变电站基础知识介绍 永济电机高级技工学校 许艳妮 电力系统基本概念 高压开关电器 母线绝缘子、电力电缆 电气主接线 配电装置 操作电源 变电站基础知识介绍 第一章 电力系统的基本概念 电力系统的组成 发电厂、变电所的类型 变电站的电气设备 发电 供电 用电 第一节 电力系统的组成 电力系统的生产特点： 对电力系统的要求： 安全 可靠 连续 电力系统的功能就是完成电能的生产、输送和分配。 110kV以上 110kV以下 多个电厂并网组成 动力系统＝电力系统＋动力装置＋热能系统 电力网＝变压器＋输配电线路＋电能用户 按供电范围的大小和电压等级的高低，电力网可分为地 方电力网、区域电力网和超高压输电网三种类型。一般情 况下，地方电力网的电压不超过35kV，区域电力网电压为 110～220kV，电压为330kV及以上的为超高压远距离输电 网。 1、电力系统的基本概念 由电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能 用户组成的电能与热能的整体就是动力系统。 动力系统是电能、热能的生产与消费联系起来的纽带。 电力系统通常由许多发电厂并列起来组成。 电力系统按供电范围的大小和电压等级的高低，电力网 可分为地方电力网、区域电力网和超高压输电网三种类 型。一般情况下，地方电力网电压不超过35kV，区域电力 网电压为110～220kV，电压为330kV及以上的为超高压远 距离输电网。 变电站分为升压变电站和降压变电站两类，但按其作用 和地位又可分为枢纽变电站、区域枢纽变电站和终端变电 站。 2、 电力系统的结构 第一类：100V以下额定电压，用于蓄电池和安全照明 用具等电气设备。 国家规定：电力网的额定电压分有500KV、220KV、 110KV、63KKaiyun体育官方网站 开云登录网站V、35KV、10kV。为保证电力设备端电压不 超过额定电压的±5%，通常允许发电机额定电压比电网额 定电压高5%，末端受电变电站端电压比电网额定电压低 5%。 3、 电力系统的额定电压 第二类：大于100V、小于1000V的额定电压，用于一般 工业和民用电气设备。 第三类：1000V以上的额定电压，用于高压电气设备。 （1）电力系统是一个有机的整体，其中任何一个主要设 备运行情况的改变，都将影响整个电力系统的正常运行。 4. 电力系统的特性 （2）发电厂发出的交流电不能直接储存，决定了电能的 生产、输送、分配和使用必须同时进行。因此要时刻保持 电力系统有功功率和无功功率的平衡。 （3）电力系统的运行状态是时时变化的动态，除了设备的计划停送电外，异常和事故对系统的冲击是随机的；正常情况下电力系统的负荷和机组出力的变化也是随机的。 第二节 发电厂、变电所的类型 一、发电厂类型 这类火电厂仅向用户供出电能，通常建在能源附近。 利用燃煤(或石油、天然气)燃烧使汽轮机转动。 生产过程：化学能热能机械能电能 热电厂不仅向用户供出电能，同时还向用户供蒸汽或热水，由于供热距离不宜太远，所以热电厂大多建在城市和用户附近。 利用水的流量和落差使水轮机转动。 生产过程：水能机械能电能 利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动 生产过程：原子能机械能电能 生产过程： 风能机械能电能 风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，來促使发电机发电。依据目前的风车技术，大約是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。 生产过程： 潮汐能机械能电能 潮汐发电是利用潮汐能。潮汐发电必须具备两个物理条件：①潮汐的幅度必须大，至少要有几米；②海岸地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。 潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理相近，即在河口或海湾筑一条大坝，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦海大坝里。 潮汐电站可以是单水库或双水库。 以地热、风力、潮汐、太阳能等为一次能源的发电厂（站）容量较小，分布在离这些一次能源较近的区域，发电量占总发电量的极小一部分。 世界上所有国家，主要发电形式仍为火力发电、水利发电和核能发电，其他除潮汐和风力发电外还有 二、变电所类型 发电厂通常建立在距离一次能源丰富或传输便利的地域，与电力用户有一定的距离。 为了经济、可靠、快速地把电能从发电厂输送至用户，必须经过变电所升高电压，因此，升压变电所一般安装在发电厂中，不另设变电所。 由于高压危险，距离用户较近时须把传送的高压降低，降压变电所的作用就是在传递电能的同时降低电压。所以，变电所是电力供应的中间转运站，用来提高或降低电压，向用电单位输送和分配电能。 从规模上分，变电所有枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所。 枢纽变电所的一次电压通常 为330kV和500kV，二次电压 为220kV或110kV。 地区重要变电所的一次电压通常为220kV和330kV，二次电压为110kV、35kV或10kV。 一般变电所的一次电压大多为110kV，二次电压为10kV或以下等级。 一般变电所均设在负荷中心，尽可能靠近用户，如果变电所远离用户，不仅电能损耗大，造成用户端电压不足，而且极易使电源频率不稳定而影响供电质量。 