变配电所一次设备简介

变配电所的一次设备变配电所一次设备简介•学习目标：•了解高压设备的工作原理、特点和技术参数•掌握变配电所高压设备的组成及作用•熟悉变配电所高压设备的结构一、变配电所高压设备的组成•变配电所的设备可分为一次设备和二次设备，一次设备是变配电所的主体，也称为高压电气设备，它包括各种电压等级的开关、变压器、互感器、母线和电缆。目前高压设备的电压等级为220kv,西北电网采用330kv电压。将这些设备按照一定的关系连接起来，组成一次接线，即变配电所的主接线。变配电所高压设备的文字符号、主要特点与作用一、变配电所高压设备的组成分类名称旧标国标主要作用变换电器牵引变压器BT变换电力系统的电压，使之便于传输和应用电力变压器电流互感器LHTA变换电路中的电流和电压，使之便于测量、保护和控制电压互感器YHTA开关电器断路器DLQF关合和开断正常和故障电路，具有良好的灭弧功能。隔离开关GQS关合和开断无负荷电路，具有明显分断点，没有灭弧功能。负荷隔离开关FQL关合和开断正常电路，具有明显分断点，有一定灭弧功能。保护电器熔断器RDFU避免电气设备因短路故障或过负荷遭受破坏电抗器、滤波器DKLC限制电气设备承受的短路电流；过滤高次谐波避雷器、放电器BLF限制电气设备承受过电压隔离开关QS牵引变电所高压侧主要设备平面布置示意避雷器F隔离开关QS隔离开关QS电流互感器TA隔离开关QS电流互感器TA断路器QF隔离开关QS牵引变压器T1牵引变压器T3牵引变压器T2牵引变压器T4GIS高压室控制室开关设备电压互感器TV保护设备电流互感器TA避雷器F隔离开关QS隔离开关QS电流互感器TA隔离开关QS电流互感器TA断路器QF电压互感器TV电流互感器TA量测设备1#进线高压侧主接线二、变压器•1、变压器结构与原理•2、牵引变压器选型•3、牵引变压器接线二、变压器•概述：•变压器是变配电所中最重要的•一次设备，只要功能是变换电压和•传输电能，将一次侧电能通过电磁•能量转换的方式传输到二次侧，同•时根据应用的需要将电压升高或降•低，完成电能的输送和分配。对于高速铁路牵引变压器而言，将220kV电压等级的交流电转换成2*27.5kV电压等级的交流电，供给牵引网。•变压器器身铁芯绕组引线（包括调压装置、引线夹件等）绝缘附件（包括油枕、油门闸阀等）油箱本体油箱冷却装置（包括散热器、风扇、油泵等）保护装置（包括防爆阀、气体继电器、测温元件、呼吸器等）出线装置（包括套管等）二、变压器1、基本结构（1）铁芯：铁芯是变压器的磁路部分，由铁芯柱和铁轭组成。绕组套装在铁芯柱上，铁轭用来使整个磁路闭合。铁芯结构一般分为心式和壳式两种。心式铁芯只包围绕组的顶部和底部，而壳式铁芯连绕组侧面一起包围。我国电力变压器主要采用心式铁芯，因为这样绕组的布置和绝缘比较容易。二、变压器（1）铁芯：铁芯材料要求导磁性能好，才能使铁损小，故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。因冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗，其性能优于热轧的，所以国产变压器均采用冷轧硅钢片。国产硅钢片的厚度有0.35mm、0.30mm、0.27mm等几种。片厚则涡流损耗大，硅钢片的表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘，减少涡流损耗。必须将铁芯及其金属部件可靠接地，但铁芯只能采用一点接地，切不可将所有硅钢片都接地或采用多点接地，否则会造成较大的涡流而使铁芯发热，损坏硅钢片之间的绝缘，造成变压器本身过热、损耗增加。二、变压器（2）绕组：绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线绕制而成。我国生产的电力变压器，基本上只有一种芯式结构形式，所以绕组也都采用同心绕组。为了降低绝缘造价、缩小绕组及变压器整体的造价、便于绕组和铁芯之间的绝缘，一般低压绕组放在里面，靠近铁芯柱。为了节约用铜，变压器容量在9000KVA及以下时，通常采用铝导线，容量更换更大时采用铝合金导线（现也有使用铜线），特种变压器及容量很小的变压器，也可采用铜导线。