高压变电站简介(全部一次设备和二次线路)_电力/水利_工程科技_专业资料。涵盖变压器、互感器、断路器、隔离开关以及整体线路规划和二次部分的基础知识,是电网入门的实在资料
山东泰开隔离公司技术培训教程 隔离公司技术部 一、电力系统的组成 1、发电企业 火力发电：常规发电，占总的发电量 80％，主要是燃煤机组，部分有 烧天然 气和燃油机组。将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成 电能的工厂。 主要由燃烧、汽水、电气系统三部分组成；可分为凝气 式火电厂和热电厂两类，通常运行寿命25年。 水力发电：占总的比例13.8％- 15.5％ 。利用水 能发电，可分为 堤 坝式、径流式 （如葛洲坝）、 抽水畜能三类； 水轮机组工作灵 活， 能迅速适应 负荷急剧变化， 一般从机组启动、 并网到带负荷只 需 几分钟即可完 成；通常运行寿 命50年。 核能发电：占总的比例3.5％- 4.5％，采用原子核裂变时释放出来的 能量发电。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器 来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。 风力发电：占总的比例0.8％- 0.9％ ，优点：清洁，环境效益好； 可再生，永不枯竭； 基建周期短、投资少； 装机规模灵活； 技术 相对成熟。 缺点：噪声，视觉污染； 占用大片土地； 不稳定，不 可控；目前成本仍然很高。 其他发电：占总的比例0.5％0.8％ 光伏发电 地热发电 潮汐发电 2、电网 电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电 力网，简称电网。它包含变电、输电、配电三个单元。电力网的任务 是输送与分配电能，改变电压。 电压等级划分： 1000 kV及以上的电压称为特高压； 330 kV~750 kV称为超高压； 3 kV~200 kV称为高压，也有将220 kV列为超高压的； 3 kV~35 kV也可称为中压； 0.4 kV及以下则称为低压。 电网划分： 地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在 20~50km以内； 区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为 110kV~220kV），供电半 径超过50km，联系较多发电厂的 网络； 超高压远距离输电网：电压等级为330kV~500kV的网络， 其主要任务 是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心， 同时还联系若干区域电 力网形成跨省、跨地区的大型电力 系统。 3、用户 一级用户（负荷）； 突然停电会给用户造成重大经济损失设备损坏或 人 员伤亡的用户。如；大型矿山、大型钢铁厂等等。对一 级用户必须 有两个独立的电源供电，且当任何一个电源 失去后，能保证对全部一 级用户不间断供电。 二级用户（负荷）； 突然停电会给用户造成重大经济损失。一般制造 企 业；大型商场等等。对于二级负荷一般要有两个独立的 电源供电， 且当任何一个电源失去后，能保证对全部或 大部分二级用户的供电。 三级用户（负荷） ； 其他小工业用户，民用用户等等。对于三级负荷 一 般只需一个电源供电。 二、变电站的种类 1.以变电站类型划分： （1)升压型变电站；把某种电压升高到另一种电压，进行输送。多用 在发电厂的升压变电站。 （2）降压型变电站；把某种电压降低适合于用户使用的电压进行配送。 一种电压变为另一种电压选用两个线圈的(绕组）双圈变压器。 一种电 压变为两种电压的选用三个线.根据变电站在系统中的地位和作用： （1）枢纽变电站：在系统处于枢纽地位，一般为500或330KV。 全所 停电，引起系统解列或瘫痪。 （2）中间变电站：一般设在高压和超高压主要环线线路或系统 主要干 线的接口处，起中间环节作用，电压为 220~330KV。全所停电，引起 区域网解列。 （3）地区变电站：主要给所属地区供电，电压一般为 110~220KV。 