变电站概述教学文案.ppt

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1、变电站概述变电站概述第一章第一章 变电站的作用变电站的作用n n1.11.1电能的产生电能的产生n n发电厂类型：火电厂、热电厂、水电厂、核电站、风电站、太阳能电发电厂类型：火电厂、热电厂、水电厂、核电站、风电站、太阳能电站站n n1.21.2电能的传输电能的传输n n设定需要传输的功率为设定需要传输的功率为S S，线路电压为，线路电压为U U，则线路中的电流，则线路中的电流I=S/U I=S/U。n n损耗的电能以导线发热的形式体现，发热损耗损耗的电能以导线发热的形式体现，发热损耗Q=I2RQ=I2R。由此可以得出。由此可以得出结论：在传输功率和线路长度一定的情况下（结论：在传输功率和线路长

2、度一定的情况下（S S、R R为定值），随着电为定值），随着电压压U U的升高，的升高，I I不断降低，则输电线路的损耗也会降低。所以，为了降不断降低，则输电线路的损耗也会降低。所以，为了降低电能在线路上的损耗，电厂在电能产生以后，会通过升压站将电压低电能在线路上的损耗，电厂在电能产生以后，会通过升压站将电压增高，然后再通过输电线路将电能传输出去。对于远距离输电，高电增高，然后再通过输电线路将电能传输出去。对于远距离输电，高电压等级的优势非常明显。压等级的优势非常明显。火电厂火电厂水电厂水电厂风电厂风电厂核电厂核电厂n n1.31.3电网的构成电网的构成n n我们经常提到电网这个概念，什么是电

3、网呢？网，其实是我们经常提到电网这个概念，什么是电网呢？网，其实是一组纵横交错并且有交叉点（节点）的线，这些线被节点一组纵横交错并且有交叉点（节点）的线，这些线被节点分成了线段，几条线段及它们的节点则组成了网眼。分成了线段，几条线段及它们的节点则组成了网眼。n n如此一来，整个电力系统的拓扑结构和如此一来，整个电力系统的拓扑结构和“网网”是非常类似是非常类似的：输电线路就是的：输电线路就是“线线”，变电站就是，变电站就是“节点节点”，一个，一个“网眼网眼”上的变电站和线路则形成了我们常说的上的变电站和线路则形成了我们常说的“环网环网”。n n变电站的建设依据：容载比、强化电网结构变电站的建设依

4、据：容载比、强化电网结构图图图图1-1-电网规划图电网规划图电网规划图电网规划图n n1.41.4变电站的作用变电站的作用n n降压和电能的分配是变电站的主要功能。降压和电能的分配是变电站的主要功能。n n降压：变压器实现降压：变压器实现n n电能分配：母线实现电能分配：母线实现图图图图2-2-变电站主接线示意变电站主接线示意变电站主接线示意变电站主接线示意n n1.4.11.4.1降压降压n n变压器的基本原理：一个铁芯上面绕有两组线圈，变压器的基本原理：一个铁芯上面绕有两组线圈，匝数分别为匝数分别为N1N1、N2N2，则两侧的电压比，则两侧的电压比U1/U2=N1/N2U1/U2=N1/N

5、2，两侧的电流比，两侧的电流比I1/I2=N2/N1I1/I2=N2/N1。如。如果果N1N2N1N2，就是降压变压器，反之就是升压变压，就是降压变压器，反之就是升压变压器。器。220kV220kV变电站其实指的就是高压侧进线为变电站其实指的就是高压侧进线为220kV220kV线路，配置线路，配置220/110/10kV220/110/10kV变压器，低压侧出变压器，低压侧出线为线为110kV110kV线路的变电站。一般来讲，我们用变电线路的变电站。一般来讲，我们用变电站的最高电压等级作为变电站的电压标识。站的最高电压等级作为变电站的电压标识。n n配置升压变压器的变电站，习惯上称为配置升压变

6、压器的变电站，习惯上称为“升压站升压站”以区别于一般的降压变电站以区别于一般的降压变电站n n1.4.21.4.2电能的分配电能的分配n n从图从图2 2不难看出，不难看出，220kV220kV变电站内变电站内110kV110kV出线的数量明显多出线的数量明显多于于220kV220kV进线的数量，这就是变电站的另一个作用：电能进线的数量，这就是变电站的另一个作用：电能分配。电能从变压器的分配。电能从变压器的110kV110kV侧输出后，并没有直接经输侧输出后，并没有直接经输电线路输出，而是进入了电线路输出，而是进入了110kV110kV母线，这是因为变压器的母线，这是因为变压器的输出功率足够数

