变电站电气设备及其运行

变电站设备及运行一、变电站概述

（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、变电站的运行管理

（一）变电站的运行组织（二）变电站运行管理制度（三）工作票制度（四）操作票制度（五）运行交接班制度（六）巡回检查制度（七）设备缺陷管理制度（八）设备定期试验与轮换制度（九）运行分析制度电气运行是指电力系统在发电、供电、配电、用电过程中，运行值班人员对发供电设备进行监视、控制、调节和操作，使发供电设备正常运行；同时对设备运行状况进行分析，在故障情况下处理事故，保证电力系统安全、稳定、优质、经济运行。变电运行管理的任务是保证变电站的安全运行和经济运行。变电站运行分两类：一类是有人值班；另一类是无人值班。在有人值班的变电站中，变电运行值班实行8小时或6小时轮换值班制度。每一运行值班单位由值班长、主值班员、副职班员、值班助手等组成。无人值班的变电站，是由专门的控制中心值班人员监控。控制中心实行8小时或6小时轮换值班制度，每值设置值班人员2～3人，监视、控制多个无人值班变电站。变电站电气运行管理制度主要有：工作票制度、操作票制度、交接班制度、巡回检查制度、设备缺陷管理制度、设备定期试验与切换制度和运行分析制度等。为了确保现场检修工作的人身和设备安全，防止各类事故的发生，对电气设备进行检修时，均应填写工作票。为了保证运行操作的准确可靠，防止误操作，运行操作前必须认真填写操作票，操作人必须根据操作票所填写的操作项目及顺序进行操作。为了保证安全经济运行，各岗位应认真做好交接班工作。为了保证设备安全运行、及时发现和消除设备缺陷及隐患，运行值班员应按规定进行定期和不定期的对电气设备进行巡视检查。运行中的电气设备发生异常，虽能继续使用，但影响安全运行称为缺陷。加强和搞好缺陷管理工作是设备健康、安全的重要保证。变电站发现设备缺陷后，应遵循设备缺陷管理制度进行处理。为了保证备用设备的完好性，确保运行设备故障时备用设备能可靠投入工作，必须对设备定期进行试验与切换。运行分析是确保变电站安全、经济运行的一项重要工作，通过对各运行参数、运行记录和设备运行状况的全面分析，及时采取相应措施，消除设备缺陷，提出防止事故发生的对策，并为设备技术改进、运行操作改进以及合理安排运行方式提供依据。

三、电气设备概述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，称为二次系统。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，称为电气二次设备。

四、电气设备的额定参数

（一）电气设备的额定电压

1.第一类额定电压

2.第二类额定电压

3.第三类额定电压

（二）电气设备的额定电流

（三）电气设备的额定容量

额定电压就是国家规定的电气设备标准的电压等级，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能能够达到最佳状态，保证可靠长期运行。100伏及以下的额定电压，主要用于安全动力、照明、蓄电池及其他特殊设备。100～1000伏之间的额定电压，其应用最广、数量最多，如电动机、工业、民用、照明、普通电器、动力及控制设备等都采用此类电压。1000伏及其以上的电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电压等级。国家规定额定电压为1000伏以下电气设备称为低压设备，1000伏及以上的电气设备称为高压设备。我国国家标准规定电力系统的额定电压等级有：220V、380V、3千伏、6千伏、10千伏、35千伏、110千伏、220千伏、330千伏、500千伏、750千伏、1000千伏等。以上电压等级中220V为单相交流电，其余均为三相交流线电压值。一般我们习惯上称220/380伏为低压，将3千伏～35千伏称为中压，110千伏、220千伏称为高压，330千伏、500千伏称为超高压，700千伏、1000千伏称为特高压。电气设备的额定电流是指周围介质在额定温度时，其长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流有效值。

额定容量的规定条件与额定电流相同。变压器额定容量用视在功率(kVA)表示；发电机一般以有功功率(kW)表示；当其额定容量用视在功率表示时，需表明功率因数；电动机也多用有功功率表示。

五、电弧的基本知识

（一）什么是电弧

（二）

电弧的危害

1.开关电器开断电路时，电弧不熄灭，触头就没有真正分开。

2.电弧温度极高,很容易烧坏设备喝和附近的绝缘。

3.质量很轻，在电动力、热力作用下容易造成飞弧短路和伤人。（三）

现代开关采用的熄灭交流电弧的方法

1.迅速拉长电弧

2.吹弧

3.采用真空

4.弧隙并联电阻

5.提高弧隙介质压力我们在通断有负荷的电力开关时时，会看到在开关的两个触头之间有火花产生，这个火花就是电弧。提高断路器的分闸速度，采用多断口结构等利用气体或绝缘油吹动电弧，使电弧拉长、冷却减少碰撞游离的可能性，迅速恢复介质绝缘强度主要用来提高断路器的熄弧能力。通常在220千伏及以上线路断路器上使用有利于加强正负离子复合

