变电站讲解.docx
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变电站讲解
变电站设备讲解
第一部分基础知识
1、一次设备
直接参与电能的发、输、配、用的设备发电机、变压器、电动机
（1）生产和转换电能的设备：
（2）开关电器：
断路器、隔离开关、熔断器（3）限流电器：
分裂电抗器、普通电抗器（4）载流导体：
母线、架空线、电缆（5）补偿设备：
调相机、电容器、消弧线圈、并联电抗器（6）互感器：
电流互感器、电压互感器（7）防御过电压设备：
避雷针、避雷线、避雷器（8）绝缘子（9）接地装置
2、二次设备
对一次设备进行测量、监视、保护、控制的设备。
（1）测量表计
（2）绝缘监察装置
（3）控制和信号装置
（4）继电保护装置（5）自动装置（6）直流电源设备（7）塞流线圈（高频阻波器）
3、电气接线和配电装置的概念
（1）电气主接线（一次接线）
一次设备按预期的生产流程所连接形成的电路。
（2）二次接线
二次设备按预期的生产流程所连接形成的电路。
（3）配电装置
按主接线图，由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备等组建而成的，接受和分配电能的电工建筑物。
4、额定电压、额定电流及工作频率
（1）额定电压
使设备工作于技术和经济性能最佳的电压
（2）额定电流
在一定的周围媒质（环境）计算温度下，设备所允许长期通过的最大电流值，此时其绝缘部分和载流部分的长期最大发热温度不超过其长期允许发热温度。
电流与温度的关系
（3）频率：
工频，低频，高频，超高频
5、短路的一般概念
（1）什么是短路
电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况称作短路，短路是电力系统的严重故障。
（2）产生短路的原因
其它原因；违规操作（带负荷拉刀闸、未拆地线合闸送电等）；气象条件恶化（雷击过电压闪络、大风、覆冰等）；电气设备绝缘受损、老化；
（3）三相系统中可能发生的短路类型：
对称短路：
三相短路f；不对称短路：
单相接地短路f、两相短路f、两相短路接地f
（1.1）
（1）
（2）（3）；
f
（1）af（3）f
（2）f（1.1）bc
（4）短路的现象短路电流比正常值大许多倍，系统电压严重下降。
（5）短路的后果
大的短路电流所产生的电动力效应使电气设备受到
严重的机械损坏；
短路使系统电压大幅度下降，对用户影响很大，如短路电流使设备发热而损坏；
电动机的运行；
对通讯的干扰；破坏系统稳定，造成大面积停电；
6、开关电气设备中的电弧
定义：
电弧是一种介质放电现象特点：
（1）电弧具有较高的电导（弧柱区电场强度低）。
触头间只要有电弧，就仍有电流，电路就没有断开。
（2）电弧的温度极高。
外层达3000ºC~4000ºC，弧心达6000ºC~7000ºC，乃至上万度，会烧损触头及设备，甚至引起爆炸。
（3）电弧电流密度大（10000A/cm2）。
电弧的形成
强电场发射强电场（105~106V/cm）热电子发射开关触头打开触头接触电阻增大
电子积累能量足够大从阴极表面发射电子电子加速到足够大
碰撞游离，产生新的正离子和自由电子
形成电流（电弧）游离继续碰撞
热游离，维持电弧燃烧中性质点无规则运动发热使温度足够高
交流电路的熄弧措施
（1）利用气体吹弧
（2）采用多断口灭弧（3）利用与固定绝缘介质接触灭弧（4）将长电弧分成多个短电弧
第二部分电气设备的作用和原理
一、绝缘子和母线1、绝缘子
（1）作用
用来支持和固定裸载流体，并使裸导体与地绝缘，或者用于使装置和电器中处在不同电位的载流导体之间相互绝缘。
（2）基本要求
足够的绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性
（1）材料：
电工瓷，钢化玻璃，聚乙烯
（2）抗弯破坏荷重
（3）分类支柱绝缘子①户内式支柱绝缘子，②户外式支柱绝缘子
套管绝缘子
①户内式套管绝缘子，②户外式套管绝缘子
2、母线
（1）作用汇集和分配电能
（2）敞露母线矩形母线槽形母线水内冷母线
（3）金属外壳的封闭母线
采用金属外壳封闭母线的优点
①减少接地故障，避免相间短路。
②减少母线周围钢结构发热。
③减少相间电动力。
④母线被封闭后，通常采用微正压方式运行，这样可以防止绝缘子结露，提高了运行的可靠性，并且为母线强迫通风冷却创造了条件。
⑤封闭母线由工厂成套生产，施工安装简便，简化了对土建结构的要求，运行维护工作量较小。
封闭母线的分类
共相封闭母线分相封闭母线：
不全连分相封闭母线，全连分相封闭母线
运行注意事项
（1）严格控制母线温度。
（2）金属外壳牢固接地。
（3）保证安装正确。
（4）防潮、防露。
（5）表面涂漆完好。
冷却方式自然风冷、人工通风冷却、水冷
二、架空线路和电缆
1、架空线路