7、座输出功率足够数座110kV110kV变电站使用。变电站使用。110kV110kV母线上的多条母线上的多条110kV110kV线路处于并联的关系，所以它们的电压是一样的，线路处于并联的关系，所以它们的电压是一样的，它们的电流之和与变压器的它们的电流之和与变压器的110kV110kV侧的输出电流是一样的。侧的输出电流是一样的。母线与水管的比较母线与水管的比较n n1.51.5开关站开关站n n没有变压器的没有变压器的“变电站变电站”叫做开关站，它只有一个电压等叫做开关站，它只有一个电压等级。它的结构类似于我们家里的小配电箱：电能通过一个级。它的结构类似于我们家里的小配电箱：电能通过一个额定电流很

8、大的总开关进来，然后经过很多小开关分别输额定电流很大的总开关进来，然后经过很多小开关分别输出到客厅、卧室、厨房等等，这些小开关的分出到客厅、卧室、厨房等等，这些小开关的分/合相互独合相互独立。显然，它只有电能分配的作用，最常见的开关站是市立。显然，它只有电能分配的作用，最常见的开关站是市区的区的10kV10kV开闭所。开闭所。图图图图3-10kV3-10kV开闭所主接线示意图开闭所主接线示意图开闭所主接线示意图开闭所主接线示意图第二章第二章 变电站的构成变电站的构成 n n从电气技术的角度来讲，变电站由一次设备和二次设备组从电气技术的角度来讲，变电站由一次设备和二次设备组成。这个说法非常笼统，

9、也非常抽象。从工程和实践的的成。这个说法非常笼统，也非常抽象。从工程和实践的的角度来讲，变电站有以下几个部分组成：角度来讲，变电站有以下几个部分组成：n n主控制楼：主控室、休息室主控制楼：主控室、休息室n n室外土建：设备构架、设备基础、站区道路、电缆沟室外土建：设备构架、设备基础、站区道路、电缆沟n n一次设备：断路器、隔离开关、接地刀、变压器、母线一次设备：断路器、隔离开关、接地刀、变压器、母线n n二次设备：微机保护、微机测控、操作箱、自动装置二次设备：微机保护、微机测控、操作箱、自动装置n n电源系统：交流系统、直流系统、逆变电源电源系统：交流系统、直流系统、逆变电源n n通信系统：

10、光端机、配线架通信系统：光端机、配线架n n环境系统：火灾自动报警、图像监视环境系统：火灾自动报警、图像监视n n2.12.1变电站的技术指标变电站的技术指标n n技术指标一般都是对电气设备而言的，例如工作电压、额技术指标一般都是对电气设备而言的，例如工作电压、额定电流等。那么，我们能否找到几个指标来衡量变电站呢定电流等。那么，我们能否找到几个指标来衡量变电站呢？答案是肯定的。？答案是肯定的。n n变电站的两个主要指标是：电压等级，决定了该变电站在变电站的两个主要指标是：电压等级，决定了该变电站在电网中的地位；变压器总容量，决定了该变电站的电能变电网中的地位；变压器总容量，决定了该变电站的电能

11、变换能力。换能力。n n2.22.2如何快速了解一座变电站如何快速了解一座变电站n n在我们到达一座变电站时，我们需要快速的对这在我们到达一座变电站时，我们需要快速的对这座变电站有一个整体的认识，以便于我们进行后座变电站有一个整体的认识，以便于我们进行后续的工作。我们需要两张图纸来解决这个问题：续的工作。我们需要两张图纸来解决这个问题：电气主接线图电气主接线图和和电气总平面布置图电气总平面布置图。n n电气主接线图电气主接线图显示了变电站的规模及一次设显示了变电站的规模及一次设备的技术参数。变电站的规模：进线数量、出线备的技术参数。变电站的规模：进线数量、出线数量、变压器容量及台数等。一次设备

12、技术参数：数量、变压器容量及台数等。一次设备技术参数：断路器额定电流、变压器阻抗等。断路器额定电流、变压器阻抗等。n n电气总平面布置图电气总平面布置图显示了变电站内设施的布局，显示了变电站内设施的布局，最主要的就是一次设备的布置。最主要的就是一次设备的布置。电气总平面布电气总平面布置图置图其实就是变电站的俯视图。其实就是变电站的俯视图。n n2.32.3什么是间隔什么是间隔n n在工作当中，我们经常说变压器间隔、出线间隔，那么，在工作当中，我们经常说变压器间隔、出线间隔，那么，什么是间隔呢？简单地讲，我们可以把为了实现某种功能什么是间隔呢？简单地讲，我们可以把为了实现某种功能而配置的电气设备

13、的组合称为间隔，间隔的名称是以它所而配置的电气设备的组合称为间隔，间隔的名称是以它所要实现的功能命名的。在图要实现的功能命名的。在图4 4中，我们画出了几个间隔的中，我们画出了几个间隔的示意。在变电站中，最重要的几个间隔有：进线间隔、变示意。在变电站中，最重要的几个间隔有：进线间隔、变压器间隔、出线间隔、电压互感器间隔、电容器间隔。压器间隔、出线间隔、电压互感器间隔、电容器间隔。图图图图4-4-变电站间隔示意图变电站间隔示意图变电站间隔示意图变电站间隔示意图n n2.42.4变电站的模块化变电站的模块化n n在明确了在明确了“间隔间隔”的概念后，我们可以随便对比两个相同的概念后，我们可以随便对