（一）高压断路器高压断路器的用途高压断路器的基本结构高压断路器的类型一是控制作用，即根据电网运行的需要，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①六氟化硫断路器②真空断路器③油断路器④压缩空气断路器（4）高压断路器运行维护①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录SF6气体压力和温度。10）真空断路器灭弧室无异常。②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。

（二）高压隔离开关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。

高压隔离开关的主要用途①隔离电源②进行电路的切换操作③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①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。②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。③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）并检查接触良好。④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）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。⑤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。⑥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。(4)高压隔离开关的巡视检查①检查隔离开关本体如：三相触头在合闸时应同期到位，无错位或不同期到位现象。②检查触头系统如：触头应平整光滑，无脏污、锈蚀、变形；动、静触头间应接触良好，无因接触不良而引起过热发红或局部放电现象。③检查各支持绝缘子如：绝缘子应清洁、完整无破损、无裂纹、无电晕放电现象及闪络痕迹。④检查操作机构如：操作机构各部件应无变形锈蚀和机械损伤，部件之间应连接牢固和无松动、脱落现象。⑤检查接地隔离开关如：接地隔离开关触头接触应良好，接地应牢固可靠，接地体可见部分应好。⑥检查底座如：底座法兰应无裂纹，法兰螺栓紧固应无松动。（三）高压负荷开关接通和断开电路中的负荷电流。高压负荷开关－限流熔断器组合电器实物图片

限流熔断器上接线端子下接线端子真空负荷开关弹簧脱扣机构

传动机构RN系列高压熔断器石英沙熔断撞针金属熔体缠绕在内瓷管上瓷熔管剖面图高压限流熔断器实物

接线端子绝缘子安装卡座金属管帽

瓷熔管内有金属熔体与石英沙熔断器底座刀开关低压负荷开关(2)接触器①接触器的用途接触器是用于远距离频繁接通和分断负荷电流的低压开关。接触器在电压过低时会自动断开，但不能切断短路电流和过负荷电流，因此必须与熔断器串联，由熔断器切断故障电流。②接触器的结构和工作原理组成：接触器主要由电磁线圈、电磁铁、触头、灭弧罩和绝缘支撑架组成。工作原理：交流接触器CJ20系列-5(4)低压断路器①低压断路器的用途②低压断路器的结构分类1）框架式低压断路器又称万能式自动开关2）塑料外壳式低压断路器又称装置式自动开关可以用来接通、分断正常负荷电流，又具有对电路进行自动保护的功能。当电路中发生短路、过负荷、低电压等故障时，低压断路器都能自动切断电路。为敞开式结构。它所有的部件都敞开安装在一个绝缘或金属框架上，结构复杂、尺寸较大、额定电流和断流能力较大、保护方案和操作方式较多，功能较齐全。智能控制器手动储能手柄

分闸按钮

合闸按钮

抽屉框架

二次接线端子

分合闸指示

储能指示为封闭式结构。它除操作手柄和板前接线头露出外，其余触头系统、灭弧罩、操作机构及脱扣器等主要部件均装在一个封闭的塑料壳体内，额定电流较小、结构简单、体积小、外观整洁、使用安全。(5)低压熔断器低压熔断器的作用和工作原理与高压熔断器相同。不同的是，高压熔断器的熔体通常采用熔点较高，但导电性能较好的铜、银金属材料；而低压熔断器的熔体通常采用导电性能较差，但熔点较低的铅、铅锡合金和锌等金属。大容量的低压熔断器也采用铜作为熔件。瓷插式熔断器（RC型）螺旋式熔断器(RL型）RT型八、母线1.母线的作用2.母线的种类①铜母线②铝母线③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1.7～2倍。所以在长度和电阻相同的情况下，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3.母线的截面①圆形

②管形

③矩形

④槽形

4.母线的排列

①垂直布置

②水平布置

③出线的排列

5.三相母线的着色

圆形截面母线的曲率半径均匀，无电场集中表现，不易产生电晕，但散热面积小，曲率半径不够大，作为硬母线则抗弯性能差，故采用圆形截面的主要是钢芯铝绞线。用于110千伏及以上电压的户外配电装置。管形截面母线是空芯导体，集肤效应小，曲率半径大，不易电晕，材料导电利用率、散热、抗弯强度和刚度都较圆形截面好，常用于220kV及以上屋外配电装置作长跨距硬母线，也用于特种母线，如用于发电机引出线的水内冷母线、封闭母线等。矩形截面母线的优点是散热面积大，集肤效应小，安装和连接方便。但矩形截面母线周围的电场很不均匀，易产生电晕，故只用于35kV及以下硬母线。槽形截面母线的电流分布均匀，比矩形母线载流量大。当工作电流很大，每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般采用槽形母线。交流：U、V、W（A、B、C）相的排列由上向下；直流：正、负的排列由上向下。水平布置母线的排列。交流：U、V、W（A、B、C）相的排列由内向外(面对母线)；直流：正、负的排列由内向外。出线的排列。交流：U、V、W（A、B、C）相的排列为面对出线或面对配电屏正面从上到下、从左向右、由远到近为U(A)相、V（B）相、W（C）相及N线（中性线）。着色的目的：（1）为了便于识别相序、（2）防止腐蚀；（3）提高母线表面散热效果（可增加载流量12%~15%）。母线应按下列规定刷漆着色：

