变电站一次、二次设备基础知识

变电运行基础知识2009年10月西安第一页，共四十页。概论

变电站概述：由于电能不能大量储存，其生产、输送、分配和消费必须在同一时间内完成。因此，电能生产使用的过程中产（发电机将其它形式的能量转化为电能）、升（升压变电站改变电压）、输（通过电力线路输送电力）、降（降压变电站降低电压）、用（用户使用）等环节必须连接为一个整体，由发电设备、配电装置、变电站（升、降）、电力线路以及用户所组成的整体称为电力系统，而其中各级电压的输配线路及变电站这一部分称为电力网。变电站的作用就是变换电能电压，接受和分配电能。第二页，共四十页。

变电站的分类：按其在电网中的地位及作用划分：枢纽变电站、重要变电站、负荷变电站（也称一般或末端变电站）。按其最高电压等级分：750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、35kV、10kV等级变电站。按其功能分：升压变电站及降压变电站。按其电流性质分：交流变电站及直流变电站。第三页，共四十页。枢纽变电站枢纽变电站也称为系统枢纽变电站，特点是汇集数个大电源和大容量联络线，在整个系统中处于枢纽地位，高压侧交换系统间巨大的功率潮流，并向中压侧输送大量电能，一旦停电，将使系统稳定破坏，电网瓦解，造成大面积停电事故。第四页，共四十页。重要变电站重要变电站也称为地区枢纽变电站，一般处于地区网络的枢纽点上，高压侧以交换或接受功率为主，向本地区的中压侧和附近的低压侧变电站供电，一旦停电，将引起地区电网的瓦解，从而影响地区用电。第五页，共四十页。一般（末端）变电站负荷变电站也称为一般变电站或末端变电站，处于电网的最终点或分支点，作用是给附近用户或某些企业，全站停电的话只影响附近所带用户或某些企业。第六页，共四十页。习惯上我们将变电站内的电气设备按照工作电压分为一次设备和二次设备，如果大家觉得划分不够明确的话，我给大家一个最简单的方法——《一次接线图》法。变电站设备第七页，共四十页。某变电站一次接线图第八页，共四十页。变电站的一次接线及运行方式我局目前变电站的一次接线有以下几种方式：

1、单母线

2、单母线分段

3、双母线

4、单母分段（双母线）代旁母

5、桥式接线

6、3/2开关接线第九页，共四十页。单母线接线缺点：母线发生故障或需清扫、检修时，必须全部停电；母线侧刀闸需检修时，也必须全部停电；检修任何一台开关时，该条线路必须停电。优点：结构简单清晰，操作简便；刀闸与开关之间可以可靠联锁，避免误操作；设备少、投资小、运行费用低。单母线分段。优点：可避免全停。第十页，共四十页。双母线接线缺点：接线及操作比较复杂，易发生误操作，联锁实现较难；刀闸使用比单母线要多出许多，经济性差；工作母线发生故障时可能造成全部装置短时停电。优点：轮流检修母线时，不必中断对用户的供电；修理任何一条母线刀闸时，只需断开这一刀闸所属的那一条电路；工作母线故障时，可到至备用母线继续对外供电；检修任一出线开关时，可带电短接需检修开关，用母联开关代替供电；扩建方便。第十一页，共四十页。单母分段（双母线）代旁母接线缺点：设备增加，投资大；操作复杂；设备之间的联锁较难实现优点：检修出线开关时，可不必对外停电，供电可靠性高。第十二页，共四十页。桥式接线分为内桥式和外桥式两种，缺点：主变停电操作非常复杂；刀闸与开关之间联锁复杂；运行方式及主变保护配合不当时，极易造成全站失压事故。优点：工作可靠、灵活，使用电器少，装置简单清晰，建造费用低，也比较容易发展成单母线分段或双母线接线。第十三页，共四十页。还有一种为二之三接线方式，因其只在330KV变电站中使用，在另外的老师的授课内容中将会详细的讲解，故在此不多作介绍。