14、比两个相同电压等级的变电站，它们的区别仅在于同样间隔的数量和电压等级的变电站，它们的区别仅在于同样间隔的数量和变压器的容量。变压器的容量。n n变电站的设计，目前也在走标准化、模块化的道路。以变电站的设计，目前也在走标准化、模块化的道路。以220kV220kV线路间隔为例，它所需要的设备类型与数量、设备线路间隔为例，它所需要的设备类型与数量、设备的布置方式、占地面积等几乎都是固定的，这就是一个模的布置方式、占地面积等几乎都是固定的，这就是一个模块。根据需要，我们就可以利用这种模块很快的拼出一个块。根据需要，我们就可以利用这种模块很快的拼出一个变电站的大致模样。变电站的大致模样。第三章第三章 变

15、电站的电源系统变电站的电源系统 变电站作为一个庞大而复杂的电气设备的结合体，它变电站作为一个庞大而复杂的电气设备的结合体，它自身也是一个重要的负荷，这就是我们所说的所用电。变自身也是一个重要的负荷，这就是我们所说的所用电。变电站的所用电，分为交流和直流两个独立的系统。电站的所用电，分为交流和直流两个独立的系统。n n3.13.1站用交流系统站用交流系统n n3.1.13.1.1交流负荷交流负荷n n变电站的交流负荷也可以大致分为两个部分：人员用电和变电站的交流负荷也可以大致分为两个部分：人员用电和设备用电。人员用电，主要指值班人员的生活用电、主控设备用电。人员用电，主要指值班人员的生活用电、主

16、控楼的照明和空调、室外照明、室外维修电源等。设备用电，楼的照明和空调、室外照明、室外维修电源等。设备用电，主要指开关设备（断路器、隔离开关等）配置的电动机构主要指开关设备（断路器、隔离开关等）配置的电动机构的电机用电、变压器冷却系统、配电室温控系统等。的电机用电、变压器冷却系统、配电室温控系统等。n n3.1.23.1.2交流电源交流电源n n变电站的交流电源来自两台所用变压器，其低压侧为变电站的交流电源来自两台所用变压器，其低压侧为380V380V，在供电时可以实现自动互投。一般情况下，这两台所用，在供电时可以实现自动互投。一般情况下，这两台所用变的高压侧均由变电站主变压器供电，也有一台所用

17、变由变的高压侧均由变电站主变压器供电，也有一台所用变由站外电源供电的情况。站外电源供电的情况。n n如果两台所用变的都由站内主变压器供电，那么在发生故如果两台所用变的都由站内主变压器供电，那么在发生故障全站失压的情况下，整个站用交流系统也会随之失压，障全站失压的情况下，整个站用交流系统也会随之失压，这是非常不利于事故处理和抢修的。在目前的电网构架情这是非常不利于事故处理和抢修的。在目前的电网构架情况下，况下，220kV220kV变电站全站失压的概率是非常小的，所以一变电站全站失压的概率是非常小的，所以一般采用两台所用变都由站内主变供电的方案。般采用两台所用变都由站内主变供电的方案。n n3.1

18、.33.1.3交流接线交流接线n n所用电屏用于实现站用电交流系统低压部分的进线和分配所用电屏用于实现站用电交流系统低压部分的进线和分配功能，它的接线也可以用图功能，它的接线也可以用图-5-5来表示。我们对比一下图来表示。我们对比一下图5 5和和图图3 3，其实所用电屏就是一个开关站。，其实所用电屏就是一个开关站。n n两条交流进线必须能够实现自动互投。以图两条交流进线必须能够实现自动互投。以图5 5为例，正常为例，正常情况下，两条线路均带电，但只有情况下，两条线路均带电，但只有#1#1线路的进线断路器线路的进线断路器DL1DL1合闸带全站交流负荷运行，合闸带全站交流负荷运行，#2#2线路的进

19、线断路器线路的进线断路器DL2DL2处于断开位置。当处于断开位置。当#1#1线路或者线路或者#1#1站用变发生故障不能继续站用变发生故障不能继续供电时，供电时，ATSATS装置能够检测到装置能够检测到#1#1线路失压、线路失压、DL1DL1跳闸而自跳闸而自动将动将DL2DL2合闸，使合闸，使#2#2线路带全站负荷运行。线路带全站负荷运行。ATSATS的动作逻的动作逻辑类似于变电站二次设备中的备自投装置辑类似于变电站二次设备中的备自投装置 。图图5-交流系统接线图交流系统接线图n n3.23.2站用直流系统站用直流系统n n尽管几率非常小，站用交流系统还是存在全部失压的情况。尽管几率非常小，站用

