变电知识讲座课件.ppt

变电知识讲座,目录,一、电力系统概述三、电力设备简介四、电力设备试验（高压、化学）五、高电压技术六、电力系统继电保护七、变电站自动化,一、电力系统概述,电力系统：由发电厂、电力网、和电力用户在电气上组成的统一整体。其特点是不能大规模储存，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成；发电和用电之间必须实时保持供需平衡，如不平衡将危及用电安全和连续性。电力网：由各种电压的输、配电线路和变电站组成。电力网按电压等级可分为：低压网：小于1kV；中压网：1-10kV；高压网：10-220kV超高压网：330-1000kV；特高压网：1000kV变电站：是连接发电厂和用户的中间环节，其作用是变换电压等级以及分配电能的作用。主要由电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、电容器等电力设备组成,三、电力设备简介,1、电力变压器,变压器按其作用可分为：升压变、降压变。升压变：电厂发电向变电站输送电能，要借助升压变，把电压提高，因为电压等级越高，线损越小。输送距离越远，建议采用越高电压等级来输送电能。目前福建的长距离高压输送网络电压等级有：500kV、220kV以及110kV。降压变：变电站向用户供电，需要进行降压。因为用户电器的电压都较低。通常要两个降压变来完成。,变压器内部结构,变压器内部结构由三大部分组成：磁路部分、电路部分、绝缘部分。磁路部分：铁芯，其作用是能量转换的媒介，变压器一次侧电能转换为磁能，又把磁能转换为二次电路电能，同时又是变压器器身安装的骨架。电路部分：线圈和分接开关等组成，线圈：套装在铁芯柱上，高压线圈在外，低压线圈在内。图中可以看到A、B、C三相线圈。分接开关：分为有载分接开关与无励磁分接开关，二者区别是有载分接开关可以在运行中进行档位调节，而无励磁分接开关是在停电下进行。通过在小范围内改变变比以达到调整输出电压的目的。绝缘部分：变压器油和绝缘纸构成，变压器油有绝缘及散热两大功能。该图中油已排出。运行中要对变压器进行注油。,变压器外部组件：主变套管,主变套管功能：将变压器内部高、低压线圈引线引到油箱外部的装置。要满足如下要求：良好热稳定性：能承受短路时瞬时过热。足够机械强度：负担固定引线作用。满足防污等级要求。,变压器外部组件：储油柜,储油柜（俗称油枕）作用调节油量：变压器油热胀冷缩，油位会发生变化，储油柜起着储存和补偿这部分变化油量的作用。防止油过快老化：减少变压器邮箱内油和空气接触面积。防止气泡进入：运行中变压器，通过储油柜注油能够防止气泡进入变压器。储油柜的油位计：在不同温度下，变压器油的体积会不同，通过油位计监测变压器的油位是否在合格范围内，是否有渗漏油的缺陷。,储油柜,储油柜的油位计,变压器外部组件：散热器,运行中的主变，会产生空载损耗和负载损耗。这些损耗会转变成热量，导致主变温度升高。绝缘老化的6度法则指出，在80度140度范围内，温度每升高6度，A级油浸绝缘纸的寿命老化加速一倍。所以变压器在设计时要充分考虑其散热性能。自冷散热器：相对于同一台主变，若设计成自冷式，则其散热片的表面积较大，无需借助风扇等辅助散热工具。风冷散热器：相对于同一台主变，若设计成风冷式，散热片的表面积较小些，但借助风扇进行散热，其维护较自冷时复杂。,自冷散热器,风冷散热器,变压器外部组件：有载调压开关操作机构箱,有载调压开关可以在变压器带负载时，对变压器进行调档工作。有载调压开关调档工作是通过有载调压开关操作机构箱来控制的。有载调压开关操作机构箱将相当于一个中央cup元件，接收远传操作指令或就地操作指令，对有载调压开关发出调档命令，并通过远传通道把该动作情况反馈到远方。同时，有控制机构箱的显示屏还可以直观的显示有载调压开关的当前档位，以及有载调压开关的动作次数等等信息。,变压器外部组件：有载调压开关在线滤油装置,有载调压开关进行带负荷切换档位过程中，会产生电弧，因此导致开关油的裂解，产生游离炭、水分等，使油质劣化。在线滤油装置：在不停电状态下，对有载调压开关油室进行滤油，改善油质性能。,变压器外部组件：净油器,变压器油在运行中，长期受到温度、电场等作用，油质会逐渐劣化。净油器的功能：油中有害物质如：水分、游离炭、氧化物等随着油循环被净油器中的硅胶吸收，净化变压器油，使油保持良好的电气性能和化学性能。