高压电气设备结构培训讲义

1、高压电气设备结构培训讲义高压电气设备结构概况对于供电系统的降压变电站来说，高压一次有降压用的变压器、测量系统电压电流用的互感器、防过电压用的避雷器、开断系统电流的断路器（开关）等主要设备，其它还有隔离开关、母线、绝缘子、绝缘支瓶等辅助设备。电气设备在变电站中根据其作用不同，按设计要求其放置位置也不同，图2-1为变电站一角，目前大多数变电站均采取此种布置方法。图2-1 变电站电气设备布置图下面结合实训基地的情况，介绍高压一次设备的结构。第一节 变压器变压器借助电磁感应作用，把一种电压的交流电能转变为同频率的另一种或几种电压的交流电能。变压器按电压等级可分为：500kV、220kV、110kV、3

2、5kV、10kV等，如图2-2、2-3、2-4所示。图2-2 500kV单相变压器 图2-3 220kV三相三绕组变压器 图2-4 110kV三相三绕组变压器图2-6 110KV变压器内部结构图2-7 变压器外部构件名称1箱盖；2箱壳；3出线套管；4散热器；5热虹吸器；6防爆管；7油枕；8箱盖吊攀；9油位计；10呼吸器。铁芯：构成磁通路器身内部： 绕组：构成电通路绝缘：相间、相地间、匝层间电的隔离变压器油：绝缘、冷却调压装置：输出电压的调整变压器 保护装置：在异常情况下，使变压器免遭损坏或减轻损伤 油 箱：容纳器身和绝缘介质等 冷却装置：散热 出线套管：固定引线并使它们相互间及对地绝缘 引 线

3、：与电网联系变压器按相别可分为单相和三相，按绝缘介质可分为：充油、充SF6、干式等类型,目前常用的为充油变压器。一、变压器基本结构电力变压器的基本结构及主要部件作用如图2-6、2-7所示。1.铁芯铁芯是变压器的磁路部分，是电能转换的媒介，主要作用是导磁，由磁导率很高的电工钢片（硅钢片）制成。它把一次电路的电能转变为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，如图2-8所示。另外，铁芯是变压器的内部骨架，铁芯的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的线圈，支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。1.1铁芯的绝缘图2-9 变压器绕组外观图2-8 变压器铁芯外观铁芯

4、的绝缘有两种，即铁芯片间绝缘和铁芯片与结构件间的绝缘。铁芯片间的绝缘是把芯柱和铁轭的截面分成许多细条形的截面，使磁通垂直通过这些小截面时，感应出的涡流很小，产生的涡流损耗也很小。铁芯片间短路以及铁芯片与其夹紧结构件短路，将形成环流，是不允许的，因此铁芯片与所有夹紧结构件之间必须绝缘。如果形成的短路环流回路是顺着磁通方向而不交链磁通，或者交链磁通很小，则影响不大。1.2铁芯的接地铁芯及其金属结构件在线圈的交变电场作用下，由于所处的位置不同，感应出的悬浮电位也不同，虽然它们之间的电位差不大，但也会通过很小的绝缘距离而产生悬浮放电。放电瞬间两点电位相同，即停止放电；再产生电位差，再放电，所以这种悬浮

5、放电是断续的，放电的结果使变压器油分解，损坏并固体绝缘，所以铁芯及其金属结构件应接地，使它们同处于零电位，且必须一点接地。如果铁芯有两点或两点以上接地，则铁芯中磁通变化时就会在接地回路中感应出环流。这些环流将引起空载损耗增大，铁芯温度升高。若两个接地点间包含的铁芯片越多，短接的回路越大，环流也越大。当环流足够大时，将烧毁接地片或铁芯产生故障。2.绕组绕组是变压器的电路部分，是由表面包有绝缘的铜（铝）导线绕制而成，并套装在变压器的铁芯柱上，导线材料可分为铜导线和铝导线两种。由于我国生产和使用的绝大多数是芯式变压器，它的绕组都是采用同芯式结构，而这种圆柱形的绕组正适合同芯式变压器绕组的布置。变压器

6、绕组应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力，如图2-9所示。绕组的绝缘主要有绝缘纸、绝缘纸筒、端绝缘和压板、撑条、垫块、角环、静电屏等。2.1绝缘纸：在油浸变压器中常用的绝缘纸是电缆纸，电缆纸在变压器运行中有足够的热稳定性，一般作为导线的匝绝缘、层绝缘或导线的覆盖绝缘。2.2绝缘纸筒：为了提高抗短路能力，目前一般将低压绕组直接绕在6mm左右的绝缘厚纸筒上，它既是绕组的支撑骨架，又作为绕组主绝缘的一部分，因此必须有足够的机械强度和耐电强度。2.3端绝缘和压板：端绝缘用来填平绕组的螺旋端面，提高绕组端部的机械稳定性，同时又是绕组端部主绝缘的一部分。端部绝缘件包括铁轭绝缘、铁轭垫块及纸板圈上粘有垫

7、块的各种端部绝缘，用绝缘层压纸板加工制成。绕组压板是承受绕组轴向力的主要部件，其机械强度的高低直接影响绕组的抗短路能力。一般中小型电力变压器和特种变压器多采用钢压板，而目前大中型变压器则多采用层压纸板和层压木板加工成压板，这种绝缘压板既有高的机械强度又有较高的电气强度。2.4撑条和垫块：在圆筒式绕组中油道撑条和垫块既是层间绝缘，又是油冷却绕组的油道。2.5角环：角环能延长高压与低压绕组的爬电途径，可防止绕组之间或线饼之间的爬电，同时也改善了绕组端部的电场分布。2.6静电屏：静电屏的作用主要是改善绕组首端的电场分布，同时还能改善冲击电压作用下起始电压分布。3.引线引线的作用是将外部的电能输入变压