第十四页，共四十页。变电站运行方式运行方式：变电站一、二次设备在固定接线方式下，依照上级调度命令，由运行人员倒闸操作为冷备用、热备用、运行等几种状态，使其处于相对安全、可靠、经济方式。一般有以下几种：全运行方式；运行与备用配合方式；特殊运行方式。运行方式编制原则：1、保证对用户供电的可靠性；2、潮流分布要均匀；3、便于事故处理；4、要满足防雷保护和继电保护的要求；5、在满足安全运行的同时，应考虑到运行的经济性；6、满足系统的静态和动态稳定的要求；7、电气设备的遮断（断流）容量应大于最大运行方式是的短路容量。第十五页，共四十页。变电站运行方式实例例1、安定门变电站运行方式：110kV系统：1215安新Ⅰ开关、1216安新Ⅱ开关、1100开关运行，110kVI、II母运行，110kV线路备自投退出；1号、2号主变分列运行。10kV系统采用单母线分段接线方式，211母联开关热备用：10kVⅠ段母线带1号接地变、1号电容器、3号电容器、111安一、113安三、115安五、117安七、119安九、162安十一、163安十三、133安西开、135安宏开、137安伟开、139安岛开、123中环广场、125安骡北运行；10kVⅡ段母线带2号接地变、2号电容器、4号电容器、112安二、114安四、116安六、118安八、162安十二、128安都开、136安骡南、138安钟开、140安鼓开、142安鹭开运行。例2、朝阳门变电站运行方式：110kV系统采用内桥式接线方式，1100母联开关热备用，110kV备自投装置投入：110kVⅠ母：1164朝沙线运行；110kVⅡ母：1218朝西线运行；1、2号主变分列运行；10kV系统采用单母线分段接线方式，100母联开关热备用，10kV备自投装置投入：10kVⅠ段母线带1号站消变、1号电容器、181朝一、183朝三、185朝五、187朝七、111朝十一、113朝十三、179朝小开、171朝东开、163朝丹开、157朝银开、151朝华开、177郗家庄Ⅰ、175网宅、173四医大、169解和、167烟草奥达、138洪峰实业、140朝高、161综合楼、153天顺裕华、149炮房街、141梦家巷开关运行；10kVⅡ段母线带2号站消变、2号电容器、182朝二、184朝四、186朝六、188朝八、110朝十、112朝十二、114朝十四、116朝十六、160朝省开、164政协开、154朝商开、178朝隆开、144招商局、148军医营房、150百盛、158高层、170网调、174民生、180朝省宅、166郗家庄Ⅱ、132钻石广场、130四院世贸、136西京医院、134银邦投资开关运行。第十六页，共四十页。变电站一次设备电力变压器（SZ10--50000/110,三相、有载调压，第一位：相数；第二位：冷却方式自冷不表示，第三位：线圈材质铜线圈不表示、是否有载调压，几组线圈双线圈不表示。P代表强油循环、D代表强油导向循环）基本原理：利用电磁感应原理，借助具有不同匝数的一、二次绕组之间的磁偶合作用，改变一、二次侧电压和电流，而不改变频率，从而实现交流电能传递的功能。分类：按用途分为升压变压器和降压变压器；按绕组数目分为双绕组和三绕组变压器；按相数分为单相和三相变压器；按磁路系统分为心式变压器和组式变压器；按冷却方式分为强油循环变压器、油浸风冷变压器及自冷变压器；按内部填充冷却绝缘物质分为气体变压器、干式变压器和油浸式变压器。第十七页，共四十页。变电站一次设备变压器的操作：空载合闸时的励磁涌流（变压器在合闸时有时会产生较大的冲击电流，6－8倍额定电流值），造成电压波动，引起过流或差动保护误动，保护整定值应躲过。切除空载变压器引起的过电压，加装中性点接地刀闸处阀性避雷器避免。超高压长线路末端空载变压器投入操作时产生高次谐波电压，威胁变压器绝缘。降低首端电压，在末端加装电抗器。变压器中性点，操作时必须投入。当开关三相不同期投入或切除变压器时，中性点产生过电压威胁绝缘；也可能在操作的同时，系统发生故障使操作的变压器在中性点绝缘的系统内运行。变压器绝缘水平高，从高压侧充电；绝缘水平低，从低压侧充电。还应考虑保护配置。变压器并列运行条件：额定电压和变比相同；接线组别相同；百分阻抗和阻抗角相同。第十八页，共四十页。变电站一次设备开关（断路器）（SW3-110G/1200，产品名称：D多油、S少油、K空气、L六氟化硫、Z真空；使用环境；设计序号；额定电压；是否改进型或手车室C；额定电流）作用：是1000V以上电路中最主要的控制设备，正常运行时，导通或断开电路中的负荷电流；故障时，与保护设备配合迅速断开短路电流，切除故障电路。基本要求：合闸状态时应为良好的导体并具有良好的绝缘性；在开断规定的短路电流时，应具有足够的开断能力和尽可能短的开断时间；在接通规定的短路电流时，短时间内开关的触头不能产生熔焊等情况；在厂家给定的技术条件下，应长期可靠的工作，有一定机械和电气寿命；结构简单，安装和检修方便，体积小、重量轻。