,变压器外部组件：吸湿器,吸湿器：也称呼吸器，一般来说主变本体油室及有载调压开关油室都有装设吸湿器。其作用：清除和干燥由于变压器温度变化而进入储油柜的空气中的杂质和水分。吸湿器：一般中蓝色物质为变色硅胶，当硅胶吸收水分失效后，从蓝色变成粉红色，这时可更换新硅胶，或者将失效硅胶烘干，从粉红色变成蓝色继续使用。,2、断路器（开关）,断路器：有灭弧装置，能进行分、合负荷电流和短路电流。断路器与继电保护配合，可以迅速切断故障电流，防止事故扩大。断路器组成部分导流部分绝缘部分灭弧部分操作机构部分,断路器,断路器端子箱,3、隔离开关（刀闸）,隔离开关：没有灭弧装置，不能进行分、合负荷电流和短路电流。断开负荷时：要先断开断路器，再断开隔离开关。送负荷时：要先合上隔离开关，再合上断路器隔离开关功能：设备检修时，隔离有电部分，形成明显断开点，保证检修人员安全。隔离开关和短路器配合进行倒闸操作，可以改变运行方式。,隔离开关分,隔离开关合,4、电流互感器,电力系统中，经常采用高压、大电流的回路，这些回路无法用仪表进行直接测量。需要借助于互感器把大信号成比例的变换到小信号，以便通过电工仪表进行测量。该测量信号应用于继电保护、电能测量等功能。互感器可分为：电压互感器和电流互感器。电流互感器：串连在电力线路中，将大电流变换成小电流。工作中，电流互感器二次严禁开路。电流互感器：按绝缘结构分为电容式和电磁式，图中为电容式。,5、电压互感器,电压互感器：并联在电力线路中，将高电压信号，变换成低电压信号。运行中的电压互感器，严禁短路。电压互感器二次并列运行，要先将一次侧并列，防止一次测电压不平衡，二次侧产生较大环流。电压互感器：按绝缘结构分为电容式和电磁式，图中为电容式。,6、氧化锌避雷器,避雷器功能：保护被保护设备免受大气过电压或操作过电压的作用。在线检测仪：目前基本上是检测避雷器全电流。多功能的监测仪，能够检测全电流中的阻性电流成分及所占比例，由于其价格昂贵，没有推广。带电测试：检测全电流中的阻性电流值及所占比例，以便判断避雷器是否健康。方法是借助专门的测试仪器，并联在在线检测仪两端，这样就可以测试避雷器中各种电流成分及含量。,7、阻波器、耦合电容器,阻波器：状如鸟笼，一般由电感形式的主线圈、调谐元件及保护元件组成，串联在高压输电线两端。对高频呈现较高的阻抗，而工频阻抗则可忽略不计。耦合电容器与阻波器等一起构成高频通道，用于载波通讯和电力系统测量控制高频保护。,阻波器,耦合电容器,二、电力设备试验,综述：由于电力设备在制造过程由于工艺不良或其它原因而留下潜伏性缺陷，以及长期运行中，由于过电压、过电流、水分、温度、机械力和化学等的作用，使设备潜伏性故障不断扩大，或使设备的性能下降而演变成缺陷。所以必须进行试验，通过数据的综合分析，判断是否存在缺陷，并作出针对性处理。电力设备试验分类：制造厂内试验：设备出厂前在制造厂内进行的一系列的、全面的试验，以保证合格的设备出厂。现场试验：当设备由制造厂运到现场后，在现场安装、运行维护和检修过程中都需要进行试验。,1、设备现场试验的几种类型,交接试验：对新设备进行的检查、试验，目的是为了发现新设备在设计、制造、运输、安装过程中有无产生隐患，诊断是否符合投入运行的条件。预防性试验：设备投入运行后。为掌握设备运行中性能变化情况，定期地对设备进行试验，这种试验称为预防性试验。目的是监视运行中设备健康状况及缺陷隐患，提供检修的依据，是预防设备损坏及保证安全运行的重要措施。检修试验：在检修前、中、后进行的试验。目的是检查检修的质量，判断是否达到技术要求或能否投入运行。故障检查分析试验：设备故障时进行的一些项目试验，以确定故障类型、部位等。,2、高压试验一,绝缘电阻的测试:绝缘电阻的测试是简单又常用的试验方法。通常采用兆欧表进行测量，可以检测出绝缘是否存在贯通的集中性缺陷，整体受潮或贯通性受潮。泄漏电流测试：泄漏电流的测试与绝缘电阻的测试相比，有如下特点：1)试验电压高，可以随意调节。部分的绝缘缺陷，要在较高的绝缘强度下才能暴露出来。2)泄漏电流可以由微安表直接检测，灵敏度高，重复性好。3）泄漏电流可以换算出绝缘电阻值。介质损失角以及电容量的测量：在电压作用，电介质中产生的一切损耗叫做介质损耗。