（3）绝缘：变压器的绝缘分主绝缘和纵绝缘两大部分。主绝缘指绕组对地之间、相间和同一相而不同电压等级的绕组之间的绝缘；纵绝缘指同一电压等级的一个绕组，其不同部位之间，如层间、匝间、绕组对静电屏之间的绝缘。变压器内的主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。（4）分接开关：为了供给稳定的电压、控制电力潮流或负载电流，均需对变压器进行电压调整。目前变压器调整电压的方法是在其某一侧绕组上设置分接，以切除或增加一部分绕组的线匝，改变绕组的匝数，从而达到改变电压比的有级调整电压方法。一般情况下是在高压绕组上安装分接开关，是因为一高压绕组在外侧，引出分接方便，二是高压侧电流小，载流部分截面小，开关触头也比较容易制造。变压器二次不带负荷载，一次也与电网断开的调压，称为无励磁调压；带负载进行变换绕组分接的调压，称为有载调压。（5）油箱：油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。油箱结构，根据变压器的大小分为吊器身式油箱和吊箱壳式油箱两种。吊箱壳式油箱多用于8000KVA及以上的变压器，其箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形，故又称钟罩式油箱。检修时无需吊器身，只将上节油箱吊起即可。油箱内的变压器油有两种作用，一方面作为绝缘介质，另一方面作为散热的媒介，即通过变压器油的循环，将绕组和铁芯中散发出来的热量，带给箱壁或散热器进行冷却。油箱是用钢板焊接成的，其结构的机械强度除了满足变压器运行的一些要求外，还应满足变压器在检修和运输时的一些要求。（6）冷却装置：变压器运行时，绕组和铁芯中的损耗转化为热量，必须及时散热，以免变压器过热造成事故。变压器的冷却装置起散热作用。根据变压器容量大小不同，采用不同的冷却装置。对于小容量的变压器，绕组和铁芯所产生的热量经过变压器油与油箱的接触，以及油箱外壁与外界准空气的接触而自然地散热冷却，无须其他附加冷却装置。若变压器容量稍大些，可以在油箱外壁上焊接散热管，以增大散热面积。对于容量更大的变压器，则应安装冷却风扇，以增强冷却效果。（7）储油柜（又称油枕）：储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通。当变压器油温变化时，变压器油体积会膨胀或收缩。储油柜的作用是保证油箱内总是充满油，并减小油面与空气的接触，从而减缓油的老化。储油柜的容积约为总容积的10%左右，它保证变压器在冬季停用和夏季带最大负荷时，都能在油位计上看到油位。变压器装设油枕后，有利于装设气体继电器，又可使绝缘套管内部充满油，以提高绝缘套管的绝缘水平。（8）防爆管（压力释放阀）：位于变压器的顶盖上，当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体或变压器油便从安全气道喷出，保护变压器不受严重损坏。（9）呼吸器：为了使储油柜上部的空气保持干燥，避免工业粉尘的污染，储油柜通过吸湿器与大气相通。吸湿器内装有用氯化钙或氯化钴浸渍过的硅胶，它能吸收空气中的水分，当它受潮到一定程度，其颜色由蓝色变为粉红色。（10）绝缘套管：变压器内部引线是经绝缘套管引到油箱外部。套管由带电部分和绝缘部分组成。带电部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。外绝缘为瓷管；内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。（11）其他：温度计一般是用来测量变压器油箱里面上层油温。冷却风扇：提高变压器油冷却效果。电流互感器：变压器保护及测量用。瓦斯保护是保护变压器的本体。2、牵引变压器的选型•高铁牵引变电所通常采用220（110）/27.5kv的油浸自冷式变压器，作为牵引变压器。高速铁路牵引变压器接线形式，应根据各地电网的具体情况和牵引变压器的容量综合确定。