变电站交直流系统、一次系统及五防.ppt

变电站交 直流系统 一 直流系统的作用 直流系统是给信号设备 保护 自动装置 事故照明 应急电源及断路器分 合闸操作提供直流电源的电源设备 直流系统是一个独立的电源 它不受发电机 厂用电及系统运行方式的影响 并在外部交流电中断的情况下 保证由后备电源 蓄电池继续提供直流电源的重要设备 直流系统的用电负荷极为重要 对供电的可靠性要求很高 直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一 控制回路用直流为什么比用交流可靠 1 输出电压稳定 2 单个直流屏有二路交流输入 自动切换 加上蓄电池 相当于有三个电源供电 3 假如用交流电源 当系统发生短路故障 电压会因短路而降低 使二次控制电压也降低 严重时会因电压低而使断路器跳不开 二 直流系统的组成及各部件的作用 1 直流系统的基本概念 1 直流母线 直流电源屏内的正 负极主母线 2 合闸母线 直流电源屏内供断路器电磁合闸机构等动力负荷的直流母线 3 直流馈线 直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆 4 均衡充电 用于均衡单体电池容量的充电方式 一般充电电压较高 常用作快速恢复电池容量 5 浮充电 保持电池容量的一种充电方法 一般电压较低 常用来平衡电池自放电导致的容量损失 也可用来恢复电池容量 二 直流系统的组成及各部件的作用 6 正常充电 蓄电池正常的充电过程 即由均充电转到浮充电的过程 7 定时均充 为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡 而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电 8 限流均充 以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电 9 恒压均充 以恒定的均充电压对电池充电 合母与控母的区别 1 控制母线提供持续的 较小负荷的直流电源 而合闸母线提供瞬时较大的电源 在合闸时电流较大 会造成母线电压的短时下降 2 控母电压一般为220V 合母电压为240V 变电站站用控制电源系统拓扑图 交直流一体化设计理念 传统电源系统 一体化电源系统 节约成本 统一监控平台 高速以太网 综自监控 UPS电源系统 直流电源系统 通信电源系统 MODBUS 一体式触摸式监控器IEC61850规约 UPS电源系统 直流电源系统 通信电源系统 综自监控 UPS电源通信规约 直流电源通信规约 通信电源通信规约 减少传统变电站交 直流系统用两个ATS的模式 一体化监测与诊断系统提供了实时在线监测系统 使得报警及维护更加及时 保证电力系统的稳定性 共享直流操作电源的蓄电池组 取消传统UPS和通信电源的蓄电池组和充电单元 减少维护工作量 对防雷单元统一优化配置 针对UPS和DC DC的直流输入进行优化设计和EMI处理 满足EMC要求 统一了通信协议 使得交直流系统后台的管理更加方便化 建立智能监测与诊断系统 保证了变电站交直流电源系统大的可靠运行 ATS ATS 充电器 一路交流 二路交流 UPS电源系统 直流电源系统 通信电源系统 站用电源系统 站内交流设备 直流用电设备 通信电源设备 综自后台 UPS监控模块 直流监控模块 通信监控模块 间隔层 站控层 高速以太网 一体化触摸式监控器 综自监控 IEC61850 ATS 一路交流 二路交流 交流站用设备 直流站用设备 通信设备 ACBUS 综自监控 IEC61850 高速以太网 交流屏 逆变电源屏 直流充电屏 通信电源屏 DCBUS 此为双向并网有源逆变过程 监控模块 监控模块 监控模块 MODBUS 交直流一体化电源监控装置 二系统介绍 直流系统屏面布置图 返回 二组充电机二组蓄电池带降压装置 直流电源系统组成 按功能单元划分直流电源一般可分为以下几个部分 系统监控单元交流配电部分高频充电模块蓄电池组降压单元 硅链馈线输出开关等 直流系统原理框图 直流系统连接图 系统监控 绝缘及蓄电池检测 通过绝缘巡检单元及蓄电池巡检单元对相关量进行检测 模块监视 读取高频模块电压 电流数据 控制充电电压 电流 模拟量 开关量 合闸 控制母线电压 电流 熔断器熔断 开关跳闸 避雷器击穿等 系统监控单元 对本系统提供全方位的监控 系统监控单元 交流缺相 过 欠压 母线过欠 压 蓄电池过 欠压 正 负母线对地电压降低 母线绝缘降低 模块通讯故障 模块故障 开关状态数字信号 熔丝故障 馈线脱扣 防雷器故障 绝缘故障 直流系统故障 上位机 系统监控单元 2 1交流配电单元 2 各单元工作原理 2 1交流配电单元 正常运行时 三相交流电处于相对平衡的状态 三相交流电中心点与零线之间无电势差 内部继电器J1不动作 交流故障监测单元内的告警继电器J3的线圈通过J1的常闭接点接于零线与火线间 同时LED发光管点亮 指示交流电源正常 当交流任一相发生缺相或三相严重不平衡时 三相交流电中心点与零线之间产生电势差 内部继电器J1得电动作 其常闭接点断开 使得内部继电器J3线圈失电 J3常闭接点闭合 发出故障告警信号 同时LED熄灭 指示交流电源故障 雷击分为直击雷和感应雷两种 线路直接遭雷击时 电缆中流过很大电流 同时引起数千伏的过电压直接加到线路装置和电源设备上 持续时间达若干微秒 直接危害用电设备 感应雷通过雷云之间或雷云对地的放电 在附近的电缆或用电设备上产生感应过电压 