导线——传输电能；避雷线——将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击；杆塔——支持导线和避雷线，使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离；绝缘子——使导线与杆塔保持绝缘；金具——连接导线或将导线固定在绝缘子上，以及将绝缘固定在杆塔上，也可作连接绝缘子或保护绝缘子和导线等用。
2、电缆
导电线芯——传输电能；绝缘层——使导线芯与导电线芯、导电线芯与保护层互相隔绝；保护层——保护绝缘层，并有防止绝缘油外溢和防止外界水分潮气入侵的作用。
三、高压断路器
1、作用
（1）控制作用:
正常时接通、断开负荷电流。
（2）保护作用：
故障时接通、断开短路电流。
2、符号QF，DL
磁吹：
真空：
SF6：
3、类型空气：
油：
灭弧介质
4、技术参数
（1）额定电压
（2）额定电流（3）额定开断电流（4）动稳定电流（5）热稳定电流（6）关合电流（7）全开断时间（8）操作循环
（1）额定电压。
额定电压是指断路器能承受的正常工作线电压。
目前，我国电力系统中断路器采用的额定电压等级为（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV）。
（2）额定电流。
额定电流是指断路器可以长期通过的工作电流。
断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。
我国规定额定电流为：
200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A
（3）额定开断电流。
在额定电压下，规定的时间内断路器能可靠切断的最大电流的有效值，称为额定开断电流Ik，它表示断路器的断路能力。
我国规定额定开断电流为：
1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等
（4）动稳定电流。
断路器在闭合位置时，所能通过的最大短路电流，称为动稳定电流，亦称额定峰值耐受电流，它表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。
这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定（5）热稳定电流。
热稳定电流是断路器在规定时间内，允许通过的最大电流，它表示断路器承受短路电流热效应的能力。
以短路电流的有效值表示。
断路器的铭牌规定一定时间（1、2、4秒）的热稳定电流。
5、基本结构
（1）通断元件：
主电路的接通或断开
（2）支撑绝缘元件：
带电部分与地绝缘（3）中间传动机构：
（4）基座：
（5）操作机构：
实现开关分、合
通断元件绝缘支撑基中间传动座
操动机构
6、型号表示方法（GB标准）
高压断路器的型号是由字母和数字组成，表示如下：
7、灭弧原理
（1）、油断路器的灭弧这类断路器用油作灭弧介质，电弧在油中燃烧时，油受电弧的高温作用而迅速分解、蒸发，并在电弧周围形成气泡。
能有效地冷却电弧，降低弧隙电导率，促使电弧熄灭。
在油断路器中设置了灭弧装置（室），使油和电弧的接触紧密，气泡压力得到提高。
当灭弧室喷口打开后，气体、油和油蒸气本身形成一股气流和液流，按照具体的灭弧装置结构，可垂直于电弧横向吹弧，平行于电弧纵向吹弧或纵横结合等方式吹向电弧，对电弧实行强力有效的吹弧，这样，就加速去游离过程，缩短燃弧时间，从而提高了断路器的开断能力，电流过零时灭弧。
（2）、SF6断路器的灭弧原理
SF6断路器用SF6气体作为灭弧介质。
SF6气体是理想的灭弧介质，它具有良好的热化学性与强负电性。
（a）热化学性，即SF6气体有良好的热传导特性由于SF6气体有较高的导热率，电弧燃烧时，弧心表面具有很高的温度梯度，冷却效果显著，所以电弧直径比较小，有利于灭弧。
同时SF6在电弧中热游离作用强烈，热分解充分，弧心存在着大量单体的S、F及其离子等，电弧燃烧过程中，电网注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介质的断路器低得多。
因此，触头材料烧损较少，电弧也就比较容易熄灭。
（b）SF6气体的强负电性就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。
由电弧电离所产生的电子，被SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的移动性显著降低，并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。
因此，弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。
弧隙电导率很快降低，从而促使电弧熄灭。
（3）真空断路器的灭弧原理
真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。
断路器开断时，电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧，简称为真空电弧。