8、器，又将传输的电能输出变压器。一般分为三种：绕组线端与套管连接的引出线、各相绕组之间的连接引线以及绕组分接头与分接开关相连的分接引线。引线的绝缘主要取决于绝缘材料的电气强度、电极形状、电场强度和绝缘组合方式。应该指出的是：引线绝缘不仅限于与引线有关的绝缘和距离，在实际测量中，还包括了变压器器身整体布置的各个部分的绝缘。主要有：1) 引线对地、引线之间、引线对绕组的绝缘；2) 套管下端对地和对绕组的绝缘；3) 分接开关对地和对绕组的绝缘；4) 绕组到箱体的绝缘。4.变压器油变压器油主要有三种作用：4.1绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免

9、受潮气的侵蚀。4.2散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。4.3消弧作用：在变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分解了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。三、变压器的绝缘绕组线端的绝缘水平与中性点的绝缘水平相同的称为全绝缘变压器。绕组的中性点的绝缘水平低于线端的绝缘水平的称为分级绝缘变压器。采用分级绝缘的变压器，由于中性点的绝缘水平相对较低，可以简化绝缘结构，节省材料，从而降低变压器尺寸和制造

10、的成本。但分级绝缘的变压器只允许在110kV及以上中性点直接接地的系统中使用。油浸式变压器的绝缘可分为外绝缘和内绝缘。1.外绝缘：外绝缘就是变压器油箱外部的套管和空气的绝缘。它包括套管和套管间及套管对地部分（如储油柜）的空气间隙距离的绝缘。2.内绝缘：内绝缘是指变压器油箱内各不同电位部件之间的绝缘。内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。2.1主绝缘主绝缘包括：绕组对地之间的绝缘、不同相绕组之间的绝缘和同相的不同电压等级绕组之间的绝缘这三部分。这里所指的地是变压器内部与大地相连接的各金属部件，它包括油箱、铁芯和金属夹紧件等。2.1.1绕组与铁芯之间的绝缘绕组与芯柱之间的绝缘结构是用厚纸筒与粘在其上面的撑

11、条组成纸筒油间隙绝缘结构。而绕组与铁轭之间的绝缘结构是用铁轭绝缘、端圈、角环和静电屏等来组成的，由于绕组端部的电场高且极不均匀，一方面需要铁轭绝缘、端圈和角环等来加强端部的绝缘，提高端部绝缘的耐电强度；另一方面则必须采取措施改善电场分布，以降低端部的电场强度。改善电场分布的重要措施就是在绕组首端加装静电屏，当然角环也能起到一定的作用。2.1.2绕组与油箱之间的绝缘最外层绕组与油箱之间构成绕组与油箱的主绝缘，一般110kV及以下变压器主要是靠油间隙的绝缘。随着变压器电压等级的升高，为了提高同一油间隙的击穿电压，需要在油间隙中加屏障，所以有些较高电压等级的变压器在高压绕组外加包一层围屏，用于隔断油

12、中小桥，当然它还是有导向油道所必须的。2.1.3绕组与绕组之间的绝缘（也称横向绝缘）绕组与绕组之间的绝缘有不同相绕组之间绝缘，和同相不同电压等级绕组之间的绝缘。不同相绕组之间绝缘结构，在电压等级较低变压器中可用纯油间隙作为不同相绕组之间的主绝缘；当电压等级较高时，需要在油间隙中加入隔板，与围屏一起构成油屏障绝缘结构。同相不同电压等级绕组之间的绝缘，多采用薄纸筒小油隙的绝缘结构作为绕组间的主绝缘。2.2纵绝缘纵绝缘是指同一绕组的不同电位部分的绝缘，它包括相邻导线之间的匝间绝缘、圆筒式绕组不同层之间的层间绝缘和饼式绕组的不同线饼（段）之间的饼（段）间绝缘等。五、变压器型号释义变压器的型号由两部分组

13、成。第一部分是汉语拼音组成的符号，用以表示变压器的产品分类、结构特征和用途；第二部分是数字符号，斜线前表示额定容量(kVA)，斜线后表示高压侧电压等级(kV)。型号表示如下：第一字母:表示用途。T调压变压器；O自耦变压器；电力变压器不表示；第二字母:相数。D单相变压器；S三相变压器；第三字母:冷却方式。F风冷式；油浸自冷不表示；第四字母:L铝绕组；铜绕组不表示；第五字母:Z有载调压；无激磁调压不表示；第六字母:S三绕组；双绕组不表示；第一数字:设计序号；第二数字:额定容量(kVA)，前有一横杆，后有斜杠；第三数字:高压绕组额定电压（kV）如：型号为SFSZ10-800/35的变压器表示三相风冷

