2024发变电设备运行培训

目录TOC\o"1-3"\h\u22416第1 电力网的输变电设 47879第1章数字化变电站 512106第1节 516762第2节 67473第3节 631465第4节 822553第5节 1017073第6节 113293第7节 127983第8节 1410667第2章电力变压器类设备 1518956第1节 1523767第2节 2128253第3节220kV 2511014第4节 2629835第5节SF6 2724560第6节 2912950第7节 2930228第3章高压开关电气设备 3219325第1节 3213574第2节 327884第3节 34840第4节 3529080第5节特高压气体绝缘金属封闭开关设备 364043第6节 391147第7节新型中压配电开关设备（充气柜 4122660第8节GIS 429801第4章输电线路 4632455第1节 464503第2节 467995第3节 474937第4节 5021153第5节 5110947第6节 5426067第7节 556257第8节 562714第5章配电网与一次设备 5813763第1节 584173第2节 592511第6章 6327226第7章过电压及其防护 7326676第1节 7315399第2节 765113第3节 787407第2 输变电设备的检测技 8128282第1章电力系统电磁辐射及测量 827041第1节 8215009第2节 832323第3 8432507第4节 862944第2章状态检修 889578第1节 8815021第2节 9011659第3节 94第1 电力网的输变电设第1章数字化变电站第1节数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征是一次设备智能化，二次设备网络化，符合C标准，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性等方面均比常规变电站有大幅度提升。我国微机保护在原理和技术上已相当成熟，常规变电站有时发生事故的主要原因在于电缆老化接地、电流互感器（）一致引起保护误动。这些问题在数字化变电站中都能得到根本性的解决。数字化变电站中采用电子式互感器根本性地解决了和问题，解决了二次回路开路产生过电压及电压互感器（）二次回路短路而产生过电流的问题，从源头上保证了保护的可靠性。信息传递全部采用光纤网络后，二次回路设计得到了极大简化，保护连接片、操作按钮和把手大大减少，显著减少了运行维护人员的三误事故，光纤的应用也彻底解决了电缆的老化问题，系统可靠性得到了充分保障。少量的光纤取代了大量电缆，也节约了大量的投资。数字化变电站中C 所支持的互操作性，把用户从不同制造商设备互联困难的限制中解脱了出来，提高了变电站选择产品的自度。不仅如此，通用的配置方式提高了用户对设备的驾驭能力，即使某些设备的供应商出现问题，该产品也可以很容易地用其他供应商的产品来替换，从而保证了变电站设备的正常运行，也方便和简化了日常检修和维护工作。标准化的信息模型实现了变电站的信息共享，原先必须由各自独立的测量、控制、继电保护及电网安全自动装置等，可以通过一些标准化软件模块来实现，减少了设备，同时减少了变电站的占地面积，节约了大量成本，而且提高了可靠性。信息网络平台的建立，用光纤取代了常规金属电缆，二次回路设计大大简化，接线大大减少，显著降低了安装、调试、维护工作量，把维护人员从繁杂的工作中解脱了出来。数字化变电站中实现了信息共享，设备提供了更丰富的状态监测信息，根据这些信息可实现更智能化的维护工作，包括故障诊断和定位，维护更简便，数字化变电站的性能得以大大提高。更为重要的是，数字化变电站的推广和普遍应用为智能化电网的建立奠定了基础。国际上，、西门子、等公司对数字化变电站的相关技术研发方面起步较早，都参与了C标准的研究制定和数字化变电站工程的建设。年，、、西门子在意大利的变电站完成了示范性工程。西班牙在zk省建立k示范性数字化变电站，并于年月投入使用。国外用户主要是从经济性的角度来考虑是否建设数字化变电站的。目前，全世界已有百余座数字化变电站投入运行。目前，世界主要发达国家已经将IEC61850标准作为变电站自动化系统采用的通用技术标准。2003年，IEC61850标准已被等同引用为我国电力行业标准（DL/T860系列）。2005年起，国家电网公司调度通信中心组织进行了6次IEC61850国内的电力自动化企业虽然在C优势体现在成本较低、服务更优、对用户的需求了解更深入、系统更适合中国市场需要等方面。在一次设备方面，目前部分企业在自发地进行数字化设备的相关研究，进展很快。国内研制成功的基于罗科夫斯基线圈原理的光电流互感器、电容分压原理的光电压互感器已经成功投入市场，并在多个示范性工程中得到了应用。许继电气已经成功研制出自适应光学电流互感器，并在k河北沙窝变电站成功运行四年。2005年10月，国内首套采用IEC61850标准的变电站自动化系统在无锡正式投入运行。2006年11月，云南省曲靖110kV翠峰变电站数字化2007年3月，广州供电局220kV鹿鸣变电站自动化改造顺利完成。鹿鸣变电站自动化系统改造在南方电网首次采用了IEC61850规约和变电公司的多个数字化变电站（k洛阳金谷园变电站、郑州叠彩、吴河变电站和k郑州陈庄变电站）运行可靠，性能良好，优势明显，具有良好的示范作用和推广应用前景，充分发挥了产学研用的优势，为数字化变电站推广应用提供了技术支持和应用环境，具有显著的经济效益和社会效益，对推动电力工业和电力装备等行业、促进经济社会发展具有重要的意义。自身需求，指导和推动相关产品开发，许继集团充分发挥技术研发和产品营销优势，实现多方共赢的美好愿景最终促成数字化变电站技术被列入河南省重大科技专项，河南省政府将投入力公司将充分发挥现有优势，在现有座数字化变电站的基础上，到年底前投运座数字化变电站，进一步对相关技术加以完善，在打造数字化智能电网方面进行新的有益探索。第2节光电电子互感器的应用，使变电站电气量信息采集数字化；C技术的发展，为变电站内实现基于网络方式交换信息提供了技术支持；智能断路器技术的发展，使变电站自动化技术实现了二次系统向一次系统的延伸。这些主要技术的发展和日趋完善，必然会对变电站数字化产生深刻且全面的影响。数字化变电站的技术特征主要表现在以下几方面。各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用数字化电气测量系统，如光电式互感器，实现了电气量数据采集的数字化应用，并为实现常规变电站从装置冗余向信息冗余的转变，为实现信息集成化应用提供了基础。打破常规变电站的监视、控制、保护、故障录波和计量等几乎都是功能单一、相互独立的装置模式，改变了硬件重复配置、信息不共享和投资成本大的局面。数字化变电站使得原来分散的二次系统装置，具备了进行信息集成和功能合理优化及整合的基础。系统结构更加紧凑，数字化电气量监测系统具有体积小和质量轻等特点，可以有效地集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。系统建模实现标准化。C统一的、标准的信息模型和信息交换模型，实现智能设备的互操作，实现变电站的信息共享。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化了系统维护、配置和工程实施。体内，实现了变电站布置紧凑化。智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了继电保护装置、测控装置等的压断路器，则将保护、测控装置安装于开关柜内，因此在数字化变电站内，设备和元件数量少，设备布置灵活紧凑，占地面积减小，土建成本降低。站控层（变电站层）、间隔层和过程层，各层内部和各层之间进行数据流传输。各种数据流在不同运行方式下，有不同的传输响应速度和优先级的要求。