全所停电，引起所属地区停电。 （4）企业变电站：工矿企业专用变电站，电压一般为110KV， 中大企 业多为220KV。全所停电，引起该企业停电。 （5）终端变电站：在输电线路的终端，直接向用户供电，电压 多为 110KV。全所停电，引起用户停电。 （6）开关站：无变压器，只起汇集、分配电能的作用，电压为 10KV。 （7）其他行业用处的专业性的变电站，如：冶炼行业用 的整流型变电 站；地铁专用变电站、工矿变电站等等。 三、变电站的作用 其功能是变换电压等级、汇集配送电功能，以满足电力系统与用户 的需要。 电是一种特殊产品，既产供销瞬间完成。发电厂是产的功能， 变电站起到供销的功能。发电厂的升压变电站 把发电机出口电压升到所 需要的电压，经必要的输电线 路把电能输送到较远的地方的降压变电站 把电压降到用户所使用的电压等级以满足用户的需要。 变电站是把一些电气设备组装起来，用以切断或接通必要的设备形成系 统的完整性，改变或调整电压，满足系统的需要。在电力系统中变电站 是输电和配电的集结点。 变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制 电力的流向和调 整电压的电力设施，他通过其变压器将各级电压的电网联系起来。 四、变电站电气设备 为了满足电能的生产、输送和分配的需要， 发电厂和变电站中安装有 各种电气设备，用于 实现起动、转换、监视、测量、调整、保护、 切换和停止等操作。 按电压等级可分为高压电器和低压电器； 按所 起的作用不同，电气设备可分为一次 设备和二次设备两大类。 1、变电站一次主设备 变电站中凡直接用来接受与分配电能以及与 改变电能电压 相关的所有设备，均称为一次设备 或主设备。由于大都承 受高电压，故也多属高压电器或设备。它们包括主变压器、 断路器、隔离刀闸、母线、互感器、电抗器、补偿电容器、 避 雷器以及进出变电所的输配电线路等。由一次设 备连接 成的系统称电气一次系统或电气主接线）电力变压器 变压器是一种静止的电气设备，属于一种旋转速度为零的电机。电力 变压器在工作时，可将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二 次侧。同时根据输配电的需要将电压升高或降低。 变压器的分类 按用途分： 升压变压器：使电力从低压升为高压，然后经输电线路向远方输 送； 降压变压器：使电力从高压降为低压，再由配电线路对近处或较近处线 路供电 按相数分：单相变压器；三相变压器 按绕组分： 单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器） 双绕组变压器 三绕组 变压器 按绕组材料分有：铜线变压器；铝线变压器。 按调压方式分有：无载调压变压器；有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分有： 油浸式变压器：冷却方式一般为自然冷却，风 冷却，强迫风冷却等； 干式变压器：绕组置于气体中（空气或六氟化硫气 体），或是浇注环氧树脂绝缘。 按铁芯结构分类：心式变压器和壳式变压器。 某220kV变电站SFSZ9-220/120000主变压器 ，主变压器在输变电网 络中承担变换电压等级的作用，利用电磁感应的原理来改变交流电压， 升压变压器将低电压变换成能远距离输送的高电压，降压变压器 将高 电压变换成各级用户所需的低电压。 （2）母线 ，母线将各个电气间隔共同连接，其作 用是汇集、分配和传送电能，使停送电操 作灵活，并可方便母线上所 连接的各个电气设备检修与投运。 （3）高压断路器 高压断路器是电力 系统中 最重要最复 杂的电气设备之一。 它具有完善的灭弧 装置和 高速传动机 构，能接通和断开 各种情况下高压电 路中的电流，用以 完成主接 线运行方 式的改变和尽快切 除故障电路。 高压断路器 型号 HPL-245E1，高压断路器用来开断电力系统正常时 的负荷电流和空载电流，还可以 与继电保护与自动装置配合，快速 切断短路电流。 原理：油断路器 利 用变压器油在 电弧 高温作用下 分解出 大量的氢 气进行灭 弧。 油断路器缺点： 1.易爆炸； 2.油泄 露； 3.