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电力系统一次设备讲义 学习内容 加深对变电站一次设备的了解 能熟练分清变电站的一次设备 了解每种一次设备的结构和具体作用 作为值班人员并能掌握针对不同设备需要进行的一般巡视项目和特殊巡视项目 能够及时有效的排查设备运行中可能存在的故障 主变压器 电压互感器 电流互感器高压断路器 隔离开关电容器 电抗器消弧线圈避雷针 避雷器母线 电缆 变电站的主要电气设备 当一次线圈加上电压 流过交流电流时 在铁芯中就产生交变磁通 电生磁 这些磁通中的大部分 既匝链着本线圈 也匝链着中压 低压线圈 故我们称它为主磁通 在主磁通的作用下 三侧的线圈分别会感应起电势E1 E2和E3 磁生电 由于二次线圈和一次线圈的匝数不同 感应电势E1和E2 E3的大小也不同 这就是变压器能变压的道理 电力变压器 变压器的工作原理 型号的意义 SSZ11 31500 35额定容量 指变压器在额定电压 额定电流下连续运行时 电能所输送的功率 单位是KVA 对于三相变压器容量表示为 S UeIe KVA 式中Ue为线电压 Ie为线电流 单位 KV A 额定电压 指变压器长时间运行时所能承受的工作电压 电压比是指变压器各侧额定电压之间的比值 额定电流 指变压器在额定容量下 允许长期通过的线电流 变压器铭牌数据意义 短路损耗 二次短路 一次通以额定电流时变压器所吸收的动率叫短路损耗 变压器的接线组别 变压器每一侧都有三个线圈 可连接成星形或三角形 根据每一相的一 二次线圈不同的极性关系 构成了变压器各侧有不同的接线组合 影响着各侧电压 电流的相位和数值大小的关系 故变压器各侧按线圈间的电压 电流的相位关系的接线 就叫做变压器的接线组别 问题 当低压侧系统电压偏低时 该如何调档 允许运行电压的标准 变压器的运行电压一般不应高于该运行分接头额定电压的105 以防止铁芯过饱和出现高次谐波而产生过电压 过热并使铁芯损坏 同时对二次电压质量产生影响 主变过负荷1 2倍以上时 运行中考虑过负荷 禁止操作主变有载调压装置 允许温度和温升的标准 绝缘材料的耐热能力比金属低 包着线圈的纸质绝缘材料的耐热能力限制了变压器的温升值 国标规定 一般油浸电缆纸或纸板等 按A级绝缘材料考虑 其最高耐热温度为105 油浸式变压器线圈温升不得超过65 强迫油循环风冷变压器的最高上层油温不得超过85 变压器的运行标准和规定 所谓变压器线圈的最高允许温度为105 并不是说 线圈可以长期处在这个温度下运行 如果连续处在105 这个温度下运行 绝缘会很快的损坏 变压器在运行中能被运行人员直接监视的温度是上层油温 上层油温不超过限值 中 下 内层也不会超过 针对线圈最高允许温度105 这个数值 考虑线圈对周围油的温差和中低部对上层油的温差为10 左右 故规定主变上层油温不得超过95 为了防止变压器油的过速劣化 老化 这个角度出发 希望上层油温不要经常超过85 变压器负荷运行的有关规定 正常周期性负载的运行 变压器在额定使用条件下 全年可按额定电流运行 长期急救周期性负载的运行 要求变压器长时间在环境温度较高 或超过额定电流下运行 这种运行方式可能持续几个星期或几个月 将导致变压器老化加速 但不直接危及绝缘的安全 但应尽量减少出现这种运行方式的机会 当变压器有严重缺陷或绝缘有薄弱点 冷却系统有故障时 不宜超额定电流运行 短期急救负载的运行 要求变压器大幅度超额定电流运行 这种负载可能导致绕组热点温度达到危险的程度 在这种情况下 应尽量减少时间 一般不超过0 5小时 当变压器有严重缺陷或绝缘有薄弱点 冷却系统有故障时 不宜超额定电流运行 巡视检查周期正常情况下 每天至少一次 每周至少一次夜间巡视 