数字化变电站内设备之间的连接全部采用高速网络通信，二次设备不再出现常规装置重复的共享、资源共享，而常规装置变成了逻辑功能模块。信息交换网络的性能应满足：信息交换网络除应保证站内各种智能电子装置（IntelligentElectronicDevice，IED）互连、便于扩展外，还应服从电力调度自动化的总体电力系统历来都十分强调安全性，特别是数字化变电站安全问题更为突出。数字化变电站是基于IEC61850标准建立起来的，具有开放性第3节图1.1.1具有（或备有）第4节C型和信息交换模型，实现智能设备的互操作，实现变电站的信息共享。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则。变电站内的二次设备，如测量控制装置、保护装置、防误闭锁装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置及正在发展中的在线状态监测设备等全部基于标准化、模块化的微处理机技术，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，而不再出现常规功能装置的重复的现场接口，通过网络真正实现了数据共享，常规的功能装置变成了标准化的逻辑功能模块。变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信。C的信息交换如图所示。图1.1.2IEC61850过程总线（ProcessBus）是负责处理间隔层和过程层各智能一次设备之间的通信，其传送速率为10～100Mbit/s。过程总线是用来代替间图1.1.3①—面向间隔原则；②—单一总线原则；③—面向位置原则；④—图1.1.4变电站总线与过程总线合并后，位于间隔层的智能电子装置（）只需要一套以太网接口，既简化了设备，又减少了设备投资和维护费优先级排队及虚拟局域网技术加以解决。图1.1.5图1.1.6第5节行。西安同维电力公司依据法拉第磁光原理开展制造磁光电流互感器，并成功研究开发出起射常数变化这一技术难题。南京新宁公司生产的电子式互感器于年月在内蒙古乌兰察布市全国第一座k杜尔伯特变电站投入运行。传感头部件有罗科夫斯基线圈、采集器、转换器和光发生器。工作原理是由罗科夫斯基线圈从一次传变信号，采集器采样后，经转换器转换为数字信号，由夫斯基线圈形状是空心螺线管，无铁芯，填充非晶体材料，主要起支撑作用。光缆分为数据光缆和能量光缆，从传感头通过绝缘支柱内部引下光缆，送回主控室。有源互感器传感头部件的电源是有源互感器的难点之一。南京新宁公司生产的有源互感器，其传感头部件（采集器、转换器和光发生器）使用微功耗装置，功率为。该站的能量光缆，由户内激光发生器通过光缆上送能量。两种方式互为备用，自动切换。高、低电压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能。光电电子互感器将高压侧信号通过绝缘性能极好的光纤传输到二次设备，使得光电电子互感器的绝缘结构大大简化，电压等级越高，其性价比越明显。采用光电电子互感器后，二次交流电流、电压回路，以光缆代次回路短路和电流互感器二次回路开路，对设备和人身造成的危害。解决了常规电流互感器铁芯饱和、测量误差增大的问题。随着机组容量的增大，系统容量快速增加，短路电流越来越大，时有常规电流互感器的容量及误差特性曲线不满足要求而造成继电保护误动或拒动，危害电力系统的安全。光电题，动态范围大，测量精度高，可同时满足测量和继电保护的需要。个数，无疑增加了变电站的成本，也使得二次接线复杂。光电电子互感器可以提供数字量输出，可以方便地扩展通信接口，具有良好的扩展性。国际电工委员会在C和C标准中定义了一种叫做合并器（g，）的装置，它作为常规电流、电压互感器与保护、测控装置的中间接口，完成同步采集电流和电压信号，输出数字信息给二次保护、测控设备。输出的方式有两种，其一是基于曼彻斯特编码的串行通信方式，其二是基于以太网的通信方式。由于前者传输速率比较慢，限制了采样率，因此，目前工程实施中最常见的方式是以太网通信方式，在对常规变电站进行数字化改造的过程中，常规互感器不可能一次全部更换为光电电子互感器，此时可使用合并器将常规互感器的模拟信号进行转换。除此之外，合并器还具有以下功能：接受来自多路光电/电子互感器采集器的采样光信号，汇总之后按照IEC61850第6节随着断路器制造技术水平的不断提高，断路器技术的应用，大大减少了断路器的操作能量。以微电子、计算机技术和新型传感器建立技术的实现提供基础。图1.1.7图中的智能识别模块是智能控制单元的核心；数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号形式提供给智能识别模块进行分析处理；调节装置由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器，用来调整操动机构的参数，以改变每次操作时的运动特性。此外，还可以根据需要加装显示模块、通信模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。智能断路器技术的进一步发展就是将光电所谓的组合电气系统。智能断路器组合电气系统主要技术的发展和日趋完善，必然会对变电站数字化产生深刻且全面的影响，特别是对变电站一次系统和二次系统。行情况，以较低速度开断，从而减少断路器开断时的冲击力和机械磨损，不仅减少机械故障，并提高可靠性，而且还能提高断路器的使用寿命，在工程上有较高的经济效益和社会效益。实现断路器选相合闸或同步分断。选相合闸是指断路器不同相别的弧触头在各自零电压或特定电压相位时合闸，这样可以避免对系时实现分断，控制实际燃弧时间获得最佳灭弧效果，从而提高断路器的实际开断能力。实现有关检测、保护、控制及通信的网络方式传输，省去了大量的二次电缆，同时使得二次系统从电气量的采集、信息的传输、跳性。第7节IED（IntelligentElectronicDevice）之间的信息交互模式、变电站信息冗余度的实现方式，变电站二次系统的可靠性、安全性、运行检修策略电气量采集环节采用了光电信息通过合并单元变为低电平的数字信号，经光缆直接传递给变电站二次系统的智能电子装置（）。变电站二次系统不再需要引入交流二次电缆，一次系统和二次系统之间实现有效的电气隔离。光纤取代传统电缆，由此而带来的好处是：光纤取代传统电缆，极大地简化了二次回路，节省了投资，降低了成本。常规变电站工程中需要大量的电缆重复采集各种电气量，成本高，投资大。光纤取代传统电缆后，电缆减少量约为。在河南省数字化变电站工程中，提出了变电站网络化二次系统的概念，以光为。光纤取代传统电缆，避免一次系统故障时对二次系统的影响和干扰，二次系统的安全性大大提高。传统电缆的二次系统易受外界电数字化变电站内设备之间的信息传输由常规变电站以硬接点信号交互为特征方式变为基于C标准的对等通信模式（ro），网络的参与者共享所拥有的部分硬件资源（如处理能力、存储能力、网络联结能力、打印机等），同时还可以被其他对等接点直接访问，网络的参与者既是资源的提供者，又是资源的获取者。对等通信模式如图所示。图1.1.8所谓“鲁棒性，是指控制系统在一定（结构、大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。鲁棒性就是系统的健壮性，用以表征控制系统能自动根据网络带宽、接点数、负载等变化不断地做自适应式的调整，保持其他接点的连通性。数字化变电站采取网络对时模式是一种必然的选择。依据IEC61850标准的要求，“具有精确外部时间源的逻辑接点作为主时钟，通过主时图1.1.9依据 数字化变电站采用了光电集应用发生了很大的变化，合并单元可分别输出信号给不同的装置，只要装置合并单元的输出接口数量足够，即可满足使用要求，完全不存在容量受到限制的要求，这就从源头上保证了信息采集的唯一性。由于变电站的信息采集、传递、应用发生了根本性的变化，以往为满足不同用途需要而配置不同电流互感器（如测量和保护）的做转变。