一次设备资料[共86页]

1、箱 变 一 次 设 备 知 识箱变一次设备知识编制：韩学志审核82目录一、电力系统概述11、基本概念11、1系统概念11、2 相量与向量11、3标准R10系列数字12、系统特点及运行方式22、1三相制22、2中性点接地方式43、电力系统绝缘配合83、1标准电压等级83、2各种条件下的绝缘配合8二、电力变压器121、变压器结构122、特征参数143、变压器型号154、变压器运行15三、短路电流计算及其效应161、系统计算方法161、1对称系统计算161、2不对称系统计算及对称分量法172、短路电流计算232、1短路与短路电流有关概念232、2三相短路232、3单相接地短路292、4两相短路303

2、、短路电流的效应和稳定度校验313、1短路电流的电动效应和动稳定度校验313、2短路电流的热效应和热稳定度校验33四、过电压保护与电气安全341、过电压保护341、1雷击过电压351、2内部过电压352、电气安全362、1接地362、2防护等级372、3防误闭锁38五、高压一次设备选型及校验39开关基础知识39高压一次设备选型及校验401、高压母线421、1母排选型421、2母排校验431、2母排使用注意事项442、高压套管及绝缘子442、1高压套管442、2高压绝缘子443、高压隔离开关及接地开关453、1高压隔离开关概述453、2相应参数及要求463、3高压隔离开关的配置选择和校验463、

3、4常用高压隔离开关类型473、5高压接地开关494、高压断路器504、1高压断路器概述504、2相应参数及要求504、3高压断路器的选择和校验524、4常用高压断路器类型535、高压熔断器545、1高压熔断器概述545、2相应参数及要求545、3高压熔断器的选择和使用555、4常用高压熔断器类型586、高压负荷开关596、1高压负荷开关概述596、2相应参数及要求596、3高压负荷开关的选择和使用607、高压电压互感器607、1电压互感器概述607、2电压互感器接线方式627、3相应参数及要求647、4电压互感器的选择和校验667、5电压互感器使用注意事项668、高压电流互感器678、1电流互

4、感器概述678、2电流互感器接线方式688、3相应参数及要求698、4电流互感器的选择和校验728、5电流互感器使用注意事项738、6电流互感器与电压互感器的差异748、7零序电流互感器749、一次消谐器7610、高压并联电容器7611、避雷器及过电压保护器7811、1避雷器7811、2过电压保护器7912、高压开关柜80六、典型方案分析81七、相关标准83八、参考资料84一、电力系统概述1、基本概念1、1系统概念电力系统：由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。包括发电机、变压器、断路器、母线、架空线、电缆、配电装置、受电装置等设施

5、，以及为保证这些设施正常运行所需的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。电力网（电网）：将电力系统中各电压等级的电力线路和各种类型的变电所连接起来构成的网络，以及为保证这些设施正常运行所需的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。通常以电压等级来区分电网或系统，如10kV电网或10kV系统。电阻：一种基本电路元件，主要把吸收的电能转化成热能，流过电阻元件的电流与其两端的电压相位相同。电容：一种电能储能元件，在交流电路中不断进行充放电，电容电流相位超前于其两端电压相位90o。电感：一种储能元件，通过电磁感应不断进行电能和磁能的相互转化

6、，电感电流相位滞后于其两端电压相位90o。阻抗：电路中的元件按特性分为电阻、电容和电感，电阻、电容和电感对电流所起的作用称为电阻、容抗和感抗，分别为R、1/C和L，R、L、C串联回路中阻抗，以相量表示为复阻抗，为阻抗角，是电压超前于电流的相位差。1、2 相量与向量相量法是正弦量的一种表示方法，相量是一个能够表示正弦量的复数常量。例如相量就表示幅值为，初相为的正弦量，由于相量可以用复平面上的有向线段来表示，用其在相量图上表示正弦量可以清晰地看出各正弦量的大小和相位关系。向量是指既有大小又有方向的量，又称矢量，表示空间中具体的数学或物理量。1、3标准R10系列数字，R10系列数字是按1.26倍数递