三、变电站的电气设备 一次系统:构成电能生产、输送、分配和使用的系统，称为一次系统。 二次系统: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一次设备，电气二次系统的设备，称为二次设备。 电气一次设备 ①生产和转换电能的设备 ②开关电器。用来接通或断开电路。 ③限流电器 ④载流导体 ⑤补偿设备 ⑥仪用互感器 ⑦防御过电压设备 ⑧绝缘子 ⑨接地装置 变电站的电气设备 电气二次设备 ①测量表计：电压表，电流表，电能表，录波器等 ②继电保护和自动装置：各种继电器、自动装置 ③操作电器：各类型的操作把手、按钮等，实现对电路的操作控制。 ④直流电源设备：蓄电池组、直流发电机等，共给控制、保护用的直流电源及厂用直流负荷。 电气设备的额定参数 一、电气设备的额定电压 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。 第一类额定电压是指100伏及以下的额定电压 第二类额定电压是指100～1000伏之间的额定电压 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。 第三类额定电压是指1000伏及其以上的电压等级。 一般我们习惯上称 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 220/380伏为低压 我国采用的周围介质额定温度如下： ①电力变压器和大部分电器(如断路器、隔离开关、互感器等)的额定周围空气温度取为40℃。 ②敷设在空气中的母线℃。 ③埋设地下的电力电缆的额定泥土温度为25℃。 二、电气设备的额定电流 电气设备的额定电流是指周围介质在额定环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。 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；发电机的原动机只能提供有功功率，所以一般以有功功率(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。 三、电气设备的额定容量 变电站一次电气设备 变压器 母线 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 电抗器 高压电容器 变电站其他设备 变压器瓷套管 硬母线kv母线 龙门架 母线 操作机构箱 灭弧室 支柱绝缘子 隔离开关静触头 隔离开关动触头 三相联动杆 支柱绝缘子 均压环 避雷器本体 集合式电容器 电抗器 B相 油浸式电抗器 绝缘子 耦合电容器 结合滤波器 第二章 高压开关电器 电弧的基本知识 高压断路器 高压隔离开关 高压负荷开关 第二章 高压开关电器 ① 仅用来在正常工作情况下，断开和闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关。 ② 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压熔断器。 ③ 既用来断开和闭合正常工作电流，也用来断开和闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器。 ④ 不要求断开或闭合电流，只用来对被检修的电气设备隔离电压的开关电器，如隔离开关等。 第一节 电弧的基本知识 电弧实际上也就是开关两个触头之间空气（或其它绝缘介质）局部被击穿，形成的一个气体导电通道。 一、什么是电弧 开关电器是用来接通或开断电路的电气设备，在开关电器触头接通和份开时，触头间可能出现电弧。 二、电弧的危害 1.开关电器开断电路时，触头虽已分开，但实际并未线.电弧温度极高, 很容易烧坏开关触头；触头附近的绝缘物也会遭受破坏；还会引起短路故障、开关电器爆炸、形成火灾等危害电力系统的安全运行。 3.电弧是一束能导电的气体，它的质量很轻，在电动力、热力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形，就很容易造成飞弧短路和伤人。 三、熄灭交流电弧的方法 1.迅速拉长电弧：提高断路器的分闸速度，采用多断口结构等。 2.吹弧：利用气体或绝缘油吹动电弧，使电弧拉长、冷却，这是高压断路器的主要熄弧手段。 3.采用真空：减少碰撞游离的可能性，迅速恢复介质绝缘强度。 4.弧隙并联电阻：主要用来提高断路器的熄弧能力。通常在220千伏及以上线. 提高弧隙介质压力：有利于加强正负离子复合。 第二节 高压断路器 （一）用途 高压断路器在电网中起两方面的作用：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）。 （二）高压断路器的基本结构 高压断路器的基本结构：主要包括电路通断元件、绝缘支撑元件、操动机构及基座等几部分 1-通断元件； 2-绝缘支撑元件； 3-操动机构； 4-基座 断路器基本结构示意图 （三）高压断路器的类型 1.六氟化硫断路器 1—接线—绝缘筒(内有气缸和触头)；3—下接线断路器灭弧室结构和工作示意图 1—静触头；2—绝缘喷嘴；3—动触头；4—气缸(连同动触头由操动机构传动)；5—压气活塞(固定)；6—电弧 LN2-10型高压SF6断路器 六氟化硫气体的绝缘性能和灭弧性能比其它灭弧介质明显的优越，六氟化硫断路器的体积小、开断容量大、开断性能优异、电寿命长、检修间隔时间长（一般10年不检修，有的还提出20年不检修）、无噪音公害、无火灾危险。 特点 2.