14、三绕组有载调压油浸铜导线电力变压器，其额定容量为800kVA，高压绕组电压等级为35kV。本节思考题：1.简述变压器工作原理?2.电力变压器的基本结构由哪几部分组成?说明各部分的主要作用。3.油浸式变压器绝缘部件都有哪些?第二节 有载分接开关一、 有载开关原理在变压器工作状态下,变换一次线圈的匝数，达到调节次级线圈电压的目的。有载调压开关的电路装置工作时应满足:电流是连续的、分接时不能断路。有载分接开关借助于分接开关头部法兰安装于变压器箱盖上，通过其盖上的蜗轮蜗杆减速器、水平传动轴伞齿轮箱、垂直传动轴与CMA7、SHM-1电动机构联结，以达到分接变换的目的，如图2-12。 二、 产品型号含义：

15、1.上海华明开关厂CV型（复合式）例如：CV350Y/63-10193W6CV：产品型号：开关相数,三相350：最大额定通过电流（A）Y：变压器绕组连接方式63：对地绝缘等级（kV）10：工作触头数19：开关工作位置数3：中间位置数为3W：正反调332.上海华明开关厂CM型（组合式）例如：CM-500Y/110C-10193WCM：产品型号：开关相数,三相500：最大额定通过电流（A）Y：变压器绕组连接方式110：对地绝缘等级（kV）C：分接选择器绝缘水平C级10：工作触头数19：开关工作位置数3：中间位置数为3W：正反调调压级数=分接位置数-中间位置数+13.西德MR公司T、M、V型4.AB

16、B公司UZ系列：一般的复合式UC系列：相当于MR公司的M型UB系列：相当于MR公司的V型UC系列有四种图2-13 CM型有载分接开关结构图图2-14 CM型开关9级工作位置表和接线图UCG：最高级电压3500V，最大额定电流1500A三、 有载分接开关结构1.组合型：代表产品为CM型。CM型有载分接开关是一种典型的组合式有载分接开关，如图2-13。它由切换开关和分接选择器组成。1.1切换开关切换开关包括快速机构、切换机构、过渡电阻器、油室、齿轮装置及绝缘传动轴。快速机构直接放在切换机构上面，通过绝缘传动轴来传动，绝缘传动轴上方有一个齿轮装置。切换机构的下面装有过渡电阻器。切换开关本体为一个插入

17、式装置，便于安装在切换开关油室内。1.1.1触头系统切换开关触头系统采用双电阻过渡，结构如图2-15所示静触头后面静触头前面动触头机构过渡电阻图2-15 切换开关触头系统触头系统分主通断触头、过渡触头、主触头三部分，其中主通断触头和过渡触头称为电弧触头。主通断触头和过渡触头由铜钨合金制成，以提高触头电寿命。三相分接开关三部分动触头内部为星形连接。每一部分有两对主通断触头和两对过渡触头，过渡触头与过渡电阻器相连。动触头安装在绝缘性能良好的上下导板的导槽内，并与转换扇形件的曲槽滚销相连。静触头安装在弧形板上，羊角形的镀银触头是主触头，它是长期接通工作电流运行，所以要求接触良好。1.1.2过渡电阻安

18、装在弧形板下部，并与切换开关过渡触头相连。它是由具有高耐热性能的镍络丝绕成回旋形状，用陶土夹片相互隔开装在绝缘框架内。1.2分接选择器分接选择器是能承载电流，但不接通和开断电流的装置。分接选择器触头系统采用笼式“外套内引”套轴结构，包括装有接触环的中芯绝缘筒，带有静触头的绝缘板条，传动筒、桥式触头及上下法兰。绝缘板条排列在上下法兰圆周上，板条上装有单双数静触头，还装设桔形屏蔽罩，使表面电场均匀。静触头通过桥式触头与中芯绝缘筒上的接触环相连，接触环的连线从中芯绝缘筒内部引出与切图2-16 CV型开关结构图换开关相连。1.3 CM型有载分接开关绝缘性能要求：1.3.1 触头各单触点的接触电阻不大于

19、5001.3.2 切换开关的油中切换时间为0.0350.05s。1.3.3 分接开关的绝缘水平应符合要求。2.复合式有载分接开关：代表产品为CV型。CV型是典型的筒式结构复合式分接开关，它将切换开关和分接选择器的功能合二为一，如图2-16所示，有载分接开关的绝缘油由密封的油室与变压器的绝缘油隔离。CV型适用于容量40000kVA以下，最大额定通过电流三相500A、单相700A，额定电压35kV110kV，频率50Hz和60Hz的电力变压器。四、有载调压变压器分接开关的常见故障1.常见故障1.1 辅助触头中的过渡电阻在切换过程中被击穿烧断。1.2 密封不严，进水造成分接开关相间短路。1.3 由于

20、触头滚轮卡住，使分接开关停在过渡位置，造成匝间短路而烧坏。1.4 分接开关油箱缺油。1.5 调压过程中遇到穿越故障电流。2.检测方法在停电检修时，可通过测量有载调压开关切换的过渡波形（故障波形参见第二部分中此项试验内容），和开关内油试验来进行故障的检测。同时，通过测变压器绕组的直流电阻、开关连同绕组的绝缘试验也可间接发现有载调压开关的故障。本节思考题：1. 简述有载分接开关作用?2. 简述有载分接开关工作原理?3. 描述CM型有载分接开关结构及主要部件?第三节 套管一、变压器套管变压器套管按绝缘介质可分为油纸电容式、SF6绝缘、干式绝缘套管，目前110kV以上级变压器多用油纸电容式。图2-17