例如，目前k及以上电压等级的变电站，为了提高主设备（变压器、母线、线路等）保护的可靠性，采用了保护装置的双重化配置，双重化配置的保护装置又要求分别从两组蓄电池供给直流电源，供给保护用的交流电流、电压又需要、的不同绕组线圈供电。因此，冗余性的提高依靠增加设备和装置的冗余配置，而设备和装置的增加必然使变电站变得更加冗杂，这就造成目前传统变电站测控、保护、自动、稳控等装置的配置如此之多，二次系统如此之繁，电缆沟和电缆夹层的电缆数量如此之大。数字化变电站的各项信息采集、处理、传输、存储等功能实现完全基于网络通信技术，整个变电站二次系统由智能电子装置（）及网络通信设备组成，二次系统的各个工作环节可以得到有效监视，极大地提高了二次系统的可观性和可控性。信设备都是基于IEC61850标准建立起来的，具有开放性和标准性，易受外界的干扰甚至“侵袭”，因此，数字化变电站的信息安全问题显得更为第8节我国变电站自动化系统经过近二十年的发展，继电保护微机化、二次设备数字化取得了广泛的应用，为电力系统的稳定运行作出了巨大的贡献。然而变电站中的电压、电流互感器仍然用传统的二次电缆向已经数字化的二次设备提供电气模拟量，变电站中的断路器依然是用常规方式进行操作，变电站的面貌没有太大变化。随着光电技术和微电子技术的飞速发展，光电制单元，使变电站自动化发生了根本性，甚至是革命性的变化，变电站进入数字化的崭新时代。数字化变电站的推广和普遍采用，又将为开创智能化电网奠定基础。第2章电力变压器类设备第1节世纪年代，电力系统开始采用、k电压等级。年代，苏联、美国、加拿大等国在k电网中采用k电压等级之后，由于电网输电容量的增大、输电走廊的布置日益困难、短路电流接近开关极限等原因，美国、苏联、意大利、日本等国家先后制定了特高压输电计划，开始研究～k特高压交流输电技术，并相继建成了特高压输电试验室、试验场，对特高压输电可能产生的工程问题（如过电压、可听噪声、无线电干扰、生态影响等）进行了大量研究，取得了重要进展。后来由于用电量增长较规划慢得多等因素，有些国家停止了试验工作。只有苏联和日本根据电网规划，建设了特高压交流输电工程。苏联为了优化利用煤炭资源，规划在哈萨克斯坦的埃基巴斯图兹煤矿建设数座容量为～的发电厂，用k交流和k直流输电线路向俄罗斯的欧洲部分送电，同时在k交流线路中建设几个降压变电站向沿线城市供电。—年共建成k输电线路k，其中埃基巴斯图兹—科克切塔夫—库斯坦奈线路长k，于5年开始按k电压运行。苏联解体后，输电容量大幅度减少，k降压为k运行。日本东京电网在东京东北约k处的福岛，建设了两座核电站及一座火电站，总容量为，在西北方向约k处建设了容量为的核电站向东京地区供电。因输电走廊布置困难，限制了k短路电流，为提高输电技术及设备制造水平，经详细的技术经济分析论证后，决定采用k电压等级的特高压交流输电方式，建设（福岛）南磐城—新今市—西群马（长k）、柏崎刈羽—西群马（k）、西群马—东京东山黎（k）等三条k同杆并架双回路输电线路向东京电网送电，并与电厂投产初期已建成的多回k线路并列运行。由于部分核电机组投产进度推迟，先降压为k运行，计划于年前后升压至k运行。年代，意大利规划在南部建设大容量核电站，决定采用k电压等级向北部负荷中心地区供电。后因核电站停建，改在负荷中心地区建设天然气电站，又因负荷增长速度较预测低得多等原因，认为近期内没有必要建设特高压交流输电工程。年代，美国规划在～年内建设一批容量为～的火电厂及大容量核电站，形成总容量达～的电站群向k以内的负荷中心地区供电。年后，美国的用电增长速度大幅度下降，由降到左右，停建了大批核电站及部分火电厂。由于环境保护要求的提高及能源结构的变化，年代以后，新建的发电厂中～是天然气电厂，电网内没有发展中距离大容量输电工程的必要，因而暂时停止了特高压输电技术的试验研究工作。经过前一阶段的大量研究试制工作，俄罗斯、日本、西欧、美国的许多制造厂已掌握了特高压设备的制造技术，有可能供给产品及转让技术。另外一些经济增长较快的国家如印度、巴西、南非等，也在积极研究特高压输电技术。改革开放以来，我国电力工业发展迅速。例如年我国发电量为，发电装机容量为，年发电量又增长了左右，年继续快速增长，达到，发电装机容量达到～，该发电量相当于年美国的发电量，而装机容量则较当时美国（）少得多。可见，发电装机容量过少是缺电的主要原因。预测年发电量将达到～（如年均增长保持在～），发电装机容量将达到～，年发电量将达到～（如年均增长保持在～），发电装机容量将达到～。与美国预测的年发电量（）、发电装机容量（）大致相近。年以后，我国在发电量和发电装机要求，特高压交流输电技术已成为迫切需要研究解决的问题。我国晋东南—南阳—荆门的特高压试验示范工程于年月日开工建设，并于年月日通电运行。工程中用到的各种主要输变电设备都是目前世界上输变电设备中技术含量最高的产品，因此，每个设备的各项要求都非常高。其中k关键设备之一，其质量的好坏直接关系到特高压试验示范工程建设和运行的成败，因此，研发出高质量的k器十分重要。特高压试验示范工程主变压器的容量为，电压等级为k，是目前世界上容量最大、电压等级最高的变压器产品。（一）单相、油浸、中性点无励磁调压自耦变压器，设外置式调压补偿变压器（简称调压变）额定电压（方均根值）：高压绕组，为；中压绕组，为1.25%kV；低压绕组，为110kV（因调压引起电压变化允许表1-2-1（二）由于k特高压变压器的绝缘水平太高，如采用k线端调压会出现两方面的问题：一是分接开关很难选取，二是引线极为复杂，实现起来将非常困难。因此，对k缘水平降低，从而使变压器的结构得以简化。一旦在调压中调压变出现问题，不会影响主变压器本体，仍能安全运行。由于k高压绕组需承受k、工频试验电压和k全波冲击试验电压的考验，因此必须对绕组的绝缘强度，特别是首端的绝缘强度给予高度重视。同时还要充分考虑绕组的散热和耐热强度，采取更可靠的绝缘结构和绝缘材料。又由于k试验电压与额定电压的比值相对于其他电压等级变压器的比值要低一些，因此，k变压器要考虑运行电压对变压器的影响。经计算，采用变磁通调压后，调压绕组的每级间电压将比线端调压的调压绕组级间电压增大接近倍。这就导致开关级电压随之增大，同时调压绕组的级间绝缘也必须相应增大。采用无载调压时，可采用与调压方式；采用有载调压时，由于级电压和切换容量的限制，必须采用或调压方式。综合考虑调压绕组绝缘和散热等方面的因素，无载调压时按进行设计，有载调压时按进行设计。（三）变压器的绝缘设计主要就是进行电场分析计算，特变电工沈阳变压器集团有限公司采用的电场数值计算软件是引进美国的大型电磁场仿真软件包。公司在电磁场设计、分析和仿真方面处于世界领先地位，它用于各种各样存在电磁现象的产品设计分析，其通用软件包已被世界许多著名公司如、s、c、和等使用和验证。电磁场仿真软件包采用自适应有限元分析方法。图形输入完成后，只要给定正确的介质材料和求解问题的边界条件，给定适当的求解精度，不需人工干预即可自动完成输入图形结构的分析计算。该软件包已广泛用于超高压变压器产品的绝缘结构设计。结构设计时根据电场计算结果布置角环、成型件和绝缘隔板，调整设计绝缘尺寸，使k变压器产品满足绝缘结构的要求。从理论上来说：和这两种冷却方式最主要的差别，在于是否在绕组和绝缘结构设计中采用导向结构。采用时，油流由油泵进入油箱后，将通过一个导油通路直接进入器身，器身内根据各绕组的散热需要设计分流油路，各绕组端部和内部设计成一定尺寸的导向通路，靠油压分配将油导入直接推动绕组内部油流的循环，从而实现绕组散热。而采用时，虽然在进入油箱后一般也设计导油通路，但在进入器身前将进行分流，使进入器身的油压和流速大幅度降低。同时器身内部的绝缘设计将力求进一步降低每个绕组的油阻，使油路更为畅通。由于这时绕组的散热主要是靠热油的对流循环实现的，油泵和冷却器的主要作用是加强油箱内变压器油的循环和散热，降低油平均温升和顶层油温，从而降低整个变压器的温升水平。（一）特高压变压器的设计不能由k或k变压器简单外推，因为特高电压、特大容量及超大尺寸对结构形式的设计提出了特殊要求，如多柱并联、中性点调压、主变与调压变的分置式结构等。