20、交流系统还是存在全部失压的情况。对于某些不能停电的设备，例如微二次设备、通信系统、对于某些不能停电的设备，例如微二次设备、通信系统、断路器的操作回路等，都采用直流系统供电。断路器的操作回路等，都采用直流系统供电。n n3.2.13.2.1直流负荷直流负荷n n使用直流系统供电的设备主要包括：各种二次设备、断路使用直流系统供电的设备主要包括：各种二次设备、断路器的控制回路、事故照明系统、直流电机、逆变电源模块、器的控制回路、事故照明系统、直流电机、逆变电源模块、通信系统通信系统DC/DCDC/DC模块。模块。n n3.2.23.2.2直流电源直流电源n n目前，变电站采用的直流电源以高频开关模块

21、为主。高频目前，变电站采用的直流电源以高频开关模块为主。高频开关模块的功能是将输入的交流变换为直流输出，整个过开关模块的功能是将输入的交流变换为直流输出，整个过程称为程称为AC/DCAC/DC，其具体原理在此不作详细介绍。高频开关，其具体原理在此不作详细介绍。高频开关模块的输出参数是安培模块的输出参数是安培A A，即按电流值配置，其配置数量，即按电流值配置，其配置数量原则原则N+1N+1冗余。所谓冗余。所谓N+1N+1冗余就是指：如果计算结果需要冗余就是指：如果计算结果需要NN台，实际配置就为台，实际配置就为N+1N+1台，即备用台，即备用1 1台。台。n n交流电源经高频开关模块变换成直流后

22、分为两路：一路输交流电源经高频开关模块变换成直流后分为两路：一路输出至直流母线，经馈线开关向直流负荷供电；一路输出至出至直流母线，经馈线开关向直流负荷供电；一路输出至蓄电池，对蓄电池进行充电，蓄电池充电完成以后，一直蓄电池，对蓄电池进行充电，蓄电池充电完成以后，一直处于浮充状态，它与直流母线一直处于连接状态。处于浮充状态，它与直流母线一直处于连接状态。n n在交流电源消失后，高频开关模块输出的直流随即消失，在交流电源消失后，高频开关模块输出的直流随即消失，蓄电池从浮充状态改为放电状态对直流母线提供电源。直蓄电池从浮充状态改为放电状态对直流母线提供电源。直流系统的接线图如图流系统的接线图如图6

23、6所示所示图图6-直流系统接线图直流系统接线图直流屏照片直流屏照片n n3.2.23.2.2蓄电池蓄电池n n我们现在使用的蓄电池基本都是阀控免维护铅酸蓄电池，我们现在使用的蓄电池基本都是阀控免维护铅酸蓄电池，它的它的“充充/放电放电”原理在此不做详细介绍，主要介绍一下原理在此不做详细介绍，主要介绍一下蓄电池的几个主要技术指标。蓄电池的几个主要技术指标。n n电压。绝大多数变电站使用的都是电压。绝大多数变电站使用的都是220V220V的直流电源，一小的直流电源，一小部分变电站使用部分变电站使用110V110V的直流系统。以的直流系统。以220V220V直流系统为例，直流系统为例，常规阀控铅酸蓄

24、电池的单只浮充电压为常规阀控铅酸蓄电池的单只浮充电压为2.23-2.27V2.23-2.27V，直流母，直流母线电压为线电压为1.051.05倍标称电压倍标称电压1.05*220=231.1.05*220=231.根据电路原理，我根据电路原理，我们需要们需要2312.23=103.581032312.23=103.58103只蓄电池串联才能得到这个电只蓄电池串联才能得到这个电压。也就是说，电压与只数有关。压。也就是说，电压与只数有关。n n容量。正常情况下，直流负荷都是由高频开关模块供电，容量。正常情况下，直流负荷都是由高频开关模块供电，在交流系统失压后，所有的直流负荷都是由蓄电池组供电在交流

25、系统失压后，所有的直流负荷都是由蓄电池组供电的。所以，直流负荷是选择蓄电池容量的主要依据。的。所以，直流负荷是选择蓄电池容量的主要依据。n n蓄电池的容量的大小决定了蓄电池的放电能力，容量的单蓄电池的容量的大小决定了蓄电池的放电能力，容量的单位是位是AhAh，也就是电流和时间的乘积。经常用到的蓄电池容，也就是电流和时间的乘积。经常用到的蓄电池容量是量是200Ah200Ah、300Ah300Ah，它的实际意义是什么呢？由于无人值，它的实际意义是什么呢？由于无人值班变电站要求直流系统能够在交流消失后持续供电班变电站要求直流系统能够在交流消失后持续供电2 2小时，小时，所以一只电压为所以一只电压为2