21、 变压器套管外观图油纸电容式变压器套管主要用于电力变压器中，如图2-17所示，作为引入变压器的高压电流和高压对变压器外壳绝缘之用。它由电容芯子、瓷套、油枕和接地法兰等组成，并借助强力弹簧和密封垫圈装配成整体。其采用电容式全密封结构，主绝缘电容芯子以优质电缆纸与打孔铝箔绕制成同芯圆柱电容器。法兰起固定安装套管和接地的作用，法兰上设有的测量端子与电容芯子末屏连接，作为套管介质、局部放电量测量之用，运行时必须接地，严禁开路。油纸电容式套管出厂时主要试验项目有介损测量、局部放电量测量、工频耐压试验、密封性能检查和油性能试验等，另外经外观和尺寸检查测量。新产品定型时在型式试验的基础上，还进行了绝缘裕度试

22、验。产品型式代号:BR：长尾油纸电容式变压器套管BRD：短尾油纸电容式变压器套管BRQ：油纸电容式变压器套管结构特征代号:L：可装设电流互感器,有注脚1,2,3时,表明有几种不同的供装电流互感器的接地部分长度。(不可装设电流互感器的不表示)耐污型特征号:W：污秽型,适用于污秽地区(普通型不标注)。脚注1,2,3：为设计序号。二、穿墙套管油纸电容式穿墙套管外观如图2-18所示，主要用于变电站中引导高压或超高压导线穿过建筑物的墙板，作为导电载流和高压对地墙板的绝缘及机械固定用。油纸电容式穿墙套管分为立式安装和卧式安装两种，其主要有油枕、瓷套、电容芯子、联接套筒、油封（卧式套管有）等主要零部件组成。

23、电容芯子套管的主绝缘，它是在套管的中芯铜管外包绕以铝箔作为极板，以油浸电缆纸作为极间介质组成的串联同芯圆体电容器，电容器的一端为中芯导管，另一端通过联接套筒上的测量端子引出，在串联电容器的作用下，使套管的径向和轴向电场分布均匀，瓷套作为套管的外绝缘和油的容器用，使内绝缘不受外界大气的浸蚀作用。套管联接套筒上设有取油装置和末屏引出端子。取油装置供抽取套管内部图2-18 穿墙套管外观图油样用，末屏供测量套管介损和局部放电量用，运行时必须与联接套筒同时接地。三、干式套管图2-19干式套管外观图1.126kV/630A复合外套充硅胶干式穿墙套管外观如图2-19所示，其主绝缘采用新型绝缘材料卷制而成，外

24、绝缘使用有机复合外套，在主绝缘和外绝缘之间充以弹性绝缘硅胶。因此套管耐污性能好、尺寸小、重量轻、无漏油、不污染环境。2.126kV/1600A充SF6干式穿墙套管是一种新型充气电容式无油穿墙套管，其主绝缘采用新型绝缘材料卷制而成。在主绝缘和外绝缘之间充以微正压的工业SF6绝缘气体，尺寸小，结构紧凑，密封结构可靠。其局放小于5pC；无漏油及污染环境的隐患，无油色谱不合格的困扰；套管内仅充有少量的微正压SF6绝缘气体，不会自燃、助燃，防火、防爆。3.环氧树脂胶浸纸干式套管此类型套管的主绝缘为环氧树脂浸渍以皱纹纸缠绕的电容芯子并经固化成，该类干式套管具有重量轻、无油、防爆、任意角度安装等优点。本节思

25、考题：1. 简述套管作用?2. 按绝缘介质分，常用的套管有几种?3. 描述套管结构及主要部件?4. 为什么套管注油后要静止一段时间才能测的其tan值？第四节 电流互感器一、图2-20 电容式电流互感器结构图 图2-21 电容式电流互感器内部结构电容式电流互感器该型式为油浸式全密封电容型结构，由金属膨胀器、储油柜、套管、器身和油箱组成。电容式电流互感器的内部结构，如图2-20、2-21所示，是采用10层以上同芯圆形电容屏围成的“U”形，其中，各相邻电屏间绝缘厚度彼此相等，且电容屏端部长度从里往外成台阶排列的原则制成,最外层有末屏引出并接地。主绝缘全部经一定数量的同芯圆筒形电容屏包在一次绕组上，各

26、电容屏间形成一个串联的电容链。如各相邻电容屏间的电容量接近，则其电压分布近于均匀，相邻电容屏间绝缘厚度越小，则绝缘利用越好。电容屏的数目越多，则绝缘中的电场强度分布越均匀。实际中，电容屏不能太多，只能做到电场强度近似均匀，由于电容屏端部电场不均匀，在高电压作用下,端部会产生局部放电，为了改善端部电场，通常在两层电容屏间增放一些短屏或者放置均压环。采用环形铁芯将二次绕组引出，二次绕组铁芯采用超微晶合金或硅钢片，可提供46个二次绕组，供计量、测量和保护用。图2-24 电磁式电流互感器原理图图2-22 电磁式电流互感器外观图2-23 LCW-110型电流互感器结构剖面图1-瓷套管；2-变压器油；3-

27、底座；4-扩张器；5-铁芯连二次绕组；6-一次绕组；7-瓷套管；8-一次绕组换接器；9-二次绕组引出端子二、 电磁式电流互感器电磁式电流互感器外观及内部基本结构如图2-22、2-23所示，内部由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁芯以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数N1较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流；二次绕组的匝数N2较多，与仪表、继电器二次负荷Z串联形成闭合回路，见图2-24。图2-25 干式电流互感器3、 干式电流互感器*如图2-25，树脂全浇注型干式电流互感器多用于35kV及以下等级互