下列情况应进行特殊巡视或增加巡视次数 新设备或经过检修 改造的变压器在投运的72小时内 有严重缺陷时 天气突变 大风 大雾 大雪 冰雹 寒流等 时 雷雨后 高温 负荷高峰期间 过负荷期间 巡视检查 巡视检查项目a 声音正常 b 温度正常 油枕的油位应与温度对应 无渗 漏油 c 套管的油位正常 无破损 裂纹 无严重油污 无放电声及放电痕迹 d 各冷却器手感温度相近 风扇运转正常 e 吸湿器完好 吸附剂 硅胶不变色 干燥 f 引线接头等无发热现象 g 有载分接开关的分接位置及电源指示应正常 h 各控制箱和二次端子箱关闭 封堵严密 无受潮现象 声音异常 系统接地或产生谐振过电压时 将产生粗细不均匀的 尖响噪声 过负荷时的 嗡嗡 声增大 变压器内部有水 沸腾 声 且温度异常上升 油位升高 则应判断为变压器绕组发生短路故障 或分接开关因接触不良引起严重过热放电打火 油温异常升高 若在同样条件下 冷却条件 负荷大小 环境温度 上层油温比平时高出10 以上时 则可认为时变压器内部故障引起 电压互感器实际上是一个降压变压器 它的一次线圈匝数很多 二次线圈匝数很少 一次侧并联地接在电力系统中 二次侧可并接仪表 继电保护和自动装置的电压线圈等负载 由于这些负载阻抗很大 通过的电流很小 因此 电压互感器的工作状态相当于变压器的空载运行 电压互感器一次侧作用着一个恒压源 它不受互感器二次负载的影响 因电压互感器二次线圈阻抗很小 吸取系统功率很小 电压互感器及电流互感器 电压互感器的原理 结构及铭牌数据意义 电压互感器二次回路不允许短路 因为其正常运行时二次基本上是开路状态 二次绕组匝数少 阻抗较小 若二次短路后 铁芯中的磁势失去平衡 在二次回路中会产生很大的短路电流 造成继电保护和自动装置误动作 甚至烧毁互感器 电压互感器一次线圈中性点必须接地 工作接地 二次线圈的中性点必须接地 保护接地 防止高低压绕组间绝缘击穿时造成设备和人身事故 铭牌技术参数 型号 JDJJ1 35变比及额定电压 35000 3 100 3 100 3 100等级与容量 由于电压互感器的误差随它的负荷值改变而改变 所以其容量是和一定的准确度相适应的 一般说的电压互感器的额定容量指的是对应于最高准确度的容量值 负荷功率越大 准确度会降低 问题 为什么电压互感器二次侧不允许短路 电压互感器在额定容量下允许长期运行 但在任何情况下 不允许超过最大容量运行 电压互感器在运行中不能短路 如果在运行中 发生短路现象 二次电路的阻抗值大大减少 就会出现很大的短路电流 使二次线圈严重过热而烧毁 因此 在运行中值班人员要注意检查高 低压侧熔断器应良好 如果发现有发热及熔断现象 应及时处理 在双母线接线中 两个母线上的电压互感器如需二次并列运行时 则应先将一次侧实连 即合上母联开关 然而再合上电压互感器二次并列小开关 否则 若高压侧电压不平衡 低压侧并列后回路内会产生较大的环流 容易引起低压熔断器熔断 致使保护装置失去电压互感器电源 电压互感器的运行与操作规定 电压互感器在运行中 发生一次侧高压熔断器熔断时 运行人员应正确判断 汇报领导 停用有关保护及自动装置 然后拉开电压互感器的隔离开关 取下二次侧熔丝 或断开电压互感器二次小开关 在排除电压互感器本身故障后 更换熔断的高压熔丝 将电压互感器投入运行 正常后投上保护及自动装置 造成电压互感器高压侧熔丝熔断的原因有 互感器内部线圈发生匝间 层间或相间短路及一相接地等故障 电压互感器一 二次回路故障 可能造成电压互感器过电流 若电压互感器二次侧熔丝容量选择不合理 也有可能造成一次侧熔丝熔断 当中性点不接地系统中发生一相接地时 其他两相电压升高倍 或由于间歇性电弧接地 可能产生数倍的过电压 这些过电压都会使互感器铁芯饱和 将使电流急剧增加而造成熔丝熔断 系统发生铁磁谐振 