配电设备基础知识

发布于：2022-10-18 11:28:18 来自：电气工程/继电保护 [复制转发]

知识点：配电装置

第一部分：配电变压器

一、概述

电力变压器是把某一电压等级的交流电压转换成频率相同的另一种或几种等级的交流电压。当一次绕组通以交流电时，就产生交变磁通，交变磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。电力变压器主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示。

二、变压器分类

按作用可分为:升压变压器、降压变压器；

按相数分为:单相变压器、三相变压器；

按绕组数分：有双绕组变压器（一种电压变为另一种电压的为双绕组变压器）、三绕组变压器（一种电压变为两种电压的三绕组变压器）、多绕组变压器；

按调压方式可分为:无励磁调压变压器和有载调压变压器两种。

电力系统中的配电变压器属降压变压器，—般为双绕组、油浸自冷结构，多采用无励磁调压方式。通常安装在杆塔上或配电站所中，一般能将电压从10kV（20kV）降至220/380V左右输入用户。配电设备上使用的主要是干式变压器和用油冷却的油浸式变压器。（其中配电所（公配所）主要是干式变压器，杆塔上吊杆的是油浸式变压器）。

二、变压器分类

按作用可分为:升压变压器、降压变压器；

按相数分为:单相变压器、三相变压器；

按调压方式可分为:无励磁调压变压器和有载调压变压器两种。

三、变压器的基本构造

(1)铁芯。铁芯分为铁芯柱和铁轭两部分，铁芯柱上套绕组．铁轭将铁芯连接起来使之形成闭合磁路，铁芯是变压器的磁路部分。

(2)绕组。绕组套在铁芯柱上，是变压器转入和输出电能的电气回路，接到高压电网的绕组称为高压绕组；接到低压电网的绕组称为低压绕组。

(3)套管。套管是将变压器绕组的高、低压引出线引出到油箱外部的装置。它不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。

(4)油箱与变压器抽。油箱是油浸式变压器的外壳，变压器铁芯与绕组置于油箱内，箱内注满变压器油，变压器油的作用是绝缘和冷却作用．

(5)储油柜和呼吸器。储油柜的作用是保证因变压器负荷和环境温度的变化使变压器内的油将产生热膨胀和冷收缩而产生体积的变化，在油体积变化的过程中使油箱中永远充满油，并且维持一定的油位高度．在热的时候，油箱内的油向储油柜方向流动，在冷的时候，油又储油柜中回到油箱内，从而使油箱中的油位得以控制，使对油位有特殊要求的部位（如套管）能够保持足够的油位．呼吸器是油枕上部空间和外面大气的通道口。在变压器油热胀冷缩时，储油柜上部的空气可以通过它自由出入，油面就能上下升降，以免油箱损坏或变形，储油柜上还装有油标。油标旁边有-35、+15℃和+4℃三条刻度线，分别表示当油温为这些温度时油面高度，作为装油的标准．

(6)无载分接开关．无载分接开关的作用是调整低压侧电压，以保证用电设备端电压的偏移不超过允许范围。无载分接开关是装高压侧的，即接在高压绕组上。

(7)其他附件。①吊环，位于箱盖上，用于起吊变压器器身（芯子）．吊环不允许用来起吊整十变压器，以免箱盖变形，引起箱沿渗漏油。②吊钩，位于箱沿下．用于起吊整个变压器．③加油栓，位于箱盖上，供变压嚣加油用．④温度计座，位于箱盖上，用于测量变压器上层油温。

四、配电变压器常见故障的原因及处理

1）声音异常：变压器正常运行时，由于交流电通过变压器绕组磁通，使变压器铁芯振动而发生清晰的有规律的“嗡嗡"卢。但当变压器负荷有变化或变压器本身发生异常及故障时，将产生异常声响：

①声音比平时沉重,但无杂音：一般为变压器过负荷引起的。变压器长期过负荷是烧坏变压器的主要原因，是不允许的。当变压器发生过负荷运行时，要设法减掉一些次要负荷以减轻变压器的负担或增大变压器容量；