当开断真空电弧时，由于弧柱内外的压力与密度差别都很大，所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。
弧柱内部处在一面向外扩散，一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。
随着电流减小，金属蒸气密度与带电质点的密度都下降，最后在电流接近零点时消失，电弧随之熄灭。
此时，弧柱残余的质点继续向外扩散，断口间的介质绝缘强度迅速恢复，只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度，电弧最终熄灭。
户内油断路器灭弧室
8、油断路器
采用变压器油作灭弧介质的断路器，称为油断路器，如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质，称为多油断路器；油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质，而带电部分对地之间的绝缘介质采用瓷或其他介质的，称为少油断路器。
主要用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。
9、SF6断路器
采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器，称为SF6断路器，在电力系统中广泛应用。
适用于频繁操作及要求高速开断的场合，在我国推荐在7.2—40.5选用SF6断路器，特别是126KV以上几乎全部选用SF6断路器。
但不适用于高海拔地区。
SF6断路器灭弧室
SF6断路器灭弧室
10、真空断路器
利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称为真空断路器，现已大量应用在7.2—40.5KV电压等级的供（配）电网络上也主要用于频繁操作及要求高速开断的场合。
真空断路器灭弧室
真空断路器
四、高压隔离开关
高压隔离开关主要是用来隔离高压电源、以保证安全检修，因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙。
它的另一结构特点是没有专门的灭弧装置，因此它不能带负荷操作。
但它允许通断一定的小电流，如励磁电流不大于2A的空载变压器，充电电容电流不大于5A的空载线路以及电压互感器回路等。
开关柜用的户内隔离开关主要有GN19系列、GN6、GN9系列。
1、作用
（1）保证高压电气装置检修的安全
（2）切换电路（3）开断小电流电路
2、特点
（1）触头在空气中，明显可见的断开点
（2）无灭弧装置
3、符号
QS
4、组成部分
隔离开关主要由导电部分、绝缘部分、传动部分和底座部分组成。
5、技术参数
（1）额定电压。
额定电压是指隔离开关能承受的正常工作线电压。
目前，我国电力系统中隔离开关采用的额定电压等级为（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV）。
（2）额定电流。
额定电流是指隔离开关可以长期通过的工作电流。
隔离开关长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。
我国规定额定电流为：
200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A（3）动稳定电流。
隔离开关在闭合位置时，所能通过的最大短路电流，称为动稳定电流，亦称额定峰值耐受电流，它表明隔离开关在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。
这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定（4）热稳定电流。
热稳定电流是隔离开关在规定时间内，允许通过的最大电流，它表示隔离开关承受短路电流热效应的能力。
以短路电流的有效值表示。
隔离开关的铭牌规定一定时间（1、2、4秒）的热稳定电流。
单柱式
双柱式
三柱式
五、负荷开关
1、用途和结构
1）负荷开关的用途与它的结构特点是相对应的，从结构上看，负荷开关主要有两种类型，一种是独立安装在墙上、架构上的，其结构类似于隔离开关；另一种是安装在高压开关柜中，特别是采用真空或SF6气体的，则更接近于断路器。
负荷开关的用途是包含了这两种类型的负荷开关的综合用途。
2）负荷开关具有简易的灭弧装置，因而可分、合负荷开关本身额定电流之内的负荷电流。
它可用来分、合一定容量的变压器、电容器组，一定容量的配电线路。
3）配有高压熔断器的负荷开关，可作为断流能力有限的断路器使用。
这时负荷开关本身用于分、合正常情况下的负荷电流，高压熔断器则用来切断短路故障电流。
2、分类
负荷开关种类较多，从使用环境上分，有户内式、户外式；从灭弧形式和灭弧介质上分，有压气式、产气式、真空式、六氟化硫式等。
六、熔断器
1、作用
熔断器串联接入被保护电路，发生短路、过负荷时，熔断器熔体熔断，保护电路中其他设备的安全。
2、符号3、构成
FU，RD