特高压变压器电压高、容量大，又受运输极限尺寸限制，设计和制造的技术难度更的考核和验证。（二）特高压电力变压器的油箱结构可分为单体式和分体式。苏联及意大利都采用单体式结构，日本因公路交通所限采用了分体式，分别如图-和图所示。在铁芯结构上，有两主柱式结构和三主柱式结构两种。与三主柱式结构相比，两主柱式结构的优点是绝缘结构相对简单，器采用单体、单相五柱式结构，即三主柱、二旁轭。单体容量是世界最大，单柱容量为。图和图分别为结构示意和效果图。特高压（k）由绕组中部引出，绕组上下两端绝缘水平均为k等级。变压器冷却方式采用强油循环风冷（）。图1.2.1苏联667MVA/1150kV图1.2.2日本1000MVA/1050kV图1.2.3图1.2.4（三）k电力变压器大多采用中压绕组线端调压方式。特高压变压器的中压绕组电压为k，线端调压方式下绝缘问题难解决，调压开关压波动。（四）各国采用的出线形式各有不同。苏联采用套管出线，日本则采用油—气（Oil-Gas）套管再经一段气体绝缘封闭母线GIB（GasInsulationBus）与GIS（GasInsulatedSwitchgear）连接，意大利采用充油电缆出线。我国则采用套管出线。在特高压变压器中，k电压等级电容式、短尾、油—空气套管是技术难度较大的产品。套管干弧距离为左右，安装后端部对地高度为左右，质量约为。变压器抗震要求按照及导线舞动等外力对引出线结构的机械强度提出了更高的要求。为安全起见，多采用在魏德曼结构与对地之间增加机械支撑点。套管应能承受工频耐受电压k（）（为设备最高运行电压，下同）工频电压下局部放电试验考核。值得注意的是，套管安装后还（五）k间接式出线绝缘采用多层成型件，另一柱k绕组的出线沿出线绕组表面预留的位置引至出线位置后汇总引出。因各柱高压绕组中部均为等电位，其引线和连线均容易处理，可确保k引线的安全，并保证k引线对铁芯、夹件、油箱等各处的绝缘距离和强度。所有引线都用铝箔和金属皱纹纸充分屏蔽，保证电极直径和圆整度。减少产品的视在放电量，保证足够的电气强度。（一）工频耐受电压试验的目的是验证绝缘强度并确认局部放电水平。变压器短时间和长时间局部放电概率可由维伯尔（）分布方程得到：（，t）x），为～。根据经验，试验期间局部放电概率远低于。对于重要设备，局部放电概率应控制在%表1.2.2注由表日本特高压变压器的容量与我国相同，但采用分体式结构。据了解，日本的台特高压变压器分别由东芝、三菱、日立公司研制，在研制过程和现场试验中分别都出现过一些问题，可见其技术难度之大。我国采用单体式结构，技术难度更大，且与日本的难点不同，从容量、电压方面来说无世界先例。（二）雷电冲击试验电压的标准波形是（）（）s。由于特高压变压器尺寸大、入口电容大，其波前时间会不可避免地延长，大大超过相关标准的规定。图、图分别为某公司制造的k电力变压器和k试验变压器的雷电冲击试验电压波形。从图中可以看出，k变压器波前时间完全满足标准，而k试验变压器的容量虽然不大，其波头时间达s，超标严重。一些国家的特高压图1.2.5容量为334MVA的500kV图1.2.6容量为400MVA的1000kV在k及以下电压等级变压器试验中，通常采用工频耐受试验（或感应试验）来替代操作冲击试验。随着k及以上电压等级的器进行操作冲击耐受试验。一般来说，操作波试验电压在个绕组中按变比传递。由于特高压变压器电压，则k侧电压偏低；而如果满足k侧，则特高压端超出规定试验电压。这就意味着不能用试验来验证k侧的操作冲击绝缘设计。为此，一般采用短时工频耐受试验（k）来替代操作冲击耐受试验。此外，据特高压试验示范工程的系统研究，操作过电压的波头可能达到s，而操作试验电压波形是参考s标准试验波形而来的，这一点在设计时也应予以考虑。与操作波试验相同，感应耐压试验的常规加压方式下k侧也达不到规定试验电压，可通过辅助变压器支撑中性点电位以提高k侧的端电位。为此，有必要将中性点绝缘水平设计为k或以上电压等级，如为k其工频耐受试验电压为k。这样，可以在k侧的短时工频耐受试验（snCsdves，）时，通过抬高中性点电位来满足k侧端部试验电压达到k，但仍不能提高k侧纵绝缘（匝间绝缘）试验电压。如果进一步提高中性点支撑电压即降低感应倍数，可适当降低特高压绕组的试验电压。我国首个k特高压交流试验示范工程中，三个站的开关将采用或设备。快速暂态过电压（y st vv，）是中的隔离开关在投切过程中因多次重燃产生的，振荡频率很高，波前很陡，也称为陡波前过电压。一般其初始前沿为～s。一般不超过，平均值一般低于雷电冲击耐受水平。由于它直接冲击变压器的内绝缘，国内外曾发生多起变压器遭受而导致绝缘破坏的事故。对变压器绕组的前几匝影响较大。高性能避雷器、高压并联电抗器及中性点小电抗等过电压限制措施对不起作用。据国外经验，在隔离开关中设合分闸电阻是最为有效的措施。第2节超高压电力变压器是指额定电压为、k和k的电力变压器。年，我国首批k变压器、电抗器分别由保定天威保变电气股份有限公司、西安西电变压器有限责任公司和特变电工衡阳变压器有限公司等制造商研制成功，一方面，满足了西北k输变电工程的需求；另一方面，k产品的制造技术也为、、k乃至更低电压等级变压器的制造起到了指导作用，有助于我国变压器制造水平的进一步提升。此外，目前我国自行制造的三相变压器单台最大容量已达万k（k），可以与装机容量为的机组配套使用。在高压直流换流变压器的国产化方面，国内企业也取得了重大突破。目前，特变电工沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限责任公司都已经具备了自主设计制造高压直流换流变压器的能力。在贵州—广州高压直流输电工程与灵宝背靠背直流工程中，采用的全部是国内企业自行研制的高压直流换流变压器。500kV图1.2.7k变压器铁芯主柱上各装有四个绕组，由铁芯向外分别为：低压绕组—调压绕组—中压绕组—高压绕组。绕组之间和绕组与铁芯间均由高电气性能和高机械强度的绝缘纸板分隔，整个油隔板系统完全满足整个寿命周期中电气和机械强度的需要。电站用变压器绕组见图图1.2.8图1.2.9图1.2.10图1.2.11自然油循环自然（或强迫）对用冷却器的变压器，采用导向结构时，油流靠外部供给，若外部油泵电源发生故障，则油流很快停止，必须降低负荷至零。而采组采用自然油循环非导向结构，变压器可继续满负荷运行。以后，对采用片式散热器的变压器仍然能降低负荷至～长期运行。采用导向结构，外部冷却系统（如冷却器）自然油循环强迫风冷（二）图1.2.12单相自然油循环250MVA/500kV图1.2.13单相自然油循环334MVA/500kV（三）在变压器上，对地震波来说，最差的是使用脆性材料的套管的瓷套部分的强度，特别是瓷套比较长的高压套管。为此，的设计解决了瓷套与变压器升高座连接部位的机械强度问题。该设计已广泛地应用于大型产品的设计中。如用于美国一台的组件公司生产的套管，在现场已经经受了八级强地震的考验而无任何损伤。其他套管制造商也采取了一些强有力的措施。图1.2.14单相自然油循环400MVA/500kV（四）在制造过程和材质控制方面，按工序对各相绕组进行干燥、压紧（液压机加压到规定压力）满足设计要求，从而保证绕组的安匝平稳。绝缘件采用高密度绝缘纸板和成型绝缘件，以增加其电气和机械强度。保证绝缘连接片上的总压力，增强抗短路时产生的轴向能力。为确保内绕组不出现径向失稳现象，以绕组自支持为基础，采用硬拉铜导线和环氧固化换位导线，提高导线的屈服强度，靠导线自能力。第3节220kV随着我国城镇化步伐的加快，变电站不断地往负荷中心转移，大量的k变电站建在城市中心，因而对电力质量和电力安全性的要求更压器抗短路能力的关键因素，所以提高中低阻抗和高低阻抗是解决问题的关键。由于目前各地的电网条件不同，因此对阻抗的要求也有所差别，就目前了解，中低阻抗的要求值多为～，高中阻抗多为～，许多客户一般选择标准值，即～，高低阻抗一般为～提高，一般为标准值的～倍。