危害用电设备的安全 因此必须要在交流配电单元入口加装防雷器 目前我司直流电源柜设有C级及D级防雷 C级防雷设在交流配电单元入口 选用的防雷器为世界名牌防雷产品 通流量40kA 动作时间小于25ns D级防雷设在充电模块内 通流量为10kA 动作时间小25ns 可以有效地将雷电引入大地 将雷电的危害降至最小 当防雷器故障时 C级防雷器的工作状态窗口由绿变红 提醒更换防雷模块 防雷模块插拔方便 易于更换 2 2防雷保护 雷击浪涌吸收器具有防雷和抑制电网瞬间过压双重功能 最大通流量40KA 动作时间小于25ns 由下图可见 相线与相线之间 相线与零线之间的瞬间干扰脉冲均可被压敏电阻和气体放电管吸收 因此 其功能优于单纯的防雷器 2 3雷击浪涌吸收器 1 模块系列最全2 单模块功能最全3 单模块功率因数最高4 单模块输出功率最大5 独有电压 电流显示功能 2 4充电模块 充电模块 高频开关电源模块原理图 集中控制及均流接口 C D A B 高频开关电源由以下几个部分组成 主电路从交流电网输入 直流输出的全过程 包括 原边检测控制电路 监视交流输入电网的电压 实现输入过压 欠压 缺相保护功能及软启动的控制 EMI输入滤波器 其作用是将电网存在的杂波过滤 同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网 软启动 消除开机浪涌电流 整流与滤波 将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电 以供下一级变换 全桥变换 将整流后的直流电变为高频交流电 这是高频开关电源的核心部分 频率越高 体积 重量与输出功率之比越小 输出整流与滤波 根据负载需要 提供稳定可靠的直流电源 控制电路一方面从输出端取样 经与设定标准进行比较 然后去控制逆变器 改变其频率或脉宽 达到输出稳定 另一方面 根据测试电路提供的数据 经保护电路鉴别 提供控制电路对整机进行各种保护措施 检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外 还提供各种显示仪表数据 辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源 全桥相移ZVZCS软开关技术采用恒频控制 对称性结构 在大功率变换器中得到了广泛的应用 在高频大功率变换器中 全桥相移ZVZCS技术是理想的软开关方案 软开关技术 浮充电压 2 25V n均充电压 2 35V n浮充电流 0 1C10纹波系数 0 5 n 系统电池只数蓄电池充电电压 电流选择关系到蓄电池的寿命 影响着整组直流系统的可靠运行 电池充电参数整定 充电装置采用N 1个高频开关电源模块并联工作 模块数量可按如下公式选择 N In Ij Ic10In 一台充电模块的额定电流Ij 直流系统经常性负荷Ic10 蓄电池组恒流充电电流 阀控式铅酸电池为0 1C10例如 直流电源系统电压等级为220VDC 蓄电池容量为300Ah 经常性负荷为5A 最大经常性负荷不超过7A 充电电流 0 1C10 300AH 最大经常性负荷 约7A 37A 选用20A电源模块2台即可满足负荷需求 N 2 再加一个备用模块共3个电源模块并联即可构成所需系统 充电模块配置原则 智能化程度高 任一充电模块故障时能自动将其关闭 其余模块重新均分负载当系统中所有变送器均故障时 仍可正确地控制整个系统与充电模块等下级设备采用数字通讯方式 输入 输出电气隔离设计提供完全隔离的RS232 RS422接口供远程监控使用 四遥功能可采用任意通讯规约提供双串口可同时与DCS和本站监控系统通讯200条汉字显示历史记录 500条储存记录同时有UPS监控器 交流监控器 触摸型监控器 真彩屏幕监控器等 2 5集中监控器 集中监控器原理框图 显示蓄电池电压和充放电电流显示蓄电池环境温度 实现温度补偿手动 自动均充蓄电池过 欠压报警 蓄电池管理 温度补偿系数一般设定为负的3 5mV 单只电池 即当环境温度高于电池厂家设定值时 充电电压降低V 反之 则充电电压升高V 温度变化后充电电压变化V 计算如下 V n Kc Tn 蓄电池组电池个数Kc 温度补偿系数 一般取 3mV T 温度较基准温度一般为25 的变化 温度补偿充电电压计算 运行模式说明 1 浮充模式正常运行时 直流系统工作在浮充电状态 主要是提供经常性负荷工作电源及补偿蓄电池放电损失的电能 浮充电工作方式运行时 集中监控器可根据检测到的环境工作温度来调节充电机的输出电压 以达到对蓄电池浮充电电压温度补偿的要求 浮充电压温度补偿系数由监控器设定 本系统在浮充电工作方式运行时 集中监控器可根据检测到的环境工作温度来调节充电机的输出电压 以达到对蓄电池浮充电电压温度补偿的要求 浮充压温度补偿系数由监控器设定 2 均充模式定时均充自动均充 定时均充功能 定时均充程序 以整定的充电电流进行稳流充电 当电压逐渐上升到均充电压整定值时 自动转为稳压充电 当达到预设时间时转为浮充运行 均充时间可通过键盘任意设定 当下述的条件之一成立时 系统自动启动均充 系统连续浮充运行超过设定的时间 3个月 交流电源故障 蓄电池放电超过十分钟 自动均充电程序 以整定的充电电流进行稳流充电 当电压逐渐上升到均充电压整定值时 自动转为稳压充电 当充电电流小于0 01C10A后延时一定时间后 出厂设定值为15分钟 自动转为浮充运行 自动均充功能 当系统出现故障时 在屏幕右侧会弹出故障字样 按功能键则可查看详细内容 若故障内容在主屏内则相应项会反白显示并闪烁 