在中性点不接地系统中 由于发生单相接地或用户电压互感器数量的增加 使母线或线路的电容与电压互感器的电感构成振荡回路 在一定的条件下 会引起铁磁谐振故障 这时 电压互感器上将产生过电压或过电流 电流的激增 除了造成一次侧熔丝熔断外 还常导致电压互感器的烧毁事故 在电压互感器运行中 发生二次侧熔丝熔断 或电压互感器小开关跳闸 运行人员应正确判断 汇报领导 停用有关保护及自切装置 造成电压互感器二次侧熔丝熔断的原因有 二次回路导线受潮 腐蚀及损伤而发生一相接地 便可能发展成二相接地短路 电压互感器内部存在着金属性短路 也会造成电压互感器二次电路短路 在二次短路后 其回路阻抗减少 所以通过二次电路的电流增加 导致二次侧熔丝熔断 二次熔丝熔断时 运行人员应及时调换二次熔丝 若更换后再次熔断 则不应再更换 应查明原因后再处理 电压互感器的操作电压互感器投入运行时 一般在母线送电前投入运行 本系统有谐振者除外 相应母线停电后 即退出运行 电压互感器送电时 先合一次刀闸 再投入二次保险器或快速小开关 停电时与此相反 母线充电后应检查该母线三相电压指示正确 电压互感器单元接地或本身内部有劈啪声或其它噪声 禁止用隔离开关切除故障电压互感器 应采用断路器切除 单相接线该接法适用于测量相间电压 如果互感器一次绕组的一端接在线路上 另一端接地 互感器可测量某一相对地电压 详细见下图 电压互感器的接线 V V接线两个电压互感器分别接于线电压上 一次绕组不能接地 二次绕组为保护接地 这种接地方式适用于中性点非直接接地或经消弧线圈接地系统 只用两个单相电压互感器可以得到对称的三个线电压 不能测量相电压 一次绕组接入系统线电压 二次绕组电压为100V 当继电保护装置和测量表计只需用线电压时 可采用这种接线方式 详细见下图 Yo Yo接线由三个单相互感器的一 二次侧均接成Yo型 可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表 由于小电流接地系统在一次电路发生单相接地时 另两个完好的相电压要升高到线电压 所以绝缘监视电压表要按线电压选择 否则在发生单相接地时 电压表可能被烧毁 详细见下图 问题 电压互感器的二次侧绕组接地的作用 型号 LVQB 110W2电流互感器工作原理 电流互感器是在闭合铁芯上绕上几个绕组所组成的 如图所示 一次绕组匝数 N1 较少 串接在需要测量电流的回路中 一次绕组流过的电流 I1 就是被测回路的电流 它随着负荷大小而变化 电流的变化范围很大 二次绕组的匝数 N2 较多 串接在测量仪表或继电保护回路里 因测量仪表 继电保护回路的阻抗很小 所以电流互感器二次绕组回路在正常工作时接近于短路状态 一次电流流经一次绕组产生磁势 I1N1 总是被二次绕组感应产生的磁势 I2N2 所平衡 故有 I1N1 I2N2此磁势平衡关系式表明 电流互感器的一 二次电流与它们的匝数成反比 电流互感器的结构及铭牌数据意义 电流互感器工作时二次绕组不能开路 电流互感器正常工作时 二次绕组所串接的负载 电流线圈 阻抗很小 接近于工作在短路状态下 所以在二次绕组中产生的电势也不大 这表明电流互感器正常工作时铁芯内的主磁通量是很小的 当电流互感器二次绕组开路时 相当于负载阻抗变为无限大 二次电流及二次去磁的磁势均为零 而一次电流的大小又不随二次开路而变小 则很大的一次磁势将在铁芯内产生很大的主磁通量 使二次绕组中产生很高的电势 可有几千伏 二次回路出现高电压将威胁人身安全 造成仪表 保护装置 电流互感器二次绕组等绝缘的损坏 电流互感器的工作原理特点 电流互感器的一次电流变化范围很大 因为一次绕组串接在被测回路中 所以一次电流可在零至额定电流之间大范围内变动 在短路情况下 电流互感器还需变换比额定电流大数倍甚至数十倍的短路电流 