这样低压绕组遭受的短路力将降为标准阻抗时的～，可见通过采用提高短路阻抗方法来降低短路力的效果是相当显著的。求，因而将高压绕组分离一部分作为放置在与之间，如图所示，这样使中压绕组与低压绕组之间的漏磁通道增加，从而增加漏磁面积，中低短路阻抗就能达到要求，由于高压绕组由两部分组成，高中压绕组运行时由两个漏磁阻组成，高中压绕组的漏磁面积增加不大，从而满足高中阻抗的要求。图1.2.15图1.2.16图1.2.17由于高压绕组分裂方式是采用改变绕组排列方式来达到要求的，其漏磁面积较大，其杂散损耗PZ=KUkSN，由于Uk第4节31500kVA/110kV的树脂浇注干式电力变压器，通过了国家变压器质量监督检验中心的各项检测试验，标志着110kV大容量干式变压器的研制电缆型干式变压器是由公司研制出的新型干式变压器，第一台电缆型干式变压器于年月投入商业运行，安装在瑞典东海岸的水电站，这台产品的容量为，电压为k。电缆型干式变压器的铁芯同其他干式变压器，而其绕组的材料不是采用普通变压器用的导线、铜箔或铝箔材料，而是使用交联聚乙烯（）铁芯和绕组的冷却一般都采用连续吹风冷却方式。电缆型干式变压器的特点是用高压交联聚乙烯电缆构成圆筒式绕组，并可直接与进线电缆相连接。用于电缆型干式变压器绕组的电缆与常规的固体高压电缆相似，在导体周围，最里面是一层半导电层，接着是交联聚乙烯固体介质绝缘，最外面也是半导电层。导体通常呈同心层式，有一根中间导线，在其周围有多层同心层，通常有、、、、、、根线，相邻两层的绕向相反，电缆的最外面半导电层保持着地电位。电缆型干式变压器的短时运行和连续运行的温度上限分别是℃和大允许过载能力不受绝缘系统老化的限制，而仅仅受温度的约束。温度过高，会使交联聚乙烯软化，从而降低绕组的机械强度。因此，在外部短路时，油浸式变压器在短路s后的绕组允许温度为℃，短路后变压器仍能正产工作；而电缆型干式变压器的材料在此温度下会出现老第5节SF6SF6变压器（即6气体绝缘变压器）的英文是ssds，简称。在国外已有多年的安全运行经验，无论制造还是运行维护都已有成熟的技术。美国公司于年生产了世界上第一台6气体绝缘变压器（kk）。到了世纪年代，气体绝缘变压器日趋成熟。日本在引进美国技术的基础上，年，东芝公司就造出了kk的。年，日本三菱公司生产出了世界上第一台液冷式的，年生产了k的。我国对气体绝缘变压器的开发工作始于年。北京变压器二厂于年生产了kk的气体绝缘变压器，并已形成了k以下系列的产品。现在，常州东芝变压器厂已生产了kV的。采用全密封结构，箱体内充有表压力为～的气体。器身置于箱体内，与外界环境隔离，并有两层噪声防护，不仅具有不燃、不爆、不受潮、噪声低、占地小、安装高度低、不需油坑及净油设备和日常维护量少等优点，而且中在防灾型变压器中，器和两大类型，但只有的产品可达k和。在我国当前的城网改造中，许多城市都要求在市中心建立～k级的变电所（其中一部分为地下变电所），显然这必将促进对需求的增加。的占地面积大致与同容量、同电压等级的油浸式变压器相当，但无须另设消火设备。仅从这点来看，节省变电所占地面积的效果并不大。但如果采用与设备直接相连，则可省去电缆头等附属设备，从而使变电所的占地面积大为缩减。同时，由于没有储油柜，相对油浸式变压器而言，可使其高度降低，这对降低地下变电所的土建投资十分有利。虽然的总体结构与油浸式变压器相同，但气体的绝缘特性受气压大小、电场均匀度、尘埃含量等的影响较大，因而不仅结构复杂而且对生产车间的环境条件与加工工艺等要求较高。另外，由于气体的散热冷却能力较变压器油较差，加之外壳箱体为受压容器，所有这些都将使的原材料成本增加，造成价格较高。SF6电流互感器额定短时电流大（动热稳定性能好）SF6但是，气体在化学性能上是极其稳定的一种气体，它在大气中的寿命约为年。特别是气体具有很强的吸收红外辐射的能力，也就是说，气体是一种有很强温室效应的气体。例如，以年为基数，其潜在的温室效应作用为的3倍，另外，目前排放到大气中的气体正以%的速率增长。应当指出，气体的温室效应作用以往并非没有发现，只不过由于现存于地球大气中的6气体的浓度非常低，故认为它的影响较小。随着世界范围内工农业生产的不断发展和人类活动的增加，由于温室效应气体的不断排放而促使地球升温，并直接威胁人类的生存，从而日益引起了全球的关注。现在，各国正在采取措施，一方面减少气体向大气中的排放量，提高气体的回收率；另一方面加紧研究6第6节非晶合金作为一种高效节能型材料，是在年发现的。直到年，美国通用电气公司发现了其低损耗的特性后，才得到变压器制造界的重视，开始研究它在变压器设计、制造中的应用问题，从此非晶合金铁芯变压器开始有了很大的发展。迄今为止，全球已有合金铁芯变压器在电网上运行，其中运行时间最长的已达多年。在我国，上海变压器厂年推出了首台k非晶合金铁芯变压器。年，由沈阳变压器研究所统一设计，并组织天津等六个变压器厂一起生产非晶合金变压器，生产的最大容量达k的样机于年通过了国家鉴定。空载损耗低。非晶合金材料不存在晶体结构，是一种各向同性的软磁性材料，磁化功率小；不存在阻碍磁畴壁移动的结构缺陷，其磁致损耗要比硅钢片小；电阻率很高，是硅钢片的～非晶合金的瓷质伸缩程度比硅钢片高约（相同磁密下），直接影响非晶合金变压器的噪声。非晶材料在一定的磁场强度下，经略高。第7节一、二次绕组之间有足够耐电强度的绝缘，以保证所有的低压设备与高电压相隔离。随着电力系统传输的电力容量的增加，电压等级越来越高，这样电流互感器的绝缘结构越来越复杂，体积和重量加大，产品的造价也越来越高。例如，常规的油浸式电流互感器，k产品的价格是k产品价格的倍。在这种光电式电流互感器的高电位侧的传感头中，全部采用的是电子器件。在高电位侧用空心绕组（sk绕组）信号，该电压信号为模拟量，经过转换成数字信号，用电光转换（D）电路将此数字信号变为光信号，然后通过绝缘的光纤将光信号送到地电位侧。在地电位侧，由光电转换器件（）将光信号转换为数字电信号，供继电保护与电能计量之用。在需要模拟量的场合，可用数模转换（）电路将数字量转换为模拟量。这种光电式电流互感器采用激光光源将光能从地电位侧通过光纤送到高电位侧，再由光电转换器件将光能转换成为电能，经过电源稳定电路后，给各电子电路供电。这种方式的优点是输出电源比较稳定，而且也不易受外界杂散光源的影响，是一种高科技。这种光电式电流互感器采用了近年发展起来的电子光通信、激光和计算机技术，具有较强的生命力和较高的技术含量。优良的绝缘性能及便宜的价格。电磁感应式电流互感器的高压母线与二次绕组之间通过铁芯耦合，它们之间的绝缘结构复杂，其造呈线性增加。抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险。电磁感应式电流互感器二次回路不能开路，低压边存在开路危险。由于光电电流互感险，免除电磁干扰。动态范围大，测量精度高。电网正常运行时，电流互感器流过的电流并不大，但短路电流一般很大，而且随着电网容量的增加，短有很宽的动态范围，额定电流可测到几十安培到几千安培，过电流范围可达几万安培；一个光电电流互感器可同时满足计量和继电保护的需要，可免除多个电流互感器的冗余需求。频率响应范围宽。传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的度越时间，实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。光进行这方面工作的。对电力系统的故障快速响应，灵敏性高。现有的保护装置（包括微机保护）由于受传统互感器性能的限制，其保护原理基本上是基感器能满足这一要求，而传统互感器则不能。可方便实现电力系统自动化功能。将电压电流传感器集于同一绝缘结构中，构成组合型光电互感器，大大提高了性价比；光电互感器不仅可以做成独立式的互感器，而且可以装在、多功能化。有利于实现变电站数字化、光纤化和智能化。光电互感器的信号和传输形式都可以采用光缆（光纤）实现，而光信号的突出优点和域网应用于电力系统是变电站自动化的一个重要发展方向，开创了未来光纤化变电站的美好前景。