7、增的；GB/T762-1996标准电流R10系列包括数字1，1.25，1.6，2，2.5，3.15，4，5，6.3，8及其与10n的乘积 。2、系统特点及运行方式2、1三相制电力系统在发电、输电和配电方面以及大功率的用电设备大多采用三相制。所谓三相制，就是由三相电源供电的体系。该三相电源具有三个电压源、，对应A、B、C三相。对称三相电压的相量图如图所示，图1 对称三相电压的相量图三相电压、的相位从越前到滞后的次序称为相序。正序：A-B-C（或B-C-A，或C-A-B）；负序：A-C-B（或C-B-A，或B-A-C）；零序：、之间的相位差为360o，即同相位。三相电源和三相负载都有两种基本的联接

8、方式，即星形接法和三角形接法。（1）星形接法图2所示三相电源和负载均为星形（Y形），公共点N称为中性点，从中性点引出的导线称为中线。这种方式称为三相四线制。图2 三相四线制如果端线电流是对称三相电流，则中线的电流为零。在这种情况下，中线不起载送电流的作用。若把中线省去，三相四线制就变成了三相三线制。在对称三相星形电路中，线电压有效值为相电压有效值的倍，在相位上超前相应相电压30o，线电流等于相电流，即，。（2）三角形接法图3所示三相电源和负载的各相依次首尾相接，由三个顶点处引出线电压和线电流，称为三角形接线，三角形接线无中性点。在对称三相三角形电路中，线电压等于相电压，线电流有效值为相电流有效

9、值的倍，在相位上滞后相应相电流30o，即，。在三相电路中，电源接成星形或三角形与负载接成星形或三角形是无关的，要根据各自的技术要求确定。三相四线制电网中电源必须接成星形，这样才能引出中线，满足单相负载和三相负载的需要。三相负载是接成星形或三角形，要根据其额定电压和电源线电压的量值确定。若接成三角形，其每相所承受的电压为电源的线电压；若接成星形则每相承受的电压为线电压的1/。图3所示电路属于一种三相三线制电路，图4所示是其他三相三线制电路。图3电源和负载都接成三角形图4 各种三相三线制系统在对称三相正弦交流电路中，不论接成星形或三角形，平均功率（有功功率）总是等于线电压、线电流和功率因数三者乘积

10、的倍，即；无功功率为，为相电压超前于相电流的相位差；视在功率为。在对称三相交流电路中，称为功率因数，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即。功率因数的大小与电路的负荷性质有关， 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。2、2中性点接地方式电力系统的中性点是指三相电力系统中绕组或线圈采用星形连接的电力设备（发

11、电机、变压器等）各相的连接公共点（电压平衡点），其对地电位在电力系统正常运行时为零或接近于零。在三相交流电力系统中，系统中性点是针对发动机和变压器而言，对输变电及配电系统来说，中性点接地方式就是变压器中性点的接地方式，它是依据变压器的绝缘水平及电力系统运行的需要来决定的。中性点接地方式有两大类:一类是中性点有效接地系统；另一类是中性点非有效接地系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。（1）中性点有效接地系统中性点直接接地或经低阻抗接地，发生单相接地故障时，接地短路电流很大，亦称为大接地电流系统。我国110kV及以上系统均为大接地电流系统。中性点直

12、接接地或经低阻抗接地系统，在发生单相接地故障时，如图5所示，出现了除中性点外的另一个接地点，构成了短路回路，用符号k（1）表示，单相短路电流I（1）k比线路的正常负荷电流大很多，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，因而使用户的供电中断。运行经验表明，电网中大多数的单相接地故障，尤其是架空送电线路的单相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而输电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。中性点直接接地的主要优点是它在发生

13、一相接地故障时,中性点不发生位移，非故障相地对电压不会增高, 因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。在电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占相当大的比重，降低绝缘水平带来的经济效益非常显著，电网的电压愈高，经济效益愈大，一般采用中性点有效接地的运行方式，而以重合闸等措施提高供电可靠性。由于接地电流较大，实现有选择性的接地保护比较容易，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。图5 中性点直接接地的电力系统发生单相接地时（2）中性点非有效接地系统中性点不接地或经消弧线圈或高阻抗接地，发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，亦称为

14、小接地电流系统。图6 正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图如图6所示为一中性点不接地系统，系统正常运行时，三个相的相电压、是对称的，三个相的对地电容电流也是平衡的，因此三个相的电容电流的相量和为零，没有电流在地中流动。各相对地的电压，就等于各相的相电压。当中性点不接地系统中发生单相接地时，例如C相接地，如图7所示，这时中性点发生位移，C相对地电压为零，而A相和B相对地电压、变成、，如图7（b）所示，即C相接地时，完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压（原对地电压的倍）。图7 单相接地时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图C相接地时，系统的接地