28、感器已得到广泛应用。其结构为全封闭，铁芯为环型，电流互感器仍为电磁式结构。绝缘部分是把玻璃纤维填充到树脂中形成合成材料，具有良好防污闪性能，其抗张性和抗压能力很强，同时还有难燃、重量小等特性，具备良好的电气性能。这种材料可以经过浇注、固化一次成型，机械强度高于瓷绝缘子。四、倒置式SF6电流互感器图2-26 倒置式SF6电流互感器外观 图2-27 SF6电流互感器内部结构SF6气体绝缘电流互感器是一种以SF6气体为主绝缘的电流互感器，外观如图2-26。SF6气体是一种既具有良好绝缘性能，又具有不燃、无毒和安全性的绝缘介质。在0.3MPa绝对气压时达到的绝缘性能，与油浸绝缘互感器的绝缘强度相当。S

29、F6气体绝缘电流互感器采用倒置式结构，由一次壳体、套管、器身和底座等组成，如图2-27。4.1壳体：壳体置于产品顶部，器身装在壳体内，一次绕组与二次绕组间用SF6气体绝缘。二次绕组通过绝缘件固定在壳体上，其引出线穿过套管从底座上的二次接线板上引出。一次出线端子从壳体的两侧引出，并备有串、并联装置，通过改变联接片的位置，可以得到不同的电流比，壳体顶部装有防爆装置。4.2套管：利用高强瓷或硅橡胶伞裙的复合绝缘套管，它通过上下法兰分别与壳体、底座连成一体。4.3器身：由一次绕组和二次绕组组成。一次导电管穿过二次绕组及壳体，二次绕组装在端部呈球形的圆柱屏蔽罩内，该屏蔽罩通过二次引线管接地。一次、二次绕

30、组以SF6气体作绝缘介质。4.4底座：备有二次接线盒、带温度补偿的SF6气体专用压力表、带自封接头的充气阀门、提供报警信号的SF6密度控制器、铭牌和接地端子。五、 光电式电流互感器*图2-31 干式电流互感器外观光电式电流互感器结构与倒置SF6式基本相同，但工作原理不同，安通过电光转换成光信号传输，再由光电转换成电信号接收，一、二次电隔离，安全性能大提高。其特点不含油，绝缘结构简单，尺寸小；无铁芯，无磁饱和现象；测量范围大，线性好；利用光缆传输，可避免电磁干扰；日常维护工作量小，应用前景广泛。六、 110kV干式电流互感器110kV干式高压电流互感器由箱体、形套管体、外护套、绝缘伞裙、二次线圈

31、、金属均压球罩、接线端子、联接器组成，而一次绕组为由设于骨架中的铜管、设于铜管中的铜棒及其相互之间的绝缘层及设于铜管、铜棒两端部的套管式联接铜排、联接铜片所组成，如图2-31。一次绕组采用聚四氟乙稀薄膜作主绝缘，在主绝缘内设有若干个电容屏。一次导电杆截面大且穿在不锈钢管中，温升降低，承受短时电流能力强。二次绕组出线处采取环氧树脂整体浇注板，一次绕组与箱体之间用环氧玻璃丝带包绕且加有密封圈密封。本节思考题：1. 简述电流互感器作用?2. 按绝缘介质分，常用的电流互感器有几种?3. 描述电容式电流互感器结构?第五节 电压互感器电压互感器主要作用是把高电压变成低电压，配合仪表进行高电压测量；并与继电

32、保护装置配合，对电力系统的设备进行保护。按原理不同可分为电磁式、电容式、电子式、光电式等；按绝缘介质不同，可分为充油式、干式、SF6式等。目前河北南网，35kV系统电磁式应用较多，电容式在110kV及以上等级应用广泛。一、原理1.电磁式电压互感器图2-32 220kV串级式电压互感器原理接线图1静电屏蔽层；2一次绕组(高压)；3铁芯；4平衡绕组；5连耦绕组；6二次绕组；7三次绕组；8支架电磁式电压互感器是利用电磁感应的原理制成的，实际上是一个带铁芯的降压变压器。它主要由一、二次线圈、铁芯和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁芯中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生

33、一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同变比的电压互感器，如图2-32。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。电压互感器的输出容量很小，二次负载阻抗很大，接近空载运行，其一次侧端电压取决于系统，而与互感器的二次负荷无关。它的运行情况相当于二次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表，二次绕组一端连同铁芯必须可靠接地，运行中绝对不容许短路。2.电容式电压互感器电容式电压互感器由串联电容器抽取电压,再经变压器变压作为表计、继电保护等的电压源，原理如图2-33。电容式电压互感器还可以将载波频率

34、耦合到输电线路上，用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控等。因此和常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器可防止系统铁磁谐振，有的还具有电网谐波监测的功能，在经济和安全上有很多优越之处。图2-33电容式电压互感器结构原理图C1主电容；C2分压电容；L电抗器：P保护间隙；ZYH中间变压器；R0阻尼电阻；C3防振电容器；K接地刀闸；J载波耦合装置；C2低压端；XTZYH低压端；axZYH二次绕组；afxfZYH的三次绕组二、结构1. 电磁式电压互感器110kV电磁式电压互感器为串级式全密封结构，由金属膨胀器、套管、器身、基座及其他部件组成。铁芯采用优质硅钢片加工而成，叠成口字形，铁

