電氣設備

在火力發電廠中，當汽輪機帶動發電機的轉子轉動，并向轉子提供勵磁電流后，發電機就能發出電來。為了將電能安全可靠的送入電網，發電廠通常是通過主變壓器升高電壓，再通過主母線、隔離開關、高壓斷路器、電流互感器等從輸電線路送入電網。

發電廠電氣設備按其作用不同，分為一次設備和二次設備。直接生產和輸送電能的設備稱為電氣一次設備，如發電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關、電力互感器、避雷器、母線等。發電廠電氣二次設備則是對一次設備進行監視、控制和保護的設備，它對電廠安全可靠的運行起著十分重要的作用。

下面從五個方面分別介紹電氣設備的基本內容：

1、發電機與電力變壓器

2、開關設備

3、電力互感器

4、電氣主接線及配電裝置

5、電氣二次設備

1、發電機與電力變壓器

發電機是發電廠三大主機之一。發電機由靜止部分的定子和旋轉部分的轉子組成，旋轉部分位于靜止部分的中間。發電機的定子包括定子鐵心、定子繞組、基座、端蓋、軸承等。發電機定子鐵心成圓筒形，又互相絕緣的硅鋼片疊壓而成，在鐵心內部有放置線圈的槽，定子三相繞組按空間位置相差120度嵌放在定子的鐵心槽內，槽口處用槽楔壓緊。槽楔下設有波紋板，可避免線圈震動和磨損。大容量發電機定子繞組的每根銅線棒由兩排空心線和實心線混合排列，在空心棒中通水冷卻。發電機轉子包括轉子鐵心、轉子繞組、滑環、互環、中心環等。為適應汽輪發電機高速旋轉，發電機的轉子與軸鍛成一體，轉子鐵心中還有兩組對稱的輻射槽，槽內安放轉子繞組，槽中的繞組串聯行成一對磁極，繞組兩端的引出線引到滑環上。轉子的表面還有不同形式的通風溝，用與轉子的通風冷卻。轉子上的互環還有中心環用來保護轉子繞組端部，防止因高速旋轉造成繞組端部的移動。

發電機是根據電磁感應原理工作的，當勵磁系統提供的直流電通入轉子線圈后轉子就會產生磁場，由于轉子是在不停地旋轉，因此這個磁場便稱為旋轉磁場。它和靜止的定子線圈形成相對運動，相當于定子線圈做切割磁力線運動，由于磁極方向不斷變化，和發電機定子三相繞組在空間位置相差120度。所以，當轉子旋轉時，三相定子繞組中就會產生三相交流電動勢，若外部接上負載，定子繞組就會有交流電流通過。發電機發出的三相交流電由其定子引線端經三根封閉母線送到廠房外的主變壓器。

根據發電機的工作原理，發電機要發出電能，必須有一套完整的勵磁系統。勵磁系統有多種，這里介紹的勵磁系統是由交流主勵磁機、永磁式副勵磁機、整流裝置和自動調節可控硅整流裝置組成。主勵磁機發出的交流電經硅整流后，通過發電機的電刷、滑環向轉子繞組提供勵磁電流。而主勵磁機的勵磁電流又是由副勵磁機經可控硅整流后供給的。副勵磁機的磁場由它本身的永磁體建立。當把發電機的輸出參數反饋到自動調節器后，整個勵磁系統便構成了一個閉環的負反饋系統。它能根據發電機運行工況自動調節勵磁電流。

發電機的輸出電壓經主變壓器升高電壓后送入電網，發電廠的自身用電是將發電機輸出電壓經廠用變壓器降低電壓后供給。主變和廠用變都成為電力變壓器，它的功用一方面是變換電壓，另一方面是傳遞功率。變壓器是按電磁感應原理工作的，鐵心是變壓器的磁路，繞組是變壓器的電路。鐵心和繞組都裝在充滿變壓器油的油箱中，變壓器油可起到絕緣和散熱的作用。變壓器油箱上裝有油枕，它的作用是調節變壓器油的油量和減少油受潮和氧化的程度。變壓器套管起到固定引線和保證引線的對地絕緣。

大容量發電機由于輸出電流較大，它的出口母線都采用封閉母線。封閉母線的導體用支柱絕緣子固定在外殼內，封閉的外殼可避免三相短路，提高供電可靠性，同時由于它的屏蔽作用，可大大減小導體的電動力。