显示操作 在此菜单中可以控制充电机的开关机 均 浮充状态以及均 浮充时间 一组充电机控制 充电机 开机 浮充 浮充定时 090天 均充定时 10 00 均充延时 00 15 返回 转换 下页 若系统含有二组充电机 通过下页键 对二组充电机进行控制设置 充电机控制操作 绝缘监测仪用于监测直流系统电压及其绝缘情况 在直流电压过 欠压或直流系统绝缘强度降低等异常情况下发出声光告警 并将对应告警信息发至集中监控器 该装置安装在馈线柜上 支路巡检的传感器 分别装在每回馈线开关的抽屉内 各馈线开关的引出线穿过传感器的中心孔 该装置监测正负直流母线的对地电压和绝缘电阻 当正 负直流母线的对地绝缘电阻低于设定的报警值时 自动启动支路巡检功能 支路巡检采用直流有源CT 不需向母线注入信号 每个CT内含CPU 被检信号直接在CT内部转换为数字信号 由CPU通过串行口上传至绝缘监测仪主机 支路检测精度高和抗干扰能力强 采用智能型CT 所有支路的漏电流检测同时进行 支路巡检速度高 2 6绝缘监测仪 型号 WJY3000A型微机绝缘监测仪尺寸 483 115 272 mm 重量 6kg a 单端接地 可得接地电阻 b 平衡接地 不能直接求解 1 平衡电桥法 母线检测原理 2 不平衡电桥法 a K1闭合K2断开 测V1V2 即可求得接地电阻Rx Ry b K1断开K2闭合 测V1V2 两种检测方法性能比较 采用直流法采用直流有源CT 不需注入交流信号 当出现接地时 直流CT将直流漏电流变换为电信号优点 a无需向母线注入交流信号 b受接地电容的影响小 c能识别接地母线的极性 d能测量双端接地 缺点 a成本高于交流CT b环境温度和工作电压的波动影响测量精度 主机内部 R1 R2 RX RY KM KM 支路检测原理 WJY3000A型绝缘监测仪与传统的绝缘检测仪对比表 普通型 采用分级自动调压并且有手动调节功能 调压精度由用户选定微机型 同时配备主硅链和副硅链 主硅链负责对母线电压的精调 副硅链用于防止母线失压 当主硅链故障时CPU能实时地将硅链运行状态上报集中监控器 即双硅链方案 2 7硅链降压装置 一般日常巡检按如下步骤进行 巡检流程 表计显示数值 指示灯 系统监控单元 高频模块 开关位置 调压功能试验 检查光字牌 确认是否有告警指示 检查所有表计 查看指示值是否在正常范围内 表计显示 告警信号灯 系统监控单元检查 调压功能检查 调压开关 降压硅链 继电器 高频充电模块 确认所有需投在 合位 的馈电开关均在 合位 馈电开关工作位置检查 蓄电池 附 蓄电池电压允许偏差表 系统巡检 季检查因受运行的环境影响 充电模块上的灰尘吸附情况也不一致 季检时应视模块上灰尘吸附情况做模块灰尘清扫 年度检查充电模块本身的数码管显示可能会因运行的温度和时间的影响导致漂移 所以应每年对模块的数码管显示校验一次 具体操作见充电模块说明书 注 集中监控器充电机电压 电流值是由充电机电压 电流表计通过串口传输过去的 所以充电机本身的数码管显示不准并不会影响系统的正常运行 特殊检查如果系统在正常运行中发生故障 系统内部的装置故障 在故障排除或更换元器件后应做相应的功能告警试验 以保证系统的正常运行 大修检查在设备大修停运期间 应对系统进行全面的检查 以保证下一周期的正常运行 具体如下 对设备进行全面的清洁清扫 以防止因灰尘堆积导致系统的绝缘降低 检查电气连接是否紧固 包括母线的连接螺栓 二次回路的连接端子 接地铜排的连接等 对充电模块重新校调 对表计重新校调 对系统信号 报警保护功能试验 配合蓄电池的充放电试验检验系统的充电程序 绝缘监测仪的功能试验 停运设备的特殊维护设备停运请将设备的所有开关断开 并关好前门和后门 如果停运的时间的时间较长 请注意屏内加热除湿 变电站防误闭锁装置及其管理 防误闭锁装置的作用防误闭锁装置是保证倒闸操作正确实施的重要措施之一 在电力系统中广泛应用防误闭锁装置 对防止电气误操作事故起到了很大作 所以 凡有可能引起误操作的高压电气设备 均应装设防误闭锁装置 五防概念 防止误分 误合开关 防止带负荷拉 合刀闸或手车触头 防止带电挂接地线 合接地刀闸 防止带地线 接地闸刀 合闸送电 防止误入带电设备间隔 五防 1 功能要求 五防 功能除 防止误分 误合断路器 现阶段因技术原因可采取提示性措施外 其余四防功能必须采取强制性防止电气误操作的措施 从目前使用的防误装置来看 都不能完全满足五防要求 尤其对五防功能中的 防止带电挂接地线 这一功能 都不能很好解决 有待于进一步完善 防误基本规则一 合负荷侧刀闸时 应确认电源侧的刀闸已经合好 拉电源侧刀时 应确认负荷侧的刀闸已经断开 1 3 2 等电位允许操作刀闸 与该刀闸直接相连的开关在断开位置 为了防止带负荷拉合刀闸 在拉合隔离刀闸时必须保证 在挂接地线 合接地刀 时 应保证接地点的任何方向都有断开的隔离刀闸 防误规则 规则二 合刀闸 或开关 时应保证所有与刀闸 或开关 两侧相连的地线和接地刀闸都在断开位置 规则三 电气防误操作规定 在设备的电动操作控制回路中串联以闭锁回路控制的接点或锁具 在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具 同时尽可能按技术条件的要求防止走空程操作 国家电网公司防止电气误操作安全管理规定 电气设备 断路器 隔离开关 接地开关等 有一个重要特点 同一设备可在多处操作 即可在远方操作 集控中心 站控层操作 主控室 测控柜 间隔层操作 汇控箱 端子箱 设备层操作 操作机构箱 无论设备处在哪一层操作控制 