变电站电气设备详细基础知识

知识点：电气芯柱

1、变电所的作用：变电所是连接发电厂、电网和电力用户的中间环节，主要有汇集和分配电力、控制操作、升降电压等功能。

2、变电所的构成：变压器、高压配电装置、低压配电装置和相应建筑物。

3、变电所分类⑴按作用分类①升压变电所：建在发电厂和发电厂附近，将发电机电压升高后与电力系统连接，通过高压输电线路将电力送至用户。②降压变电所：建于电力负荷中心，将高压降低到所需各级电压，供用户使用。③枢纽变电所：汇集电力系统多个大电源和联络线路而设立的变电所，其高压侧主要以交换电力系统大功率为主，低压侧供给工矿企业和居民生活用电等。

⑵按管理形式分类①有人值班变电所：所内有常驻值班员，对设备运行情况进行监视、维护、操作、管理等，此类变电所容量较大。②无人值班变电所：不设常驻值班员，而是由别处的控制中心通过远动设备或指派专人对变电所设备进行检查、维护，遇有操作随时派人切换运行设备或停、送电。

⑶按结构型式分类①屋外变电所：一次设备布置在屋外。高压变电所用此方式。②屋内变电所：电气设备均布置在屋内，市内居民密集地区或污秽严重的地区、电压在110KV以下用此方式。

⑷按地理条件分类地上变电所、地下变电所。

4、变电所的规模按电压等级、变压器总容量和各级电压出线回路数表示。电压等级以变压器的高压侧额定电压表示，如35、110、220、330、500KV变电所。变压器总容量通常以全所主变压器的容量总和来表示。各级电压出线回路数，根据变电所的容量和工业区用户来确定。如一变电所有5条35KV输电线路、4条110KV输电线路、3条10KV用户配电线路，该所共有出线12回。

5、变电所的电气一次设备构成：变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、架空母线、消弧线圈、并联电抗器、电力电容器、调相机等设备。6、变压器⑴作用：变换电压，将一种等级的电压变换成同频率的另一种等级的电压。

⑵变压器的分类①按相数分：单相变压器、三相变压器。②按用途分：升压变压器、降压变压器和联络变压器。③按绕组分：双绕组变压器（每相各有高压和低压绕组）、三绕组变压器（每相有高、中、低三个绕组）以及自耦变压器（高、低压侧每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽头）

⑶变压器结构①铁芯：用涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，用以构成耦合磁通的磁路，套绕组的部分叫芯柱，芯柱的截面一般为梯形，较大直径的铁芯叠片间留有油道，以利散热，连接芯柱的部分称铁轭。②绕组：是变压器的导电部分，用绝缘材料的铜线或铝线绕成圆筒形，然后将圆筒形的高、低压绕组同心地套在芯柱上，低压绕组靠近铁芯，高压绕组在外边，这样放置有利于绕组铁芯间的绝缘。③分接开关：利用改变绕组匝数的方法来进行调压。将绕组引出的若干个抽头叫分接头，用以切换分接头的装置称分接开关；分接开关又分为无载分接开关和有载分接开关，无载分接开关只能在变压器停电情况下，才能切换；有载分接开关可以在带负荷情况下进行切换。④保护装置：a、储油柜（油枕）：调节油量，减少油与空气间的接触面，从而降低变压器油受潮和老化的速度。b、吸湿器（呼吸器）用以保持油箱内压力正常，吸湿器内装有硅胶，用以吸收进入油枕内空气中的水分。c、安全气道（防爆筒）：它的出口处装有玻璃或薄铁板，当变压器内部发生故障时，油气流冲破玻璃向外喷出，以降低油箱内压力，防止爆破。d、气体继电器：当变压器内部故障时，变压器油箱内产生大量气体使其动作，切断变压器电源，保护变压器。e、净油器（热虹吸过滤器）：利用油的自然循环，使油通过吸附剂进行过滤、净化，防止油的老化。f、温度计：用以测量监视变压器油箱内上层油温，掌握变压器的运行状况。

⑷变压器的冷却①油浸自冷式ONAN：铁芯和绕组直接浸于变压器箱体的油中，变压器在运行中产生的热量经变压器油传递到油箱壁和散热器管，利用管壁和箱体的辐射和周围空气对流，把热量带走，从而降低变压器温升。②油浸风冷式ONAF：为了加快变压器油的冷却，在散热器上装有风扇，以加速空气的对流，使油迅速冷却，达到降低变压器温升的目的。③强迫油循环风冷或水冷式OFAF：装有特殊油泵，强迫油在散热器内循环，用风扇加速散热器冷却或利用特制设备将水通过散热器将变压器油内热量带走，达到冷却变压器的目的。