26、V2V、容量为、容量为200 Ah200 Ah的蓄电池应该能以的蓄电池应该能以2V2V、100A100A的形式供电的形式供电2 2小时。小时。103103只这样的蓄电池串连在一起，只这样的蓄电池串连在一起，就构成了一个就构成了一个220V220V、200Ah200Ah的蓄电池组。容量是蓄电池的的蓄电池组。容量是蓄电池的构造决定的，与连接方式无关。构造决定的，与连接方式无关。n n3.33.3逆变电源逆变电源n n变电站配备有综自后台机、五防后台机等电脑和打印机，变电站配备有综自后台机、五防后台机等电脑和打印机，这些设备只能使用交流供电，那么，在交流系统失压的情这些设备只能使用交流供电，那么，在

27、交流系统失压的情况它们如何工作呢？况它们如何工作呢？n n逆变电源就是用于对这些设备供电的。所谓逆变，就是指逆变电源就是用于对这些设备供电的。所谓逆变，就是指“直流直流交流交流”的变换。逆变模块进线端为两路：一路交的变换。逆变模块进线端为两路：一路交流、一路直流，两路为并联关系。交流可以直接输出，直流、一路直流，两路为并联关系。交流可以直接输出，直流经模块转换为交流后与直接输出的交流汇为一处。流经模块转换为交流后与直接输出的交流汇为一处。n n后台机等设备在平时由交流输入直接供电，交流消失后由后台机等设备在平时由交流输入直接供电，交流消失后由直流系统的蓄电池组经逆变模块供电。直流系统的蓄电池组

28、经逆变模块供电。n n3.4 DC/DC3.4 DC/DC转换器转换器n n在最初的变电站设计中，通信系统由一套独立的直流系统在最初的变电站设计中，通信系统由一套独立的直流系统供电，包括高频开关模块和蓄电池。随着电磁机构断路器供电，包括高频开关模块和蓄电池。随着电磁机构断路器的取消，变电站的直流负荷其实已经很小了，适当的选择的取消，变电站的直流负荷其实已经很小了，适当的选择高频开关模块和蓄电池的容量就可以同时保证电气设备和高频开关模块和蓄电池的容量就可以同时保证电气设备和通信设备的供电要求。通信设备的供电要求。n n由于通信系统采用的是由于通信系统采用的是-48V-48V电源，所以变电站按电源

29、，所以变电站按N+1N+1冗余冗余原则配置原则配置220V/48V220V/48V电压转换模块得到电压转换模块得到48V48V的直流电压，然的直流电压，然后将正极接地使其电压为零，负极的电压则变为后将正极接地使其电压为零，负极的电压则变为-48V-48V用于用于向通信设备供电。可以简单的认为向通信设备供电。可以简单的认为DC/DCDC/DC转换器就是一转换器就是一个直流变压器。个直流变压器。第四章第四章 图像监视和火灾报警系统图像监视和火灾报警系统n n4.14.1图像监控系统图像监控系统n n变电站作为一个比较重要的工业建筑，配置图像监视系统变电站作为一个比较重要的工业建筑，配置图像监视系统

30、（即遥视）出于两个方面的考虑：一是方便本站或集控站（即遥视）出于两个方面的考虑：一是方便本站或集控站值班人员监视变电站内的设备状态，二是为了监视是否有值班人员监视变电站内的设备状态，二是为了监视是否有外来人员进入变电站。外来人员进入变电站。n n图像监控系统由摄像机和遥视主站两部分组成。摄像机主图像监控系统由摄像机和遥视主站两部分组成。摄像机主要分布在配电装置区、主控室和进要分布在配电装置区、主控室和进/出口，有球机（摄像出口，有球机（摄像机监视方向可调）、枪机（摄像机监视方向固定）、红外机监视方向可调）、枪机（摄像机监视方向固定）、红外摄像机（夜视功能）等。遥视主站布置在主控室，主要包摄像机

31、（夜视功能）等。遥视主站布置在主控室，主要包括显示器（各摄像机的画面分格显示）和硬盘录像机。括显示器（各摄像机的画面分格显示）和硬盘录像机。n n与图像监视系统配套使用的还有红外探测器，它成对配置与图像监视系统配套使用的还有红外探测器，它成对配置安装在变电站的围墙上，每面墙一对以探测是否有外人翻安装在变电站的围墙上，每面墙一对以探测是否有外人翻墙而入。它的作用原理类似于我们经常看到的神偷电影里墙而入。它的作用原理类似于我们经常看到的神偷电影里面的经典场景：红色的射线藏在不起眼的角落，一旦被人面的经典场景：红色的射线藏在不起眼的角落，一旦被人的身体遮挡导致接收端收不到射线，报警器就会自动启动。的

