变电站运行及电力系统解读

1、变电站设备与电力系统 小组成员：高琛辉 李海超 赵杰 赵括 一、变电站概述 二、电力系统 三、变电站主接线 四、变电站主要设备 （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

2、伏的电 压等级。 中间变电站其电压等级多为 220 330 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110 220 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

3、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、电力系统 ? 电力系统(system)， 由发电、变电、输电、配电 和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的 功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置 (主 要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系 统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统 将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中 心多数处于

4、不同地区，也无法大量储存，电能生 产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中 开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的 随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。 1 有 有 母 母 线 单母线 双母线 不分段单母线接线 分段单母线接线 分段单母线带旁路母线接线 不分段双母线接线 分段双母线接线 双母线带旁路母线接线 双断路器双母线接线 一台半断路器接线 无 无 母 母 线 线 桥式连接 多角形连接 单元连接 电气主接线图的基本形式电气主接线图的基本形式 电气主接线的基本形式：有母线接线和无母线接线。母线 是汇流线，用以汇集电能和分配电能的，是发电厂和变电所的 重要装置。电气主接线的类型如下：

5、 内桥接线 外桥接线 线路变压器单元接线 发电机变压器单元接线 发电机变压器扩大单元接线 三、变电站主接线 图2-9 双断路 器双母 线接线 有汇流母线 双断路器双母线接 线 电气主接线 无母线接线 一、桥式接线 当只有两台变压器和两条线路 时，宜采用桥式接线。桥式接线根 据断路器的安装位置可分为内桥接 线（图a）和外桥接线（图b）两种。 桥式接线没有母线，因而不会 发生由母线故障或检修所引起的停 电，经济性和可靠性有所提高。 1.内桥接线 内桥接线的桥断路器QF3接在 变压器侧，另外两台断路器QF1和 QF2接在线路上，图（a）所示。 段 段 L1 电源电源 L2L3 WB WBa QFj

6、QSa QSa1 QSjQSj （b) 图5-10 双母线带旁路接线 （b）母联断路器兼作旁路断路器接线（一） 单元接线时无母线中最简 单的一种接线形式，也是主接 线基本形式中最简单的一种。 有以下几种类型： 1.线路变压器单元接线 线路变压器单元接线适 用于一条线路和一台变压器的 变电所，高压侧没有母线，接 线非常简单。通常采用以下三 种方法来保护变压器；一种是 由线路断路器上的继电保护装 置来保护，在变电所只装一组 隔离开关，供检修变压器用 （图a）；另一种是在变压器的 高压侧再装一组跌落式熔断器 （图b）；还有一种是在变压器 高压侧装断路器（图c）。 线路变压器单元接线一般用于农村 变电

7、所或用户变电所。 多角形接线的断路器数等于电源回路和出线回路的总数，断 路器接成环形电路，电源回路和出线回路都接在两台断路器之间。 多角形的“角”数等于回路数，也就等于断路器数。图为三角形 接线盒四角形接线： 四角形接线 三角形接线 ? 发电厂和变电站从电气上可分为一次系统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，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，称为电气电气二次系统的设备，称为电

8、气二次设备。 四、变电站主要设备 电气一次设备主要有以下几种。电气一次设备主要有以下几种。 生产和转换电能的设备：包括同步发电机、变压器及电动机等。 开关电器：用来接通或断开电路的电气设备，如断路器、隔离开关、 负 荷开关及熔断器等。 限流电器：用来限制短路电流的电气设备，如限流电抗器等。 载流导体：包括裸导线和电力电缆。 补偿设备：包括调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器等。 仪用互感器：包括电压互感器及电流互感器。 防御过电压设备：包括避雷线(架空地线)、避雷针、避雷器。 绝缘子：用来支持和固定载流导体，并使载流导体与地绝缘，或使装 置中不同电位的载流导体间绝缘。 接地装置：用来保证电

9、力系统正常工作或保护人身安全。前者称工作 接地，后者称保护接地。 作用： 实现电网的电压等级变换，是变电所 主要设备。 类型： 一般按变压器绕组的绝缘和冷却方式 进行分为油浸式、干式两种形式。 油浸式变压器： 以油为变压器绕组的绝 缘和冷却方式，散热较好，性价比较适中， 但防火、防爆性能较差。 干式变压器：以环氧树脂为变压器绕组的 绝缘和冷却方式（用环氧树脂浇注变压器绕 组）散热稍差，价格高，但防火、防爆性能 好，在现代建筑中的应用日益增多。 （一）变压器 （二）（二） 高压断路器高压断路器 (1) 高压断路器的用途 (2) 高压断路器的基本结构 (3) 高压断路器的类型 一是控制作用，即根据