法国的s公司利用y效应研制了一套电子式电流互感器，在～℃的范围内准确度达到%。年，研制的k电子式电流互感器已经开始向和等美国公司供货。目前，国内外许多科研机构和大专院校的研究人员正致力于光电互感器等新型互感器的研究。从事这方面的主要研究单位有清华大学、华中科技大学、上海大学、西安同维公司等。其中，sk研究人员的青睐。与广州伟钰光电科技有限公司合作的华中科技大学早在世纪年代就开始着手在空心绕组互感器方面的研究工作，通过对其在高压大电流、脉冲大电流、焊接电流等方面的应用做了大量分析测试，积累了丰富的经验。统计，生产互感器760474台，实现工业总产值14.90亿元，其中110kV及以上电压等级的互感器约为17800台。据分析，在电压等级达到第3章高压开关电气设备第1节国内126kV目前，国内～k的各类开关产品基本可以满足电力系统的要求。k支柱式断路器和（高压气体绝缘金属封闭开关设备）主要是自能灭弧配弹簧操作机构，开断电流最大可以达到k。k的支柱式断路器和具有压气式和自能式两种灭弧形式，开断电流为～k漏的优点，同时又保持了液压机构操作功大的特点，对于开断电流k以上的断路器不失为一种优秀的配置，但目前此种机构主要依靠进口，造成整机价格较高，一些用户难以承受。、k和k的断路器也具有压气式和自能式两种灭弧形式，开断电流达到了～k，但操作机构还只有液压和气动两种形式。目前，k的产品在开断电流为k的基础上，应进一步降低操作功，大力提高操作的可靠性。k的产品向开断电流达k的方向努力，灭弧室向新型自能式方向扩展。在k等级的产品中，几个主要厂家正在大力发展单断口产品，减少零部件，提高可靠性。智能化开关产品正在随着传感器的选用，电子式电压、电流互感器及光电技术的开发研制取得了突破性进展，并向着小型化、自动化、信息化方向推进。随着三峡工程的建设和1100kV输电线路的建设，ABB技术的ELK3型550kVGIS已经在西开和沈高研制成功，为我国的550kVGIS增添了电力系统的发展对126kV国内主要厂家经过长期的技术改进，具备了批量生产～kV和k落地罐式断路器及各种电压等级隔离开关的能力，核心制造技术也基本达到和接近国际先进水平。但由于专业化、生产规模、人员素质和管理等综合因素的影响，在产品质量的某些方面与国外先进企业相比仍有一定的差距。第2节图1.3.1图1.3.2表1-3-1图1.3.3日本特高压GIS第3节GIS（）。这种过电压振荡频率很高，波前很陡，亦称为陡波前过电压。其过电压幅值虽然不高（一般不超过倍，有时可达倍），但因为频率高而过电压波头上升的陡度大，无间隙的金属氧化物避雷器也很难保护，对连接在母线上的带绕组设备（如变压器）布极不均匀，从而损坏匝间绝缘。另外，还可能造成外部的特快速瞬态过程，如产生瞬态外壳电压，导致瞬态地电位升高，有可能造成对变电站控制、保护和其他二次设备的电磁干扰。对国内外都出过不少这样的事故。为了降低这种威胁，在意大利和日本特高压的可以将过电压降低到倍以下。这种隔离开关的动作原理如图所示。图1.3.4从图弧，静触头管壁上的电阻自然就在回路中串联，降低了产生多次重燃的概率，也就降低了特快速瞬态过电压的倍数。合闸时的次序相反，电阻也是在完全关合前接入，降低了产生多次重燃的概率。图1.3.5日本特高压试验变电站GIS表1-3-2日本及意大利特高压GIS第4节图1.3.6表1-3-3图1.3.7第5节特高压气体绝缘金属封闭开关设备GIS将变电站的电气元件（变压器除外），如母线、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线接地开关、避雷器等全部（或者大部分），用接地的金属密闭容器封闭在充有高于大气压的绝缘气体中的成套配电装置，即封闭组合电器（s 三相共箱型及分箱型图1.3.8内部元件，有的单独占有一个气室，有的几个元件联在一起占有一个气室。各个气室可以有不同的气体密度。气室内的导电部分与金菱形密封胶圈将高压气体密封在内部。外壳上一般都安装有安全阀或防爆膜片。使用GIS与常规高压电器相比，其优点是：①可以大幅度缩小占地面积；②设备带电部分全部封闭在金属外壳内，可避免高电压对环境的电磁污染；③可防止人员触电伤亡；④延长设备检修周期，一般在～能提高运行可靠性。特高压GIS图1.3.9图1.3.10SFGIS国外的特高压GIS图1.3.11日本特高压GIS第6节新型户外紧凑型配电装置是近年来世界上一些著名的高压开关设备制造公司相继推出的一种介于空气绝缘开关设备和气体绝缘开关设备之间的新型户外封闭组合电器，这类设备以制造技术为基础，以流电压传感器等组合在一个气体封闭罐内，通过绝缘套管与变电站的出线和母线相连接，这种新型户外组合电器由于采用了一系列相关领ABB公司的组合电器（PASS）套管（连接至单母线或双母线系统）图1.3.12110kVPASS图1.3.13110kVPASS图1.3.14110kVPASS从图可以看出，采用就可以构成一个完整的带有进线出线的变电站，第一组套管与进线相连，第二组套管与出线相连，第三组套管与变压器相连。在中已没有传统的母线，第一组、第二组套管已经充当了母线，因此，用突破。PASS图1.3.15PASS图1.3.16PASS产品的组合隔离开关/PASS为了适应我国电网目前使用的二次保护和测量设备，应选用常规式的电流互感器（干式穿心绕组型），采用专用的电容式电压互感第7节新型中压配电开关设备（充气柜中压领域一般是指～k的电压等级，这一等级的产品种类繁多，但可以归纳为以下主要几类：开关柜、预装式变电站、k户外柱上开关（包括负荷开关及重合器）、k之为配网开关设备。中压开关设备量大面广，生产厂家多，产品规格品种多。其中，充气式开关柜在我国的研制和应用都处于起步阶段。根据《高压开关行业年鉴》的统计，年有个企业共生产开关柜3面，清一色为空气绝缘开关柜。国外的开关柜现有空气绝缘和气体绝缘两种，而年，s公司率先推出充气柜，迄今充气柜已有多年的历史了。s公司认为，此类柜用气体绝缘，并用真空技术开断，这是气体优异的绝缘性能与真空优异性能的完美结合。自s公司开发出（单母线）和（双母线）充气柜后，世界上各大制造公司纷纷仿效，开发出自己的产品。比如ABBCalorEmag公司的BE、EML、ZY型及最新的ZX型；AEG公司的WS型和GMA型；Alstom公司的PG100型和HMX36型；意大利SaceSPA公司的BE和BE/U型；东芝公司的GD型；明电舍公司的HICLAD-20/30型；三菱公司的各大公司的充气柜又在不断发展，如公司最先推出的充气柜为型，内配断路器，后又推出型，内配真空断路器，并用压缩空气作为绝缘介质，再又推出了型，配真空断路器，用气体绝缘。现在推出的是型，其中为单母线，为双母线，配用真空断路器，有和气体绝缘两种，采用数字控制和保护技术，因而称其为智能化充气柜。充气柜现有两种外形上差异极大的结构形式：一种为铝筒式；另一种为钢板封闭式（或称柜式）。前者很像高压封闭组合电器；后者更像一般空气绝缘的开关柜。从布置来看，铝筒封闭式可分为单相封闭和三相封闭式。如在铝筒式充气柜中，型为单相封闭式，钢板式及最新推出的NXplus型钢板式充气柜。又如AEGT&D公司的WIA/WIB型为铝筒式，而GMA和WS为钢板式。根据德国对工业电网用的中压开关设备做的大型调查，用户对于充气柜持欢迎态度。调查结果表明，充气柜在k等级占，k等级占，而在k等级占，但从今后使用来看，充气柜将在k等级以上占到以上。但对于充气柜在我国电力系统能有多大的应用前景，这很难过早断定，只能根据用户需求，随时把握开发动向。按照国外的说法，充气柜可占到中压柜的。依此推算，年我国的开关制造企业生产k开关柜0面，充气柜可占到约6面，k开关柜面，充气柜最低可达～面。当然以上数字只是第8节GIS以其占地面积少、结构紧凑、便于安装维护及安全可靠等优点，在城市电网中得到了广泛应用。特别是近年来国内城市建设及城市电网规模不断扩大，城网中的应用越来越普遍。由于内的空间极为有限，其中的工作场强往往很高，一旦内部存在绝缘性缺陷，极易发生设备故障，而且后果严重。