35、芯上柱套有平衡绕组、一次绕组，下柱套有平衡绕组、一次绕组、测量绕组、保护绕组及剩余电压绕组，器身经真空处理后由低介质损耗绝缘材料固定在用钢板焊成的基座上，装在充满变压器油的瓷箱内。一次绕组共分2段，只有一个铁芯，铁芯对地电压为½的工作电压。一次首端由上部接线，其余所有绕组均通过基座上的小套管引出，瓷箱顶部装有金属膨胀器，使变压器油与大气隔离，防止油受潮和老化。并可通过油位视察窗观测到膨胀器的工作状态。220kV串级式电压互感器的绕组及结构布置与110kV级类似，其一次绕组分成4段，绕在两个铁芯上；两个铁芯被支撑在绝缘支架上，铁芯对地分别处于3/4和¼的工作电压，一次绕组最末

36、一个静电屏(共有4个静电屏)与末端“X”相连接，“X”点运行中直接接地。末电屏外是二次绕组ax和三次绕组aDxD。“X”与ax绕组运行中的电位差仅100/V，它们之间的电容量约占整体电容量的80%。2.电容式电压互感器图2-34 电容式电压互感器内部结构图图2-35电容分压器部分 图2-36中间变压器部分电容式电压互感器由电容分压器（如图2-35）和中间变压器（如图2-36）两部分组成，电容分压器的中压端子和低压端子直接引入装有电磁单元的油箱内，电磁单元由中间变压器、补偿电抗器和阻尼器等组成。2.1电容分压器由瓷套、电容芯子、电容器油和金属膨胀器组成。电容器芯子由若干个膜纸复合绝缘介质与铝箔卷

37、绕的元件串联而成，经真空浸渍处理。瓷套内灌注电容器油，并装有金属膨胀器，用以补偿油体积随温度的变化。2.2中压变压器一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次绕组尾端串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振，阻尼装置由电阻和电抗器组成，并联在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。图2-37 干式电压互感器外观另外，二次出线盒内装有载波通讯端子，并带有过电压保护间隙；油箱外有油位表、出线盒、铭牌、放油塞、接地座。3

38、.干式电压互感器全浇注电压互感器也是全封闭结构，如图2-37，铁芯结构采用叠片口字形结构，铁芯分级叠装整齐。一次绕组为上下布置的串级式结构。干式电压互感器仍为传统的电磁式结构，其原理与油浸式互感器相似，这类全浇注互感器解决了油浸和气体绝缘互感器的渗漏问题。本节思考题：1. 简述电压互感器作用?2. 按绝缘介质分，常用的电压互感器有几种?3. 描述电容式电压互感器结构?4. 描述电磁式电压互感器结构?第六节 耦合电容器一、原理耦合电容器是用来在电力网络中传递信号的电容器。主要用于工频高压及超高压交流输电线路中，以实现载波、通讯、测量、控制、保护及抽取电能等目的。高压端子接于输电线上，低压端子经载

39、波耦合装置接地，使低压的载波装置与高压输电线耦合，能够通过30500kHZ的载波频率信号，达到传递信号的目的。耦合电容的作用是使得高压和低压两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入低压系统，保证人身安全。同时也可作为电容式电压互感器的电容分压器部分，抽取工频电压供保护及重合闸使用，起到电压互感器的作用（即电容式电压互感器的主电容部分）。二、结构图2-38 耦合电容器外观 图2-39耦合电容器内部结构耦合电容器结构与电容式电压互感器的分压电容器相同，主要由芯子、金属膨胀器、浸渍剂和套管组成，如图2-38、2-39。芯子由元件串联而成。金属膨胀器用来补偿绝缘油体积随温度的变

40、化产生的体积差。三、铭牌说明1.油纸电容型（OY220/3-0.005H）O-耦合电容器；Y-油；220/3-额定电压(kV)；0.005-额定电容量(uF)；H-防污型(G-高原型)；2.膜纸电容型（OWF220/3-0.005H）O-耦合电容器；W-浸渍剂为十二烷基苯(F指二芳基乙烷)、F-膜纸复合介质；220/3-额定电压(kV)；0.005-额定电容量(uF)；H-防污型(G-高原型)；本节思考题：1. 简述耦合电容器作用?2. 描述耦合电容器结构?第七节 金属氧化物避雷器避雷器是与电气设备并联连接的一种过电压保护设备。当出现危及被保护设备的过电压时，它就会自行放电，并将放电电流泄入大

41、地，因而限制了过电压的幅值，达到保护其它高压电气设备目的。目前，金属氧化物避雷器以其优异的通流特性、体积小、重量轻、易维护及其优秀的性价比，广泛应用于电力系统中。一、原理金属氧化物避雷器采用氧化锌材料制作阀片，在工作电压下，氧化锌阀片呈高电阻，是一个绝缘体，只能通过几十微安电流（一般为1015µA）；在过电压下，它又是一个良好导体，阀片呈低电阻，从而限制电压的升高。氧化锌阀片的非线性特性主要是由晶界层形成的。若用显微镜观察阀片，可以看到在直径约10m的氧化锌晶体周围包有由添加剂形成的厚约0.1m的左右的氧化物膜，即晶界层。这种晶界层在界面上产生位垒，使阀片成半导体特性。氧化锌晶体的电