如果介质损耗很大，会使电介质温度升高，促使材料发生老化，导致热击穿，因此介质损耗大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标,交流耐压试验：交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最严格最有效和最直接的方法，它对判断电气设备能否继续参加运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。直流耐压试验直流耐压试验的试验电压较直流泄漏试验的高，它能发现除设备受潮、劣化外，对发现绝缘的某些局部缺陷具有特殊的作用。直流耐压试验与交流耐压试验比，有以下设备较轻便、无介质极化损失，对设备的损伤较小等优点。,高压试验二,3、化学试验一,变压器油质分析试验：包括绝缘油（变压器油）的体积电阻、介质损耗、微量水分含量、闭口闪点、酸值、PH值、界面张力、绝缘强度等试验项目。变压器油是充油电力设备的主要绝缘物质，可以起到绝缘、灭弧、散热的作用，它品质的好坏直接影响到设备的安全运行，所以必须定期对充油设备内部的绝缘油进行油质分析试验，以保证它的运行品质符合国家标准。如绝缘油中的水溶性酸含量过高时，会腐蚀设备的内部重要的金属构件，严重的会引发事故。,2019/12/13,25,可编辑,化学试验二,变压器油溶解气体色谱分析试验：变压器油主要是由碳和氢两种原子组成的碳氢混合物，在正常运行条件下化学性能较为稳定，不易发生裂解。但在电弧或热的作用下，会裂解成低分子的烃类物质和氢气、CO、CO2等气体,不同性质的故障产生的特征气体的组份及含量不同，这些分解出来的组份会溶解在变压器油中。但当变压器内部出现较为严重的故障时，这些裂解的气体会大量产生，最后会因来不及溶解于油中而直接进入瓦斯继电器中，造成瓦斯继电器动作、主变跳闸。气体色谱分析试验是分析绝缘油中这些特征气体组份的组成及含量多少，以此来判断充油电气设备内部是否存在过热性或放电性的故障。,化学试验三,SF6气体湿度试验：SF6是一种灭弧和绝缘性能良好的工业合成气体。SF6新气或运行气中含有少量的水分直接影响气体的使用性能，当水分含量超过一定的标准时会显著降低电气设备的绝缘性能，同时易发生水解反应生成酸性物质，对设备造成腐蚀。特别是在电弧作用下易生成有毒低氟化物，降低SF6的绝缘强度。所以对运行中的绝缘气体湿度，特别是SF6开关和GIS灭弧室气体湿度要严格控制，定期进行湿度试验。露点法SF6气体湿度试验方法：被测量的气体在恒定的压力下，以一定的流量经露点仪测定室中的金属镜面；将镜面的温度用制冷法降低并精确地测量。当气体中的水蒸气随着镜面温度的降低而达到饱和时，气体中的水分便会在镜面上结露，气体中水分含量的多少和镜面结露时的温度成一定的函数关系，由露点经计算得出气体中微量水分的含量。,化学试验四,SF6气体分解物试验：SF6气体在正常运行和使用的情况下，物理和化学性能稳定不易发生分解，但在电弧或热的作用下会分解产生多种有毒性的低氟化物和硫化物如：硫化氢、二氧化硫、氟化氢、二氟化硫、十氟化二硫（剧毒性）等。这些分解物种类多、含量低，但化学性能较活泼，用化学分析方法或分析仪器可以检测到。不同性质的故障及故障严重程度不同，气体中所含有的分解物的种类和含量不同，所以通过检测充气电器设备的分解物含量可以判断该设备内部是否存在潜伏性故障即放电性或过热性故障。测试原理：利用两个电化学传感器分别对分解物中的硫化氢和二氧化硫这两种最主要的特征气体进行检测。当一定量的检测气体通过电化学传感器时，不同的特征气体在传感器电级之间产生的电流不同，在一定的浓度范围内，电化学传感器电级电位变化量和特征气体的浓度成线性关系，经过标定即可定量使用。,化学试验五,糠醛含量试验：变压器内部的固体绝缘材料（绝缘纸、木材）主要是由碳纤维组成的，老化后会产生一种叫糠醛的化学物质。正常运行时变压器绝缘油中的糠醛含量较低，当内部存在过热或放电性故障危及固体绝缘材料时，大大加速碳纤维素的老化，产生较多量的糠醛物质。所以检测变压器油中糠醛含量可以判别设备内部固体绝缘是否损坏。饱和盐密试验：绝缘子在经历积污(冬季)清洗(雨季)再积污(冬季)再清洗(雨季)的长期过程中表面盐密不断增长，若干年后达到动态平衡，该状态下的盐密值可视为饱和盐密。,四、高电压技术,电力系统存在的过电压类型：暂时过电压、操作过电压、雷电过电压。措施：采取措施降低各种作用到电力设备上的过电压，要求各种电力设备对这些过电压有一定的耐受能力，即合理的绝缘配合。,1、暂态过电压,（1）、工频过电压产生原因：一般由线路空载、接地故障及甩负荷等原因引起。