电力系统一次设备介绍

一次设备一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高压电气设备。一次设备主要包括：•变换设备：变压器、电压互感器、电流互感器等；•控制设备：断路器（开关）、隔离开关（刀闸）等；•保护设备：熔断器、避雷器等；•补偿设备：并联电容器；•成套设备：高低压开关柜、低压配电屏等；•线路设备：母线、电缆、架空线路。由一次设备相互连接，构成发电、输电、配电的电气回路称为一次回路或一次接线系统。二次设备：对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护，以及为运行、维护人员提供运行状况或信号的低压电气设备。二次设备包括：测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置(如蓄电池、硅整流器等)。二次回路：由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路。•母线：在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用的裸导线。•母线的作用：汇集、分配和传送电能。•装设母线的必要性：在变电所中，进出线之间需要一定的电气安全间隔，所以无法从一处同时引出多个回路；而采用母线装置才能保证电路接线的安全性和灵活性，所以在复杂的系统中母线很有必要。•母线按结构分为硬母线和软母线。一、母线1、电力变压器的用途•变压器是一种把电压和电流转变成另一种（或几种）同频率的不同电压电流的电气设备。•变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电气设备。其功能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。二、变压器由于制造上的困难，发电机电压不可能很高（目前在20KV以下），所以在发电厂中要用升压变压器将发电机电压升到很高，才能将大量的电能送往远处的用电地区，如35KV、66KV、110KV、220kv、330kv、500kv等。而在用电负荷处，再用降压变压器将电压降低到适当的数值供用户电气设备使用。2、变压器的工作原理变压器的一次绕组与交流电源接通后，经绕组内流过交变电流产生磁通，在这个磁通作用下，铁芯中便有交变磁通，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能，由于电磁感应作用，分别在一次、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。3、电力变压器的组成部分（1）铁芯铁芯在电力变压器中是重要的组成部件之一。它由高导磁的硅钢片叠积和钢夹件夹紧而成，铁芯具有两个方面的功能：•在原理上，铁芯是构成变压器的磁路。它把一次绕组的电能转化为磁能，又把该磁能转化为二次绕组的电能，因此，铁芯是能量传递的媒介体；•在结构上，它是构成变压器的骨架。在铁芯柱周围套上带有绝缘的绕组线圈，并且牢固地对铁芯柱支撑和压紧。三相三柱式铁芯，三柱线圈各自为一相引出。它是三相变压器最广泛应用的典型结构。（2）绕组（线圈）•绕组是变压器最基本的组成部分，它与铁芯一起构成了电力变压器的本体，是建立磁场和传输电能的电路部分。•不同容量、不同电压等级的变压器，绕组形式也不一样。一般电力变压器中常采用同心式和交叠式两种结构形式。•同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁芯上，一般是将低压绕组放在里边，高压绕组套在外边，以便绝缘处理。同心式绕组结构简单、绕制方便，故被广泛采用。交叠式绕组又叫交错式绕组，在同一铁芯上，高压绕组、低压绕组交替排列，绝缘较复杂、包扎工作量较大。它的优点是力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、漏电抗较小，一般用于电压为35KV及以下的电炉变压器中。把低压绕级布置在高压绕组的里边的原因：•这主要是从绝缘方面考虑的。理论上，不管高压绕组或低压绕组怎样布置，都能起变压作用。但因为变压器的铁芯是接地的，由于低压绕组靠近铁芯，从绝缘角度容易做到。