②声音发尖：一般为变压器电压过高引起的。电压过高不利于变压器的运行，对客户用电设备也不利，而且会增加变压器的铁损耗。因此，应及时釆取措施进行处理；

③声音嘈杂、混乱：变压器内部结构可能有松动，主要部件松动会影响变压器的正常运行，要注意及时检修；

④出现“劈叭"的爆裂声：变压器绕组或铁芯的绝缘有击穿现象。这种情况会造成严重亊故，因此要立即停电检修；

2)变压器油温过高：变压器上层油温超过允许温度是不允许的，这种情况可能是因为变压器过负荷、散热不好或内部故障造成的。油温过高会损坏变压器的绝缘，严重的可烧毁整个变压器。因此，一旦发现变压器油温度过高，应及时查明原因采取相应的措施。

3)油位显著下降：正常时油位上升或下降是因温度变化造成的，变化不会太大。当油位下降显著，甚至从油位计中看不见油位，这是因为变压器出现了漏油、渗油现象，往往是因为变压器油箱损坏、没有拧紧、变压器箱盖没有盖严或油位计损坏等原因造成的。油位太低会加速变压器油的老化，变压器绝缘情况恶化，进而引起严重后果，所以要引起注意，及时添油，如渗、漏油严重，应将变压器停止运行进行修理。

4)油色异常，有焦臭昧：新变压器油是微透明的淡黄色，运行一段吋间后油色会变为浅红色，如油色变暗，说明变压器的绝缘老化；如油色变黑（油中含有炭质）甚至有焦臭味，说明变压器内部有故障(铁芯局部烧级、绕组相间短路等)，这将会导致产重后果，应将变压器停止运行进行检修，并将油进行处理或换成合格的油，

变压器油在变压器中起绝缘和冷却作用，若油质变坏就起不到应有的作用。为防止因油质变坏而发生严重情况，变压器在正常运行时，应定期取油样进行化验，以便及时发现问题。

5)套管对地放电：套管表面不清洁或有裂纹和破损时，会造成套管表面有泄漏电流，发出“吱吱"的闪络声，阴雨大雾天还会发出“噼噼”放电声，极易引起对地放电从而将套管击穿，造成变压器引出线一相接地。因此，发现套管对地放电，应将变压器停止运行并更换套管。若套管之间搭有导电的杂物，可能造成套管间放电，应注意及时清理。

6)高、低压熔断器熔断：熔断器熔断总是标志着发生了不正常的运行情况，要加以分析判断，在检查原因并处理后，再换上合适的熔断器。

①低压熔断器熔断的原因可能有三个方面：低压线路短路、低压侧负荷过大或熔断器规格选择的偏小；

②高压熔断器熔断的原因有：避雷器装在高压熔断器内侧，遭雷击时熔断器熔断；变压器内部发生短路故障；低压熔断器选用规格过大，当低压侧有故障时发生越级熔断；髙压熔断器本身规格偏小。

7)变压器着火：变压器在运行中发生火灾的主要原因有：铁芯穿芯螺栓的绝缘损坏；铁芯硅钢片间绝缘损坏，高压或低压绕组层间的短路；引出线混线或引线碰油箱以及过负荷等。

当变压器着火时，应首先切断屯源，然后用不导电的灭火器（如干粉灭火器等）及干燥的砂子进行灭火，严禁用水或其他导电的灭火器灭火，特别是带电灭火时。

第二部分：配电线路高压电器设备

高压避雷器

一、避雷器的作用及原理

避雷器是连接在导线和地之间的一种防止雷击的设备，通常与被保护设备并联。避雷器可以有效的保护电力设备，一旦出现不正常电压，避雷器产生作用，起到保护作用。当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现过电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立刻动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电，从而达到保护电力设备的作用。

二、避雷器的主要类型

配电设备上使用的避雷器主要有：管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等。

（1）管型避雷器：是保护间隙型避雷器中的一种，大多用在供电线路上作避雷保护。这种避雷器可以在供电线路中施展很好的功能，在供电线路中有效的保护各种设备。

（2）阀型避雷器：阀型避雷器是由火花间隙和阀片电阻串联组成，装在密封的瓷套中，避雷器接在导线和大地之间。正常情况下，阀片电阻值很大，火花间隙有足够的绝缘强度，不会被电路正常工频电压击穿。当有雷电过电压时，火花问隙就被击穿放电，雷电压作用在阀型电阻上，电阻值变得很小，把雷电流世人大地。随后作用在阀片电阻的电压为正常工作电压时，电阻值变得很大，限制工频电流流过，因此线路又恢复了正常对地绝缘。