一次电流在很大范围内变化时 互感器仍要保持测量所需的准确度 电流互感器的结构应满足热稳定和电动稳定的要求 由于电流互感器是串联在一次系统的电路中 当电网发生短路时 短路电流要通过相应电流互感器的一次绕组 因此 电流互感器的结构应能满足热稳定和电动稳定的要求 问题 为什么电流互感器二次侧不允许开路 额定电压 电流互感器一般只标额定电压 即一次绕组所接线路的线电压 与电压互感器的额定一次电压相同 因此它不是一次绕组的端电压 而是指一次绕组对二次绕组和地的绝缘水平 只说明电流互感器的绝缘强度而与容量无关 额定一次电流和二次电流 额定一次电流是决定互感器误差和温升的一个参数 它取决于系统的额定电流 通常系统中常见到的有200 300 600 1200 1500A等 额定二次电流则是一个标准电流一般为5A或1A它取决于二次设备的标准化 铭牌数据意义 变比 额定电流比指额定一次电流与二次电流之比 一般不以其比值表示 而写成比式 如 200 52 300 5600 52 600 5额定负荷 额定负荷系指电流互感器二次所接电气仪表 仪器或继电保护及自动装置 连接导线等的总阻抗 其值是变化的 所以规定有额定负荷 国家标准和IEC规定额定负荷均以VA 伏安 为单位 误差限值和准确级 电流互感器符合变压器原理 由此可知 当一 二次电流变化时 也由于其励磁电流的大小 负荷大小及其性质的不同 二次电流乘以电流比总是与一次电流有差值 若采用百分数表示 则称为电流误差 误差随着一次电流的增加而增加 当二次负载阻抗增加时 误差也随之增大 单相式接线单相连接只能测量一相的电流以监视三相运行 故常见于三相对称电路中 电流互感器的接线方式 两相星形接线两相星形接线又称不完全星形接线 这种接线只用两只电流互感器 统一装设在A C相上 一般测量两相的电流 B相的电流即为A C相电流的向量和 主要使用于小接地电流的三相三线制系统 6KV系统 三相星形接线三相星形接线又称完全星形接线 它是由三只完全相同的电流互感器构成 由于每相都有电流流过 当三相负载不平衡时 公共线中就有电流流过 此时 公共线是不能断开的 否则就会产生计量误差 该种接线方式适用于大电流接地系统 110KV 电流互感器的负荷电流对独立式电流互感器应不超过其额定值的110 对套管式电流互感器 应不超过其额定值的120 宜不超过110 如长时间过负荷 会使测量误差加大和使绕组过热或损坏 电流互感器在运行时 它的二次回路始终是闭合的 因其二次负荷电阻的数值比较小 接近于短路状态 电流互感器的二次绕组在运行中不允许造成开路 因为出现开路时 在二次绕组中会感应出一个很大的电动势 这个电动势可达数千伏 因此 无论对工作人员还是对二次回路的绝缘都是很危险的 在运行中要格外当心 电流互感器运行与操作规定 油浸式电流互感器应监视油位和使绝缘油免受空气中的水分和杂质影响 电流互感器的二次绕组至少应有一个端子可靠接地 它属于保护接地 为了防止二次回路多点接地造成继电保护拒动作 对电流差动保护等每套保护只允许有一点接地 电流互感器与电压互感器的二次回路不允许互相连接 因为 电压互感器二次回路是高阻抗回路 电流互感器二次回路是低阻抗回路 如果接于电压互感器二次 会造成电压互感器短路 如果电压回路接于电流互感器的二次 会使电流互感器近似开路 这样是极不安全的 在运行中 电流互感器如有开路现象 会引起电流仪表 继电保护的不正确动作 或指示 运行人员在检查中如听到电流互感器有异声 应迅速进行检查判断 如二次端子有放电火花声 此时应先汇报领导 停用有关保护 将一次电流减少或降到零 在做好安全措施后 将松开的端子接上 或将二次连接片接通 如电流互感器嗡嗡声消失 则说明故障已排除 电流互感器二次回路正常 