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变电站设备及运行变电站设备及运行 输变电工区：王斌输变电工区：王斌 一、变电站概述 （一）变电站的作用 1.作用 2.组成 （二）变电站的类型 （1） 枢纽变电站 （2） 中间变电站 （3） 地区变电站 （4）终端变电站 （5）用户变电站 当主要功率方向是由变压器的低压侧流向变压器的高压侧时 ，称为升压变电站；而当主要功率方向是由变压器的高压侧 流向变压器的低压侧时，称为降压变电站。 系统枢纽变电站处于电力 系统枢纽位置，汇集有多 个大电源，也就是多个大 型发电厂发出的电力均通 过高压或超高压输电线路 送至枢纽变电站。一般为 500千伏或330千伏的电压 等级。 中间变电站其电压等级多为 220330千伏，高压侧以交 换功率为主或使高压长距离 输电线路分段。另外，中间 变电站也降压向所在地区用 户供电。全站停电时，将引 起区域电网解列。 地区变电站是一个地区或 城市的主要变电站，最高 电压一般为110220千伏 。如发生全站停电事故， 将会造成地区电网的瓦解 ，影响整个地区的供电。 终端变电站处于输电线路终端 ，一般经降压后直接向用户供 电，电压一般为110千伏及以 下。全站停电时，仅使其所供 的用户中断供电。 变电站（一般也称为 变电所）是联系发电 厂和电力用户的中间 环节，起着转换电压 、集中和分配电能的 作用。 变电站由变压器、 配电装置、控制及 信号装置、继电保 护及自动装置以及 所需的建筑物和构 筑物等组成。 用户变电站是用户接受、转换和分 配电能的中心，用户变电站都是降 压变电站。根据它服务的对象可分 为：工厂企业变电站、矿山（井下 ）变电站、（铁道）牵引变电站、 农村变电站、一般单位变电站等。 二、变电站的运行管理 （一）变电站的运行组织 （二） 变电站运行管理制度 （三） 工作票制度 （四） 操作票制度 （五） 运行交接班制度 （六） 巡回检查制度 （七） 设备缺陷管理制度 （八） 设备定期试验与轮换制度 （九）运行分析制度 电气运行是指电力系统在发电、 供电、配电、用电过程中，运行 值班人员对发供电设备进行监视 、控制、调节和操作，使发供电 设备正常运行；同时对设备运行 状况进行分析，在故障情况下处 理事故，保证电力系统安全、稳 定、优质、经济运行。 变电运行管理的任务是保证变电 站的安全运行和经济运行。 变电站运行分两类：一类是有人值班；另一 类是无人值班。 在有人值班的变电站中，变电运行值班实行8 小时或6小时轮换值班制度。每一运行值班单 位由值班长、主值班员、副职班员、值班助 手等组成。 无人值班的变电站，是由专门的控制中心值 班人员监控。控制中心实行8小时或6小时轮 换值班制度，每值设置值班人员23人，监 视、控制多个无人值班变电站。 变电站电气运行管理制度主要 有：工作票制度、操作票制度 、交接班制度、巡回检查制度 、设备缺陷管理制度、设备定 期试验与切换制度和运行分析 制度等。 为了确保现场检修工作的人身 和设备安全，防止各类事故的 发生，对电气设备进行检修时 ，均应填写工作票。 为了保证运行操作的准确可 靠，防止误操作，运行操作 前必须认真填写操作票，操 作人必须根据操作票所填写 的操作项目及顺序进行操作 。 为了保证安全经济运行， 各岗位应认真做好交接班 工作。 为了保证设备安全运行、及时 发现和消除设备缺陷及隐患， 运行值班员应按规定进行定期 和不定期的对电气设备进行巡 视检查。 运行中的电气设备发生异常 ，虽能继续使用，但影响安 全运行称为缺陷。加强和搞 好缺陷管理工作是设备健康 、安全的重要保证。变电站 发现设备缺陷后，应遵循设 备缺陷管理制度进行处理。 为了保证备用设备的完好性， 确保运行设备故障时备用设备 能可靠投入工作，必须对设备 定期进行试验与切换。 运行分析是确保变电站安全、 经济运行的一项重要工作，通 过对各运行参数、运行记录和 设备运行状况的全面分析，及 时采取相应措施，消除设备缺 陷，提出防止事故发生的对策 ，并为设备技术改进、运行操 作改进以及合理安排运行方式 提供依据。 三、电气设备概述 发电厂和变电站从电气上可分为一次系统 和二次系统。