕组放在中间。变电所的降压变压器，大都由高压向中、低压侧送出功率，则将低压绕组放在最里边，中压绕组放在中间。三绕组变压器与双绕组变压器有下面不同之处：
①容量和短路电压由于三绕组变压器各绕组负载大小不同，所以各个绕组有不同的容量配合，如100/100/100、100/50/100、100/100/50等。变压器铭牌上的额定容量是指其中容量比为100的绕组额定容量。三绕组变压器铭牌上的短路电压有三个数值：ukl2%为第三绕组开路、第二绕组短路时，第一绕组对第二绕组的短路电压;ukl3%为第二绕组开路、第三绕组短路时，第一绕组对第三绕组的短路电压;uk23%为第一绕组开路、第三绕组短路时，第二绕组对第三绕组的短路电压。绕组的排列情况会影响短路电压的大小，两个绕组相距越远，漏磁越多，其漏阻抗或短路电压越大。如升压变压器，把低压绕组放在高、中压绕组之间，使两者都靠近一些，可降低低压与高压、中压绕组之间的短路电压。
②变比三绕组变压器有三个变比：高压绕组对中压绕组的变比K12、中压绕组对低压绕组的变比K23、高压绕组对低压绕组的变比K13。
(4)自耦变压器的特点一、二次绕组间不仅有磁的联系，还有电的联系。因此，在自耦变压器内部不仅可依靠电磁感应作用传递功率，而且还可直接传导。由于通过电磁感应关系传递的功率小于变压器的额定容量，所以，它与普通双绕组变压器相比，二次绕组部分(即公共绕组)容量减小，从而可节省材料、降低损耗、缩小尺寸。但自耦变压器有个重要缺点，就是短路阻抗标么值小，短路电流较大，在一定程度上它的使用面受到了限制。
(5)厂用工作变压器的特点
①厂用工作变压器的联结组别应满足与厂用启动/备用变压器的并联切换，并考虑厂用中压系统的中性点接地方式。
②厂用工作变压器的阻抗决定于具体工程的厂用中压设备的允许短路电流承受能力、单台最大电动机正常启动和电动机成组自启动时厂用母线的允许电压水平，也可采用分裂绕组变压器以减少厂用母线的短路电流。
③厂用工作变压器一般不采用有载调压。
④厂用工作变压器应能承受当高压侧系统阻抗为零、其低压侧出口处三相金属性短路，变压器所有绕组(包括稳定绕组)不应变形和损坏，并能继续运行。对于直接与发电机连接的厂用工作变压器，还要考虑发电机灭磁时间对其承受短路能力的影响。
⑤厂用工作变压器为户外油浸式变压器。
(6)低压厂用变压器的特点
①低压厂用变压器宜采用D，yn的接线，使变压器有较小的零序电抗，以便于低压中性点的引出经电阻接地或直接接地。
②采用无激磁调压方式，调压范围为±5%。
③变压器的阻抗应能将低压侧的短路电流限制在制造厂提供的厂用低压开关柜的允许值内，并当最大电动机启动时，其低压母线电压应不低于允许水平。
④低压厂用变压器有油浸式和干式两种。油浸式一般用于户外，用于户内时，当油量大于100kg时要装在防爆小间内;干式变压器则用于户内可与低压开关柜布置在一起，应采用F级绝缘或更高等级的绝缘，并具有良好的防潮和阻燃性能。干式变压器的冷却方式可为自然冷却/强迫风冷，视变压器的容量而定，变压器自然冷却/强迫风冷的容量比一般不低于1：1.33，当装有防护外壳时，其额定容量不随下降，干式变压器的外壳和外壳防护等级应与低压开关柜相一致。变压器利用时间高时宜选用节能型变压器。
(7)分裂变压器的特点
①当低压侧的一个绕组发生故障时，具有限制短路电流的作用。
②能减少无故障分裂母线连接的电动机向短路点提供的反馈电流。
③保持无故障母线有较高的残压。
④与同容量的普通变压器相比，分裂变压器消耗的原材料较多。
例：电力系统中用得最多的变压器是( )。
A. 自耦变压器 B. 分裂变压器 C. 三绕组变压器 D.双绕组变压器
答案：D