32、身体遮挡导致接收端收不到射线，报警器就会自动启动。摄像机摄像机红外探测器红外探测器n n4.24.2火灾报警系统火灾报警系统n n为了及早发现火灾情况，在变电站主控楼配置火灾自动报为了及早发现火灾情况，在变电站主控楼配置火灾自动报警系统。这套系统主要包括：感烟探测器（分布在配电装警系统。这套系统主要包括：感烟探测器（分布在配电装置区、主控室和生活区）、手动报警按钮和声光报警器。置区、主控室和生活区）、手动报警按钮和声光报警器。n n感烟探测器安装在房顶，所需数量按照房顶面积和构造由感烟探测器安装在房顶，所需数量按照房顶面积和构造由公式得出，它探测到烟雾后会自动启动声光报警器以通知公式得出，它探

33、测到烟雾后会自动启动声光报警器以通知值班人员。手动报警按钮安装在各主要空间的门口，便于值班人员。手动报警按钮安装在各主要空间的门口，便于值班人员发现火灾后逃离现场时启动。值班人员发现火灾后逃离现场时启动。感烟探测器感烟探测器手动报警器手动报警器第五章第五章 通信系统通信系统n n变电站的通信系统由光端机、光纤配线架、音频配线架、变电站的通信系统由光端机、光纤配线架、音频配线架、PCMPCM等设备组成。等设备组成。n n其作用就是将变电站监控系统中需要远传的模拟信号和数其作用就是将变电站监控系统中需要远传的模拟信号和数字信号转换为光信号，再经由光缆传输至集控站和调度中字信号转换为光信号，再经由光

34、缆传输至集控站和调度中心。心。第六章第六章 一次设备一次设备n n变电站的一次设备主要包括变压器、断路器、隔离开关、变电站的一次设备主要包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、电容器等。电流互感器、电压互感器、电容器等。n n一次设备是变电站的主体，是电网最重要的组成部分。从一次设备是变电站的主体，是电网最重要的组成部分。从理论上讲，只有一次设备而没有二次设备并不影响电网的理论上讲，只有一次设备而没有二次设备并不影响电网的电路功能。电路功能。n n如果将整个电网看作是一个复杂的电路，那么某些一次设如果将整个电网看作是一个复杂的电路，那么某些一次设备就是这个电路中的元件，我们可以称

35、之为备就是这个电路中的元件，我们可以称之为“电路设备电路设备”。哪些设备是哪些设备是“电路设备电路设备”，哪些不是呢？区分的标准是什，哪些不是呢？区分的标准是什么呢？么呢？n n6.16.1电路设备电路设备n n如果将图如果将图1 1中的设备在理想情况下、保证变电站功中的设备在理想情况下、保证变电站功能的前提下尽可能的减少，那么我们可以只保留：能的前提下尽可能的减少，那么我们可以只保留：断路器、变压器、必要的导线、电容器，这些就断路器、变压器、必要的导线、电容器，这些就是是“电路设备电路设备”。n n电流互感器和电压互感器虽然属于一次设备，其电流互感器和电压互感器虽然属于一次设备，其功能确是仅

36、为二次设备服务；电抗器是为了在发功能确是仅为二次设备服务；电抗器是为了在发生短路故障时限制短路电流设置的，理想情况下生短路故障时限制短路电流设置的，理想情况下也可以去掉；隔离开关只是在断路器两侧形成明也可以去掉；隔离开关只是在断路器两侧形成明显的断开点，在断路器绝对可靠的前提下也可以显的断开点，在断路器绝对可靠的前提下也可以取消。取消。n n6.2电力变压器n n变压器的功能和基本原理在上文中已经介绍过了，再此不再赘述。n n6.2.1变压器的构造n n铁芯与绕组n n外壳n n变压器油n n6.2.2变压器的散热n n变压器的铁芯部分实际上也是一个电阻，在导电的同时自己也会消耗一部分电能，这

37、就是变压器的自身损耗。这个损耗以发热的形式表现出来。n n自冷：自然冷却n n风冷：利用风扇加速冷却n n强油风冷：在风冷的基础上利用油泵加速变压器油的流动n n6.3断路器n n6.3.1电弧的产生n n用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，电器的触头间便会产生电弧。n n6.3.2断路器熄弧的技术条件n n良好的绝缘介质n n快速动作n n6.3.36.3.3断路器的分类断路器的分类n n断路器的分类方法有很多种，按照操作机构的不同分为弹断路器的分类方法有很多种，按照操作机构的不同分为弹簧机构断路器、气动机构断路器和液压机构断路器；按照簧机构断路器、

38、气动机构断路器和液压机构断路器；按照工作（绝缘）介质的不同分为六氟化硫（工作（绝缘）介质的不同分为六氟化硫（SF6SF6）断路器、）断路器、真空断路器和油断路器；按照工作电压的不同分为高压断真空断路器和油断路器；按照工作电压的不同分为高压断路器、低压断路器等。按照不同分类方法分出的不同类型路器、低压断路器等。按照不同分类方法分出的不同类型之间是可以互相组合的，如之间是可以互相组合的，如“SF6SF6弹簧断路器弹簧断路器”、“真空真空弹簧断路器弹簧断路器”等。等。n n气压机构、液压机构逐渐退出运行，本文不再详述；油绝气压机构、液压机构逐渐退出运行，本文不再详述；油绝缘断路器逐渐退出运行，亦不再