都应具备防误闭锁功能 设备机械联锁 程序锁闭锁 电气连锁式防误闭锁装置 微机 五防 系统闭锁 变电站常用的防误闭锁装置有 设备机械联锁 程序锁闭锁 电气连锁式防误闭锁装置 电气闭锁 微机闭锁等 1 设备机械联锁设备机械闭锁是最基本的防误闭锁方式 它主要是利用设备的机械传动部位的互锁来实现 靠机械结构制约而达到闭锁目的的一种闭锁装置 即当一元件操作后另一件就不能操作 机械闭锁只能在隔离开关与本处的接地开关或者是在断路器与本处的接地开关间实现闭锁 各种防误闭锁方式及其特点 1 机械闭锁 主刀和地刀均在分闸位置 二者互不闭锁 主刀和地刀均在分闸位置 二者互不闭锁 主刀和地刀均在分闸位置 二者互不闭锁 主刀合 闭锁开关侧地刀 主刀闸合上后接地刀闸被机械闭锁 主刀闸合上后被接地刀闸机械闭锁 主刀合闸 带动连杆 闭锁线路侧地刀 特点 实现闭锁的前提是一体化设备 机械闭锁的优点 简单可靠 易于实现 缺点 只能实现简单的防误功能 对于结构上独立的设备 如户外高压断路器与隔离开关之间就无法使用 2 程序锁闭锁主要是利用一把钥匙按顺序打开多把锁 或多把钥匙有机组合按顺序打开多把锁这一原理来实现的 就是各操作设备装设程序锁 利用钥匙随程序传递或置换而达到先后开锁操作的要求 国内生产的程序锁分为两大类 即有弹子程序锁和无弹子程序锁 有弹子锁采用钥匙置换法 无弹子程序锁又分为2种 一种采用转换角度走步法 一把钥匙走到底 另一种采用钥匙置换法 程序锁闭锁优点 比机械连锁灵活 可用于结构独立的设备间的闭锁 而且结构简单 易于安装 不需要二次回路 节约投资 比较经济 缺点 1 使用不够方便 经常因调试不当而难以开启 延误操作时间 2 对于复杂操作 如220kV双母线倒母线 旁路带路操作等 由于程序太多 难以实施 3 电气连锁式防误闭锁装置电气连锁式防误闭锁装置是利用电磁锁和断路器 隔离开关 接地开关及设备网门等设备的辅助开关来实现的 每个电磁锁的控制回路中都串入相关断路器 隔离开关 接地开关的辅助开关的触点 以控制电磁锁的打开与否 从而达到防误的目的 电磁锁 户内 柜门 电磁锁 户外电磁锁 通过相应的辅助接点 接通或断开需闭锁元件的电磁锁电源 从而达到闭锁目的 单元接线图 电磁锁接线图 一体化设备 采取机械闭锁 1GD地刀受单元开关及2G刀闸闭锁 二者均断开时回路接通 单元接线图 电磁锁接线图 一体化设备 采取机械闭锁 特点 装置原理简单 实现便捷 非同一体的开关设备之间就可实现闭锁 电磁锁不能满足密封要求而受潮锈蚀 使闭锁常常失灵 1GD地刀受单元开关及2G刀闸闭锁 二者均断开时回路接通 3 电气逻辑闭锁 利用相关的辅助接点接入需闭锁的刀闸 地刀等电动操作回路上 从而实现设备之间的相互闭锁 外部联锁 操作1G刀闸时 要求DL 01G及031G断开 特点 二次回路复杂 安装 维护工作量大 对辅助开关的工艺要求高 实现的基本条件是电动操作的设备机构上 防止带负荷拉 合刀闸 防止带地刀合闸 防止带刀闸合地刀 刀闸辅助开关 电气连锁式防误闭锁装置优点 解决了机械连锁式防误装置所不能实现的结构独立的设备间的闭锁问题 缺点 投资大需要很多控制电缆 并需要增加辅助切换开关的触点数目 接线比较复杂 可靠性差 特别是当一个电磁锁回路中串入的辅助切换开关触点较多时 常会因触点接触不良而影响电磁锁的正常工作 回路中串入的触点越多 可靠性越差 4 微机闭锁微机型防误操作闭锁装置主要是由电脑模拟盘 电脑钥匙 电编码开锁 机械编码锁几部分组成 其可以检验和打印操作票 能对所有一次设备的操作强制闭锁 4 微机防误闭锁 目前的微机防误闭锁装置主要分为三种类型 离线式微机防误闭锁装置 在线式微机防误闭锁装置 综合式微机防误闭锁装置 离线式微机防误闭锁装置 由三部分组成 防误主机 电脑钥匙 现场锁具 操作流程 特点 防误主机不能在线跟踪操作的执行情况 在操作方式切换频繁的情况下 电脑钥匙需要多次回传 操作较烦琐 投资小 可靠性高 结构简单 现场锁具无需敷设电缆 综合式微机防误闭锁装置 由四部分组成 现场锁具 防误主机 电脑钥匙 监控系统 操作流程 特点 遥控操作时 防误主机通过通讯接口对监控系统执行 软解锁 就地操作时 通过电脑钥匙解锁操作 防误主机可通过监控系统在线跟踪操作的执行情况 但无法在线防护操作步骤 除部分设备采用在线方式闭锁外 其他设备仍采用离线锁具加电脑钥匙的闭锁方案 4 五防系统与监控系统工作框图 发送操作命令 遥控接点闭合 控制回路接通 回传设备状态 模拟预演 逻辑判断 正确 错误 显示正确操作条件 条件满足完成操作 监控系统 操作命令 按步骤执行操作 分布式控制器接受解锁命令 遥控闭锁继电器解锁 遥控闭锁接点预先闭合 下一步骤 与 测控装置接受命令 被控设备操作变位 特点 遥控闭锁继电器对操作回路实现 硬闭锁 遥控闭锁继电器与就地操作的电编码锁一体化设计 操作的全过程可在防误主机上完整显示 遥控操作 近控操作 模拟预演 逻辑判断 正确 错误 写票 回传设备状态 显示正确操作条件 监控系统 传输电脑钥匙 现场操作 被控设备操作变位 完成操作 4二次插座的机械联锁当手车处于工作位置时 控制回路二次插座不能脱开 5活门的机械闭锁当手车从试验位置进入到工作位置 活门自动打开 当手车退至试验位置时活门自动关闭 变电站一次设备 第一节变电站的主变压器 一 变压器的原理及分类1 变压器的原理变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器 它有一个共用的铁芯和与其交链的几个绕组 且它们之间的空间位置不变 