（1）熔管：
绝缘纤维，电工瓷
（2）熔体：
铅、锡，锌，合金
（2）支持固定熔管的载流部分：
铜，铝（3）绝缘底座：
电工瓷，环氧树脂
4、分类
高压熔断器低压熔断器
无填料有填料
非限流型限流型
非专职人员使用专职人员使用
5、熔断原理
熔断器工作包括以下四个物理过程：
（1）流过过载或短路电流时，熔体发热以至熔化；
（2）熔断体气化，电路开断；（3）电路开后的间隙又被击穿，产生电弧；（4）电弧熄灭，熔断器的切断能力决定于最后一个过程。
熔断器的动作时间为上述四个过程的时间总和。
6、技术特点
（1）参数
额定电压，额定电流，熔体的额定电流，极限开断电流
（2）保护特性（3）保护的选择性
FU0
I
I1
I2t1t2
t
1
FU1
0
…
7、熔断器的选择
（1）确定额定电压
（2）确定额定电流（3）确定额定开断电流（4）确定熔体额定电流
UNSUNF
ImaxINF
I（3）Iekd
IM2.5~3IMI1.6~2I
对于不经常启动或启动时间不长的电动机对于频繁启动或启动时间较长的电动机
（5）考虑保护选择性的要求
（1）低压熔断器
RM10型无填料封闭管式1-黄铜圈，2-绝缘纸管，3-黄铜帽，4-插刀，
5-熔体，
6-特种垫圈，7-刀座
RT0型有填料封闭管式
1-瓷波纹管，2-盖板，3-螺钉，4-熔断指示器，5-指示器熔体，6-工作熔体，7-插刀，8-石英砂，9-熔体的引燃器，10-锡桥，11-熔体的变截面小孔
（2）高压熔断器
1、户内（RN型）：
RN1型，RN2型
1-熔体，2-静触头座，3-支持绝缘子，4-底座，5-接线端1-熔管，2-端盖，3-顶盖，4瓷心，5-熔体，6-小锡球，7石英砂，8-指示器熔体，9-熔断指示器
2、户外型高压熔断器的结构及工作原理
户外型高压熔断器又称为跌开式熔断器，俗称跌落保险。
正常情况下，熔管上部的动触头借助熔丝张力拉紧后，推上静触头内锁紧闭合保持闭合状态。
当被保护的变压器或线路发生故障时，故障电流使熔丝熔断，在熔管内产生电弧，消弧管在电弧高温作用下分解出大量气体，使熔管内压力急剧增大，气体向外喷出，形成对电弧有力的纵吹，使电弧迅速拉长去游离，在电流交流过零时电弧熄灭，同时由于熔丝管拉力消失，使锁紧机构释放，在静触头的弹力和自重的作用下，使熔管跌落下来，电弧被迅速拉长，即有利于灭弧，又形成明显的断开距离。
七、低压开关
低压电器的作用：
交流1200V，直流1500V以下电路中起控制、保护、调节、转换、通断作用。
低压电器分类：
接触器，电磁启动器，主令电器，万能转换开关，控制继电器低压控制电器：
刀开关，组合开关，熔断器，低压断路器低压配电电器：
1、闸刀开关
（1）作用
闸刀开关是一种最简单的低压开关，不与其他电器组合时，主要用于隔离电源，保证检修安全，一般只能用手动方式操作。
与其他电器的组合：
与熔断器串联合成一个单元——刀开关熔断器组可动部分由带熔体的载熔件组合——熔断器式刀开关与熔断器组合并加装辅助元件——低压负荷开关
（2）符号
Q
2、接触器
（1）作用
用来远距离接通或断开低压电路中负荷电流。
广泛使用在频繁起动及控制电动机的回路中，但不宜用于具有导电性灰尘多，腐蚀性强或有爆炸性气体的环境中。
不具有过负荷保护、短路保护能力，但三极交流接触器具有欠电压保护能力。
（2）符号
K
（3）技术参数
额定电压，额定电流，动稳定电流，热稳定电流
典型电路
4、自动空气开关
（1）作用
低压开关中性能最完善的，不仅可以切断电路的负荷电流，而且可以作为短路、过负荷、欠电压保护，不宜频繁操作。
（2）符号
K
（3）技术参数
额定电压，额定电流，额定开断电流，动稳定电流，热稳定电流
（4）构成
自由脱扣装置脱扣器灭弧装置触头系统
以380V框架式为例
1-合闸操动机构，2-动触头，3-灭弧罩，4-静触头，5-快速电磁铁，6-速饱和电流互感，7-欠电压脱扣器，8-热脱扣器，9-分励脱扣器
七、
一、变压器的用途
变压器
变压器是静止电器，由铁心（磁路）及两个或两个以上的绕组（电路）组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系（磁耦合）实现从一种电压（电流）变为另一种电压（电流）。
二、变压器的分类
⑴按绕组分为：
双绕组变压器,三绕组变压器，
自耦变压器
⑵按相数分为：
单相变压器，三相变压器，多相变压器1123
2-3
44
油浸水冷变压器油浸风冷变压器干式空气自冷变压器油浸自冷变压器隔离变压器（4）按冷却方式：
降压变压器升压变压器（3）按用途分为：
三、变压器的基本工作原理和结构
1、基22dt绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。
Nd11dt的两个绕组。
两绕组只有磁耦合没电联系。
在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次eNd本工作原理变压器的主要部件是铁心和套在铁心上
i1
U1
i2
u1
u1
U2
e1
e2u2
u2
ZL