2、開關設備

發電廠正常運行時，電氣設備的投入和退出、事故情況下電流的切除都是通過開關設備進行的。開關設備主要有斷路器和隔離開關。

戶外式斷路器，它由斷路器本體及操縱機構組成。其本體主要部件有：磁支柱、三連箱、均壓電容和滅弧室等。220kV斷路器的兩個滅弧室分別裝在上端的兩個磁套內。斷路器是串接在電路中的，上端兩端的接線板分別與外電路相連。斷路器動靜觸頭裝在滅弧室內，斷路器的接通與斷開是受斷路器的操縱機構控制的。在操作操縱機構時，動觸頭會產生相應的動作，從而實現電路的接通與斷開。開端電路時，在觸頭之間產生的電弧將由壓縮的氣體吹滅。

斷路器按滅弧介質的不同，常用的還有：少油斷路器，空氣斷路器和真空斷路器等。

隔離開關，起到隔離電源保證檢修工作人員安全的作用。隔離開關的動觸頭連在一折疊支架上，靜觸頭連接在鋁管母線上。隔離開關還有其他形式。

3、電力互感器

電力互感器的作用是將電路的高電壓和大電流換成測量儀表、繼電保護和控制裝置等可用的100V低電壓和5A或1A的小電流。

電力互感器包括電壓互感器和電流互感器，它們的工作原理與變壓器相似。高壓互磁式電壓互感器是將鐵心和線圈安裝在磁套內，它的原邊與被測電路并聯，它的副邊與二次電氣設備的電壓線圈并聯。高壓互磁式電流互感器的鐵心和線圈也安裝在磁套內，它的原邊串聯在被測電路中，副邊與二次設備的電流線圈串聯。

4、電氣主接線及配電裝置

發電廠電氣主接線是由一次電氣設備相互連接構成的電氣回路，它代表了電氣部分主體結構。電氣主接線圖是用規定的圖形符號按一定的順序表示全部的電氣設備基本組成的單線接線圖。它作為電氣運行和操作的依據。為了保證供電可靠性和運行的靈活性，電氣主接線常采用帶有主母線的接線方式。母線起著會集合分配電能的作用。單母線接線方式接線簡單，操作方便，但當母線及母線側隔離開關故障時，將造成全廠停電。為克服這一缺點，可采用分段斷路器將母線分段，成為單母線分段方式，從而提高了可靠性。

將發電廠中所有一次設備及其輔助設備按照主接線要求用來接受和分配電能的電氣裝置稱為配電裝置。按其電氣設備安裝地點不同，分為屋外和屋內配電裝置。

屋外配電裝置為了防止雷電波的入侵造成設備損壞安裝有避雷；為了防止雷電直接擊毀布置較高的電氣設備配電裝置四周設有避雷針；為防止輸電線直接被雷擊，在輸電線上方設有避雷線。

5、電氣二次設備

發電廠電氣二次設備都安裝在控制室的控制屏和控制臺上，它包括各種測量儀表、繼電保護裝置、監控設備、信號和各種自動裝置。各種表計可顯示電氣設備運行參數，電氣設備運行狀態可由光字牌、指示燈和音響顯示。高壓斷路器的開斷和關合是由運行人員在控制屏上進行操作的。控制室設有中央信號屏，所有事故信號和預告信號都有這里發出。

發電廠中提供給控制、信號、保護、自動裝置的電源稱為操作電源。由于操作電源可靠性要求高，發電廠多數采用蓄電池作為操作電源。

200MVA以上的機組一般采用單元控制方式，即鍋爐、汽輪機、發電機的運行均在同一主控室內進行。各個控制臺包括報警屏，監測信號屏和操縱控制臺等。

蒸汽輪機模型

本實用新型涉及一種蒸汽輪機模型，包括底座以及設置在底座上方的單級沖動式蒸汽輪機模型和多級沖動式蒸汽輪機模型，單級沖動式蒸汽輪機模型和多級沖動式蒸汽輪機模型噴嘴由一個三通管連接頭兩連接口分別連接，三通管連接頭另一接口為氣源連接口。機殼內動葉柵中心固定于由機殼兩端中心孔貫穿的轉軸上，轉輪固定于模型出氣端機殼外轉軸上；單級機殼內有一級動葉柵，多級在單級的基礎上機殼內增加了兩級動葉柵和兩級靜葉柵，靜葉柵分別設置于一級與第二級動葉柵之間和二級與三級動葉柵之間，動、靜葉柵為逐級變大，動葉柵中心固定于轉軸上，靜葉柵外圓固定于機殼上；其特征在于同時演示對比單級和多級沖動式蒸汽輪機的作用與區別和工作原理及工作過程，也可以單獨演示。