当某一个绕组从电源接受交流电能时 通过电感生磁 磁感生电的电磁感应原理改变电压 电流 在其余绕组上以同一频率 不同电压传输出交流电能 因此 变压器的主要结构就是铁芯和绕组 铁芯和绕组组装了绝缘和引线之后组成变压器的器身 器身一般在油箱或外壳之中 再配置调压 冷却 保护 测温和出线等装置 就成为变压器的结构整体 2 变压器的分类按照单台变压器的相数来区分 可以分为三相变压器和单相变压器 在三相电力系统中 一般应用三相变压器 当容量过大且受运输条件限制时 在三相电力系统中也可以应用三台单相式变压器组成变压器组 35kV站的三相主变压器 35kV站的三相主变压器 一 变压器的用途 变压器是利用电磁感应原理进行电压变换的电气设备 电力变压器是指用于电力系统中的变压器 其主要作用是进行电压变换 将一个电压等级变换成同一频率的另一个电压等级 在电力系统中 由于电源点和负荷中心之间存在一定的距离 需要通过输电线路将电能输送过去 远距离输送的电能一般是三相正弦交流电 输送的功率可用P 3UI计算 从公式可以看出当输送同样功率的电能时 电压越高 则电流越小 这样就可以选用截面较小的导线 节省有色金属 在输送的过程中 电流通过导线会产生一定的功率损耗和电压降 如果电流减小 功率损耗和电压降会随着电流的减小而降低 所以 提高输送电压后 选择适当的导线 不仅可以提高输送功率 而且可以降低线路中的功率损耗并改善电压质量 但是 电压越高绝缘费用也随之增大 因此要根据输送功率和输送距离选择合适的电压等级 当输送距离较远且输送功率较大时 线路一般采用较高的电压等级 这就需要在电源侧经升压变压器将电压升高 而到了用电侧 为了适应用电设备和安全用电的需要 又需要经降压变压器将电压降低 可见 电力变压器在电能的输送 分配和使用中具有重要意义 是电力系统中的重要电气设备 变压器的用途 电力系统示意图 变压器的原理图 一次绕组 二次绕组 铁芯 U1 U2 二 变压器的工作原理 变压器的基本工作原理就是电磁感应原理 如上图所示 一个单相变压器的两个互相绝缘的绕组 绕在一个铁芯上 电源侧绕组称为一次绕组 负载侧绕组称为二次绕组 当交流电压加在一次绕组后 交流电流入该绕组并产生励磁作用 在铁芯中产生交变磁通 这个交变的磁通量不但穿过一次绕组 同时也穿过二次绕组 分别在两个绕组中产生感应电动势E1和E2 电势的大小与匝数成正比 变压器的一次绕组与二次绕组匝数不同 这样就起到了变压作用 变压器的工作原理 2 分接开关 1 高压套管 4 瓦斯继电器 3 低压套管 6 油枕 5 防爆管 8 吸湿器 7 油位表 10 铭牌 9 散热器 12 油样活门 11 接地螺栓 14 阀门 13 放油阀门 16 温度计 15 绕组 18 净油器 17 铁芯 20 变压器油 19 油箱 三 变压器的结构和组成 铁芯 铁芯在电力变压器中是重要的组成部件之一 它由高导磁的硅钢片叠积和钢夹件夹紧而成 铁心具有两个方面的功能 在原理上 铁心是构成变压器的磁路 它把一次电路的电能转化为磁能 又把该磁能转化为二次电路的电能 因此 铁心是能量传递的媒介体 在结构上 它是构成变压器的骨架 在它的铁心柱上套上带有绝缘的线圈 并且牢固地对它们支撑和压紧 电力变压器正常运行时 铁芯必须有一点可靠接地 若没有接地 则铁芯对地的悬浮电压 会造成铁芯对地断续性击穿放电 铁芯一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能 但铁芯出现两点以上接地时 铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流 并造成铁芯多点接地发热的故障 变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热 严重时 铁芯局部温升增加 轻瓦斯动作 甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故 烧熔的局部铁芯片间的短路故障 使铁损变大 严重影响变压器的性能和正常工作 铁芯接地 绕组 绕组是变压器最基本的组成部分 它与铁芯合称电力变压器本体 是建立磁场和传输电能的电路部分 变压器高低压绕组的排列方式 是由多种因素决定的 但就大多数变压器来讲 是把低压绕级布置在高压绕组的里边 这主要是从绝缘方面考虑的 理论上 不管高压绕组或低压绕组怎样布置 都能起变压作用 但因为变压器的铁芯是接地的 由于低压绕组靠近铁芯 从绝缘角度容易做到 如果将高压绕组靠近铁芯 则由于高压绕组电压很高 要达到绝缘要求 就需要很多的绝缘材料和较大的绝缘距离 这样不但增大了绕组的体积 而且浪费了绝缘材料 再者 由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头 即改变其匝数来实现的 因此把高压绕组安置在低压绕组的外边 引线也较容易 绕组 油箱 油箱是油浸变压器的外壳 大都采用碳素钢材 器身就放置在此油箱内 箱内灌满了变压器油 变压器油起两种作用 一方面作为绝缘介质起绝缘作用 另一方面作为散热媒介 即通过变压器油的循环 将绕组产生的热量带给散热器 冷却器进行冷却 油箱要求有一定的机械强度 除了满足变压器在运行时的各种要求外 还应满足变压器在检修和运输中的要求 按变压器容量大小 有箱式和钟罩式两种 箱式油箱 适用于中小型变压器 这种变压器油箱的上部箱盖可以打开 其充油后的总质量相对大型变压器较轻 因此可以带油整体搬运 钟罩式油箱 随着变压器容量的不断增大 