只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。
2、基本结构
一、铁心变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。
二、绕组变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
三、油箱油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。
油是冷却介质，又是绝缘介质。
油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。
四、绝缘套管将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。
此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。
3、型号与额定值
一、型号
型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为
如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。
二、额定值
指铭牌规定的额定使用条指在额定容量下，允许长期通过的额定件下所能输出的视在功率。
电流。
在三相变压器中指的是线电流
额定电压U1N和U2N（kV）指长期运行时所能承受的工作电压
额定容量SN（kVA）
额定电流I1N和I2N（A）
U1N是指加在一次侧的额定电压,U2N是指一次侧加U1N,二次的开路电压.对三相变压器指的是线电压.
U2NI2N此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。
U1NI1N三者关系：
单相:
SN
3U2NI2N3U1NI1N三相:
SN
三、变压器的损耗
变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。
铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。
基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。
附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。
铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。
铜损耗也分基本铜损耗和附加铜损耗。
基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。
。
铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。
四、三相变压器
1、磁路系统一、组式磁路变压器
U1
u
V1
v
W1
w
特点是：
三相磁路彼此无关联。
U2
V2
u
v
W2
二、心式磁路变压器
U1
U2
V1
V2v1v2
W1
W2w1w2
w
特点是：
三相磁路彼此有关联。
u1u2
三、三相变压器的连接组别
和E动势同相位，线电动势EUVuv也同相位，连接组别为Y，y0。
若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连接组别。
同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。
连接组别可以用相量图来判断：
1、Y，y连接同名端在对应端，对应的相电
三、三相变压器的连接组别
和E动势同相位，线电动势EuvUV相差3300，连接组别为Y，d11。
若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。
同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。
2、Y，d连接——1同名端在对应端，对应的相电
和E动势同相位，线电动势EuvUV相差300，连接组别为Y，d1。
三、三相变压器的连接组别2、Y，d连接——2同名端在对应端，对应的相电
若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。
同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。
总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。
变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。
其中前三种最为常用：
Y,yn0连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和
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