据不完全统计，国外自年以来共发生设备故障余次，故障率较高，而且，近的故障发生在S设备交付日期后的一年之内。近年来国内也有多起设备故障的报道。河南电网年底已有k及以上电压等级变电站余座，年以来发生了多起事故，特别是—年间，连续发生三起因放电造成的故障，故障率接近。其中一新建kV变电站在投运个月后发生支撑绝缘子闪络事故，造成三相支撑绝缘子、母线连接端及管母等多处烧损，见图。图1.3.17针对局部放电的特点，河南电力试验研究院采用超高频法（法）解决局部放电的测量问题，并将法应用于交流耐压试验中的局部放电检测以及运行设备局部放电的巡检。交流耐压试验是设备交接过程中的主要绝缘试验，其作用之一是对设备进行老炼处理，去除中金属毛刺等，并将可能存在的碎屑赶往低场强区域，这对于保障设备投运后的正常运行具有重要意义。但是，现场经验表明，交流耐压试验并不能彻底发现并消除设备中的某些微小缺陷，如中固体绝缘材料内部的微小缺陷和中导体表面存在的突出物、毛刺或尖角及导体接触不良等。在稳定的运行电压下这些微小缺陷一般不会引发绝缘击穿，但在冲击电压下可能导致绝缘击穿，甚至造成严重的系统事故。作为交流耐压试验的一种补充，交流耐压条件下的局部放电检测可有效地检验交流耐压试验的效果以及设备的安装工艺，发现设备中存在的某种微小缺陷，同时为设备在线监测提供原始数据。根据对个新建的站交流耐压条件下的局部放电检测，大多数设备在老炼试验电压下的局部放电水平为小于，个别设备局部放电量超过，甚至达数百毫伏，对于这些设备，目前主要采取运行后局部放电跟踪监测的办法，密切注意其局部放电发展趋势。值得一提的是，老炼试验电压下的局部放电水平对设备的正常运行具有一定的影响，因为老炼试验电压接近设备的运行电压。对于运行变电站，开展局部放电的普查对及时发现S设备存在的潜在缺陷具有重要意义。GIS内部常见的缺陷包括：①中固体绝缘材料内部的缺陷，如生产工艺过程中残存在盆式绝缘子内部或与导体交界处的气隙；②内残留自由导电微粒，如金属碎屑或金属颗粒，这是较为普遍存在的一种缺陷，一般是由于制造、安装等原因造成的；③中的导体表面存在突出物，如毛刺、尖角等，这种缺陷易发生电晕放电，在稳定的运行电压下一般不会引发绝缘击穿，但在冲击电压下可能导致绝缘击穿；研究表明，内部缺陷产生的局部放电具有一定的特征：发生在导体周围的电晕放电，由于气体中的分子是自由移动的，因此，中的电晕放电过程与空气中的电晕放电相似，而与绝缘子内的气隙放电过程不同。以中的针—压上升到足以引发气体击穿时，在针尖附近电场发射引起放电。由于在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击导体发生二次电子发射，成雪崩式放电，导致放电脉冲比负极性时的还要强；导体与绝缘子交界面处的放电随导体与绝缘子交界面处的情况而异，放电有时也会出现工频正负半周不对称的现象；绝缘子内部的气隙放电在工频正负两个半周内是基本相同的，即正负半周放电指纹基本对称。放电脉冲一般出现在试验电压幅值绝对值的上升部分，放电频率依赖于所加电压的大小，只有在放电强烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分的相位上，且每次放电的大小不相等；绝缘子缺陷在出厂时可能并不出现，但在运输及安装过程中有可能造成损伤。一些缺陷最初可能无害，但在机械振动和静电力作用下可能轻微移动，形成潜在的隐患。绝缘子表面的缺陷有助于表面电荷的增加，可能会形成表面放电，导致绝缘子表面的绝缘劣化，甚至击穿；自由导电微粒和固定导体上金属突起放电的相位分布有着明显的不同，这个特征通常可以用来区分缺陷的类型。中自由导电微粒有积累电荷的能力，在交流电压作用下，静电力可使导电微粒在筒内跳动，如直立旋转、舞动运动等，这种运动与放电的出现，在很大程度上是随机的，这一过程与所加电压大小和微粒的特性有关。如果一个跳动的微粒接近或运动至中的高场强区时，伴随产生的局部放电有可能形成导电通道，造成绝缘击穿。相对而言，内残留的金属碎屑或金属颗粒产生的各种效应是最为严重的，因此，金属颗粒的放电对的危害相对较大。目前的研究表明，中的局部放电会在外壳上产生流动的电磁波，使接地线上有高频放电脉冲电流流过，从而导致外壳对地呈现高频电压并向周围空间传播。局部放电还会使通道气体压力骤增，在气体中产生纵波或超声波，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。中的局部放电也可导致气体分解或发光。这些物理和化学变化的特征，有助于局部放电的检测，目图1.3.18图1.3.19图1.3.20超高频（UHF）法检测GIS图1.3.21图1.3.22420kVGIS为了克服体内安装传感器所存在的种种限制和不足，国内部分科研单位和大学探索研究了体外传感测超高频信号的方法。研究认为，的全封闭金属同轴结构，虽对于体内局部放电产生的信号是一个理想的波导，但同时也是一个良好的屏蔽体。幸运的是，各间隔的连接处有很多盆式绝缘子，这些绝缘子均为非铁磁材料，可以透射超高频电磁波信号，它们与同轴波导相结合构成缝隙天线，波信号可以从这些缝隙中辐射出来。在这些绝缘子附近放置天线可以检测到局部放电信号，如图所示。图1.3.23体外传感与体内传感相比，信号经过盆式绝缘子缝隙虽有较大衰减，影响灵敏度，但是，由于有许多盆式绝缘子，提供了多处可检测不低于体内传感方式的灵敏度。采用体外型传感方式有以下优点：①这种传感器安装方式不影响内部结构，并且对于已运行的安放这种传感器不受限制，因此更具实用性；②便携式检测装置对多台面更具有优势。法的缺点是无法实现局部放电的放电量标定。法测量的信号频率很高，所检测到的信号与诸多因素有关，除放电量大小外，还涉及局部放电源的类型、电磁信号的传播路径、放电源的位置等。因此，与传统局部放电的放电量标定相比，困难。尽管如此，由于法具有较高的抗干扰能力，该方法仍是一种很有发展前途的检测方法。第4章输电线路第1节我国中压配电网的电压为～k，并以k为主。目前世界上发达国家的中压电网基本上为k。我国的k配电电压等级在江苏已有十余年的运行经验，并通过了技术评估。江苏省电力公司已正式发文在全省范围内推广k配电电压等级。k电网主要优势为：在同样的供电半径条件下，相同截面积的导线，k线路输送功率比k的大倍；在相同的负荷密度下，k的供电半径几乎是k供电半径的倍，供电面积约是k的倍；在电压质量方面，k和k均采用架空出线，如采用k供电电压，满载时的电压损失比k的降低。功率损耗降低。另外，还降低了单位输配电建设成本，减少了通道及站所的土地资源占用等，与k相比有着显著的优势。若供电区域的面积越大，负荷密度越高，用电量越多，则采用k的经济效益就越好。1000kV我国于年月日开工建设晋东南—南阳—荆门交流特高压试验示范工程，于年月日正式投运，成为目前世界上运行电压最高的交流输变电工程。线路全长为k，铁塔有基，平均高度为，平均质量为，接近k线路铁塔的倍。绝缘子串长达余米，导线为的分裂导线。自然输送功率为万k，是k线路（）的倍，在输送同样功率情况下，k最远第2节盘形悬式钢化玻璃绝缘子使用已有几十年的历史了。由于玻璃具有很好的电气性能、耐热性能和化学稳定性，且机械强度高，钢化玻璃强度可达左右，是瓷质强度的～倍。所以它广泛地应用在k及以下输电线路上，部分应用在k和k试验线路上。钢化玻璃绝缘子是由石英、纯碱、氧化铝、白云石等熔化后，压制成形，经过钢化后形成的玻璃件。将玻璃件与钢帽、钢脚经高标号水泥胶装成为帽脚式盘形悬式钢化玻璃绝缘子。其结构、外形与盘形悬式瓷质绝缘子十分接近。当运行中的玻璃件长期受到机械力和电场的综合使用而导致玻璃件劣变时，钢化玻璃体的伞盘会破碎，即出现自爆。钢化玻璃绝缘子最显著的特点是：当出现劣质绝缘子时会自爆，因而免去了绝缘子必须逐个检测的繁杂工作。另一个优点为钢化玻璃绝缘子表面强度高，不易产生裂缝。玻璃介质在s冲击时，其平均击穿强度高达kc，约为瓷质绝缘子的倍。