15、电流（电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和（基尔霍夫电流定律），即，且超前90o；而在量值上，即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。中性点不接地系统的单相接地电容电流通常采用下面的经验公式来计算：式中，为系统的单相接地电容电流（单位为A）；为系统的额定电压（单位为kV）；为同一电压的具有电的联系的架空线路总长度（单位为km）；为同一电压的具有电的联系的电缆线路总长度（单位为km）。当系统发生不完全接地（即经过一定的接触电阻接地）时，故障相的对地电压值将大于零而小于相电压，而其他完好相的对地电压值将大于相电压而小于线电压，接地电容电流也较上式计算值略小。当中性点不接地系统中

16、发生单相接地时，系统中接在相间电压（线电压）上的负载的供电并未遭到破坏，可以继续运行，但是这种电网长期在单相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高至倍，绝缘薄弱点很可能被击穿，引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。 所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现单相接地故障，从而切除电网中的故障部分。在中性点不接地系统中，当接地点的电容电流较大时，在接地点引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧，形成弧光接地。 由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的谐振过电压，其数值可达2.5-

17、3倍的相电压。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。在电压为3-10k V的电力网中，单相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在20-66kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。因此，在这些电网中，规定单相接地时的电容电流不得大于10A。当单相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统，如图8所示。图8 中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时（a）电路图 （b）相量图

18、消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的三相不对称电压数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和，如图8（b）所示。由于滞后90o，所以与在接地点互相补偿。当与的量值差小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，从而避免谐振过电压的发生。中性点经消弧线圈接

19、地系统单相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至倍，三相线电压仍然保持对称且大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱电线路的干扰。中性点非有效接地系统中发生单相接地故障时，不构成短路回路，接地相电流不大，不必立即切除接地相，所以这种系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也高，各相对地绝缘必须按线电压设计。由于单相接地电流往往比正常负荷电流小很多，要实现有选择性的接地保护就比较困难，灵敏度不高。综上所述，目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是：

20、(1) 对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。(2) 对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。(3)20-60kV的系统，是一种中间情况，一般单相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。(4)1kV以下的电网的中性点采用直接接地、不接地或经约1000阻抗接地方式运行。但电压为3

21、80/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得相电压，地线是为了安全。3、电力系统绝缘配合3、1标准电压等级按照GB156-1993标准电压和GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求的规定，我国三相交流电网标称电压和电气设备额定电压及电气设备的最高电压，如表1-1所示，系统标称电压：系统被指定的电压。系统最高电压：当系统正常运行时，在任何时间、系统中任何一点上所出现的电压最高值，不包括系统的暂态和异常电压。高压开关设备和控制设备额定电压：所在系统的最高电压上限。设备最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其他性能所确定的最高运行电压，其数值等于所在系统

22、的系统最高电压值。表1-1 三相交流电网和电气设备额定电压及电气设备的最高电压分类系统标称电压/kV电气设备的最高电压Um/kV高压开关设备和控制设备额定电压低压0.380.66高压3610203566110-3.67.2122440.572.5126-3.67.2122440.572.5126-3、2各种条件下的绝缘配合GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合：按照电力系统中出现的各种电压（工作电压和过电压）和保护装置的特性来确定电气设备的绝缘水平，称为绝缘配合。额定绝缘水平：在规定条件下，用来度量电器及其部件的不同电位部分的绝缘强度，电气间隙和爬电距离的标准电压值，包括额定雷电冲击

23、耐受电压、额定短时工频耐受电压和额定操作冲击耐受电压。最高电压Um252kV的电气设备的额定绝缘水平用额定雷电冲击耐受电压和额定短时工频耐受电压来表征。绝缘介质：空气、各种绝缘材料、SF6、真空。作用电压：（1）持续工频电压（其值不超过设备最高电压Um,持续时间等于设备设计的运行寿命）；（2）暂时过电压（包括工频电压升高、谐振过电压）；（3）缓波前（操作）过电压；（4）快波前（雷电）过电压；（5）陡波前过电压（GIS中隔离开关操作引起）；（6）联合过电压（冲击电压和工频电压联合作用于相间绝缘和纵绝缘）。其中陡波前过电压试验标准尚在考虑中。绝缘配合的基本原则：考虑所采用的过电压保护措施后，决定设