（3）金属氧化物避雷器：金属氧化物避雷器（又称氧化锌避雷器）一般可分为有串联间隙和无间隙两类。有串联间隙的氧化锌避雷器其结构类似于阀型避雷器，主要是当有过电压时，大电流击穿间隙导通，由于击穿间隙电压的分散性大，击穿的电压也很不稳定。残压也高，对设备的保护性能差。使用很少．无间隙痒化锌避雷器取得了很好的运行效果，使用越来越广泛。故在此主要介绍无间隙氧化锌避雷器。

三、避雷器的安装

（一）避雷器的安装位置

（1）绝缘架空线路为防止雷击断线，在直线杆负荷侧加装避雷器。

（2）配电变压器高压侧的避雷器应安装在跌落式熔断器或开关的内侧，尽量靠近配电变压器。

（3）在多雷地区无建筑屏蔽时，配电变压器低压侧应加装低压避雷器。

（4）柱上断路器装避雷器（常闭开关装在电源侧，常开开关装在两侧）。

（5）户外电缆终端头应在线路侧装设避雷器。

（6）分散装在配电线路上的电容器也应加装避雷器。

（二）避雷器安装前的检查与试验

（1）避雷器額定电压与线路电压是否匹配，有无试验合格证。

（2）表面有无裂纹、破损和闪络痕迹，胶合及密封情况是否良好。

（3）不同方向轻轻摇动，避雷器内部应无响声。

（4）金属部分有无锈蚀。

（5）绝缘电阻：中压用2500V绝缘电阻表摇测，不低于1000МΩ；低压用500V绝缘电阻表摇测，不低于2МΩ。

（三）避雷器的安装要求

（1）避雷器应尽量靠近被保护设备，一般不宜大于5m。

（2）避雷器必须垂直安装倾斜角不应大于15°应安装牢固，排列整齐，高低一致，相间距离不小于350mm。

（3）避雷器上、下引线不应过紧或过松，连接引线不应使避雷器受力。铜线截面不应小于25mm?，铝线截面不应小于35mm?。

（4）引线与避雷器连接应用设备线夹或连接端子，连接紧密，接触良好。若连接的引线为铝线时，联接点必须有铜铝过渡措施。

（5）避雷器的引线与导线连接要牢固、紧密，接头长度不应小于lOOmm。

（6）避雷器带电部分与相邻导线或金属架的距离不应小于350mm，避雷器底座对地面距离不应小于2.5m。

（7）避雷器与接地线的连接应短而直，不能迂回弯曲。

跌落式熔断器

跌落式熔断器主要用于架空配电线路的支线、客户进口处，以及配电变压器一次侧及电力电容器等设备作为过载或短路保护。当下一级线路设备发生短路故障或过负荷时，熔丝熔断，跌落式熔断器自动跌落，断开电源，确保上一级线路仍能正常供电。因其有一个明显的断开点，具备了隔离开关的功能，给检修段线路和设备创造了一个安全作业环境，增加了检修人员的安全感。安装在配电变压器上，可以作为配电变压器的主保护，所以，在10kV配电线路和配电变压器中得到了普及。

一、跌落式熔断器的结构与基本原理

架空配电线路用跌落式熔断器主要由绝缘子、上下接触导电系统和熔丝管三部分构成。熔丝装在熔丝管内，在熔丝管内还装有用桑皮纸或铜纸等制成的消弧管．用熔丝将熔丝管上的弹簧支架绷紧，将熔管推上，熔管在上静触头的压力下处于合闸位置．常用的跌落式熔断器的结构，如图所示。

（1）双尾式跌落式熔断器

双尾式跌落式熔断器的工作原理是：在正常工作时，熔断器利用熔丝本身的机械拉力，将熔体管上的活动关节（动触头）锁紧．将上动触头推入鸭嘴凸出部分，磷铜片制成的上动触头将熔丝管牢固地卡在鸭嘴凸出部分，磷铜片制成的上动触头将熔时，将产生电弧，熔丝管内衬的诮弧管在电弧的作用下会产生大量气体，在交流电流过零时使电弧熄灭．由于熔丝元件熔断，拉力消失，活动关节被释放，在熔丝管自身重力和上下静触头磷铜弹簧片的作用下，熔丝管迅速跌落使电路断开。