7、断路器⑴断路器的作用：通过断路器将设备投入（接通）或退出（断开）运行。当电气设备或线路发生故障时，由继电保护动作控制断路器，使故障设备或线路从电力系统中迅速切除，保证电力系统内无故障设备的运行。⑵断路器的构成：开断元件、支持绝缘的元件、传动元件、基座以及操动机构组成。⑶断路器分类①按电压等级分类：按电压等级分有高压断路器（10、35、110、220、330、500KV）和低压断路器（400V）。②按灭弧介质分类：少油式断路器（油仅用来灭弧，带电部分的绝缘用瓷或有机绝缘材料，用油少）、多油式断路器（油既作绝缘，又用来灭弧，用油多）、空气断路器（用压缩空气既作绝缘，又用来灭弧）、真空断路器、六氟化硫断路器（以SF6气体作灭弧和绝缘）以及自动产气和磁吹断路器等。③按安装环境分类：屋外式和屋内式。

⑷断路器的主要技术参数和运行基本要求⑴主要技术参数：额定电流、额定电压、额定开断电流、分闸时间、合闸时间以及动稳定和热稳定电流等。⑵运行基本要求：工作可靠性、足够的开断能力、满足电力系统要求的分闸时间、能实现重合闸、结构简单、价格低。8、隔离开关⑴隔离开关的作用：将电气设备与带电部分隔离开，以保证电气设备能安全地进行检修或故障处理；改变运行方式（如在双母线接线的电路中，可将设备或线路从一组母线切换至另一组母线上）⑵隔离开关的分类①按安装地点分类：屋内型和屋外型②按绝缘支柱数目分类：单立柱式、双立柱式、三柱式。③按用途分类：输配电用、发电机引出线用、变压器中性点接地用和快分用四种。④按断口两侧闭市接地刀情况分类：单接地、双接地和不接地三种。⑤按触头运动方式分类：水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式。⑥按现用操动机构分类：手动、电动和气动操作等。⑦按极数分为单极和三极隔离开关。

⑶对隔离开关的基本要求①要有明显的断开点，易于鉴别是否与电源断开。②断开点之间，应有可靠的绝缘，即就有足够的距离，在恶劣的气象条件下或过电压相间闪络的情况下，不致从断开点击穿，以保证检修人员的人身安全。③运行中应有足够的热稳定和动稳定性，尤其不能因电动力作用而自动断开，否则将会造成重大事故。④结构就尽量简单，动作可靠，对带有接地刀的隔离开关，必须有闭锁装置，保证先断开隔离开关再合上接地刀或先断开接地刀再合上隔离开关的操作要求。9、互感器互感器是将高电压和大电流变换成适合仪表或保护装置使用的低电压和电流。⑴作用：①互感器与测量仪表配合，对设备和线路的电压、电流、功率等进行测量。②互感器与继电器或保护装置配合，对电气设备、电力系统设备进行保护。③互感器能使测量仪表、继电保护装置与电气设备的高电压隔离，保证运行值班员的人身安全和二次设备的安全。④将电路的电压、电流变换成统一的标准值，以利仪表、继电器等二次设备标准化。

⑵互感器的分类①电压互感器的类型a、电磁式电压互感受器：单相干式、三芯五柱式、单相油浸式及串级油浸式等。b、电容式电压互感器：单相油浸式，它由电容分压器和电磁单元构成。②电流互感器的类型①干式电流互感器：贯穿式、母线式、支持式三种，用于发电机回路及开关柜中。②油浸式电流互感器，多用于屋外配电装置。③串级式电流互感器，几个中间电流互感器相互串联而成。④次箱式电容型电流互感受器

10、消弧线圈：主要用于中性点不直接接地的电力系统中，当发生单相金属性接地故障时，补偿接地电容电流，使其值在允许的范围内。消弧线圈是一个带有铁芯的电感线圈，铁芯具有间隙，以使得到较大的电感电流，线圈的接地侧有若干个抽头，以便在一定的范围内分级调节电感的大小。消弧线圈一般接于变压器或发电机的中性点。

11、并联电抗器作用；削弱空载或轻载线路中的电容效应，降低工频过电压；同时利用其中性点经小电抗接地来补偿潜供电流，加速潜供电弧的熄灭。

12、电力电容器⑴并联补偿电容器主要用于增加无功功率以及提高受电端电压水平。⑵串联补偿电容器用于220KV及以上的电力系统中，可以提高线路的输送容量、系统稳定性和合理分布并联线间电容等。在110KV及以下的系统中，可以改善线路电压水平，提高配电网络输送能力。⑶静止补偿器由电容器和可控饱和电抗器组成，兼有调相机及电容器的优点。