如检查发现互感器有焦味或冒烟等情况 则应汇报调度 立即拉开该电流互感器的断路器 进行隔离处理 在正常情况下能开断和关合负载电流 能开断和关合空载长线或电容器组等电容性负荷电流 以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负荷电流 在电网发生故障时能将故障从电网上切除 要尽可能缩短断路器切除故障的时间 以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性 能配合自动重合闸进行多次合闸和断开 高压断路器与隔离开关 高压断路器的要求 SF6断路器灭弧原理是当触头断开时在触头间形成高压气流吹灭电弧 压力约1 1 5MPa 正常时作为绝缘的压力较低约0 3 0 5MPa SF6气体在封闭系统中循环使用 分闸时 触头带动活塞 压气形成高压吹弧 分闸完毕 压气停止 恢复低压 结构简单可靠 获得广泛使用 SF6断路器的灭弧原理 高压断路器基本技术参数型号 LW36 126额定电压 是指断路器正常工作时的工作电压 最高工作电压 在实际运行中 由于系统调压的需要 电网的电压允许在一定范围内变动 因此断路器的实际工作电压可能比额定高出10 15 断路器应能在最高工作电压下长期运行 这一电压称为断路器的最高工作电压 额定电流 是指断路器可以长期通过的工作电流 额定开断电流 又称额定短路开断电流 是指在额定电压下断路器能开断而不妨碍其继续正常工作的最大短路电流 高压断路器的铭牌数据意义 热稳定电流 又称短时耐受电流 是指在某一规定的短时间t内断路器能承载的电流有效值 用KA表示 短时耐受电流通过的时间 通常规定为1 2 3 5秒 一般规定取3s为标准 动稳定电流 又称峰值耐受电流 是指断路器在合闸位置时所能耐受的最大峰值电流 以KA表示 一般规定其值应为额定开断电流的2 5倍 额定短路关合电流 又称额定短路接通电流 是指断路器在额定电压下能正常接通的最大短路电流 峰值 以KA表示 断路器在接通此电流时 不应发生触头的熔焊或严重烧损 断路器的额定短路关合电流应等于其峰值耐受电流 开断时间 又称全开断时间 是指从断路器的操动机构接到开断指令起 到三相电弧完全熄灭为止的一段时间 开断时间可划分为分闸时间和燃弧时间两部分 机械寿命及电寿命 机械寿命即允许空载或正常负荷的分合次数 电寿命指连续分合额定短路电流的次数 检修周期期间若开关切断故障电流次数越多 则机械寿命次数越少 SF6断路器的巡视项目 每日定时记录SF6气体压力 断路器各部分有无异音 漏气声 震动声 套管有无裂纹或放电声 引线驰度是否适中 接触是否良好 试温蜡片有无融化 分 合闸位置指示是否正确 与实际运行位置是否相符 断路器支架接地完好 高压断路器的巡视项目 真空断路器的巡视检查项目 分 合闸位置指示是否正确 与实际运行位置是否相符 断路器及重合器指示灯是否正确 支柱绝缘子及套管有无裂痕或放电现象 引线驰度是否适中 接触是否良好 试温蜡片有无融化 断路器支架接地是否完好 各类型高压断路器 允许其按额定电压和额定电流长期运行 断路器的负荷电流一般不应超过其额定值 在事故情况下 断路器过负荷也不得超过10 时间不得超过4h 断路器安装地点的系统短路容量不应大于其铭牌规定的开断容量 当有短路电流通过时 应能满足热 动稳定性能的要求 严禁将拒绝跳闸的断路器投入运行 断路器分闸后 若发现绿灯不亮而红灯已熄灭 应即刻取下断路器的控制熔断器 以防跳闸线圈烧毁 高压断路器的运行规定 断路器的金属外壳及底座 机构应有明显的接地标志并可靠接地 SF6断路器的气压应保持在0 5 0 7MPa之间 如果发现压力不足 应立即停用并联系厂家补气 当巡视检查发现下列情况之一时 应立即停用故障断路器 或用上一级断路器断开连接该断路器的电源 