其体积和质量也随之相应增加 对运输和起吊起身 都非常困难 因此 大型的变压器的箱壳都已毫无例外地做成钟罩式 当进行器身检修时 不用吊出笨重的器身就可以进行检修工作 储油柜 油枕 因此容量在100kVA及以上的变压器在箱盖上另装一只储油柜 用于调节油的膨胀收缩 装了储油柜的变压器箱壳总是充满着变压器油 可以使油与空气接触的面积大大减少 同时油面能随着温度的变化自由的升降 储油柜的容积一般为总油量的10 左右 还采用胶囊袋密封或橡胶隔膜式密封的方法延缓变压器油的老化 为了防止绝缘油直接与空气接触 避免绝缘油吸收空气中的氧和水分 使变压器的绝缘与油始终保持良好的绝缘性能 延长使用寿命 储油柜 油枕 目前电力系统广泛采用的胶囊袋密封或橡胶隔膜式密封储油柜存在许多弊端 密封线长 橡胶易老化 龟裂及因吸湿器硅胶更换不及时而造成变压器油与空气隔绝性降低 现在出现了一种BP1型波纹膨胀储油柜 不锈钢内油式 实现了全密封免维护结构 不需加装吸湿器 变压器油与外界空气完全隔绝 变压器油直接接触不锈钢表面 所以有效防止变压器油劣化 油位计 油位计是用来指示变压器内部油位高低的指示器 目前使用的有玻璃油位计 指针式油表等 变压器的油位在正常情况下随着油温的变化而变化 因为油温的变化直接影响变压器油的体积 使油标内的油面上升或下降 影响油温变化的因素有负荷的变化 环境温度的变化 内部故障及冷却装置的运行状况等 1 玻璃油位计装在储油柜的一个端面 在运行中可以看到油位的变化 油表上有三条温度线 分别为环境温度 30 20 40时的正常油面高度 油位标上 40 表示安装地点变压器在环境最高温度为 40 时满载运行中油位的最高限额线 油位不得超过此线 20 表示年平均温度为 20 时满载运行时的油位高度 30 表示环境为 30 时空载变压器的最低油位线 不得低于此线 若油位过低 应加油 玻璃油位计 2 指针式油表当变压器油温随温度变化而使储油柜油面升降时 浮在油面上的隔膜膨胀和起落带动连杆齿轮转动 指示出油位来 指针使油表的运行应根据温度 油位曲线执行 指针式油位计 吸湿器 为防止储油柜内的变压器或胶囊密封上部空气与大气直接接触 所以储油柜内的空气是经过一个吸湿器 也称呼吸器 与外界空气连通的 吸湿器为一只盛满能吸收潮汽物质的小罐 通常在小罐内放入氯化钴浸渍过的变色硅胶作为吸潮剂 它在干燥情况下呈蓝色 吸收潮汽后逐渐变为粉红色 此时即说明硅胶已失去效能 净油器 净油器是一个充有吸附剂 除酸硅胶或活性氧化铝 的金属容器 变压器油流经吸附剂时 油中水分 游离酸和各种氧化物都被吸附剂所吸收 使油得到连续的再生 使油质清洁而延长变压器油的使用期限 如果压力释放器与全密封式储油柜配合使用时 可以不装净油器 常用的净油器有温差环流法净油器和强制环流法净油器等 安全装置 变压器安全装置主要指安全气道 防爆管 和压力释放器 它们的作用都是当变压器发生内部故障 变压器油产生大量气体 使变压器内部压力剧增是能有一个排气泄压处 以避免变压器箱壳因受压过高而发生爆裂的装置 当油箱内的压力降低或恢复到正常值后 阀盖自动复位 使箱内变压器油与外部空气隔绝 防爆管防爆膜的压力允许在 3 4 10kPa 压力释放器动作后 圆盘中心顶部的标志杆会被顶出 突出圆盘平面 表示释压器已动作 标志杆必须手动复归 另外释放器动作后 可以接通变压器断路器的跳闸回路并可以发出动作信号 压力释放阀型号 YSF 压力释放阀型号释义 释放 阀 设计序号 开启压力 信号及使用环境代号 TH 湿热带型TA 干热带型 一般性不加表示 压力 喷油口径 试压试片 绝缘套管 变压器的绝缘套管是用于将变压器内部的高 低压引线引到油箱的外部 不但是作为引线对地绝缘的部件 而且担负固定引线的作用 绝缘套管 在较高电压使用时 较多使用油纸电容式套管 套管是由油枕 瓷套 法兰级电容芯子组成 主绝缘电容芯子是由绝缘纸和铝箔奠基在导电管上卷绕而成的同心圆柱形串联电容器 用以均匀电场 经真空干燥 浸油处理后成为电气性能极高的油纸绝缘体 瓷套为外绝缘 同时还作为保护主绝缘的容器 套管的头部油枕上还设有只是油位变化的油位表 冷却系统 变压器冷却系统一般包括散热器 冷热风扇 潜油泵等 油流继电器安装在潜油泵出口端的联管上 用来监视强油循环风冷却器和强油循环水冷却器的油泵运行情况 同时也监视油泵是否反转 阀门是否打开 管路有无堵塞等情况 油流继电器 油浸自冷式变压器在运行中 铁芯和绕组产生的热量先传递给油 使油温升高 体积膨胀 热油会向上流动 通过散热装置 散热片或散热管 或油箱壁将热量传出 温度下降 相对密度增加而向下流动 这样通过变压器油的对流 依靠油箱壁或散热装置降热量散发到空气中去 容量在6300kVA及以下的变压器 正常运行时产生的热量较少 常采用这种冷却方式 油浸自冷 对于容量为8000 40000kVA的变压器 运行中产生的热量较多 可在自冷式散热器上加装冷却风扇 当散热器中的油循环时 依靠风扇的强烈吹风 使热油迅速得到冷却 油浸风冷 强迫油循环风冷就是将变压器的上层热油用油泵抽出流入散热片 由散热片管壁向空气散发热量 同时 由安装在冷却器上的风扇强制吹风带走热量 然后冷却的油被送回油箱 然后再循环 强迫油循环风冷 强迫油循环变压器油泵停用后不准继续运行 原因是这种变压器外壳是平的 冷却面积很小 甚至不能将变压器空载损耗产生的热量散发出去 因此强迫油循环变压器完全停用冷却后运行是危险的 潜油泵应采用E级或D级轴承 油泵应选用较低速油泵 小于1500转 分 在大型变压器中 一般装设有油面温度指示计和绕组最高温度指示计 