构成电能生产、输送、分配 和使用的系统，称为一次系统；对一次系 统进行保护、监控、测量、控制的系统， 称为二次系统。 电气一次系统的设备称为电气一次设备， 电气二次系统的设备，称为电气二次设备 。 四、电气设备的额定参数 （一）电气设备的额定电压 1 .第一类额定电压 2 .第二类额定电压 3.第三类额定电压 （二）电气设备的额定电流 （三）电气设备的额定容量 额定电压就是国家规定的 电气设备标准的电压等级 ，是电气设备设计时所依 据的电压值。在这一电压 下工作时，电气设备的技 术经济性能能够达到最佳 状态，保证可靠长期运行 。 100伏及以下的额定电压，主 要用于安全动力、照明、蓄电 池及其他特殊设备。 1001000伏之间的额定电 压，其应用最广、数量最 多，如电动机、工业、民 用、照明、普通电器、动 力及控制设备等都采用此 类电压。 1000伏及其以上的电压 等级。电力系统的发、 供、输、配、用电都采 用该电压等级。 国家规定额定电压为1000伏以下电气设备称为低压设备，1000伏及以上 的电气设备称为高压设备。 我国国家标准规定电力系统的额定电压等级有：220V、380V、3千伏、6 千 伏、10 千伏、35 千伏、110 千伏、220 千伏、330 千伏、500 千伏、750 千伏、1000 千伏等。 以上电压等级中220V为单相交流电，其余均为三相交流线电压值。 一般我们习惯上称220/380伏为低压，将3千伏35千伏称为中压，110千伏 、220千伏称为高压，330千伏、500千伏称为超高压，700千伏、1000千伏称 为特高压。 电气设备的额定电流 是指周围介质在额定 温度时，其长期发热 温度不超过极限值所 允许长期通过的最大 电流有效值。 额定容量的规定条件与额定电 流相同。变压器额定容量用视 在功率(kVA)表示；发电机一般 以有功功率(kW)表示；当其额 定容量用视在功率表示时，需 表明功率因数；电动机也多用 有功功率表示。 （一） 高压断路器简介 高压断路器的用途 高压断路器的基本结构 高压断路器的类型 一是控制作用，即根据电网运行的 需要，将部分电气设备或线路投入 或退出运行（开闭正常工作电流） ；二是保护作用，即在电气设备或 电力线路发生故障时，继电保护或 自动装置发出跳闸信号，使断路器 断开，将故障设备或线路从电网中 迅速切除，确保电网中无故障部分 的正常运行（断开短路电流）。 高压断路器按安装地点分为 户内和户外两种型式；按灭 弧介质及灭弧原理不同可分 为六氟化硫（SF6）断路器、 真空断路器、油断路器（又 分为多油、少油断路器）和 压缩空气断路器等 电路通断元件 绝缘支撑元件 操动机构及基座 五、高低压开关电器 六氟化硫断路器 真空断路器 油断路器 压缩空气断路器 ( (二二) ) 高压断路器的操作高压断路器的操作 断路器经检修恢复运行，操作前应检查检修中 为保证人身安全所设置的措施(如接地线等)是否 全部拆除，防误操作闭锁装置是否正常。 长期停运的断路器在重新投入运行前应通过远 方控制方式进行23次操作，操作无异常后方 能投入运行。 操作前应检查控制回路、辅助回路、控制电源 及操动机构均正常。 操作中应同时监视有关电压、电流、功率等表 计的指示及红绿灯的变化，操作把手不应返回 太快。 （三）高压隔离开关 高压隔离开关的结构 高压隔离开关是一种没有专门的灭弧装置的开关设备 ，灭弧能力非常弱。因此，不能用来开断负荷电流或短 路电流。 高压隔离开关的主要用途 隔离电源 进行电路的切换操作 开断通过微小电流的电路。 (3) 高压隔离开关运行操作的若干问题 隔离开关与断路器配合使用时 ，两者之 间必须有机械的或电气的联锁，保证隔离 开关必须在断路器切断电流之后才能分闸 ；并且只有在隔离开关合闸之后，断路器 才能合闸。 操作隔离开关时应注意与断路器的操作顺 序 送电时，先合母线（电源）侧的隔离开关，再合线路（负 荷）侧的隔离开关，最后合上断路器；断电时，操作顺 序相反。 （四）高压熔断器 熔断器的用途 当电路发生过负荷或发生短路时，过负荷电流或短路电流流过 熔体，熔体被迅速加热熔断，切断故障电流，从而保护了电 路中其它电气设备。 熔断器的结构和工作原理 熔断器主要由金属熔体（熔件）、支持熔体的载流部分（触 头）和外壳（熔管）等组成。