24、备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。在所有情况下，进行绝缘配合时应考虑：设备安装点的预期过电压值、系统与设备的电气特性、类似的系统的运行经验以及所有装置的限压效果。（1）绝缘类型绝缘类型分为：（1）相对地绝缘；（2）相间绝缘；（3）纵绝缘（对开关设备来说是指开关断口的绝缘；对变压器和互感器来说是指绕组的匝间、层间、段间绝缘）；外绝缘：指开关设备暴露在大气中部分的空间距离或设备固体绝缘的表面与大气接触部分，它承受电压作用，并受到诸如污秽、潮气、鸟兽虫害的影响。内绝缘：指开关设备在其防护装置外壳内的绝缘部分，它可以是

25、固体、液体或气体，以保护开关设备不受外在大气条件的影响。自恢复绝缘：破坏性放电后，能完全恢复其绝缘性能的绝缘。非自恢复绝缘：破坏性放电后，丧失其绝缘性能或不能完全恢复其绝缘性能的绝缘。标准参考大气条件：温度：20；压力：101.325kPa；绝对湿度：11g/m3。正常使用条件：（1）周围环境最高空气温度不超过40oC；（2）安装地点的海拔高度不超过1000m。对正常运行条件，绝缘应能长期耐受设备最高电压。确定绝缘水平时首先应考虑雷电冲击电压的作用，下表是GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求规定了3-35kV中性点非直接接地系统中电气设备耐压值。表1-2 高压开

26、关设备和控制设备的额度绝缘水平（耐压试验值kV）系统标称电压额定电压（有效值）额定雷电冲击耐受电压（峰值）额定短时工频耐受电压（1分钟工频耐受电压，有效值）通用值隔离断口通用值隔离断口 3 3.640461820 6 7.260702328 10 1275854248 20 241251455060 3540.518521595110备注为设备外绝缘在干燥状态下之耐受电压；通用值适用于相对地、相间和开关断口；隔离断口符合对隔离开关所规定的安全要求的断开触头间的电气间隙表中所列的短时工频耐受电压一般均能满足在正常运行电压和暂时过电压下的要求。设备的相对地绝缘的额定耐受电压是确定设备的相间绝缘和纵

27、绝缘额定耐受电压的基础。对受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc计算选定，一般取Kc1.4。相间绝缘的额定雷电冲击耐受电压均取相应的相对地绝缘的耐受电压值。设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压一般等于相对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相对地绝缘的耐受电压值。操作过电压下，根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性，并取一定的配合因数Kc（一般取Kc1.15）计算、选取相对地绝缘的额定短时工频耐受电压。相间绝缘的额定短时工频耐受电压与相对地绝缘的耐受电压值相等。设备纵绝缘的额定短时工频耐受电压一般等于相应的相

28、对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相对地绝缘的耐受电压值。对周围环境空气温度高于40oC处的设备，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应取标准规定的额定耐受电压值乘以温度校正因数，式中，为环境空气温度，。在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即电气间隙，亦称空气间隙。在这一距离下，无论是在正常最高工作电压还是在出现内、外过电压时，都不致使空气间隙击穿。GB50060-923-110kV高压配电装置设计规范规定了户内高压配电装置的安全净距，如表1-3所示。工程上采用的安全净距，通常大于表中所列的数值。表1-3 户内高压配电装置的安全净

29、距（空气间隙）（mm）额定电压（kV）36102035带电部分至接地部分之间75 100125180300不同相的带电部分及开关断开之间75 100125180300带电部分与无孔遮拦门之间（其值可取带电部分至接地部分净距+30mm）105 130155210330带电部分与网状遮拦门之间175 200225280400（2）爬电距离简称爬距，沿绝缘表面测得的两个导电器件或导电器件与设备界面之间的最短距离。（绝缘体与导体间受潮或污染导致两者之间绝缘等级下降而发生闪烙击穿的最小距离），主要用来确定绝缘子、绝缘套管的绝缘水平。爬电比距：电力设备外绝缘的爬电距离对设备最高工作电压有效值之比。即电力设