42、阻率约为1/cm是导电性的。晶界层的电阻率是变化的，在低电场下约为10101014/cm。而电场强度达到104105V/cm时，其电阻率骤然下降到1/cm，从而进入低电阻状态。由于阀片有电容，在交流电压下总电流可达数百微安，阀片承受电压升高，电流也随之增大，当电流达1mA时，则认为它开始动作，此时电压称为起始动作电压，用U1mA表示。金属氧化物避雷器限制过电压的作用就由此开始，随后逐渐加强。二、结构金属氧化物避雷器的基本结构是阀片、绝缘部分，如图2-42所示。图2-42氧化锌避雷器结构图 图2-43内部结构实物图(故障状态)1.阀片阀片如图2-43所示，以氧化锌为主要成分，并附加少量的Bi2O

43、3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金属氧化物添加物，将它们充分混合后，经高温焙烧而成的。这种阀片具有优良的非线性，由于金属氧化物避雷器的阀片是由金属氧化物组成的，所以有时也称为金属氧化物避雷器，并用MOA表示。2.绝缘层金属氧化物阀片置于带有电极的高强度绝缘筒内，再经硅橡胶整体模压成型，并在避雷器芯体外表面与硅橡胶界面处涂刷了促进相互渗透的催化物。本节思考题：1. 简述氧化锌避雷器作用?2. 描述氧化锌避雷器结构?第八节 高压断路器高压断路器是电力系统最重要的控制和保护设备，它在电网中起两方面的作用:在正常运行时，根据电网的需要接通或断开电路的空载电流和负荷电流，这时起控制作用。当电网发生

44、故障时，高压断路器和保护装置及自动装置相配合，迅速、自动地切断故障电流，将故障部分从电网中断开，保证电网无故障部分的安全运行，以减少停电范围，防止事故扩大，起保护作用。一、结构图2-44 高压断路器基本组成示意图断路器从结构功能分包括下述五个部分,即导电回路、灭弧装置、绝缘系统、操动机构和基座。结构如图2-44。1.导电回路断路器的导电回路包括动静触头、中间触头以及各种形式的过渡连接。断路器在运行中要长期通过负荷电流而发热不能超过允许值，还要考虑到可能通过数值很大的短路电流而其动热稳定不受到破坏。2.灭弧装置灭弧室图2-45 六氟化硫断路器外观图灭弧装置能够在断路器开断过程中，快速熄灭电弧，断

45、开运行或故障电流。灭弧装置在开断电流时，既要保证能开断数值很大的短路电流，又要提高开断小电感性电流和电容性电流的能力，即在开断小电感性电流时不产生截流过电压，开断电容性电流时不产生重燃。3.绝缘系统断路器的绝缘应包括三个部分：第一是导电部件对地之间绝缘，通常由支持绝缘子或瓷套、绝缘杆件(包括绝缘拉杆和提升杆)以及绝缘介质组成；第二是同相断口间绝缘；第三是相间绝缘，各相独立的断路器相间绝缘通常是空气间隙。4.操动机构除了断路器本体外,一般均附设操动机构来实现断路器的操作或保持其相应的分、合闸位置，包括操作机构和中间传动机构两部分。对操动机构要求动作要高度可靠、运动系统能高速和极好的制动、合闸和分

46、闸要在规定时间内完成且十分稳定、按要求在规定时间内根据指令完成一整套合、分闸操作即操作顺序、具备自由脱扣和防跳跃功能和具有连锁功能。5.基座：用于支撑断路器绝缘支撑件和传动结构的底座。二、断路器的分类目前运行在电力系统中的断路器按灭弧介质分为：油断路器(多油、少油断路器)、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。现在常用的有SF6断路器、真空断路器，下面介绍这两种断路器。1.六氟化硫断路器1.1工作原理六氟化硫断路器外观如图2-45所示，采用具有良好的灭弧和绝缘性能的六氟化硫气体作为灭弧介质，具有灭弧能力强、介质强度高、介质恢复速度快等特点。SF6气体在电弧作用下分解为低氟化合物，大量地吸

47、收电弧能量，使电弧迅速地冷却而熄灭。SF6断路器性能好、体积小、维护少，目前在国内得到广泛的应用。1.2内部结构瓷套上接线座下接线座绝缘拉杆动触头静触头压气缸中间触指及铜环连接铁杆导电杆筒喷口绝缘拉杆连接铁件绝缘拉杆连接铁件图2-46 六氟化硫断路器内部结构图图2-47 ZN12-40.5型真空断路器实物和内部结构图型号说明：Z真空，N户外，12设计序号，40.5额定电压为40.5kV。ZN12-40.5型断路器是三相交流50Hz，额定电压为40.5kV的户内装置。2.2真空断路器的分类按不同的性能可分为：标准型真空断路器（短路开断电流2550kA），经济型真空断路器（1625kA），频繁型真

48、空断路器（可操作次数56万次），超频繁型真空断路器（可操作次数1015万次），发电机用的特大容量真空断路器（短路开断电流高达6380kA及以上）。2.3真空断路器的发展*真空断路器在开断小负荷感性电流时可能产生过电压。为消除真空开关这一缺陷，生产厂家从触头材料、分合时间、控制保护性能等方面研发了多种新型的断路器：2.3.1 低过电压型真空断路器 真空断路器开断小的感性负载时，因截流会引起截流过电压。日本几家公司开发出低过电压真空断路器。用新开发出的触头材料，将过电压限制至常规值的十分之一。低过电压触头材料东芝为AgWC，日立为CoAgSe，三菱为CuCrBi，富士为CuCr高蒸气材料。这些产品