13、调相机：实际上它是一个空载运行的同步电动机，装于负荷中心的变电所，用以补充无功功率、改善功率因数。

14、母线⑴发电厂和变电所中各级电压配电装置的母线、各种电器之间的连接用导线以及发电机、变压器等电气设备与相应的配电装置之间的连接导线称母线。

⑵作用：汇流、分配、传输电力。

⑶母线通常采用铝材；持续电流较大时，而且位置又狭窄的变压器出线端以及环境对铝有腐蚀时，选用铜材；110KV及以上的配电装置，当采用硬导线时，必须有足够的力学强度和安全系数，一般常用铝锰合金材料。⑷导线（体）的截面形状①矩形母线：在35KV以上的屋外配电装置，大多数采用矩形截面母线，矩形母线散热较好。②圆形线圈：35KV以上的屋外配电装置中，大多数采用圆形截面母线。因为圆形截面导线无电场集中的现象，不会引起电晕。在110KV及更高电压的屋外配电装置中，一般采用钢芯铝芯铝绞线或管形母线。③大电流母线：对于大容量发电机，因工作电流很大，可采用多条矩形母线来增加载流量。每条的截面相同，用母线厚度相同的距离，以利散热。当每相三条矩形母线不能满足要求时，可采用槽形母线。④水内冷母线：载流能力比普通母线高几倍，用于水内冷发电机绕组中。

15、绝缘子⑴绝缘子作用：用来支持导线，并使其绝缘的器件。⑵绝缘子的分类①按用途分：高压绝缘子：电站电器绝缘子和线路绝缘子。低压绝缘子用于低压架空线路、低压布线、通信线路等。②按主绝缘材料分：瓷绝缘子、玻璃绝缘子、有机材料绝缘子和复合绝缘子。③按结构分：A型、B型和高压套管。高压套管供导线穿过墙壁、箱壳等，并使导体与墙壁、箱、壳等绝缘。高压套管分充液套管、充气套管、油浸纸套管和电容套管等。

16、变电所二次回路的概念⑴组成：变电所的电气二次回路由测量仪表、监察装置、信号装置、控制和同步装置、继电保护和自动装置等组成。⑵作用：保证电气一次设备安全、可靠运行的重要组成部分。⑶任务：监视电气一次设备和电力系统的工作状况、控制电气一次设备，并在电气一次设备及电力系统发生故障时，能使故障部分迅速退出运行或给值班员提供信号，以便采取措施及时处理。

17、测量和监视：为保证电气设备安全经济运行，必须装设测量仪表以及记录型仪表、同步设置、绝缘监察装置，这些仪表和装置与电压互感器、电流互感器的二次绕组相连接。

18、信号回路⑴、事故信号：当电气一次设备或电力系统发生事故时，如任何一台断路器因故障引起掉闸后，随即发出音响信号和闪光信号，提醒运行人员，采取措施进行处理。事故信号要具重复动作的性质。⑵、预告信号：变电所设备发生不正常运行和异常运行时，必须发出预告音响信号，同时发出光字信号，通知运行值班员电气设备发生了异常运行状况，或提示运行人员注意设备有可能引起事故。

19、操作电源：变电所中，对断路器或其他电气设备远距离控制，对操作、信号、继电保护装置、自动装置等运行，要有专用电源供电，此电源为直流电源。⑴蓄电池组直流系统：由蓄电池组、充电机和浮充电机等组成一套独立的直流系统。它担负变电所全部电气设备的操作电源、信号电源、继电保护装置和自动装置的电源等到。当变电所内交流电源消失时，还供给事故照明及重要设备的电源。⑵硅整流电容储能直流系统：采用硅整流器装置，从交流系统获得的直流电源，要求有可靠的交流电源。当发生故障时，交流电压下降，从而使直流系统电压也下降，严重时引起继电保护装置拒绝动作。为了让保护装置可靠动作和保证故障设备的断路器跳闸，利用电容储能装置释放电能，使保护可靠地动作。

⑶复式整流直流系统：采用复式整流装置和硅整流电容储能装置作为直流电源，节省了建设投资费用，缺点是当交流电源全部消失时，不失去操作电源的危险。20、继电保护及安全自动装置⑴继电保护和安全自动装置的基本要求：可靠性、安全性、灵敏性、选择性、速动性。

⑵继电保护分类：主保护和后备保护。主保护在发生故障时，就首先正确可靠地动作，在最短时间内或不带时限地切除保护范围内的故障。如变压器的差动保护、输电线路的高频保护、距离保护、零序电流保护等。后备保护是当被保护电气设备、输电线路的主保护或断路器失灵时起作用的保护，如变压器、输电线路的过流保护。

⑶安全自动装置：如输电线路自动重合闸装置，厂用电备用电源自动投入装置，变电所母线或分段母线备用电源自动投入装置，自动按频率减载装置，电气制动和自动切机装置等。

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