30、备外绝缘的爬电距离(mm)爬电比距= 设备最高工作电压(kV)根据不同绝缘材料的爬电比距可求得爬电距离。（3）污秽等级根据自然污秽环境条件，相应地划分电力设备户外绝缘污秽等级，规定各级外绝缘人工污秽耐受值和爬电比距。污秽等级：设备安装地点的污秽程度对电气设备的外绝缘有重要影响。GB/T16434-1997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给出了线路和发电厂、变电所污秽等级，见表1-4。表1-4 线路和发电厂、变电所污秽等级污秽等级污秽特征等值盐密mg/cm20大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区-大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场10-50k

31、m地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时0.06大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3-10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时0.06-0.10大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，离海岸盐场1-3km地区，工业和人口密度较大地区，离化学污源炉烟污秽300-1500m的较严重污秽地区0.10-0.25大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源炉烟污秽300m以内的地区0.25-0.35外绝缘按最小公称爬电比距和污秽环境条件分5级：0、。GB/T5582-1993高压电力设备外绝缘污秽等级规定了户外设备最小公称爬电比距分级数值，见表1-5

32、。表1-5 最小公称爬电比距分级数值（户外设备）：外绝缘污秽等级最小公称爬电比距mm/kV线路电站设备013.514.8轻1616中2020重2525特重3131DL/T539-1993户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件规定了户内设备最小公称爬电比距分级数值，见表1-6。表1-6 最小公称爬电比距分级数值（户内设备）：外绝缘污秽等级最小公称爬电比距mm/kV瓷质材料有机材料01214轻1416中1820（4）海拔高度也称绝对高度，是表示地面某个地点高出海平面的垂直距离。由巴申定律知，海拔高度越高，大气越稀薄，导致绝缘强度及散热效果变差，电气间隙耐压下降，同样对爬电距离也有影响，故

33、对于3-35kV的高压电气设备，国标规定一般安装于1000米以下，超过1000米的海拔高度，电气设备外绝缘必须修正。对用于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100米，绝缘强度约降低1%，在海拔不高于1000m的地点试验时，其试验电压应为标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数，式中，为设备安装地点的海拔高度，m。GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求给出了海拔校正因数的另一个计算式，式中，为设备安装地点的海拔高度，m。m取值如下：对于工频、雷电冲击和相间操作冲击电压m=1；对于纵绝缘操作冲击电压m=0.9；对于相对地

34、操作冲击电压m=0.75。注：巴申定律表明，气体间隙的击穿电压与气体压力有关，如图9所示。图9击穿电压与气体压力的关系DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合对电气设备的绝缘配合原则规定如下。（1）工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合：1）工频运行电压下电气装置电瓷外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求；2）变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。（2）操作过电压下的绝缘配合。以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。（3）雷电过电压下的绝缘配合。以避雷器雷电保护水平为基础进行配合。绝缘配合方法的选择（试验）：确定性法（惯用法）、统计

35、法、简化统计法确定性法：首先确定设备绝缘上可能出现的各类过电压的最高值，然后选取一个适宜的考虑各种因素影响并有一定裕度的配合系数，相乘后得到绝缘耐受电压值并在标准值中选取。这种方法要求绝缘具有一定的耐受电压作用的能力，在一定波形和幅值的过电压作用下，不发生闪络或击穿事故。因此这种方法对设备的内、外绝缘均可选用，在我国，各种电压等级的线路和输配电设备的绝缘配合均采用这种方法。确定性法对自恢复绝缘（如外绝缘、空气间隙）和非自恢复绝缘（如内绝缘、油纸绝缘等）都是适用的。在该种方法中所采用的最大雷电过电压是按避雷器通过标称放电电流时的残压来决定的。最大操作过电压是根据统计实测的结果而来的。二、电力变压

36、器1、变压器结构变压器是一种静止的电磁装置，是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或信号传输的重要元件，可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能。电力变压器是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用，按功能分为升压变压器、降压变压器及配电变压器，按结构又分为油浸式和干式两种。目前，油浸式变压器用作升压变压器、降压变压器和配电变压器，干式变压器只在部分配电变压器中采用。变压器主要部件是铁心和绕组。1、铁心：（1）铁心材料铁心是变压器磁路的主体，提供磁通的闭合路径。铁心分为铁心柱和铁轭，铁心柱上套装绕组，铁轭的作