有些熔断器内还装有特殊的灭 弧介质，如产气纤维管、石英砂等用来熄灭熔件熔断时形成 的电弧。 熔断器的工作原理是：熔断器串联接入被保护电路中，在正常 工作情况下，由于通过熔体的电流较小，熔体温度虽然上升 ，但不会熔化，电路可靠接通；当电路发生过负荷或短路， 电流增大时，熔体温度上升超过熔点而熔断并迅速熄灭电弧 ，切断电路。 熔断器的保护特性 熔断器的保护特性是流过熔体的电流越大，熔断器的熔断时间 越短。 RN系列高压熔断器 石英 沙 熔断 撞针 金属熔体缠绕在内 瓷管上 瓷熔管剖面图 高压限流熔断器实物 接线端子 绝缘子 安装卡座 金属管帽 瓷熔管 内有金属熔体与石英沙 熔断器底座 1 互感器的用途及作用 互感器是一种特殊变压器，广泛用于配电装置的交流电 工测量和继电保护中。互感器分为两大类：一类为电流互 感器也叫仪用变流器，用途是将交流大电流变换为标准的 小电流（5安培或1安培），供电给测量仪表和保护装置的 电流线圈；另一类是电压互感器也叫仪用变压器，用途是 将交流高电压变换为标准的低电压（100伏或100/伏），供 电给测量仪表和保护装置的电压线圈。 2 互感器一、二次绕组与系统的连接方式 电流互感器（TA）一次绕组(N1)串联于被测量电路 (L)中，二次绕组(N2)与测量仪表(如电流表A、有功功率表 W的电流线圈)和保护装置的继电器电流线圈串联；电压互 感器(TV)一次绕组(N1)并联接于被测电路(L)中，二次绕组 (N2)与测量仪表(如电压表V、有功功率表W的电压线圈)和 保护装置的继电器电压线圈并联。 （五）互感器 A V V A N1 N1 N2 N2 TA TV 电 压 互 感 器 电 流 互 感 器 六、母线 1.母线的作用 2.母线的种类 铜母线 铝母线 钢母线 母线母线( (也称汇流排也称汇流排) ) 是汇集和分配电流是汇集和分配电流 的裸导体的裸导体 铜的电阻率低，机铜的电阻率低，机 械强度高，防腐蚀械强度高，防腐蚀 性能好，是很好的性能好，是很好的 母线材料。母线材料。 铝的比重只有铜的30，电阻 率约为铜的1.72倍。所以在 长度和电阻相同的情况下，铝 母线的重量只有铜母线的一半 。而铝的储量较多，价格比铜 低廉。总的来说用铝母线比用 铜母线经济。 钢的优点是机械强度高，钢的优点是机械强度高， 焊接简便，价格便宜。但焊接简便，价格便宜。但 钢的电阻率很大，为铜的钢的电阻率很大，为铜的7 7 倍，用于交流时产生很强倍，用于交流时产生很强 的趋肤效应，并造成很大的趋肤效应，并造成很大 的功率损耗的功率损耗 3.母线的截面 圆形 管形 矩形 槽形 4. 母线的排列 垂直布置 水平布置 出线的排列 5.三相母线的着色 圆形截面母线的曲率半径均 匀，无电场集中表现，不易 产生电晕，但散热面积小， 曲率半径不够大，作为硬母 线则抗弯性能差，故采用圆 形截面的主要是钢芯铝绞线 。用于110千伏及以上电压的 户外配电装置。 管形截面母线是空芯导体，集肤 效应小，曲率半径大，不易电晕 ，材料导电利用率、散热、抗弯 强度和刚度都较圆形截面好，常 用于220kV及以上屋外配电装置 作长跨距硬母线，也用于特种母 线，如用于发电机引出线的水内 冷母线、封闭母线等。 矩形截面母线的优点是散 热面积大，集肤效应小， 安装和连接方便。但矩形 截面母线周围的电场很不 均匀，易产生电晕，故只 用于35kV及以下硬母线。 槽形截面母线的电流分布均 匀，比矩形母线载流量大。 当工作电流很大，每相需要 三条以上的矩形母线才能满 足要求时，一般采用槽形母 线。 交流：U、V、W（A、B、C ）相的排列由上向下；直 流：正、负的排列由上向 下。 水平布置母线的排列。交 流：U、V、W（A、B、C） 相的排列由内向外(面对 母线)；直流：正、负的 排列由内向外。 出线的排列。交流：U、V、W （A、B、C）相的排列为面对 出线或面对配电屏正面从上到 下、从左向右、由远到近为 U(A)相、V（B）相、W（C）相 及N线（中性线）。 着色着色的目的：的目的： （1 1）为了便于识别相序、）为了便于识别相序、 （2 2）防止腐蚀；）防止腐蚀； （3 3）提高母线表面散热效果（可增加载流量）提高母线表面散热效果（可增加载流量12%15%12%15%）。）。 