维修周期短； 4.污染环境。 在多油断路器中，油不仅 作为绝缘介质，而 且还可 以作为灭弧介质。因此用 油量多，钢 材消耗也多；少油断路 器中，油只作为灭弧 介 质，因此用油量少、体 积小、耗用钢材少 油断路器 空气断路器 空气断路器以压缩空气 作为 灭弧介质。 优点： 具有灭弧能力强、动 作迅速等优点。 缺点： 结构复杂、工艺要求 高、有色金属消耗多。 用途：空气断路器用在 110KV及以上的电力系 统中。 SF6断路器 SF6断路器采用具有优良的灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为 灭弧 介质。 优点：具有开断能力强、动作快、体积小等优点。 缺点：金属 消耗多，价格较贵。SF6气体泄露与空气作用生成有 毒的低氟化硫， 危害人体健康。 用途： 110kV以上的高压系统。 SF6断路器类型 “Y”布置 “T”布置 “I”布置 SF6断路器类型 落 地 罐 式 真空断路器 真空断路器是在高度真空中灭弧。 优点：是可以频繁操作，维护工 作量小，体积小等。 真空断路器用于灭弧的动、静触头封在真空泡 内，利用真空作为绝缘 介质和灭弧介质，因而带来了其它类型断路 器无法比拟的优点。 用途：电压等级较低（3～35KV）要求频繁操 作、户内装设的场合。 （4）隔离开关 隔离开关是一种没 有专门灭弧装置的 开关设备，在分闸 状态有明显可见的 断口，在合闸状态 能可靠地通过正常 工作电流和短路故 障电流，但不能用 其开断正常的工作 电流和短路故障电 流。 隔离开关的主要作用： 1．隔离电源：隔离开关断开点明显可见，隔离开关 的动触头和静触 头断开后，两者之间的距离应大于 被击穿时所需的距离，以保证安全。 2．倒闸操作：运行、备用、检修时用来配合断路器 协同完成倒闸操 作。如倒母线．分、合小电流：隔离开关没有灭弧装置，因此仅 能用来分、合只 有电压没有负荷电流的电路。 否则在隔离开关的触头间形成强大电弧， 危及设备 和人身安全，造成重大事故。 一般只能在断路器已将电路断开的情况下，才能接 通断开。但隔离开 关也具有一定的分、合小电流的 能力。 如：能用来分、合电压互感器、 避雷器或分、合变 压器的接地中性点；分、合励磁电流不超过2A的空 载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路等。 隔离开关的分类： （1）按装设地点可分为户内式和户外式。 （2）按极数可分为单极和三极。 （3）按绝缘支柱数目可分为单柱式、双柱式、三柱式。 （4）按隔离开关的动作方式可分为闸刀式、旋转式、插入式。 （5）按有无地刀可分为有接地隔离开关和无接地隔离开关。 （6）按所配操动机构可分为手动式、电动式、气动式、液压式。 户 外 式 户 内 式 三 极 隔 离 单 极 式 式 开 关 的 分 类 单柱式 双柱式 三柱式 （5）互感器 互感器是一种特殊的变压器。 互感器分电压互感器和电流互感器两大类，它们是供电系统 中测量 和保护用的重要设备。 电压互感器是将系统的高 电压改变为标准的低电压 (l00V或 100/√3) 电流互感器是将高压系统 中 的电流或低压系统中的 大电 流改变为低压的标准 小电流 (5A或lA)。 互感器在电力系统中的接线原理图 电 流 互 感 器 220kV电流互感器 型号 LB6-220 ，电流互感器起到变流和电气隔离 作用。便于二次仪表测量需要转换为比 较统一的电流。它是电力系 统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电 气一次回路电流信息的 传感器，将高电流按比例转换成低电流。 电流互感器工作原理 ☆电流互感器是按电磁感应原理工作的，其结果与普通变压器相似。 它的一次绕组匝数很少，串联在电路里，其电流的大小取决于线路 的负载电流，由于接在二次侧的电流线圈的阻抗很小，所以电流互 感器正常运行时，相当于一台短路运行的变压器。 ☆利用一、二次绕组不同的匝数 比 就可以将系统的大电流变为小 电流来测量。 电 压 互 感 器 220kV母线电压互感器 型号JDCF-220W2 ，母线电压互感器把高电 压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次 电压，供保护、计 量、仪表装置使用。