37、用是使磁路闭合。为减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，提高铁心导磁能力，铁心采用含硅量约为5%，厚度为0.35mm或0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。（2）铁心结构铁心分为心式结构和壳式结构。（1）心式变压器：心式变压器的原、副绕组套装在铁心的两个铁心柱上。结构简单，电力变压器均采用心式结构。（2）壳式变压器：壳式变压器的铁心包围绕组的上下和侧面。制造复杂，小型干式变压器多采用。 2、绕组（线圈）：绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成 。绕组是电流的载体，产生磁通和感应电动势。按与电源和负载连接情况分：与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送

38、出交流电能，称为二次绕组。按工作电压高低情况分：高压绕组：工作电压高的绕组；低压绕组：工作电压低的绕组。 绕组有同心式和交叠式。同心式绕组：高低压绕组在同一芯柱上同轴心排列，低压绕组在里，高压绕组在外，便于与铁芯绝缘，结构较简单。交叠式绕组：高低压绕组分成若干部分形似饼状的线圈，沿芯柱高度交错套装在芯柱上。 3、附件电力变压器的附件有油箱、油枕、分接开关、安全气道、绝缘套管等。其作用是保证变压器的安全和可靠运行。（1）油箱：油浸式变压器的外壳，用于散热，保护器身（变压器的器身放在油箱内），箱中有用来绝缘的变压器油。外部带有扁散热管结构，也有用可拆卸的片式散热器，小容量变压器也有采用波纹油箱的。

39、（2）储油柜（油枕）：装在油箱上，变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中，使油箱内部与外界隔绝。储油柜使变压器油与空气接触面变小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。（3）安全气道（防爆管）：装在油箱顶盖上，保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。也有用压力释放阀代替安全气道的。（4）气体继电器（瓦斯继电器）：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。内部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油

40、面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号；当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸。容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器按规定应装设瓦斯继电器（GB/T6451-1995三相油浸式电力变压器技术参数和要求）。（5）分接开关：在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。分接开关分为有载调压分接开关和无励磁调压分接开关。（6）绝缘套管：装在变压器的油箱

41、盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。（7）变压器油：变压器油是一种矿物油，具有高的介质强度和低的粘度，高的燃点和低的凝固点，不含酸、碱、灰尘和水分等杂质，具有很好的绝缘性能。变压器油起三个作用：在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。灭弧作用。（8）测温装置：监测变压器的顶层油温。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。（9）轴流风机：通常用于干式变压器。2、特征参数变压器各主要参数

42、包括：（1）额定电压；（2）额定电流；（3）额定容量；（4）空载电流；（5）空载损耗；（6）短路损耗；（7）阻抗电压百分比；（8）连接组标号。 (1)额定电压为正常运行时一次侧施加的电压。为一次侧加额定电压时二次侧处于空载状态时的电压。三相变压器中，额定电压指的是线电压。单位为V或者kV。(2) 额定电流是变压器在额定容量下运行时所能承担的电流。对于三相变压器等于由相应侧的额定容量除以相应绕组的额定电压计算出来的线电流值。为一次侧额定电流，为二次侧额定电流。单位为A/kA。(3)额定容量电力变压器容量等级采用R10容量系列。为变压器的视在功率。对于双绕组变压器，通常把变压器一、二次侧的额定容量

43、设计为相同。单位为VA/kVA/MVA。对于三相变压器，有(4) 空载电流（%）空载电流是指变压器空载运行的励磁电流占额定电流的百分数。(5) 空载损耗当变压器一次侧施加额定电压时，铁芯中产生交变磁通，从而在铁芯中产生磁滞损失和涡流损失，又称铁损，是变压器空载时的功率损耗，单位为W或kW，空载损耗主要决定于铁芯材质的单位损耗。当电源电压一定时，铁损基本是个恒定值，与负荷电流的大小和性质无关。(6) 短路损耗（负载损耗）又称铜损，是指将变压器的二次绕组短路，一次绕组的电流为额定电流时，变压器绕组导体所消耗的功率，单位为W或kW，变压器的铜损主要决定于负荷电流的大小。(7) 阻抗电压百分比（%）把