第十九页，共四十页。变电站一次设备开关的分类：油开关；空气开关；六氟化硫开关；真空开关磁吹开关和自产气开关开关运行总则：正常运行条件下，开关工作电流、最大工作电压、开断电流不得超过额定值；为避免开关关合预伏故障时引起爆炸危及人身，所有开关绝对不允许带电手动机械合闸或手动就地操作按钮合闸；所有运行中的开关，禁止使用手动就地机械分闸或手动就地操作按钮分闸；开关有下列情况之一者，应进行停电检修：有异常声响或发热严重；事故跳闸后喷油严重、油色发黑；开断一次超过额定遮断短路容量的故障电流；开断故障电流次数超过规定；气体压力或操作油压力低于规定值；禁止将存在着拒绝分闸或严重缺油漏油漏气的开关投入运行；操作人员操作开关或检查应校对分合闸指示器，无分合闸指示器者必须两点以上检查。开关和刀闸应装有闭锁装置；检查开关时应注意辅助触点的状态，有重合闸的开关应定期检查合闸保险的完好；检查开关的合闸同期性，开关不允许缺相运行；开关应装有防雨水进入本体和套管的措施；少油开关看不见油位并有严重漏油或油耐压强度低于规定禁止带负荷分闸。六氟化硫开关开断15次或运行十年应进行大修；六氟化硫气体严禁受潮。第二十页，共四十页。变电站一次设备刀闸（隔离开关）（G隔离开关、J接地刀闸；N户内、W户外；设计序号；额定电压；K快速开关、D带接地刀闸、G改进型、T统一设计产品；额定电流）作用：隔离电源；到母线操作；接通或切除小电流电路（分、合电压互感器及BL和无负荷消弧线圈、分合35kV以下10km以内或分合10kV以下5km以内的空载线路、分合35kV、1000kVA以下或110kV、3200kVA以下的空载变压器）。基本要求：应有明显断开点；断开点应有可靠的绝缘；应具有足够的短路稳定性；结构简单，动作可靠；主刀闸与接地刀闸应相互联锁。类型：按绝缘支柱的数目分为单柱式、双、三柱式；按闸刀运动方式分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式；按有无接地刀闸分为有和无；按装设地点分为户内和户外式；按操作机构分为电动、手动和气动。运行注意事项：操作刀闸前必须检查开关确在断开位置；操作时应迅速果断，末尾时不可用力过猛。操作完成后应仔细检查。错合刀闸不准再拉开；错拉时当刀片刚脱落时产生电弧，应立即合上，但完全拉开后不允许再合上。第二十一页，共四十页。变电站一次设备互感器（电压互感器：互感器代号：J电压、结构特点：C串级结构D单相S三相、绝缘方式：C瓷绝缘G干式J油浸绝缘Z环氧树脂浇注绝缘、使用特点：J有接地保护用辅助线圈W五柱式B有补偿线圈、设计序号、额定电压、使用环境：GY高原TH温热带。电流互感器：代号：L电流互感器、结构特点：A穿墙式BC支持式D单匝贯穿式F复匝贯穿式M母线型Q线圈式R装入式G改进型、绝缘方式：C瓷绝缘Z环氧树脂浇注绝缘L电缆型、使用特点：DC差动保护用B过流保护用J加大容量Q加强型X适用于配电箱W户外用、设计序号、额定电压、额定电流。）作用：将高电压、大电流变为低电压（100V）、小电流（5A）；可使仪表、保护装置等与高电压绝缘，解除高电压给工作人员和仪表带来的威胁，降低仪表的绝缘要求。第二十二页，共四十页。基本要求：YH二次不可短路（YH阻抗较小，而回路电流与阻抗成反比，短路时电流增大，易熔断二次保险，损坏互感器）。二次接地（保护接地）。