•变压器接线型式•应用于直接供电方式的主要有：•单相接线、V/v接线、YNd11接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge接线等)、阻抗匹配平衡接线•应用于AT供电方式的主要有：•单相接线、V/X接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge接线等)、十字交叉接线3、变压器的接线•（1）V/V接线•v/v接线的变压器，可以减轻牵引负荷带来的三相电压不平衡度，在直供方式的高铁牵引变电所得到大量采用。原边绕组接入三相电力系统的A、B相。副边绕组出线端子分别接到上下行牵引母线上，通过馈线向变电所两侧供电臂的牵引网供电。特点与单相牵引变电所相似，由两台单相牵引变压器或一台做成一体的V/V牵引变压器组成，牵引变压器低压侧的两个线圈分别向两个供电臂供电，这种结线形式的牵引变压器的容量利用率高，同样地，也会因为牵引负荷的不对称会给电力系统造成一些不良影响。依然需要对相邻牵引变电所进行换相处理。V/X接线•我国高速铁路AT供电方式中的牵引变电所使用最多的是V/X接线牵引变压器，有有三相V/X和两台纯单相变压器组成V/X接线两种型式。由于高铁线路牵引负荷大，单台牵引变压器安装容量大，制造和运输困难，目前多采用两台纯单相变压器组成VX接线，两台单相变压器的原边线圈作V型连接形成与高压电网连接的三个输入端，副边线圈各引出中间接地点，为X的中心点。其中连接接触网的次边绕组是T绕组，接正馈线的次边绕组是F绕组。该接线形式由两台各具有独立磁路、电路、油箱和散热组件的单相变压器组合而成。此接线方式具有纯单相变压器的大部分优点，并且在超大容量时不会给变电所设计带来困难。TCFVx变压器(C)(A)(B)35kv真空断路器三、高压断路器的构造和工作原理高压断路器主要由以下部分组成：触头是电路通断的重要部分，一般分为动触头和静触头两部分：在开关进行分闸或合闸操作时，静触头不运动，动触头运动；灭弧室熄灭电弧的地方；绝缘介质分为灭弧用绝缘介质和支持用绝缘介质，前者在熄灭电弧中起作用，一般有矿物油（又称绝缘油）、SF6气体、真空等；后者用于支持运动机构、触头、灭弧室等，一般有电工瓷、环氧树脂等；壳体结构断路器的各个部分安装为一体；运动机构推动动触头运动的机构，多由连杆机构组成。断路器的作用断路器QF断路器的操作机构断路器：正常带负荷投入或切断变压器和馈线，使得变压器和接触网设备不受大电流的损坏。图形符号：文字符号：QF（DL）•1、对高压断路器的技术要求及其基本参数•对高压断路器的技术要求及其基本参数的了解，是进行供变电工程设计和运营的基础。•1）开断负荷电路和短路故障•断路器在工作中，如果在正常情况下，需要承受工作电压、流过负荷电流、开断各种不同性质的负荷，在设备发生故障时，则要承受过电压、过电流，如果需要，还要开断故障电流。因此，对开关的开断和关合能力方面，主要从以下参数体现。•额定电压：(kV)，如220kV电压等级的就选该等级的断路器；•额定开断电流：（kA）；•此外，以前常用的额定开断容量现在很少用了。•2）快速开断•不同的断路器的开断时间由两部分组成：开关从接收分闸命令到触头完全断开，此为固有分闸时间；从断路器触头完全分开到电弧完全熄灭的时间。•通常根据断路器的开断时间分为低速（0.12秒以上）、中速（0.08到0.12秒之间）、高速（0.08秒以内）动作断路器。•3）关合短路故障•开关在带电合闸中，通常在开关触头完好接触前，动触头和静触头之间就已经通过放电实现电路的连通。•一般来说，在开关合上负载前，负载供电设备可能是完好的，也可能绝缘已经存在缺陷，如果设备是完好的，则开关合闸过程中的电流是不大的，如果设备存在绝缘缺陷，则开关面临双重考验：开关在合闸过程中的电流很大（故障电流），妨碍到开关的正常合闸，使电弧在触头之间燃烧；开关合闸后，由于继电保护系统将启动驱动开关跳开故障设备，开关将在恶劣的工作状态下灭弧。•标志断路器关合电流能力的指标是：（kA），用峰值表示。•4）自动重合闸•在线路保护中，通常都安装有自动重合闸装置，在输电线路发生故障后，首先由继电保护装置动作驱动断路器跳开输电线路，然后经过延时，由自动重合闸装置驱动断路器把输电线路合上，如果线路中已经不存在故障，则开关不再动作，输电线路正常输电，如果线路中故障仍然存•在，则继电保护装置再次动作驱动断路器跳开输电线路。从这一过程来看，断路器的动作情况可能是以下两种情况之一：•断路器跳闸（