而耐弧性能比瓷质绝缘子高，电气性能好，所以它的电气强度在整个运行过程中一般保持不变，劣化过程比瓷质绝缘子慢得多，因而寿命比较长，越来越受到用户欢迎。是采用等径伞裙的普通棒形悬式绝缘子。为提高污耐压水平，在k及以上则采用大小伞裙的耐污型棒式绝缘子。其爬电比距均可达到k检测维护和更换。另外，外形可使自洁性能提高，与盘形悬式绝缘子爬电距离相比，不仅单位距离内增加了～倍，而且可有效地利用爬电距离。k相应的爬电比距（T—《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》）来决定绝缘子的串长。此方法简单易行，在工程设计中被广泛采用且经过实践验证。但是，此方法没有与绝缘子的污闪电压建立起直接的联系，而且不同绝缘子爬电比距的有效系数还得由人工污闪电压的试验结果来确定。另一种方法是根据试验得到的绝缘子在不同污秽程度下的耐污闪电压，使选定的绝缘子串的耐污闪电压大于线路的最大工作电压，并留有一定的裕度。这种方法与实际绝缘子的污耐受能力，直接联系在一起，是一种较好的绝缘子串长的确定方法。但是，人工污秽试验结果和自然污秽绝缘子污闪电压也存在着等价性的问题。综上所述，并考虑国内外特高压输电工程经验，我国的k线路杆塔，中相采用串，边相采用污染不太重的地区，采用k和k的双层伞型（）和三层伞型（）瓷绝缘子；在海拔高度为k及以下地区绝缘子的具体选择见表；在、级污秽区采用复合绝缘子，其额定机械破坏负荷取k和k。串和串的复合绝缘子的结构高度为。表1.4.11000kV第3节～k输电线路每相多采用单根导线；～k线路多采用二分裂导线；世纪年代后建设的k超高压线路经过技术经济比较，绝大多数采用四分裂导线，子导线截面为～，且随着输电容量的增加导线截面增至～；k超高压线路采用图1.4.1我国的铝中含硅（Si）、铁（Fe）元素较高，使铝的电阻率达不到国家标准要求的0.0.8264-Ω·mm2/m，为此，在铝锭的熔制过程中要目前在西欧、北欧、北美、日本等发达国家和地区，铝合金导线在架空输线路中已广泛应用，日本的输电线路金导线，法国高达。我国从世纪年代引进世界先进设备和工艺技术，已能生产高强铝合金导线和耐热铝合金导线，产品质量已趋稳定。钢芯软铝绞线图1.4.2碳纤维复合芯铝绞线（ACCC导线图1.4.3防冰雪导线图1.4.4自阻尼导线，又称防振导线，它可有效地防止导线舞动、振动，基本原理是利用自身结构破坏导线的谐振点。其结构为在导线的二层铝股或铝股和钢芯间保持～的间隙，利用特殊的拱形铝线保持间隙稳定。德国的自阻尼导线是在线股间加一层软金属；日本的是在芯线与铝线之间加入长效高温硅质润滑剂；美国的是在线股间加入一种高滞后的非金属材料。自第4节表1-4-2拉线塔：主要是靠拉线维持整体稳定性。拉线塔具有结构受力清晰的优点，其风荷载主要由高强度拉线承受，主杆只承受压力，使结构材料按其特性得到最合理的利用。拉线塔的单基质量明显低于自立塔，塔重只有自立塔的面积大。由于拉线的要求，山区地形为主的地区不能使用拉线塔。拉线塔只能在平原、丘陵地区使用。自立塔：主要是靠自身基础来维持整体稳定。由于自立塔占地面积小，适用地形广，多用于土地占用费较高地区。单回路直线型自立国的k特高压试验示范工程中，因地制宜地使用了猫头塔和酒杯塔两种自立塔形。钢筋混凝土杆因经久耐用、维护简单、节约钢材等优点，在k又可分为预应力钢筋混凝土杆、普通混凝土杆和部分预应力混凝土杆。预应力钢筋混凝土杆是在浇制前，对钢筋施以拉伸张力，待混凝土凝固后，将钢筋锚固并撤去张力，这时钢筋回缩而使混凝土受一预压应力作用。当电杆承受荷载而受拉时，这种预应力可部分或全部抵消混凝土受拉时所受拉应力，而不致产生横向裂缝，从而克服了普通钢筋混凝土杆易产生横向裂缝的缺点。第5节不少地区根据运行情况认为：与瓷、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子的耐雷性能较差，特别是在k及以下电压等级的输电线路中显得较说，其干弧距离总是略小于瓷、玻璃绝缘子。一般来说，绝缘子串的总长度越小，直径对闪络电压的影响越突出。因此，在k及以下电压等级中，对雷击闪络的影响较为明显。运行情况表明：由于复合绝缘子上下装有均压环使绝缘子的原有空气隙减少了～c，就等效于降低了复合绝缘子的有效绝缘长度而造成雷击闪络电压降低。对k复合绝缘子在下端配置一个均压环后，其雷电冲击闪络电压较配置前约下降，在上下两端均配置均压环后，其雷电冲击闪络电压较配置前约下降。当间隙偏小时，两端的均压环同时也可起到保护绝缘子的招弧小伞裙结构、均压环以开口式的结构为最佳。距离越大，电场越均匀，其雷击放电水平就越高。憎水迁移性及憎水性恢复速率均有一定差异，甚至有的厂家新绝缘子的憎水性仅达到瑞典输电研究所推荐的憎水性分类等级的级水平。这说机电破坏负荷试验是检测绝缘子运行特性的一项重要指标。机电破坏负荷试验结果差的产品，随着运行时间的增长，其机械强度会呈现逐年下降趋势。对在线路上运行年限不同的瓷、玻璃绝缘子进行机电性能对比试验，发现部分瓷绝缘子在运行～验标准值，不合格率随运行年限增加；而玻璃绝缘子的稳定性和分散性要好于瓷绝缘子。对瓷、玻璃绝缘子进行高频振动疲劳试验时，试验结果表明振后玻璃绝缘子的机电强度变化不大，而振后瓷绝缘子的机电强度明显下降。这一方面是因为国产瓷绝缘子厂家较多，由于所用原材料及制造工艺等方面的因素，造成质量分散性大；另一方面，由于瓷质烧结体是不均匀材料，在长期的运行过程中，受各种机械冲击力、振动力的作用，可能对瓷体造成损伤，导致机械性能下降。从目前国内外瓷绝缘子运行记录来看，国产瓷绝缘子与国际水平有一定的差距。的电老化。②热老化。一般在高温状态下，高分子材料的分子热运动加快，从而引起降解和交联反应，尤其在氧气和臭氧存在的情况下，热小裂纹、表面粗糙、颜色毁褪、伞裙材料发脆且易撕破、抗撕及抗张强度极差的明显老化现象。对运行中的复合绝缘子，目前尚无适合于现场使用的有效检测方法。但是，可把运行中的绝缘子取下来，按T—《标称电压高于交流架空线路用复合绝缘子使用导则》的要求，对某批某厂家生产的绝缘子按原则要求的抽样数量取下来，进行憎水性试验、湿工频耐受电压试验、水煮试验、陡坡冲击耐受电压试验、密封性能试验、机械破坏负荷试验。根据试验结果，按检验评定准则，判断出该批复合绝缘子合格或不合格。自世纪安、山东、浙江、天津等地的供电部的资料统计，由于鸟类引起的线路闪络事故占线路事故的左右。河南省也多次发生由于鸟类引起绝缘子串的闪络事故。图1.4.5影响极微。这种防鸟罩可用于盘形悬式绝缘子串，安装示意见图；同时也可用于复合绝缘子串，安装示意见图。这种防鸟罩可有效地阻止鸟粪直接散落在绝缘子串裙边缘，形成贯通路线，引起闪络跳闸。图1.4.6图1.4.7图1.4.8第6节倍。导线舞动多发生在寒冬偏心覆冰的输电线路上，振动幅值通常可达到线烧伤、杆塔倒塌、导线折断等严重事故，造成重大经济损失，因此成为输电线路，尤其是超高压、大跨越线路的重大危害之一。此外，在分裂导线中，由于迎风侧导线的层流效应作用于被风侧导线，可以产生层流诱发的振动，其特点是整个档距发生“刚体式运动，幅值最大约为导线直径的余倍。河南省是导线舞动的多发区，如年月日发生大面积舞动，导致条k线路跳闸停电，电网局部解裂；k线路倒杆，横担变形。年月日发生大面积舞动，造成条k线路跳闸条次，k及以下线路跳闸条次，造成信阳、驻马店地区与系统解裂，严重危及电网的安全运行。导线舞动严重者造成耐张塔倒塔及横担变形，如在年月日因导线舞动使郑州电力公司的k窝密线号耐张塔倒塔及新乡电力公司古延线耐张塔横担变形，见图和图。导线舞动轻者使耐张塔的主材接点和横担紧固螺栓松扣、磨损，甚至剪断，严重影响铁塔受力。同时由于舞动产生的导线交变应力造成导线损伤或导线金具磨损，重则造成断线。耐张杆为钢筋混凝电杆时，会使杆身的纵向裂纹加重。图1.4.91998年12月1日因舞动造成郑州市电业局110kV窝密线153图1.4.101998年12月1日因舞动造成110kV改造铁塔紧固方式，加强易舞动地区杆塔强度。输电线路的耐张杆塔位于导线舞动系统的终端，相当于一个刚性阻尼器