44、变压器接于试验电源上，二次绕组短路，变压器的一次绕组通过调压器逐渐升高电压，当二次绕组的短路电流等于额定电流时，测量一次绕组实际加入的电压值为阻抗电压，阻抗电压与额定电压的百分比，即为阻抗电压百分比。该值与变压器容量有关，容量越大，阻抗电压百分比亦相应较大。因为是在二次绕组短路情况下测得的数据，所以阻抗电压除以额定电流，等于变压器阻抗。相关公式：式中，为变压器二次绕组三相短路点的计算电压。(8) 连接组别国标规定规定只生产五种标准连接组别的变压器，即Y，yn0（三相四线制）、Y,d11（10-35kV）、YN,d11（110kV及以上）、YN，y0、Y,y0。其中前三种较常用，对于三绕组变压器

45、，连接组别为标准连接组别的组合，如YN,YNO,d11。3、变压器型号型号含义：D-单相S-三相相数F风冷P-强迫油循环自然冷却不表示冷却代号高压绕组电压等级（kV）额定容量（kVA）调压代号C成型固体G-空气油浸式不表示绝缘代号设计序号绕组导线材质代号L-铝铜不表示Z-有载调压无载调压不表示例如：SSZ10-31500/110为110kV、31500kVA三相三绕组有载调压油浸变压器；SZ9-3150kVA/35为35kV、3150kVA三相双绕组有载调压油浸变压器；SC9-50/10为10kV、50kVA三相双绕组干式变压器。4、变压器运行变压器并列运行的条件：1.变压器的连接组别相同。如

46、果连接组别不同，变压器并列后会在两变压器二次绕组之间产生很大的环流。2.电压比相等，其电压比最大允许相差为0.5%。如果电压比不同，并列变压器二次绕组的回路内部将出现环流。3.阻抗百分比应相等,允许相差不超过10%。由于并列运行变压器的负荷是按其阻抗电压值成反比分配的，如果阻抗电压相差过大，可能导致阻抗电压较小的变压器发生过负荷现象。4.容量比不超过3:1。容量相差过大，不仅运行不便，而且变压器特性稍有差异，变压器间的环流往往相当显著，特别是很容易造成容量较小的变压器发生过负荷。变压器过负荷（1）正常过负荷：户外油浸式变压器，不超过容量的30%；户内油浸式变压器，不超过容量的20%。干式变压器

47、一般不考虑正常过负荷。（2）允许事故过负荷，过负荷倍数见下表：表2-1 电力变压器事故过负荷允许值油浸自然冷却变压器过负荷百分数（%）306075100200过负荷时间/min1204520101.5干式变压器过负荷百分数（%）1020305060过负荷时间/min756045165在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，变压器是全绝缘的，即变压器中性点的绝缘水平与相线端是一致的。而在中性点直接接地或经低阻抗接地的系统中，变压器是分级绝缘或半绝缘的，即变压器中性点的绝缘水平比相线端低很多。变电站消弧线圈的装设：1.当35kV线路发生单相接地，电容电流超过10A。2.当3-6kV架空线路发生单相接

48、地，电容电流超过30A。3.当10V架空线路发生单相接地，电容电流超过20A。4.当3-10kV电缆线路发生单相接地，电容电流超过30A。5. 消弧线圈宜接于YN，d11或YN，yn0，d11变压器中性点上，若变压器无中性点或中性点未引出，需通过专用接地变压器的中性点再接消弧线圈。三、短路电流计算及其效应1、系统计算方法1、1对称系统计算对称三相正弦电流电路通常可化为单相电路进行计算。图10所示三相电源是对称的，以电源中性点N为电位参考点，对负载中性点N列节点电压方程：图10 把中性点N和N直接相连因为三相电源是对称的，故，可解得。这说明在对称三相正弦电流星形联接电路中，无论中线阻抗为何值（包

49、括或），负载中性点和电源中性点之间的电压恒为零。根据这一特点，假想用一无阻抗的导线将电源和负载中性点直接联接起来（如图10中虚线所示），是不会影响电路工作的。由于添上这一假想中线，便可简化计算过程。如图11所示，将A相取出按单相电路计算，对由A相和假想中线构成的回路所列的回路电压方程为图11 将A相取出上式表明A相的电流只是决定于A相的电源电压和阻抗与。其余两相的电压、电流可由A相推出。当电路中含有三角形联接的电源和负载时，首先要把它们都化为星形联接，然后按上述方法计算。星形联接和三角形联接的阻抗对应关系为为星形联接每一相的阻抗，为三角形联接每一相的阻抗，均为对称阻抗。1、2不对称系统计算及对