母线应按下列规定刷漆着色： (1)三相交流母线：U（A）相刷黄色，V （B）相刷绿色，W（C）相刷红色，由三相 交流母线引出的单相母线，应与引出相的 颜色相同。 (2)直流母线：正极刷赭色，负极刷蓝 色。 (3)交流中性线：不接地者刷白色，接 地者刷紫色。 （一）避雷针和避雷线 为了防止电气设备和架空输电线路遭受直接雷击 ，通常采用避雷针和避雷线。避雷针（线）装 在被保护设备（输电线路）的上方并且与大地 做良好连接，这样可以将雷电吸引到避雷针（ 线）本身，将雷电流引入大地，从而保护了设 备（线路）免遭雷击。 （二） 避雷器 避雷器的作用是用来限制作用于设备上的过电压 ，以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护 间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物 避雷器等几种。避雷器与被保护设备并联安装 在被保护设备附近，当过电压超过一定值时， 避雷器先放电，从而限制了被保护设备的过电 压值。 氧化锌避雷器 七、防雷装置 （一）电气主接线的分类 (1) 有母线接线 单母线接线 分段的单母线接线 分段单母线带旁路母线的接线 双母线接线 双母线分段接线 双母线带旁路母线接线 一台半断路器接线 八、电气主接线 九、变电站的倒闸操作九、变电站的倒闸操作 （一）（一） 倒闸操作的概念倒闸操作的概念 1.倒闸操作的概念：当电气设备由一种状态转换到 另一种状态或改变电力系统的运行方式时，需 要进行一系列的操作，这种操作叫做电气设备 的倒闸操作倒闸操作。 2.电气设备有如下几种状态 运行状态 热备用状态 冷备用状态 检修状态 是指设备的断路器 及隔离开关都在合 闸位置，将电源至 受电端间的电路接 通 指设备的断路器在断 开位置，而隔离开关 在合闸位置，断路器 一经合闸，电路即接 通转为“运行状态” 。 指设备的断路器及隔离 开关均在断开位置。其 显著特点是该设备与其 它带电部分之间有明显 的断开点。 指设备在冷备用状态下并设有安指设备在冷备用状态下并设有安 全措施，即检修设备两侧装设了全措施，即检修设备两侧装设了 保护接地线（或合上了接地隔离保护接地线（或合上了接地隔离 开关），并悬挂了工作标示牌，开关），并悬挂了工作标示牌， 安装了临时遮拦。安装了临时遮拦。 防止误分、误合断路器； 防止带负荷分、合闸刀或带负荷推入、拉出金属封闭(铠装)式开关柜的手 车隔离插头； 防止带电挂接地线或合接地闸刀； 防止带接地线或接地闸刀合闸； 防止误入带电间隔。 （二）（二） 防止误操作的措施防止误操作的措施 （1） 防误操作组织措施 （2）防误操作的技术措施 电气操作的“五防”闭锁 （3）执行操作票制度的必备条件（六要） （4） 实施操作票的基本要求（八步骤） 防误操作的组织措施包括操作命令的下达、命令复诵、使用 操作票、模拟预演、实施操作监护及操作票的管理制度等。 防误操作的技术措施包括要求操作人必须正确佩戴使用个人保 护用品和操作工具，电气设备必须安装强制性的防止误操作的 装置。 要有考试合格并经上级领导批准公布的操作人员名单。 现场设备要有明显标志，包括命名、编号、铭牌、转动方向、 切换位置的指示，以及区别电气相别的色标。 要有与现场设备和运行方式符合的一次系统模拟图（或计算机 模拟系统图）。 有现场运行规程，典型操作票和统一的确切的调度操作术语。 要有确切的调度指令和合格的操作票（或经单位主管批准的操 作卡）。 要有合格的操作工具，安全用具和设施（包括对号放置接地线 的专用装置）。 操作人按调度预先下达的操作任务（操作步骤）正确填写 操作票。 经审票并预演正确或技术措施审票正确。 操作前明确操作目的，做好危险点分析和预控。 调度正式发布操作指令及发令时间。 操作人员检查核对设备命名、编号和状态。 按操作票逐项唱票、复诵、监护操作确认设备状态变位并 勾票。 向调度汇报操作结束时间。 做好记录，并使系统模拟图与现场设备状态一致，然后签 销操作票。 十、变电站继电保护及二次系统的基本概念十、变电站继电保护及二次系统的基本概念 1.继电保护的基本任务 2.继电保护的基本要求 3.主保护、后备保护和辅助保护 4.继电保护的基本原理和继电保护装置的构成 (1) 继电保护的基本原理 (2) 继电