（2）喷射式跌落式熔断器

喷射式趺落式熔断器是以双尾式熔断器为基础，在熔断器上端静触头上加装两片消弧片，熔丝管上动触头加装消弧杆构成，常用的有RW10-10F型，RW11-1O型，前者触头是利用圈簧的弹力压紧，后者是利用片簧的弹力压紧触头，在带有负荷情况下，合熔丝管时，消弧杆先接触消弧片；拉熔丝时，则先断开熔丝上动、静触头，后断开消弧杆，以使拉、合熔断器的电弧全部在消弧杆和消弧片上产生，从而保护熔断器动、静触头在开断负荷电流情况下不受到损伤，并且消弧杆、消弧片上的电弧会使消弧片产生大量气体，在交流电过零时将电弧熄灭。当过电流使熔丝熔断时，断口在熔丝管内产生电弧，熔管内村的消弧管产气材料在电弧作用下产生高压力喷射气体，吹灭电弧．随后，弹簧支架迅速将熔丝从熔管内弹出，同时熔管在上、下弹性触头的推力和熔管自身重力下迅速跌落，形成明显隔离空间。在熔管的上端装有—个释放压力帽，放置一低压熔点熔片。当开断大电流时，上端帽的薄熔片熔化形成双端排气；当开断小电流时，上端帽的熔片不动作，形成单端排气。

二、跌落式熔断器的安装选择

（1）跌落式熔断器熔丝元件的额定电流选择

1)配电变压器一次侧熔丝元件选择，当配电变压器容量在lOOkVA及以下时，按变压器额定电流的2～3倍选择元件；当变压器容量在l00kVA以上时，按变压器额定电流的1.5～2倍选择元件。

2)柱上电力电容器。容量在30kvar以下的柱上电力电容器一般采用跌落式熔断器保护。熔丝元件一般按电力电容器额定电流的1.5～2倍选择。

3)10kV客户进口。客户进口的熔丝元件一般不应小于客户最大负荷电流的1.5倍，客户配电变压器（或其他高压设备）一次侧熔断器的熔丝元件应按进口跌落式熔断器熔丝元件小一级考虑。

4)分支线路。分支线路安装趺落式熔断器，熔丝元件一般不应小于所带负荷电流的1.5倍，并且至少应比分支线路所带最大配电变压器一次侧熔丝元件大一级。

5）遮断容量：跌落式熔断安装地点的短路容量必须小于跌落式熔断器额定断开容量的上限，确保设备不损坏，但又必须大于熔丝元件额定断开容量的下限，确保短路故障时熔丝能熔断。

三、跌落式熔断器的操作

（1）一般情况下不允许带负荷操作跌落式熔断器，操作时应两人进行（一人操作，一人监护），使用相应电压等级的合格绝缘棒操作，戴绝缘手套，穿绝缘靴，雨天操作应使用有防雨罩的绝缘棒操作。雷电时，严禁进行操作和更换熔丝工作。

（2）配电变压器跌落式熔断器操作前，应先将低压总开关或低压刀闸拉开，然后先拉断中间相，再拉背风的边相，最后拉断迎风的边相。这是因为配电变压器由三相运行改为两相运行，拉断中间相时所产生的电弧火花最小，不致造成相间短路。其次是拉断背风边相，因为中间相已被拉开，背风边相与迎风边相的距离增加了一倍，即使有过电压产生，造成相间短路的可能性也很小。最后拉断迎风边相时，仅有对地的电容电流，产生的电火花则已很轻微。合闸时的操作顺序与拉闸时相反，先合迎风边相，再合背风的边相，最后合上中间相。

3）跌落式熔断器操作是一项频繁的项目，注意不到便会造成触头烧伤引起接触不良，使触头过热，弹簧退火，促使触头接触更为不良，形成恶性循环。所以，拉、合熔管时要用力适度，合好后，要仔细检查鸭嘴舌头接触是否紧密，可用绝缘操作棒钩住熔丝管拉环向下轻轻试拉，检查是否合好。合闸时未能到位或未合牢靠，熔断器上静触头压力不足，极易造成触头烧伤或者熔管自行跌落。

柱上开关

（一）柱上开关类型：配电线路常见的柱上开关有柱上断路器、柱上负荷开关、柱上隔离开关，三者之间性能是完全不同的，使用地点方式有所区别。柱上断路器：主要用于配电线路区间分段投切、控制、保护，能开断、关合短路电流。

（二）柱上开关的操作机构

为了确保开关正常分闸、合闸时电弧能够迅速熄灭，开关的操作结构必须具备一定的分、合闸速度，同时在无合闸或分闸的操作命令时，操动机构应能使开关保持在正常状态。常用的操作机构有手动操作机构、弹簧储能操作机构和永磁操作机构。弹簧储能操作机构又有手动和电动两种。

