供配电技术 第4章 变配电所

第4章变配电所变配电所是电力系统中的关键节点,负责将高电压电力转换为低电压供给用户。它通过复杂的变压器和开关设备,确保电力供给的安全性和可靠性。这一章将深入介绍变配电所的结构、功能和运行特点。ＯabyＯＯＯＯＯＯＯＯＯ4.1变配电所的作用和组成供电保证变配电所负责将高压电力转换成适合工厂、城镇等用户使用的电压,确保电力供应的稳定性和可靠性。电网结构变配电所是电网的重要组成部分,连接发电厂和用户,构建起电力输送的关键枢纽。设备汇集变配电所集中了众多重要电力设备,如变压器、断路器等,对它们进行集中控制和保护。4.2变电所的分类依据电压等级分类：包括高压、特高压、超高压等不同电压等级的变电所。这些变电所承担不同的输电任务和变压功能。依据电网结构分类：包括枢纽变电所、中间变电所、末端变电所等。不同位置的变电所在电网中扮演着不同的角色。依据变电所的功能分类：包括升压变电所、降压变电所、并网变电所等。它们负责电压的变换和电网的连接。4.2.1依据电压等级分类根据变电站所涉及的电压等级,可将变电站分为超高压变电站、高压变电站、中压变电站和低压变电站等几类。每种电压等级的变电站都有其独特的结构特点和配置设备,以满足不同电网系统的需求。超高压变电站：主要涉及500kV及以上的超高压输电系统高压变电站：主要涉及110kV-330kV的高压输电系统中压变电站：主要涉及10kV-35kV的中压配电系统低压变电站：主要涉及低于10kV的低压配电系统4.2.2依据电网结构分类中心站供电型:以大中型变电站为中心,向周围供电的网络结构。能确保供电可靠性和负荷应急能力强。环网供电型:各变电站相互连接,形成环状网络结构。有利于负荷转移,提高供电可靠性。放射供电型:由一个重要的主变电站向周边辐射供电。结构简单,但抗灾能力较弱。4.2.3依据变电所的功能分类发电厂变电站：主要接收发电机组输出的电能,并将其升压输送至电网。变电站：负责改变电压等级,实现电能从高压到低压或从低压到高压的转换。集中式终端变电站：位于电网的端部,承担着集中接纳电源和分配电力的重任。变电站的主要设备变电站中包含了众多关键设备,如变压器、断路器、隔离开关、避雷器、电压互感器和电流互感器等,这些设备共同构成了变电站的工作核心。下面将对这些设备的功能和重要性进行简要介绍。变压器功能变压器是电力系统中不可或缺的核心设备,用于改变交流电压的大小,实现电压升降和电力输送。类型根据冷却方式不同,变压器可分为油浸式、干式等;根据用途不同,又可分为电力变压器、测量变压器等。构造变压器主要由铁芯、绕组和油箱等部分组成,通过电磁感应原理实现电压的升降变换。断路器功能断路器是电力系统中的重要设备,用于在电路发生故障时及时切断电路,防止故障扩大并保护电网安全。工作原理断路器通过电磁线圈感应电流的变化,在故障发生时快速分断电路,切断电源并隔离故障点。主要类型常见的断路器类型有气体绝缘断路器、真空断路器和油浸断路器等,根据不同电压等级和场景选用。隔离开关功能隔离开关在电力系统中负责可靠地隔离线路或设备,确保安全的维护和检修作业。特点隔离开关设计简单,运行可靠,可在无负载状态下操作,保证系统的安全运行。种类常见的隔离开关有刀形隔离开关和滑触头隔离开关两种,根据安装位置不同还有室外和室内两类。避雷器作用避雷器用于保护输电线路和设备免受雷电过电压的侵害,确保电力系统的安全稳定运行。原理避雷器采用气体放电管或金属氧化物可变电阻器,当出现过电压时快速导通,将过电压泄放至地线。类型常见的有氧化锌避雷器和间隙式避雷器,前者体积小、寿命长,后者成本低廉。电压互感器功能电压互感器用于在变电站中将高压电压降低到低压电压,并为测量、保护和控制设备提供电压信号。