同时电压互感器可以将高电压与 电气工作人员 隔离，并使二次设备简单化。 电压互感器工作原理 ☆互感器的高压绕组与被测电路并联，低压绕组与测量仪表电压线 圈并联。 ☆电压互感器是利用电磁感应原理工作的，类似于一台降压变压器。 ☆由于电压线圈内阻抗很大，电 压互感器运行时，相当于一台空载 变压器。 ☆二次侧不能短路，否则绕组被 烧毁。 （6） 避 雷 器 220kV氧化锌避雷器 型号 Y10W-200/520 ，氧化锌避雷器利用氧化锌 良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时 流过避雷器的电流极小 （微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧 下降，泄放过电压的 能量，达到保护的效果。 （7）电抗器 电抗器在电网中可以 限制短路电流和高次 谐波，维持母线有较 高残压，图中所示的 是母线并联电抗器， 作用主要是限制主变 低压侧母线短路电流 对主变绕组的冲击 750kV系列，特高压 油浸式并联电抗器 并联电抗器并联接在高压母线或 高压 输电线路上。它是一个带间隙铁 芯(或 空芯)的线性电感线圈，它的铁 芯和线 圈浸泡在盛有变压器泊的油箱 中。因 此，它是采用油冷却的、外形似变压 器的油浸电抗器。 串联电抗器串联接在高压电路 中。它是 一个不带铁芯(空心)的线 性电感线圈， 串联电抗器的线圈绕 在干燥的、表面涂 有漆的水泥支柱 上，水泥支柱用支柱绝 缘子与地绝 缘，摆放在室内。因此，它 是一个 用空气冷却的干式电抗器。 （8）电容器 10kV电容器成套装置 电容器型号 BAMH2 12/√3-6000-1*3W 串联电抗 器型号 CKDGKL-10-120/415.7-6W 电容器组用于补偿电力系统感性负 荷的无功功率，以提高功率因数，改 善电压质量，降低线路损耗。成 套装置中的电抗器可限制合闸涌流和高 次谐波。 220kV结合滤波器 型 号 JL-400-5-B8Z 高频 成套设备的组成之一。 与耦合电容器配合使高 压强电与高频设 备进 一步隔离，并抑制其它 频率信号的干扰，又能 使高频通路的输 入阻 抗与高频电缆的输入阻 抗相匹配，以利于高频 信号的传输。 220kV耦合电容器 型号 WCC220-5H 高频成套设备 的组成之一。利用电容元件 Zc=1/2πf c的通高频、阻工 频特 性，使强电和弱电通过 电容器耦合并隔离，提供高 频信号通路，阻止工频 电流 进入弱电系统，保证人身安 全。带有电压抽取装置的耦 合电容器还可 抽取工频电压 供保护及重合闸使用。 （9）高频阻波器 220kV高频阻波器 型号 XZK-1000-1.0/31.5-B5 高频成套设备的组成 之一。线路阻波器是串联在电力输电线上的重要设 备，它为利用电 力线传送高频保护和载波系统的分流信号构成通道；阻 止高频信号 向分支线传送，并抑制变电站对载波系统的分流影响，同时 正常地 转送工频电流。 2、变电站二次设备 定义和分类： 对一次设备进行监察、测量、控制和保护的 辅 助设备称为二次设备。 它主要包括测量、计量仪表，继 电保护和自动装 置，远动装置，通信装置，操作电源系统。 二次回路 二次设备按一定的顺序连成的电路称为二次电 路 或二次回路。它包括交流电压回路、交流电流回 路、控制 和信号回路、继电保护及自动装置回路、 操作电源系统。 （1）电压互感器的二次回路： ◇电压互感器的接线方式 电压互感器的接线方式应满足测量仪表、远 动装置、 电压互感器的接线方式 继电保护和自动装置的要求。 ◇应装设短路保护 应装设短路保护：熔断器（35kv及以下）或快速自 应装设短路保护 动开关 （110kv及以上，熔断器动作较慢，防止距离 误动） ◇安全接地（保护接地）：应有一个可靠的接地点，B 相接地（35kv及 以下），N相接地（110kv及以上）。 ◇应有防止二次回路向一次回路反馈电压的措施 ◇对于双母线，应有可靠的二次切换回路。 （2）电流互感器二次回路： ◇电流互感器的接线方式应满足测量仪表、远动装置、 继电保护和自动 装置的要求。 ◇应有防止开路的措施 ◇安全接地（保护接地）：应有一个可靠的接地点， 但不允许有多个接 地点。 ◇保证电流互感器的准确度，二次负载不应大于允许 值。 ◇保证极性连接正确 （3）操作电源： 为控制信号测量及继电保护装置提供可靠的工作 电源。 ◇蓄电池直流电源 UPS+ ◇电源变换式直流电源：UPS+整流 ◇复式整流直流电源：有所用变和电流互感器+铁磁 谐振稳压器经整流 供电 ◇硅整流电容储能直流电源：硅整流设备和电容器， 用于小容量、终端 变电站 ◇交流操作电源：用于终端变电站 （4）隔离开关的控制与闭锁回路（五防）： ◇防止带负荷拉合刀闸 ◇防止误入带电间隔 ◇防止误分、合断路器 ◇防止带电挂接地线（检修时可挂接地线） ◇防止带地线）中央信号系统： 事故信号 断路器事故跳闸，音响信号引起注意，灯光信号 便于判断发生故障的设 备及故障的性质。事故音响 信号采用蜂鸣器（电笛，电喇叭） 预告信号 包括：过负荷、变压器轻瓦斯保护动作、变压 器油温过高、电压互感器 二次回路断线、交直流回 路绝缘损坏、控制回路断线及操作机构异常等。 预 告音响信号采用电铃。 （6）二次接线图： 定义及分类： 二次接线图是用二次设备特定的图形和文字符号表 示二 次设备互相连接的电气接线图。包括二次电路图 和安装接线图。 二次电路图： 用于详细描述二次电路、设备的基本组成部分、作 用原 理和连接关系，并作为编制安装接线图的依据。他 包括原理接线图和展 开接线图。 安装接线图: 用于二次回路的安装接线、电气主接线 定义： 根据电能输送、分配的要求，表示一次设备相互之 间的连 接关系，以及本变电站与电力系统的电气连接关 系的电路 称为一次电路，也称电气主接线。 二次设备连成的电路称为二次电路，也称为二次接 线。 电气主接线一般绘制成单线图，即仅绘出三相交流 电路中 一相的连接情况。 分类： （1）单母线接线 由于出线少，容量小，对供电可靠性要求不高的变电站。 （2）单母线分段接线 由于出线较少，电压较低，装设有两台变压器，重要负荷 由两回线KV≥6 220KV≥4时架设旁路母线）双母线接线 用于引出线和电源较多，负荷大，要求可靠性和灵活 性高的变电站或 发电厂。6~10kv短路容量大，有出线kv出线 超过八回或电源较多负 荷较大的装置；110~220kv出线回，或 在系统中 处于重要位置出线）双母线kv电力网连接的大型发电厂 以及选用气体绝缘金属封闭 电器330~500kv枢纽变电站。 4、GIS GIS的概念：六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘 开关设 备”（Gas lnsulated Switchgear)简称GIS. 它将一座变电站中除变压器 以外的一次设备，包括 断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电 流互感 器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化 设计有 机地组合成一个整体。 GIS的特点 ： 1 小型化：因采用绝缘性能卓越的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，所 以 能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。 2可靠性高：由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提高了可 靠 性。 3 安全性好：带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电危险。 SF6气体为不燃烧气体，所以无火灾危险。 4 杜绝对外部的不利影响：因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电 实现屏蔽，噪音小，抗无线 维护方便，检修周期长 GIS设备的组成 GIS的结构 根据安装地点可分为户内式和户外式两种 诚挚的感谢各位认真的聆听 谢谢大家！ 山东泰开隔离开关有限公司 2018/6/8