如果将高压绕组靠近铁芯，则由于高压绕组电压很高，要达到绝缘要求，就需要很多的绝缘材料和较大的绝缘距离。这样不但增大了绕组的体积，而且浪费了绝缘材料。•再者，由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头，即改变其匝数来实现的，因此把高压绕组安置在低压绕组的外边，引线也较容易。（3）分接开关变压器调压是在变压器的某一绕组上设置分接头，当变换分接头时就使带有分接头的变压器绕组的匝数减少或增加，从而改变了变压器绕组的匝数比。绕组的匝数比改变了，电压比也相应改变，输出电压就改变，这样就达到了调整电压的目的。变压器的调压方式有无载调压和有载调压两种：•无载调压是指变压器在停电、检修情况进行调节分接开关位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的；•有载调压是指变压器在运行中可以调节分接开关位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。•无载调压的调压范围较窄，调节级数较少，通常额定调压范围以变压器额定电压的百分数表示为±2×2.5％；•有载调压的调压范围较宽，调节级数较多，通常额定调压范围以变压器额定电压的百分数表示为±8×1.25％。（4）高、低压套管（绝缘套管）绝缘套管是变压器箱外的主要绝缘装置，变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起到固定引出线的作用。（5）变压器油变压器油的作用：•绝缘。变压器油具有比空气高得多的绝缘强度，绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。•散热。变压器油的比热大，常用作冷却剂，变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。•消弧。在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧，由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。（6）油箱油箱是油浸式变压器的外壳，器身就放置在灌满了变压器油的油箱内。油箱按变压器容量的大小，其结构基本上有两种型式：①吊芯式油箱。由于中小型变压器，器身相对外壳较轻。当器身需要检修时，可以将箱盖打开，吊出器身，就可以进行详细的检查和必要的修理。②吊壳式油箱随着变压器单台容量的不断增大，它的体积迅速增大，重量也随之增加。目前大型电力变压器均采用铜导线，器身重量都在200吨以上，而总重量均在300吨以上。这样庞大的变压器，对起吊器身带来了很多困难。因此，大型电力变压器箱壳都做成吊箱壳式，当器身要进行检修时，就吊出较轻的箱壳。（7）油枕当变压器油的体积随着油的温度膨胀或减小时，油枕起着调节油量、保证变压器油箱内油面平稳的作用。如过没有油枕，油箱内的油面波动就会带来以下不利因素：•一是油面降低时露出铁芯和线圈部分会影响散热和绝缘；•二是随着油面波动空气从箱盖缝里排出和吸进，而由于上层油温很高，使油很快地氧化和受潮，油枕的油面比油箱的油面要小，这样，可以减少油和空气的接触面，防止油被过速地氧化和受潮；•三是油枕的油在平时几乎不参加油箱内的循环，它的温度要比油箱内的上层油温的低的多，油的氧化过程也慢的多，因此有了油枕，可以防止油的过速氧化。（8）呼吸器（吸湿器）•油枕内的绝缘油通过呼吸器与大气连通，呼吸器的作用是提供变压器在温度变化时内部气体出入的通道，解除正常运行中因温度变化产生对油箱的压力。•呼吸器内装有吸附剂硅胶，气体流过呼吸器时，硅胶吸收空气中的水分和杂质，以保持绝缘油的良好性能。为了显示硅胶受潮情况，一般采用变色硅胶。变色硅胶原理是利用二氯化钴（CoCL2）所含结晶水数量不同而有几种不同颜色做成，二氯化钴含六个分子结晶水时，呈粉红色；含有两个分子结晶水时呈紫红色；不含结晶水时呈蓝色。（9）防爆管•防爆管又名安全气道，装在油箱的上盖上，由一个喇叭形管子与大气相通。防爆管的作用是当变压器内部发生故障时，将油里分解出来的气体及时排出，以防止变压器内部压力骤然增高而引起油箱爆炸或变形。•防爆管的管口用薄膜玻璃板封住，为防止正常情况下变压器内部与大气流通。