1）线路空载：线路的电容电流在线路感抗和电力系统的综合感抗上的电压降与电源电动势相叠加，使线路电压高于电源电动势。此时线路末端电压高于首端电压，且线路越长，这种电压升高越大。2）接地故障：发生单相或两相接地时引起健全相电压稳态升高。3）甩负荷：甩负荷后，发电机的暂态电动势保持不变，引起工频过电压。限制方法：线路带并联电抗器扩大电力系统规模，加强系统网络结构,（2）、谐振过电压1、产生原因：由电磁式电压互感器非线性引起的铁磁谐振，持续时间较长，且会长期自保持，引起电压互感器长时间过励磁烧毁，甚至还会引发更为严重的系统事故。常见现象有110-220kV变电站空母线铁磁谐振。2、消谐措施：1）改变操作程序：停母线时，先停母线上的电磁式电压互感器；母线送电时，先对空母线充电，后投电磁式电压互感器。2）改用电容式电压互感器3）在电压互感器二次开口三角接入消谐装置。,1、暂态过电压,2、操作过电压,产生原因：断路器切、合空载线路、变压器等大容性设备瞬间，由于设备电容电压依然存在，当该电压与断路器电源侧电压当极性相反时，断路器断口电压达到2U，引起断路器断口击穿。限制措施：1）断路器加装合闸电阻2）装设避雷器,3、雷电过电压,产生原因：云层中电荷密集处的电场强度达到一定程度时产生的放电现象。防雷保护措施：1）避雷针：保护范围大2）避雷线：保护输电线路3）保护间隙：线路和变压器中性点上使用4）避雷器：工作电压下仅通流几百毫安，雷电过电压或操作过电压时，可通流几百到几千安电流。,4、接地,工作接地：系统运行需要所设的接地，如系统中性点直接接地、经消弧线圈、电阻接地等。保护接地：电气设备的金属外壳、配电装置的构架等，由于绝缘损坏，有可能带电危及人身安全，为此设置的接地。防雷接地：避雷针、避雷线、避雷器等向大地泄放雷电流装设的接地防静电接地：防止静电对易燃设备产生危害所设的接地。,五、电力系统继电保护,1、继电保护装置概念当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行,2、继电保护的构成方式和基本原理,构成方式：测量部分、逻辑部分、执行部分基本原理：电力系统中元件发生短路或异常情况时，电气量(电流、电压、功率、频率等)会发生变化，继电保护装置的测量部分感受到系统电气量的变化，通过逻辑部分的判别，由执行部分来完成其正确动作。,3、继电保护的任务,当电力系统元件发生故障时，继电保护装置迅速准确地给相应的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，最大限度地减少对故障元件本身的损坏，并确保电网的安全稳定运行。当电气设备的不正常工作情况，继电保护装置发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。,4、系统对继电保护的基本要求一,1）、可靠性：保护该动体时应可靠动作（否则拒动）。不该动作时应可靠不动作（否则误动）。继电保护的拒动和误动是不允许的，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。2）、选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。,3）灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。4）速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。,4、系统对继电保护的基本要求二,5、继电保护发展的过程和几种类型,1）过程：电磁型、整流型、晶体管、微机型2）类型：主变保护：差动保护、瓦斯保护（主保护）、其他后备保护母线保护：母差保护线路保护：距离保护、纵联保护、接地保护电容器保护、站用变保护、断路器保护等其它的保护,6、自动重合闸,自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，永久性故障般不到10。因此，在由继电保护动作切除短路故障之后，电弧将自动熄灭，绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的安全性和可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线