进行处理 SF6断路器漏气发出闭锁信号 真空断路器出现真空损坏的丝丝声 隔离开关的用途与结构隔离开关又名隔离刀闸 简称刀闸 是高压开关的一种 它与断路器最根本的区别在于它没有专用的灭弧装置 因此 不能用来切断负荷电流和短路电流 但它具有明显的电路断开点 使用时应与断路器配合 只有断路器断开电源后才能进行操作 隔离开关使需停电工作的设备与带电部分实现可靠隔离 有明显断开点 且随电压的等级的不同 其断口的绝缘距离按要求有所增加 因而可确保工作人员的安全 隔离开关 隔离开关的异常及事故处理隔离开关接触部分发热在巡视设备时 对隔离开关接触部分 可根据其触头部分的热气流 发热或变色 并测得其触头部分的温度是否超过70 等方法来判断其发热的情况 造成发热的原因通常是压紧的弹簧式螺柱松动和表面氧化等 根据不同的接线方式分别进行处理 若系母线侧隔离开关发热 应汇报要求减轻负荷 若因负荷关系不能停电又不能减轻负荷时 须加强监视 当其发热到比较严重的程度时 应将其做事故处理一断开其断路器 隔离开关瓷瓶有裂纹 破损其损坏程度不严重时 可以继续运行 但是隔离开关瓷瓶有放电现象或者其损坏程度严重时 应将其停电 注意 该隔离开关在操作时 不要带电拉开 防止操作时资瓶断裂造成母线或线路事故 例如 其回路的母线侧隔离开关瓷瓶严重损坏 应该将其所在母线停电 断开该回路断路器和线路侧隔离开关 最后拉开该隔离开关 隔离开关拒绝拉 合闸出现这种情况时 应分析其原因 禁止盲目强行操作 不同的故障原因应采取不同的方法处理 若系防误装置 电磁锁 机械闭锁 电气回路闭锁 程序锁 失灵 运行人员应检查其操作程序是否正确 若其程序正确应停止操作 汇报站长 站长判断确系防误装置失灵 方可解除其闭锁进行操作 或作为缺陷处理 待检修人员处理正常后 方可操作 无功补偿装置能使高压网络的电压损耗和功率损耗降为最小 安装于负荷中心的并联补偿电容器不仅能改善电压质量 还能降低网损 提高电能输送效率 由于其吸收容性电流 抵偿电源供给的感性电流 故可以提高电源的功率因数和母线电压 减少电网的有功损耗 往往其通过断路器进行投切 详细见下图 电容器和电抗器 消弧线圈 并联电容补偿装置 电容器的无功功率与电压平方成正比 因此电压变动时对电容器容量会有影响 此外 运行电压升高 会使电容器温度增加 寿命缩短 电压过高会造成电容器损坏 电容器运行时的电压允许范围为 电容器必须能在1 05倍额定电压下长期运行 并在一昼夜中 在最高不超过1 1倍额定电压下允许运行时间不超过6h 但当周围空气温度24小时平均最高值低于标准10 时 电容器能在1 1倍额定电压下长期运行 系统无功补偿并联电容器组 问题 为什么要采取无功补偿 电容器过流 当电容器通过的电流超过额定电流定值的1 3倍时 应将其退出运行 因为电流过大将会造成电容器的损坏 电容器本体出现下列情况 应立即停用喷油 爆炸 起火 瓷套发生严重放电闪络现象 接头过热或熔化 外壳膨胀变形 内部有放电声及放电设备有异常声 外壳温度超过55 电容器的异常处理 三项不平衡电流超过5 以上 电容器渗油严重 电容器组的操作应遵守下列规则 当全站停电时 应先拉开电容器开关 后拉开各出线开关 送电时相反 事故情况下 全站无电后必须将电容器拉开 这是因为变电所母线无负荷后 母线电压可能较高 可能超过电容器允许电压 对绝缘不利 此外 无负荷空投电容器可能产生电容器与变压器参数谐振导致过流保护动作 电容器开关跳闸或保险熔断后不可强送电 因为可能为内部故障引起 强送引起事故扩大 电容器组切除三分钟后才可合闸 这是因为电容器再次切除后需l分钟左右的放电时间 只有放电完了 电容器不带电荷合闸才不会引起过电压 尽管电容器组可进行内部自行放电 但仍有残余电荷存在 若需要检修时