部分大中型变压器也有只装设油面温度指示计的 温度计按变压器容量大小可分为水银温度计 信号温度计 电阻温度计三种测温方法 测温装置 控制室温度显示装置 监控系统和现场温度计指示的温度误差一般不超过5度 气体继电器也称为瓦斯继电器 有浮子式和挡板式两种 气体继电器的侧面有玻璃视察窗 在其上面还刻有标示气体容积刻度 当运行中有少量气体积聚是可以从视察窗观察到 带有油枕的800kVA及以上变压器 火电厂400kVA和水电厂180kVA及以上厂用变压器应装设气体继电器 气体继电器 气体继电器型号 QJ 气体继电器 气体 继电器 设计序号 管路通径mm 特殊使用环境代号 TH 湿热带型TA 干热带型 一般性不加表示 轻瓦斯保护一般动作于变压器内有少量气体 或者变压器因缺油油位降低到瓦斯继电器以下 一般会发出信号 1 因滤油 加油或冷却系统不严密以致空气进入变压器 2 因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮简以下 3 变压器故障产生少量气体 4 发生穿越性短路 5 气体继电器或二次回路故障 轻瓦斯保护 A 罩B 项针C 气塞D 磁铁E 开口杯F 重锤G 探针H 支架K 弹簧L 挡板M 磁铁N 螺杆P 干簧接点 跳闸用 Q 调节杆R 干簧节点 信号用 S 套管T 嘴子 瓦斯继电器结构示意 重瓦斯保护一般动作于变压器有短路故障时会产生大量气体 当流速达到启动值时会发出信号并启动断路器跳闸将变压器隔离 以气体继电器为例 当气体达到300 350立方厘米时上浮子动作 油速在100 15厘米 秒时下挡板动作 重瓦斯保护 关于变压器气体继电器有两个坡度 一个是沿气体继电器方向变压器大盖坡度 应为1 一1 5 变压器大盖坡度要求在安装变压器时从低部垫好 另一个则是变压器油箱到油枕连接管的坡度 应为2 一4 是由厂家制造 这两个坡度一是为了防止在变压器内储存空气 二是为了在故障时便于使气体迅速可靠地冲入气体继电器 保证气体继电器正确 可靠动作 变压器的两个坡度 变压器调压是在变压器的某一绕组上设置分接头 当变换分接头时就减少或增加了一部分线匝 使带有分接头的变压器绕组的匝数减少或增加 其他绕组的匝数没有改变 从而改变了变压器绕组的匝数比 绕组的匝数比改变了 电压比也相应改变 输出电压就改变 这样就达到了调整电压的目的 分接开关 调压方式有无励磁调压和有载调压两种 无励磁调压时 不是变压器二次不带负载 而是把变压器各侧都与电网断开 在变压器无励磁情况下变换绕组的分接头 有载调压时 变压器时在不中断负载的情况下进行变换绕组的分接头 在切换的过程中需要过渡电阻 过渡电路中有的用电抗 有的用电阻 电抗过渡型分接开关 其体积过大 耗材多 触头烧蚀严重 现在已不再生产 电阻式有载调压分接开关由于它具有材料消耗少 体积小 电弧时间短 弧触头寿命长等特点而被普遍采用 分接开关调压原理图 电阻限流有载调压分接开关有下列组成部分1 切换开关 用于切换负荷电流 2 选择开关 用于切换前预选分接头 3 范围开关 用于换向或粗调分接头 4 操动机构 是分接开关的动力部分 有联锁 限位 计数作用 5 快速机构 按预定程序快速切换 分接开关的组成及作用 三绕组变压器一般在高压侧和中压侧装有分接开关 改变高压侧分接开关的位置可以改变中压侧 低压侧的电压 而改变中压侧分接开关位置 只能改变中压侧的电压 如果需要改变中 低压侧电压时 只要改变高压侧分接开关就可以 如果只改变低压侧电压时 除改变高压侧分接开关外 还应改变中压侧分接开关 分接开关作用 因为有载调压的分接开关正常运行时会产生游离碳和金属颗粒 为了延长分解开关内变压器油的使用寿命 有效提高有载分接开关的安全性和可靠性 从而减少停电检修次数 延长维修周期 故在部分变压器有载分接开关上安装在线滤油装置 可以过滤掉变压器油中的游离碳和金属颗粒以及水分等杂质 一般有三种启动方式 1 手动 每启动一次运行四个小时2 定时 可以设定时间定时运行3 自动 在每次调压后自动运行1个小时 有载分接开关净油装置 四 变压器的额定参数 变压器的额定参数一般有 额定容量 容量比 额定电压 电压比 变比 额定电流 额定频率 相数 允许温升 空载损耗 铁损 负荷损耗 短路损耗或铜损 阻抗电压百分数 绕组绝缘水平等 额定容量 是指变压器在铭牌规定的条件下 以额定电压 电流连续运行时所输送的单相或三相总视在功率 是以绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率来表示 它的单位为kVA或MVA SN 3UNIN 10 3 kVA 额定容量 变压器各侧额定容量之间的比值 称为容量比 本站变压器的容量比为250MVA 250MVA 60MVA 即100 100 24 一般变压器为100 100 50 容量比 额定电压 是指变压器长时间运行时设计条件所规定的电压值 线电压 变压器的一次侧的额定电压是指规定加到一次侧的线电压 变压器二次侧的额定电压是指变压器空载 而一次侧加上额定电压时 二次侧的端电压 线电压 额定电压 电压比 变比 是指变压器各侧额定电压之间的比值 电压比 变比 一次绕组 二次绕组 U1 U2 额定电流 是指变压器在额定容量 额定电压下运行时通过的线电流 三相变压器一次侧和二次侧的额定电流等于变压器的额定容量或该侧的额定容量除以 3倍的该侧额定电压 所得的电流值就是相应的额定电流 额定电流 额定频率 我国规定标准工业频率为50Hz 额定频率 单相或者三相 相数 额定温升 