50、称分量法当三相电路中电源电压不对称或电路参数不对称时，电路中的电流一般也是不对称的，这种电路称为不对称三相电路。在图12所示电路中，电源为三相对称电源，而三相阻抗、互不相同，根据节点电压法可得： 图12 负载阻抗不对称上式中电源电压是对称的，但因负载不对称，使得电源中性点和负载中性点之间的电压一般不为零，即。负载的各相电压为图13 负载中性点位移与上式对应的相量图如图13所示。负载相电压、不对称的程度与两中性点间的电压的量值有关。这种负载中性点与电源中性点不重合的现象称为负载中性点的位移。中性点位移越大，负载相电压不对称越严重，有的相电压过高，可能造成该相负载因过热而烧毁，有的相电压又太低，使

51、得该相负载不能正常工作（这里所说的负载是单相负载）。由（1）式可见，为了减小或消除负载中性点的位移，应尽量减小中线阻抗。假如中线阻抗，则，因而尽管负载阻抗不对称也能保持负载相电压对称，保证负载正常工作。在没有中线时，因负载不对称而引起的中性点位移最为严重。不对称三相电路一般不能直接化为单相电路计算，而采用对称分量法，将给定的不对称电压和待求的不对称电流分别分解为零序、正序和负序三组对称的电压分量和对称的电流分量，则分析每一组对称的电压、电流分量时仍可取出一相（如A相）化为单相电路，分别算出三个待求的电流分量，然后进行叠加。设A、B、C表示不对称三相（电压或电流）相量；、，、和、分别表示对称的零

52、序、正序和负序三相（电压或电流）相量，如图14所示（图中，为旋转因子）。（a）（b）（c）图14 对称零序、正序和负序分量相量图若把不对称三相相量A、B、C分解为三组对称分量，应有： （1） （2）当已知不对称三相相量A、B、C时，由（2）式可唯一地确定三组对称分量；若已知对称分量、，可由（1）式确定不对称三相相量。对三相电流来说，只有当三相电流之和不等于零时才有零序分量。如果三相系统是三角形接法，或者是没有中性线（包括以地代中线）的星形接法，三相线电流之和总为零，不会有零序分量电流。只有在有中性线的星形接法中才有可能，则中性线中的电流，即为3倍零序电流，所以零序电流必须以中性线作为通路。三相

53、负载上同一相序的相电压与相电流相量之比称为负载对这一相序的复阻抗。设某星形负载A相相电压的零序、正序和负序分量分别为、，A相相电流的零序、正序和负序分量分别为、，则此负载的零序、正序和负序复阻抗分别为图15 无互感静止负载图15表示静止的对称负载，图中Z为负载阻抗，包括端线阻抗；ZN为中线阻抗。在对称正序电压的作用下，产生对称正序电流，三个相电流之和等于零，所以中线电流为零。A相相电压中正序分量与相电流中正序分量之比，即正序阻抗Z1，就等于负载阻抗Z，而与中线阻抗ZN无关。同理，负序阻抗Z2也等于负载阻抗Z，因此有零序的情况则不同，对称零序电流的相位相同，三个相的零序电流之和为一相零序电流的三

54、倍，且以中线作为返回路径。所以A相相电压的零序分量为故零序阻抗 （3）若中线阻抗ZN=0，则对于三相三线制，ZN=，则Z0=。这时即使有电压的零序分量作用，电流中也不含零序分量，因为没有中线作为零序电流返回的路径。静止负载（线路、变压器等，相对于旋转电机而言）的正序阻抗和负序阻抗总是相等的。实际上三相电路中出现不对称电压常常是由于负载不对称造成的，尤其是因为发生故障造成电压不对称。而三相电源是对称的，、不对称，造成负载电压、电流不对称。如图16所示，不对称三相电压、电流都可以分解为零序、正序和负序分量，根据（2）式可得图16 负载不对称 （4） （5）令正序、负序和零序电压分别单独作用形成对称三相电路，可取出一相（例如A相）分析。因为对称三相电源中只有正序电压，即A相的相电压，所以A相的正序、负序和零序电压电流方程各为 （6）式中、是发电机的正序和负序阻抗；是零序阻抗，除决定于发电机外，还与中线阻抗有关，设、均为已知量。再对不对称负载、列方程： （7）由（4）-（7）式便可解得各不对称电压、和不对称电流、。2、短路电流计算2、1短路与短路电流有关概念短路是指不同电位的导电部分之间的低阻性短