LH二次不可开路（在正常情况下，二次回路有电流，互感器中铁芯的磁势平衡，只有励磁涌流产生的磁通。二次侧开路时，铁芯的磁势失去平衡，一次电流完全成为励磁电流，使磁通剧烈上高，在二次侧感应出极高电压，危及二次线圈的绝缘和人身安全，也使铁芯发热，产生剩磁，使互感器误差增大）。二次接地（保护接地）。操作要求：先二次后一次；先接地后取高压保险；考虑所带保护装置。电压互感器在系统接地时的运行注意事项。第二十三页，共四十页。其它一次设备电力电容器(无功补偿装置）利用电容器对电流的阻碍原理，用单只电容器构成提高功率因数的设备。

电抗器类似于电感线圈的一种装置，作用是串联于电路中，是整套电路的阻抗增大，限制短路电流，并使母线维持相当高的电压（残压）。调相机一种不带有功功率的同步发电机或不带负载的同步电动机，作用是供给系统无功功率，提高功率因数，调整电压，保证系统稳定。母线及电力电缆用来连接电气设备和汇集分别配电能的导体。分为软母线及硬母线两种。消弧线圈用来补偿系统中的电容电流，使接地点电流补偿为较小数值，防止弧光短路的线圈。避雷器、阻波器、耦合电容器、绝缘子等第二十四页，共四十页。无功补偿装置的补偿作用说明：功率因数＝有功功率/视在功率；而视在功率＝√有功功率的平方＋无功功率的平方；还等于√3×电流×电压。在一定的视在功率、一定的负载电流、一定的系统电压前提下，功率因数越高，其有功功率越高。由此可见提高功率因数就意味着提高了设备的利用率。无功功率绝对不是无用的功率，而是具有电感的设备正常工作时所必不可缺少的条件，变压器、电动机等设备在空载时，其吸收的无功功率占其代负荷运行时总的无功功率的60％－80％。其他电力设备也基本相同。我们知道，负载设备所吸收的无功功率越大，其功率因数越低，使得系统的电压就会降低，导致发电机的实际利用率降低。第二十五页，共四十页。电容器正常运行时三相不平衡电流不应超过5％，允许在不超过其额定电压的1.1倍条件下长期运行，并可以在1.15倍额定电压下每昼夜运行最多30分钟，但为了延长电容器的使用寿命，电容器应经常维持在额定电压以下运行为佳。电容器的投入运行和停止运行，必须依照相关调度的命令执行。电容器组断路器（开关）两次合闸间隔不得少于3分钟，以免电压叠加出现过电压，导致电容器损坏。若保护动作，使电容器组断路器（开关）跳闸，在未查明原因的情况下，严禁重新合上断路器（开关）。第二十六页，共四十页。变电站二次设备直流系统作用：为变电站内的信号设备、继电保护和自动装置、事故照明以及开关的远距离操作提供可靠的监控和操作专门能源，基本不受变电站低压系统是否有电的影响。种类：蓄电池：能量转化过程；装有储能电容器的整流型直流电源（硅整流元件将交流电变为直流电使用，并装设电容器储能放电）；复式整流直流电源：整流装置不但由站用变或电压互感器供电，而且可由能反映故障短路电流的LH供电，当系统发生故障时，仍就可发出较大功率。要求短路电流满足继电保护及开关能可靠工作，要有专用的LH。以下问题必须解决：发生故障时，在交流电压下降时，继电保护仍能可靠动作切除故障；故障后，有可靠的交流电源供给整流系统，以作为电动合闸之用；要解决事故照明和其它重要直流负荷的供电。逆变装置：利用大功率二级管组成逆变电路，将直流电变成交流电并直接供给用电负荷。第二十七页，共四十页。变电站二次设备运行原则：保证直流电压符合《继电保护与安全自动装置运行条例》的规定，电压波动在±5％之内；蓄电池在正常时采取全浮充电运行方式，浮充电流大小应等于负荷电流和蓄电池自放电电流之和；每月对蓄电池进行单个电压和整体输出电压测量，并做好记录；经常检查端电池放电电流，通过调节放电电阻使其等于负荷电流；每年进行一次核对性充放电。