变压器的绕组或上层油面的温度与变压器外围空气的温度之差 称为绕组或上层油面的温升 允许温升 空载损耗 铁损 是指变压器一个绕组上加上额定电压 其余绕组开路 在变压器中消耗的功率 在一次侧流过的电流称为空载电流 变压器的空载电流很小 它所产生的铜损可忽略不计 所以空载损耗可以认为是变压器的铁损 铁损包括磁滞损耗和涡流损耗 空载损耗一般与温度无关 而与运行电压的高低有关 当变压器接有负荷后 变压器的实际铁芯损耗小于此值 空载损耗 空载电流 指当一侧加电压而另一侧短接 使电流为额定电流时 对三绕组变压器 第三个绕组应开路 变压器从电源吸收的有功功率 因测量时实为短路状态 所以又称为短路损耗 短路状态下 使短路电流达额定值的电压很低 表明铁芯中的磁通量很小 可略去不计 顾可认为短路损耗就使变压器中的铜损 实际运行中的变压器铜损不仅决定于负荷电流的大小 而且还与周围环境温度有关 负荷损耗 短路损耗或铜损 阻抗电压百分数 阻抗电压百分数 双绕组变压器 当一侧人为的短路 另一侧施加一个降低了的电压并使两侧的电流都达到额定值时 这个降低了的电压数值与额定电压之比的百分数 即为这台变压器的阻抗电压百分数 此电压实际上是变压器通过额定电流时内部漏抗所引起的电压降数值 且主要是漏电抗压降 短路电压百分数使变压器的一个重要特性参数 它对变压器的电压变动及并列运行有重要意义 对变压器二次侧发生突然短路时的短路冲击电流有决定性的意义 我国的国家标准它的数值应该在4 24 的范围内 绕组绝缘水平 指的是变压器各侧绕组的额定耐受电压值应标示在铭牌上 LI 雷电冲击耐受电压 SI 操作冲击耐受电压 AC 工频耐受电压 绕组绝缘水平 承受短路能力 变压器应能承受外部短路时的热 动稳定效应而无损伤 承受短路能力 五 变压器的分类 变压器的形式多种多样 以便达到不同的使用目的并适应不同的工作条件 可按照其功能 相数 调压方式 绕组个数 绝缘及冷却方式 铁芯结构 容量大小 中性点绝缘方式等来进行分类 按功能分类 按相数分类 按功能分类 可分为普通变压器 如配电变压器 输电变压器等 和特种变压器 如试验变压器 电炉变压器 整流变压器 电焊变压器 各类调压器等 按相数分类 变压器按相数可分为单相变压器 三相变压器和多相变压器 如六相整流用变压器 我国电力系统中用的电力变压器大多为三相变压器 若三相变压器容量超大 太过笨重 受运输条件限制可以将三个完全相同的单相变压器按一定的方式连接组成三相变压器组 如500k 级以上变压器为单相 按调压方式分类 按绕组个数分类 按调压方式分类 可分为无载调压变压器和有载调压变压器 无载调压变压器必须在停电的情况下才能进行分接头的切换 其调压装置结构较为简单 有载调压变压器可以在带电的情况下调压 其装置结构相对复杂 造价高 对检修维护的要求也较高 按绕组个数分类 可以分为双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器和多绕组变压器 多绕组变压器比双绕组变压器节约材料和占地面积 减少附属设备 维修也方便 三绕组变压器的高中低压绕组 通常套在一个铁芯柱上 按绝缘及冷却方式分类 按绝缘及冷却方式分类 可分为油浸式 干式和气体绝缘式等 其中油浸式又可以分为油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式 强迫油循环风冷式和强迫油循环导向风冷式等 由于油浸式变压器具有散热好 损耗低 容量大 价格低等优点 所以应用广泛 变压器有导向与无导向强油风冷装置的冷却效果区别 装有无导向强油风冷装置的变压器的大部分油流通过箱壁和绕组之间的空隙流回 少部分油流进入绕组和铁芯内部 其冷却效果不好 而流入有导向强油风冷变压器油箱的冷却油流通过油流导向隔板 有效地流过铁芯和绕组提高了冷却效果 降低了绕组的温升 变压器冷却方式含义 变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的 由于油浸变压器还分为邮箱内部冷却方式和邮箱外部冷却方式 因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的 第一个字母 与绕组接触的冷却介质O 矿物油或燃点大于300度的绝缘液体K 燃点大于300度的绝缘液体L 燃点不可测出的绝缘液体第二个字母 内部冷却介质的循环方式N 流经冷却设备和绕组内部的油流是自然的热对流冷却F 冷却设备中的油流是强迫循环 流经绕组内部的油流是对流循环D 冷却设备中的油流是强迫性循环 至少在主要绕组内的油流式强迫导向循环 第三个字母 外部冷却介质A 空气W 水第四个字母 外部冷却介质的循环方式N 自然对流F 强迫循环 风扇 泵等 ONAN 自然冷却ONAF 自然冷却风冷OFAF 强迫油循环风冷OFWF 强迫油循环水冷ODAF 强迫导向油循环风冷ODWF 强迫导向油循环水冷 按铁芯结构分类 按容量大小分类 按铁芯结构分类 可分为芯式变压器和壳式变压器 按容量大小分类 可分为小型变压器 10 630kVA 中型变压器 800 6300kVA 大型变压器 8000 63000kVA 特大型变压器 90000kVA以上 按中性点绝缘方式分类 可分为全绝缘变压器和分级绝缘变压器 所谓全绝缘是指星形接线变压器中性点的绝缘水平与三相出线的绝缘水平相同 例如60kV及以下电压等级的变压器即采用这种方式 所谓分级绝缘 半绝缘 就是中性点的绝缘水平低于三相出线的绝缘水平 例如110kV电压等级变压器中性点采用35kV的绝缘水平 采用分级绝缘后 因变压