（10）瓦斯继电器•瓦斯继电器安装在变压器到油枕的连接管路上。•瓦斯继电器的作用：如果充油的变压器内部发生放电故障,放电电弧使变压器油发生分解,产生甲烷、乙炔、氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙烷等多种特征气体，故障越严重，气体的量越大，这些气体产生后从变压器内部上升到油枕的过程中，要流经瓦斯继电器，推动瓦斯继电器内的一个挡扳，使继电器的常开接点闭合，作用于轻瓦斯保护发出警告信号，重瓦斯则直接启动继电保护跳闸，断开断路器，切除故障变压器。（11）冷却装置油浸式变压器冷却装置包括散热器和冷却器，不带强油循环的称为散热器，带强油循环的称为冷却器。①散热器②冷却器（12）温度计大型变压器都装有测量上层油温的带电接点的测温装置，它装在变压器油箱外，便于运行人员监视变压器油温情况。4、电力变压器的分类（1）按功能：分为升压变压器和降压变压器。（2）按相数：分为单相和三相。（3）按绕组结构：分为单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器。（4）按调压方式：分为无载调压和有载调压。（5）按绕组绝缘及冷却方式：分为油浸式、干式和充气式（SF6）等。（6）按绕组导体材质：分为铜绕组和铝绕组。5、变压器的型号表示SFPSZ9—120000/2206、变压器并联运行的条件变比相等；短路电压相等；绕组接线组别相同。7、自藕变压器(a)符号(b)外形(c)实际电路三、断路器（开关）1、高压断路器是发电厂、变电所一次系统中的重要电气设备，它用来切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。文字符号QF，图形符号2、作用：（1）正常运行时，能够接通、切断正常负荷电流；（2）系统故障时，能够配合继电保护装置，切除故障电流。3、断路器熄灭电弧的方法：•采用介质强度高的绝缘材料（比如绝缘油、压缩空气、真空、六氟化硫等）；•用未游离介质填充触头之间（横吹、纵吹、混合吹等）；•加快触头分离速度。（参见“空气断路器灭弧过程动画演示”）4、高压断路器的组成部分（1）触头：是电流通断的重要部分，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。（2）灭弧室：熄灭电弧的场所。（3）灭弧用绝缘介质：起熄灭电弧的作用，一般有绝缘油、压缩空气、真空、六氟化硫等；（4）支撑用绝缘介质：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。（5）壳体：断路器的各个部分安装为一体。（6）操动机构：推动动触头运动的机构。有手动、电磁、电动、气动、弹簧、液压等。5、断路器的分类（1）油断路器：灭弧和绝缘介质是绝缘油。（2）压缩空气断路器：灭弧和绝缘介质是压缩空气。（3）真空断路器：灭弧和绝缘介质是真空。（4）SF6断路器：灭弧和绝缘介质是SF6。（1）油断路器分为少油断路器和多油断路器两种。•少油断路器对地绝缘靠空气、套管以及其它的绝缘材料完成。•多油断路器对地绝缘以及其它的绝缘材料用的仍是绝缘油。•少油断路器的特点：重量轻、体积小、节约油以及钢材、价格低，但不能频繁操作，主要用于6～35KV的室内配电装置。•多油断路器的特点：结构简单、工艺要求低，但体积大、用钢材和绝缘油都比较多、检修工作量大、且易发生爆炸和火灾现象，一般情况下不采用。（2）压缩空气断路器：利用压缩空气的吹动来熄灭电弧。•特点：断路能力大、动作时间快、尺寸小、重量轻、无火灾危险，但结构复杂、价格贵、需要装设压缩空气系统，主要用于110KV及以上对电气参数及断路时间有较高要求的系统中。（3）真空断路器：灭弧和绝缘介质是真空。•特点：静触头和动触头均放置在真空的玻璃泡中，因而熄弧快，触头不致氧化，适合于频繁操作，也没有变压器油的火灾危险性。但由于真空度要求高，所以密封比较困难，主要用于操作频繁的配电系统上。（4）SF6断路器：灭弧和绝缘介质是SF6。SF6气体的特点：•绝缘强度高；•无色、无味、无毒且不易燃烧；•不含氧元素，不存在触头氧化问题；•在电弧的高温作用下，会分解出氟气（F2），具有较强的腐蚀性和毒性。SF6断路器的特点：•断流能力强，灭弧速度快。操作维护和检修都很方便、检修周期长；但要求加工精度高，密封性能要求高，