工作原理电压互感器利用电磁感应的原理,通过变压器将高压电压等比例降低至合适的低压电压。分类电压互感器根据绕组结构分为电容式和电感式两种类型,可用于不同场合的电压测量。电流互感器定义电流互感器是用于测量交流电路电流的一种电力设备。它能将大电流信号转换为小电流信号,以供电流测量仪表、继电保护和控制设备使用。主要作用电流互感器的主要作用是测量电力系统中的电流大小,为电力测量和保护系统提供电流信号输入。关键参数电流互感器的关键参数包括额定电流、准确级别、过负荷能力、绝缘水平等,需要根据实际需求选择合适的型号。变电站的布置形式变电站的布置形式是根据电网结构、电压等级、负荷要求等因素确定的。常见的布置形式包括单母线式、双母线式和环网式。每种布置形式都有其特点和适用场合，需要根据具体情况进行选择。4.4.1单母线式简单布置单母线式变电站布置简单明了，只需要一条主母线即可满足发电端和用电端的供电需求。经济实用由于结构简单，单母线式变电站的建设成本较低，并且维护管理也相对容易。可靠性较低单母线一旦发生故障，整个变电站都会停电，因此可靠性较低，适用于负荷较小的地区。4.4.2双母线式灵活性强双母线式布置可以提高变电站的操作灵活性,允许对母线进行检修而不影响正常供电。可靠性高设有两个独立的母线,当一条母线出现故障时,另一条母线可以继续供电,提高了供电可靠性。隔离能力强双母线之间有隔离开关,可以隔离故障母线,降低事故影响范围。4.4.3环网式提高可靠性环网式布置通过增加电力供应的回路数量,可以提高变电站的供电可靠性和灵活性。当某一回路出现故障时,可以通过其他回路继续供电。复杂的操作由于环网式布置涉及多个母线和开关设备,操作和维护相对较为复杂,需要更精细的自动化和远程控制系统。较高的成本环网式布置需要更多的电力设备和较长的架空线路,相比单母线或双母线布置,建设和运行成本较高。变电站的供电方式变电站的供电方式主要有三种:自耦变压器供电方式、分相供电方式和双回路供电方式。这些不同的供电方式各有优缺点,需要根据具体的电网结构和运行要求来选择合适的供电方式。4.5.1自耦变压器供电方式简单结构自耦变压器只有一个绕组,结构简单,可以有效降低成本。节省空间由于无需安装独立的变压器,自耦供电方式可以节省变电站的占地面积。效率高自耦变压器的电能转换效率较高,可以提高整个供电系统的能源利用率。4.5.2分相供电方式提高供电可靠性分相供电采用双回路设计,能够有效提高变电站的供电可靠性。即使一条回路发生故障,另一条回路仍能保持供电。节约投资成本相比于双回路供电,分相供电只需一条线路即可实现双回路供电的效果,从而大幅降低投资成本。简化系统结构分相供电方式采用单母线系统,可以简化变电站的布置和线路结构,提高整体的系统可靠性。4.5.3双回路供电方式可靠性高双回路供电方式采用两条独立的供电线路,即使其中一条线路发生故障,另一条线路仍可以确保供电,提高了供电的可靠性。降低停电风险即使主供电线路出现问题,备用线路可及时接管供电,减少停电时间,降低了停电风险。适用于重要负荷这种供电方式通常应用于对供电可靠性有高要求的重要负荷场合,如医院、数据中心等。变电站的保护和自动化变电站需要设置完善的保护系统和自动化控制系统,确保供电的安全可靠。这包括对各种故障和异常情况的检测和处理,以及对变电站设备和运行的全面监控和自动化操作。4.6.1变电站的保护过电流保护通过监测电路中的电流变化,当电流超出设定范围时触发断路器,避免设备损坏和事故发生。差动保护比较进出线路电流的差值,当差值超出阈值时启动断路器,有效检测短路故障。接地故障保护检测线路接地故障,及时隔离故