39、详述。我们现在能看到的缘断路器逐渐退出运行，亦不再详述。我们现在能看到的断路器大致只有三种：断路器大致只有三种：35kV35kV及以上电压等级的及以上电压等级的SF6SF6绝缘弹绝缘弹簧机构断路器、簧机构断路器、10kV10kV及一小部分及一小部分35kV35kV电压等级的真空绝缘电压等级的真空绝缘弹簧机构断路器，弹簧机构断路器，380V380V电压等级的空气绝缘手动断路器，电压等级的空气绝缘手动断路器，也就是我们平时说的空气开关。也就是我们平时说的空气开关。n n弹簧机构的工作原理弹簧机构的工作原理n n在合闸操作之前，我们使用电动机将一条弹性很大的弹簧在合闸操作之前，我们使用电动机将一条弹

40、性很大的弹簧压缩并且锁死，这样它就具有了很大的势能，这个过程称压缩并且锁死，这样它就具有了很大的势能，这个过程称为为“合闸储能合闸储能”。合闸指令发出后，锁死弹簧的梢子会松。合闸指令发出后，锁死弹簧的梢子会松开，弹簧的势能瞬时释放将动触头顶至静触头处，同时将开，弹簧的势能瞬时释放将动触头顶至静触头处，同时将分闸弹簧储能。合闸弹簧释放后，储能电动机会自动启动分闸弹簧储能。合闸弹簧释放后，储能电动机会自动启动将其再次储能。将其再次储能。n n通过弹簧的作用，保证了两个触头处于放电距离的时间尽通过弹簧的作用，保证了两个触头处于放电距离的时间尽可能地短。但是这样还是会出现电弧，所以我们就把动触可能地短

41、。但是这样还是会出现电弧，所以我们就把动触头和静触头密封在一个密闭容器中，里面充满一定气压的头和静触头密封在一个密闭容器中，里面充满一定气压的绝缘性能非常好的绝缘性能非常好的SF6SF6气体。在气体。在10kV10kV电压等级断路器中，电压等级断路器中，这个密闭容器里面被抽成真空，因为真空的灭弧性能也不这个密闭容器里面被抽成真空，因为真空的灭弧性能也不错。在错。在380V380V电压等级的断路器中，没有密闭容器，因为常电压等级的断路器中，没有密闭容器，因为常规情况下，空气可以熄灭操作时产生的电弧。规情况下，空气可以熄灭操作时产生的电弧。n n6.3.4断路器的主要技术参数n n额定电压与最高电

42、压：3-200kV内，最高电压为115%额定电压，即110kV断路器最高工作电压为126kV，220kV断路器最高工作电压252kV。n n额定电流：断路器允许长期通过的电流。n n额定开断电流：断路器能保证开断的最大短路电流。n n6.46.4隔离开关隔离开关n n隔离开关大部分情况下都是伴随断路器出现的，每一台断隔离开关大部分情况下都是伴随断路器出现的，每一台断路器的两侧都会各配置一台隔离开关。其原因在于，断路路器的两侧都会各配置一台隔离开关。其原因在于，断路器的动、静触头都是处于密封状态的，我们无法直接观察器的动、静触头都是处于密封状态的，我们无法直接观察其是否接触，而只能利用指示牌或者

43、辅助接点间接获知断其是否接触，而只能利用指示牌或者辅助接点间接获知断路器的状态。隔离开关的作用就是在断路器的两侧形成明路器的状态。隔离开关的作用就是在断路器的两侧形成明显的断开点。显的断开点。n n按照我们之前的理论，我们也可以认为隔离开关是一个动按照我们之前的理论，我们也可以认为隔离开关是一个动作缓慢的空气绝缘、手动或者电动机构的断路器。显然，作缓慢的空气绝缘、手动或者电动机构的断路器。显然，它不具备它不具备“分分/合合”大电流的能力。也就是常规的说法，大电流的能力。也就是常规的说法，隔离开关不能带负荷操作。我们会在断路器合闸之前先闭隔离开关不能带负荷操作。我们会在断路器合闸之前先闭合隔离开

44、关，在断路器分闸之后再断开隔离开关。合隔离开关，在断路器分闸之后再断开隔离开关。n n6.56.5电流互感器和电压互感器电流互感器和电压互感器n n6.5.16.5.1电流互感器（电流互感器（TATA）n n电流互感器的作用是将流经一次设备的大电流转换成二次电流互感器的作用是将流经一次设备的大电流转换成二次设备使用的小电流，其工作原理相当于一个阻抗很小的变设备使用的小电流，其工作原理相当于一个阻抗很小的变压器。电流互感器的一次绕组与一次主电路串联，二次绕压器。电流互感器的一次绕组与一次主电路串联，二次绕组接负荷。电流互感器二次侧不允许开路。组接负荷。电流互感器二次侧不允许开路。n n电流互感器