线户内交流高压线kV户内真空断路器 常 用 的 真 空 灭 弧 室 真空灭弧室由动静触头、屏蔽罩、波纹管、玻壳(玻璃、陶瓷或树脂材料制成的外壳)等组成 真空断路器的特点是动作快、操作噪音小、无污染、电气及机械寿命长、体积小、重量轻、能防火、防爆、检修方便。适用于作发电厂、变电站等输配电系统的控制或保护开关，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。 特点 3.油断路器 油断路器分为多油断路器和少油断路器两种 SW6-110少油断路器 多油断路器中油作为灭弧介质，以及作为触头在分闸位置时其间的绝缘，同时油还作为断路器导电部分对地的绝缘。多油断路器耗油及钢材均多，但使用性能可靠，气候适应性较强。 少油断路器中利用少量的变压器油作为灭弧介质以及触头间的绝缘，油不做对地绝缘。少油断路器导电部分对地的绝缘主要靠电瓷、环氧玻璃布和环氧树脂件。少油断路器耗用钢材及油量均少，价格较为低廉，曾在电力系统中广泛使用，目前国内用量仍较大；电压等级一般为220千伏及以下。 特点 第三节 高压隔离开关 （一）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。 隔离开关的触头暴露在空气中，在分闸状态时有暴露在空气中的明显可见的断口，在合闸状态时能可靠地通过负荷电流和短路电流。 （二）高压隔离开关的主要用途 高压隔离开关是将需要检修的电气设备与带电部分相互隔离，保证检修工作的安全。在电路中隔离开关常与断路器串联使用，当电气设备需要停电检修时，先由具有专门灭弧装置的断路器开断电流，然后在无电流的情况下断开隔离开关，从而使需要检修的电气设备与其他带电部分之间有明显可见的断口。 此外，隔离开关也用来进行电路的切换操作以及开断通过微小电流的电路。这时电弧较弱，随着隔离开关触头开距的加大，电弧被拉长后自然冷却熄灭。 GN2—10系列隔离开关 1.动触头 2.拉杆绝缘子 3.拉杆 4.转动轴 5.转动杠杆 6.支持绝缘子 7静触头 第四节 高压负荷开关 负荷开关是一种灭弧能力介于隔离开关和断路器之间的简易开关电器。负荷开关与隔离开关的主要不同是负荷开关装有简单的灭弧装置，可以接通和断开电路中的负荷电流。但负荷开关的灭弧能力远不如断路器，不能切断短路电流。 第三章 母线、绝缘子、电力电缆 母线 绝缘子 电力电缆 一、母线：在发电厂和变电站的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各种电器装置连接的导体。 母线的作用：汇集、分配和传送电能 母线包括：一次设备部分的主母线和设备连接线、站用电部分的交流母线、直流开云网址 kaiyun官方入口系统的直流母线、二次部分的小母线等。 矩形母线 圆形母线 母线 二、电力电缆 电力电缆同架空线路一样, 也是输送和分配电能的一种电力线路。 电力电缆与架空线) 供电可靠。不受外界的影响, 不会像架空线那样, 因雷击、风害、挂冰、风筝和鸟害等造成断线、短路或接地等故障。机械碰撞的机会也较少。 2) 不占地面和空间。一般的电力电缆都是地下敷设, 不受路面建筑物的影响, 适合城市与工厂使用。 3) 地下敷设, 有利人身安全。 4) 不使用电杆, 节约木材、钢材、水泥。同时使城市市容整齐美观, 交通方便。 5) 运行维护简单, 节省线路维护费用。 由于电力电缆有以上优点, 因此得到越来越多的地方使用。不过电力电缆的价格贵, 线路分支难, 故障点较难发现, 不便及时处理事故, 电缆接头工艺较复杂 三、绝缘子 一、绝缘子的作用和分类 作用：支持和固定裸载流导体，并使裸载流导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。 分类： 1.按额定电压分 高压绝缘子（用于1000V以上的装置中） 低压绝缘子（用于1000V及以下的装置中） 2.按安装地点分 户内式：绝缘子安装在户内，绝缘子表面无伞裙。 户外式：绝缘子安装在户外，绝缘子表面有较多和较大的伞裙，以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，使其能在恶劣的气候环境中可靠的工作。 3. 按结构形式分 支柱式、套管式及盘形悬式 第四章 电气主接线 一、电气主接线概述 电气主系统与电气主接线图 电气主接线中的电气设备和主接线方式 二、电气主接线的基本要求 三、对变电所电气主接线的具体要求 电气主系统与电气主接线. 电气主系统 电气主接线是由多种电气设备通过连接线，按其功能 要求组成的接受和分配电能的电路，也称电气一次接线. 电气主接线图 用规定的设备文字和图形符号将各电气设备，按连接 顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的接线图， 称为电气主接线图。 电气主接线图一般画成单线图 。 一、电气主接线概述 电气主接线中的电气设备和主接线. 电气主接线中的电气设备 电气主接线中的主要电气设备包括：电力变压器、断 路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母 线、接地装置以及各种无功补偿装置等。 2. 主接线方式 有汇流母线：单母线)单母线接线:简单单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁 路母线接线；单母线分段带旁路母线)双母线接线:简单双母线接线、双母线ae;
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