(1)三相交流母线：U（A）相刷黄色，V（B）相刷绿色，W（C）相刷红色，由三相交流母线引出的单相母线，应与引出相的颜色相同。

(2)直流母线：正极刷赭色，负极刷蓝色。

(3)交流中性线：不接地者刷白色，接地者刷紫色。

（一）避雷针和避雷线为了防止电气设备和架空输电线路遭受直接雷击，通常采用避雷针和避雷线。避雷针（线）装在被保护设备（输电线路）的上方并且与大地做良好连接，这样可以将雷电吸引到避雷针（线）本身，将雷电流引入大地，从而保护了设备（线路）免遭雷击。（二）避雷器避雷器的作用是用来限制作用于设备上的过电压，以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等几种。避雷器与被保护设备并联安装在被保护设备附近，当过电压超过一定值时，避雷器先放电，从而限制了被保护设备的过电压值。

氧化锌避雷器（一）电气主接线的分类

(1)有母线接线①单母线接线②分段的单母线接线③分段单母线带旁路母线的接线④双母线接线⑤双母线分段接线⑥双母线带旁路母线接线⑦一台半断路器接线(2)无母线接线①单元接线②多角形接线③桥式接线（二）变电站的电气主接线

发电厂和变电站的电气主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和输电线等电气设备，按一定要求和顺序连接成的电路，也称主电路。用电力系统元件的规定符号，并按实际接线顺序连接起来的线路图称为电气主接线图。通常采用单线表示对称的三相线路和电力设备，即为单线图。实例模拟板十一、变电站的倒闸操作（一）倒闸操作的概念

1.倒闸操作的概念：当电气设备由一种状态转换到另一种状态或改变电力系统的运行方式时，需要进行一系列的操作，这种操作叫做电气设备的倒闸操作。2.电气设备有如下几种状态

①运行状态②热备用状态③冷备用状态④检修状态是指设备的断路器及隔离开关都在合闸位置，将电源至受电端间的电路接通指设备的断路器在断开位置，而隔离开关在合闸位置，断路器一经合闸，电路即接通转为“运行状态”。指设备的断路器及隔离开关均在断开位置。其显著特点是该设备与其它带电部分之间有明显的断开点。指设备在冷备用状态下并设有安全措施，即检修设备两侧装设了保护接地线（或合上了接地隔离开关），并悬挂了工作标示牌，安装了临时遮拦。①防止误分、误合断路器；②防止带负荷分、合闸刀或带负荷推入、拉出金属封闭(铠装)式开关柜的手车隔离插头；③防止带电挂接地线或合接地闸刀；④防止带接地线或接地闸刀合闸；⑤防止误入带电间隔。（二）防止误操作的措施（1）防误操作组织措施（2）防误操作的技术措施电气操作的“五防”闭锁（3）执行操作票制度的必备条件（六要）（4）实施操作票的基本要求（八步骤）

防误操作的组织措施包括操作命令的下达、命令复诵、使用操作票、模拟预演、实施操作监护及操作票的管理制度等。防误操作的技术措施包括要求操作人必须正确佩戴使用个人保护用品和操作工具，电气设备必须安装强制性的防止误操作的装置。①要有考试合格并经上级领导批准公布的操作人员名单。②现场设备要有明显标志，包括命名、编号、铭牌、转动方向、切换位置的指示，以及区别电气相别的色标。③要有与现场设备和运行方式符合的一次系统模拟图（或计算机模拟系统图）。④有现场运行规程，典型操作票和统一的确切的调度操作术语。⑤要有确切的调度指令和合格的操作票（或经单位主管批准的操作卡）。⑥要有合格的操作工具，安全用具和设施（包括对号放置接地线的专用装置）。①操作人按调度预先下达的操作任务（操作步骤）正确填写操作票。②经审票并预演正确或技术措施审票正确。③操作前明确操作目的，做好危险点分析和预控。④调度正式发布操作指令及发令时间。⑤操作人员检查核对设备命名、编号和状态。⑥按操作票逐项唱票、复诵、监护操作确认设备状态变位并勾票。⑦向调度汇报操作结束时间。⑧做好记录，并使系统模拟图与现场设备状态一致，然后签销操作票。十二、变电站继电保护及二次系统的基本概念1.继电保护的基本任务2.继电保护的基本要求3.主保护、后备保护和辅助保护4.继电保护的基本原理和继电保护装置的构成

(1)继电保护的基本原理

(2)继电保护装置的构成5.微机保护简介①当电力系统发生故障时，它能自动、快速、迅速地将故障元件从电力系统中切除，以保证电力系统中无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭到破坏；②当电力系统出现不正常运行状态时，它能及时地发出信号，以通知运行值班人