45、的变比一般为电流互感器的变比一般为X X：5A5A。它的含义是：首先，。它的含义是：首先，X X不小于该设备可能出现的最大长期负荷电流，如此即可保不小于该设备可能出现的最大长期负荷电流，如此即可保证一般情况下证一般情况下TATA二次侧电流不大于二次侧电流不大于5A5A；其次，被保护设；其次，被保护设备发生短路故障时，在短路电流不使备发生短路故障时，在短路电流不使TATA饱和的情况下，饱和的情况下，TATA二次侧电流依然可以按照此变比从一次电流进行折算。二次侧电流依然可以按照此变比从一次电流进行折算。n n在一次配电装置距离控制室较远时，为了增加电流互感器在一次配电装置距离控制室较远时，为了增加

46、电流互感器的二次允许负荷，减小连接电缆的导线截面及提高精确等的二次允许负荷，减小连接电缆的导线截面及提高精确等级，多选用二次侧额定电流为级，多选用二次侧额定电流为1A1A的电流互感器。的电流互感器。n n在变电站中，电流互感器用于三种回路：保护回路、测量在变电站中，电流互感器用于三种回路：保护回路、测量回路和计量回路，而这三种回路对电流互感器的准确级要回路和计量回路，而这三种回路对电流互感器的准确级要求是不同的。简单地讲，测量、计量级二次绕组着重于精求是不同的。简单地讲，测量、计量级二次绕组着重于精度，即误差要小；保护级二次绕组着重于抗饱和能力，即度，即误差要小；保护级二次绕组着重于抗饱和能力

47、，即在发生短路故障时，短路电流超过一次额定电流许多倍的在发生短路故障时，短路电流超过一次额定电流许多倍的情况下，电流互感器一次侧电流与二次侧电流的比值仍在情况下，电流互感器一次侧电流与二次侧电流的比值仍在一定允许误差范围内接近理论变比。一定允许误差范围内接近理论变比。n n在星形接线中，电流互感器二次侧中性点必须接地，只是在星形接线中，电流互感器二次侧中性点必须接地，只是在不同情况下的接地点不同。用于差动保护的各电流互感在不同情况下的接地点不同。用于差动保护的各电流互感器的二次侧必须在一点接地，接地点一般选在保护屏上；器的二次侧必须在一点接地，接地点一般选在保护屏上；用于其余保护和测量、计量的

48、电流互感器均是在现场接地。用于其余保护和测量、计量的电流互感器均是在现场接地。n n6.5.26.5.2电压互感器（电压互感器（TVTV）n n电压互感器的作用是将电力系统的一次电压按一定的变比电压互感器的作用是将电力系统的一次电压按一定的变比转换为要求的二次电压，其工作原理与变压器基本相同。转换为要求的二次电压，其工作原理与变压器基本相同。电压互感器的一次绕组并联接在主电路上，二次绕组接负电压互感器的一次绕组并联接在主电路上，二次绕组接负荷。荷。n n变电站均采用变电站均采用 星形星形-星形星形*-开口三角接线。开口三角处平开口三角接线。开口三角处平时无电压，故障时有零序电压。时无电压，故障

49、时有零序电压。n n6.66.6电容器电容器n n电能由两部分组成：有功功率和无功功率。在各种用电设电能由两部分组成：有功功率和无功功率。在各种用电设备中，除了白炽灯只消耗有功功率、极少数同步电机可以备中，除了白炽灯只消耗有功功率、极少数同步电机可以发出一部分无功功率外，大多数用电设备都要消耗无功功发出一部分无功功率外，大多数用电设备都要消耗无功功率。率。n n有功功率的电源只有一个，那就是发电机。无功功率的电有功功率的电源只有一个，那就是发电机。无功功率的电源除了发电机，还有调相机、电容器和静止补偿器。源除了发电机，还有调相机、电容器和静止补偿器。n n在长距离输电时，传输的能量越多，损耗也

50、随之越大。有在长距离输电时，传输的能量越多，损耗也随之越大。有功功率必须丛发电厂传输而来，这部分功率在线路上引起功功率必须丛发电厂传输而来，这部分功率在线路上引起的损耗是无法避免的。在靠近负荷的地方生产无功功率，的损耗是无法避免的。在靠近负荷的地方生产无功功率，然后和从远方传输来的有功功率会合以后再经过一段较短然后和从远方传输来的有功功率会合以后再经过一段较短的线路输送到负荷处，避免无功功率在长线路上的损耗。的线路输送到负荷处，避免无功功率在长线路上的损耗。这种处理方式称为无功功率的就地补偿，在变电站内最常这种处理方式称为无功功率的就地补偿，在变电站内最常用的无功功率电源就是电力电容器组。用的