（1）手动操作结构

采用绝缘棒或绝缘绳拉开关的操作杆而进行的分合闸，其优点是结构简单，价格低廉，但开断、关合电流能力低，不具备遥控功能，已经很少使用。

（2）弹黄操动机构

采用手动操作储能手柄或交直流电动机对压缩弹簧或卷心弹簧预先储能，利用弹簧力来实现快速分闸或合闸操作，分合闸也可手动操作手柄，也可按合闸按钮实现电动操作。优点是速度快，具有手动／电动功能，开断、关合电流在12kA及以上且可以实现遥控功能；其缺点是弹簧操动机构的结构比较复杂，联动机构零件数量多。

（3）永磁操作机构

永磁机构主要由动铁芯、静铁芯、永久磁铁、合闸线圈、分闸线圈，以及电子控制元件组成，合闸时合闸线圈的电磁场与永磁场正向叠加，驱动动衔铁到达合闸终端位置，完成合闸触头弹簧和分断弹簧的储能，永磁吸合力代替传统繁杂的机械锁扣装置来实现稳态保持；分闸时分闸线圈的电磁场与永磁场反向叠加，使合闸保持力骤降，在反向电动力、已储能的分闸弹簧和触头弹簧共同作用下，驱动动衔铁到达分闸终端位置，依靠永磁吸合力稳态保持动衔铁在分闸位置。

由于采用了电子控制的电磁操作机构，实现了永磁、保持、电磁合、分闸，和传统的弹簧操作机构相比，工作时主要运动部件只有一个，无需机构脱、锁扣装置，具有较高的机构可靠性，已逐步推广使用。

（三）柱上开关的运行维护

（1）外壳有无渗，漏油和腐蚀现象，各种指示是否正常。

（2）套管有无破裂，裂纹，严重脏污和闪格放电现象。

（3）开关的固定是否牢固；防雷与接地装置是否完好，接地电阻是否负荷要求。

(4）接头是否良好，有无过热现象（如：接头变色等）。连接线夹弹簧垫是否齐全，螺帽是否紧固。

（5）过（跳）引线有无损伤、断股、歪扭，与杆塔、钩件及其他引线间距离是否符合规定。（6）开关的分、合闸位置指示是否正确、清晰。

（7）装有远方监控功能的开关上，其“远方、就地”开关按钮切换是否灵活准确，柱上监控设备是否正常工作。

（8）停电时，还应该检查开关的储能机构，操作机构是否灵活，必要时，在传动机构加润滑油。

箱式变电站

（1）箱式变压站是一种将电力变压器和高、低压配电装置等组合在一个或几个柜体组成的整体，可以吊装运输的箱式电力设备。由于它结构紧凑、外观整洁、移动安装方便、维护量小等的特点，在城市电网建设中被大量采用。

（2）箱式变电站是因由多件单独设备根据用户需要组合，因此有各种形式和功能，根据其结构的不同可分为美式箱式变和欧式箱式变。

（4）箱式变压站的总体结构主要分为高压开关设备、变压器及低压配电装置三大部分。根据系统需要，高压开关可选用六氟化硫或真空断路器、环网开关、负荷开关加熔断器，还可在高压侧加装计量装置；低压侧一般安装有总开关及分路馈线开关，也有的只安装馈线开关，向低压终端用户直接馈电，还可装补偿电容器、计量装置等；配电变压器一般选用油浸式或于式变压器。高压开关设备所在的室一般称为高压室，变压器所在的室一般称为变压器室，低压配电装置所在的室称为低压室，这三个室在箱式站中可有“目”字型布置和“品”字型布置。

环网柜

环网供电技术以其独特的优越性在城网配电系统中广泛采用，城市电网结构逐步由双射网向单环网以及双环网供电方式过渡。环网柜也就成了环网供电和终端供电的重要开关设备。

环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。

环网柜设置：

1）户外环网单元安装在受条件限制不能设置开关站和末端用户较集中的地区，用于电缆线路的分接负荷和分段、联络。

2）户外环网单元一般采取两路电缆进线、四路电缆出线，两路电源具备防火间隔。计划双射接线末端向双环网发展或地区用户较多时，可采取六路电缆出线，高压开关采用SF6绝缘和开断的环网负荷开关柜和全绝缘充气柜，不推荐产气和压气式负荷开关产品。每个独立的SF6气室配有SF6压力指示，并能实现低气压分合闸闭锁功能。