10、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 六氟化硫断路器 真空断路器真空断路器 油断路器 压缩空气断路器 （4）高压断路器运行维护 ? 断路器巡视检查项目

11、断路器巡视检查项目 1) 断路器的分、合位置指示应正确（与当时实际的运行工况相符）。 2) 断路器不过热（如示温蜡片不熔化，变色漆不变色）。 3）断路器内部无异常声响(漏气声、振动声、放电声)。 4）套管、支持绝缘子套管、支持绝缘子洁净、无裂痕，无放电声和电晕放电。 5) 引线的连接部位接触良好无过热，引线驰度适中。 6) 断路器接地部分完好。 7) 断路器环境良好。户外断路器栅栏完好，设备附近无杂草和杂物，防雨 帽无鸟窝；户内配电装置室的门窗、通风及照明应良好。 8) 油断路器的油位在正常允许的范围之内，油色透明无碳黑悬浮物，无渗、 漏油痕迹，放油阀门关闭紧密。 9）六氟化硫断路器每日定时记

12、录SF6气体压力和温度。 10）真空断路器灭弧室无异常。 ? 断路器的正常维护工作 1)不带电部分应定期清扫。 2)配合其他设备的停电机会，进行转动部位 检查，清扫瓷瓶（即绝缘子）积存的污垢 及处理缺陷。 3)按设备使用说明书规定对机构添加润滑油。 4)油断路器根据需要补充油或放油。 5)检查合闸电源熔丝是否正常，核对容量是 否相符。 （三）高压隔离开关高压隔离开关 (1) 高压隔离开关的结构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。 (2) 高压隔离开关的主要用途高压隔离开关的主要用途 隔离电源 进行电路的切换

13、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。 合隔离开关的操作要领 1）迅速果断，但在合闸终了时用力不可太猛，以避免发生冲击。 2）当合闸开始时如发生电弧，则应迅速合上隔离开关，禁止再往回拉。 3）操作完应检查是否合好（即隔离开关动触头应完全进入固定触头）

14、并检查接 触良好。 拉隔离开关的操作要领 1）拉闸开始时应慢而谨慎，当动触头离开固定触头时应迅速，特别是切允许小 电流时，拉闸应迅速果断，以便消弧。 2 2）错拉隔离开关时：在动触头刚离固定触头便发生电弧时应立即合上，可以熄 弧；若隔离开关已拉开则不许再合上。 运行中处于合闸位置的隔离开关，触头处应接触紧密并无发热现象。 处于分闸位置的隔离开关，静触头与动触头间的距离应符合安全距离。如果 太小，可能发生闪络，使得检修中的装置带电造成事故。 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

15、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。 （四）互感器 A

16、 V V A N 1 N 1 N 2 N 2 TA TV 电 压压 互 感 器 电 流流 互 感 器 互感器 电流互感器 五、电抗器五、电抗器 作用：削弱空载或轻载线路中的电容效应，降 低工频过电压；同时利用其中性点经小电抗接 地来补偿潜供电流，加速潜供电弧的熄灭。吸 收过剩的无功功率，改善沿线路的电压分布和 无功分布，降低有功损耗，提高输电效率。 （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(也称汇流排) 是汇集和分配电流 的裸导体 铜的电阻率低，机 械强度高，防腐蚀 性能好，是很好的 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

17、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， 焊接简便，价格便宜。但 钢的电阻率很大，为铜的7 倍，用于交流时产生很强 的趋肤效应，并造成很大 的功率损耗 ?绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体 与地电位构件之间的器件，能够耐受电压和 机械应力作用。它是一种特殊的绝缘控件， 能够在架空输电线路中起到重要作用。早年 间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高 压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体， 它是为了增加爬电距离的，通常由玻璃或陶 瓷制成，就叫绝缘子。绝缘子不应该由于环 境和电负荷条件发生变化导

18、致的各种机电应 力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作 用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。 （七）绝缘子 雷雨时，雷云放电经常波及到电力系统，使电力系统电压雷雨时，雷云放电经常波及到电力系统，使电力系统电压 大幅度升高，称为大幅度升高，称为大气过电压大气过电压。 架空输电线路上的大气过电压有两种 ：一种是雷直接击于 输电线路引起的，称为直击雷过电压直击雷过电压；另一种是雷击线；另一种是雷击线 路附近地面，由于电磁感应所引起的，称为 感应雷击过感应雷击过 电压电压。 发电厂、变电站的雷害事故可来自两方面发电厂、变电站的雷害事故可来自两方面 ：一是雷直接击：一是雷直接击 于导线或电气设备引起直击雷过电压；二是雷击输电线于导线或电气设备引起直击雷过电压；二是雷击输电线 路后，沿线路传入发电厂、变电站的雷电波引起入侵雷 过电压。过电压。 （