49、的开断电流一般能做到7.2kV下20kA，东芝公司的产品能做到7.2kV下40kA。a) 同步断路器：又叫选相真空断路器或受控真空断路器。其基本原理是利用数字电子器件和磁力操动机构，使真空断路器在电压或电流最有利时刻关合或开断。与普通真断路器相比，同步断路器具有如下优势：1.降低了电网瞬态过电压；2.改善了电网供电质量；3.提高了断路器电寿命及性能。b) 智能型真空断路器：真空断路器智能化是建立在现代传感技术和数字化控制技术之上，利用可编程序数字控制和保护装置完成，这是配电自动化的需要，也是断路器本身控制保护的需要。多功能真空断路器：常用的真空断路器可以完成关合和开断任务。现在出现了多功能真空

50、断路器，赋予了多个功能，如合分隔离接地等。西门子公司最新推出NXACT型模块式真空断路器就具有多功能，集关合、开断、隔离、接地及联锁于一体。本节思考题：1. 简述高压断路器作用?2. 按绝缘介质分，断路器有几种?3. 分别描述SF6、真空断路器结构?第九节 组合电器组合电器是将全部或部分功能元件封闭装在接地外壳中，避免了各种恶劣自然环境条件的影响，减小了设备事故发生的可能性，而且提高了工作人员的人身安全。组合电器的绝缘介质为SF6气体，由于SF6气体具有很高的绝缘强度，各元件之间的距离大为缩小，使整套装置的占地面积和空间体积相应减小。SF6断路器本身检修周期长，整个组合电器可以做到连续运行至少

51、十几年不需要检修，减小了运行维护的工作量。一、简介1.气体绝缘全封闭组合电器（GIS）SF6全封闭组合电器是在SF6断路器的基础上发展成的，就是把断路器、隔离开关、互感器、避雷器和母线，全部装在接地的金属壳内，壳内充以压力为0.2Mpa0.5MPa的SF6气体,作为相间和对地的绝缘，这样的电器组合称为全封闭组合电器，英文缩写为GIS，如图2-48。母线气室支持盆式绝缘子气室间隔盆式绝缘子断路器气室刀闸及地刀气室CT气室隔离接地开关隔离接地开关电流互感器SF6断路器全封闭组合电器+=图2-48 全封闭组合电器的组成示意图2.敞开式气体绝缘封闭组合电器（HGIS）GIS节约了占地面积、但造价高，检

52、修困难。为便于检修，将GIS中母线部分设计在外部空间，箱体内只集成断路器、隔离开关、测量设备，形成HGIS结构，这样降低了造价，可靠性高，运行操作安全，安装、维护方便。二、结构1.GIS型号 ZF10126（L）T的含义： Z：组合； F：封闭； 10：序号； 126：额定电压； L：充SF6绝缘； T：弹簧机构1.1主结线GIS的主结线，可以是单母线、双母线或者是一个半接线。为了能够满足各种结线方式的要求，应将各组成元件制成标准的独立气室（气隔），然后根据使用要求进行组合。这样还可以在气体大量泄漏时，减少退出运行的元件的数目。GIS一般由实现各种不同功能的单元组成，叫间隔。主要有进出线间隔、

53、母联间隔、计量保护间隔等；主母线分箱和共箱是指：分箱：母线一相为一个箱体，是全三相分箱。共箱：母线三相设计在一个箱体内。1.2气隔：一个气隔主要由盆式绝缘子、伸缩节、外壳组成。1.2.1盆式绝缘子盆式绝缘子分为支持盆式绝缘子和隔离盆式绝缘子两种，一般支持盆式绝缘子和间隔盆式绝缘子用不同颜色来区分。支持式盆子主要用在连接过渡，从而减小连接部件的长度设置，防止导体与外壳距离不均匀造成放电或电场力不均匀所产生的母线颤动，一般做成直通式（SF6可流通），为了便于检修也可图2-49 绝缘盆子结构图做成隔离式。隔离式盆子：主要用于不同功能气室进行隔离；便于检修从而使不同气室分离开来。基本结构如图2-49所

54、示。1.2.2伸缩节组合电器在设计、安装时会存在微小误差，为便于安装设计了可调节长度的伸缩节，同时设备外壳也会随运行环境的温度变化而变化，这时伸缩节可以起到良好的调节作用。1.2.3外壳组合电器的外壳可以用钢板或铝板制成。独立气室中装有防爆膜，以防止因内部电弧故障时，产生压力过度升高，致使外壳破裂。大容积的气室及母线管道，一般不会产生危及外壳的过压现象，不需要装防爆膜。1.3组合电器构成元件1.3.1断路器它是全封闭组合电器的主要元件，它可以是单压式或双压式SF6断路器，目前使用最多的是单压式。这种断路器有水平断口和垂直断口两种类型。选用不同断口的断路器也就决定了组合电器内其它元件的布置方式、组合电器的高度和宽度，及其断口检查的难易程度。图1-2-56所示的断路器为垂直断口的SF6断路器。1.3.2隔离开关视动触头运动方式的不同，有转动式和直动式两种类型。1.3.3接地开关接地开关与隔离开关制成一体，或单独作为元件制造。有工作接地开关和保护接地开关之分，前者不要求有闭合短路电流的能力，后者则要求有此能力。隔离开关和接地开关制成一