第二十八页，共四十页。变电站二次设备中央信号作用：监视变电站电器设备运行是否正常的装置，当发生事故或故障时，相应的装置将发出各种信号（灯光或音响），根据这些信号指示，运行人员能迅速准确地确定和了解所得到的信号的性质、地点和范围，从而作出正确的处理。在综自变电站中，所有这一切功能均被监控设备所完成。种类：按其用途可分为：事故信号、预告信号（瞬时和延时）和位置信号三类。第二十九页，共四十页。变电站二次设备事故信号通常包括发光信号和音响信号，当开关事故跳闸，警笛发出响声，跳闸开关指示灯闪光，指明故障范围。预告信号是当运行设备发生危及安全运行的故障或异常（变压器过负荷、轻瓦斯信号、电压回路断线）时，该装置启动警铃发出音响，同时标明故障内容的一组光字牌亮，运行人员可依此进行处理。位置信号是监视开关、刀闸断合情况的，红灯亮标志开关合好，绿灯亮表示开关在断开位置；当开关实际位置与操作把手不对应时，指示灯发出闪光。刀闸位置指示是通过信号器元盘上的红带变化来表示，与线路成为一条直线表示接通，与线路垂直表示断开，红带的转动通过信号器磁化电枢带动，磁化电枢的动作依靠刀闸上的联锁节点控制。日常运行：白灯长亮；试验。第三十页，共四十页。变电站二次设备保护装置作用：当电力系统发生故障时，自动地、及时地、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统的其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭到破坏；当发生不正常工作情况时，自动地、及时地、有选择地发出信号，由运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的设备。原理：系统发生故障或不正常情况时，其电气量（电流、电压、它们之间的相位角）往往发生显著变化，继电保护装置利用这些变化来鉴别有、无故障或不正常情况发生，以电气量的测量值或者比较系统中某些电气量之间的相互关系来检测故障地点和故障性质，有选择地切除故障或者显示电气设备的不正常工作状况。（以电流保护为例说明，电磁型电流继电器）第三十一页，共四十页。变电站二次设备要求：选择性：只切故障设备；迅速性：尽快动作；灵敏性：反应故障的能力；可靠和安全性：该动则动，不该动则不动。种类：电流或电压保护；接地保护；距离保护；双回线路的横差保护；线路高频保护；变压器瓦斯保护；变压器差动保护；变压器电流速断保护；变压器变压器后备保护。运行原则：电力系统运行的电气设备和输配线路必须有主保护和后备保护配套使用；保护装置的检查和变更定值必须由继电保护人员进行，由运行人员验收，并有符合规定的定值单与相关调度人员核对无误；保护装置的正常投入或退出操作必须按照值班调度人员的命令执行；中央信号（监控系统）打出“装置异常”、“保护动作”等信号时，运行人员必须立即查明原因，向调度、上级领导汇报；当发生保护装置交直流断线故障是，若不能立即恢复，应及时汇报上级领导，并将有关保护暂时退出；保护装置启动，无论跳闸与否，运行人员均应调度汇报，同时查询系统运行情况；保护动作是开关跳闸后，运行人员应核对设备运行状况，做好记录，并汇报跳闸时间、信号、保护装置启动及动作的详细情况、设备的实际情况等；保护装置如遇异常情况需退出运行时，应先打开跳闸出口压板，然后再断开其直流电源，投入时先送直流电源，检查确无跳闸脉冲后投入跳闸出口压板；按照规定将保护装置或部分保护停用（电压回路断线、带电短接开关、倒换有关电压互感器、保护本身故障、调整保护定值、检查保护