变配电所一次设备简介课件

大家好大家好1变配电所的一次设备2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3一、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。4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5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6二、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7二、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。891011变压器变压器器身器身铁芯铁芯绕组绕组引线（包括调压装置、引线夹件等）引线（包括调压装置、引线夹件等）绝缘绝缘附件（包括油枕、油门闸阀等）附件（包括油枕、油门闸阀等）油箱本体油箱本体油箱油箱冷却装置（包括散热器、风扇、油泵等）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、测保护装置（包括防爆阀、气体继电器、测温元件、呼吸器等）温元件、呼吸器等）出线装置（包括套管等）出线装置（包括套管等）12二、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。13二、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。14二、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。15（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。16（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。17（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。18（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。19（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。20（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。21（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。22（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。232 2、牵引变压器的选型、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。24变压器接线型式变压器接线型式应用于应用于直接供电方式直接供电方式的主要有：的主要有：单相接线、单相接线、V/v接线、接线、YNd11接线、三相接线、三相/两两相平衡接线相平衡接线(Scott接线、接线、Wood-Bridge接线接线等等)、阻抗匹配平衡接线、阻抗匹配平衡接线应用于应用于AT供电方式供电方式的主要有：的主要有：单相接线、单相接线、V/X接线接线、三相、三相/两相平衡接线两相平衡接线(Scott接线、接线、Wood-Bridge接线等接线等)、十字、十字交叉接线交叉接线3、变压器的接线25（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。26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容量利用率高，同样地，也会因为牵引负荷的不对称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换相处理。27V/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。28TCFVx 变压器变压器(C)(A)(B)293035kv真空断路器31三、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：触头触头 是电路通断的重要部分，一般分为动触头动触头和静触头静触头两部分：在开关进行分闸或合闸操作时，静触头不运动，动触头运动；灭弧室灭弧室 熄灭电弧的地方；绝缘介质绝缘介质 分为灭弧用绝缘介质灭弧用绝缘介质和支持用绝缘介支持用绝缘介质质，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；壳体结构壳体结构 断路器的各个部分安装为一体；运动机构运动机构 推动动触头运动的机构，多由连杆机构组成。32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）331、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 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）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。额定电压额定电压：(kV)，如220kV电压等级的就选该等级的断路器；34额定开断电流额定开断电流：（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）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）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。35一般来说，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）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36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（输电线路出现故障）断路器跳闸（输电线路出现故障）断路器断路器合闸（自动重合闸装置驱动）合闸（自动重合闸装置驱动）断路器跳闸（输电线路出现故障）断路器跳闸（输电线路出现故障）断路器断路器合闸（自动重合闸装置驱动）合闸（自动重合闸装置驱动）断路器跳闸断路器跳闸（线路还存在故障）（线路还存在故障）显然，对于以上两种情况，断路器都面临着在短时间内进行多次操作，特别是后一种情况，断路器更是在短时间内多次分断故障电流。对于进行自动重合闸的断路器，具体的描述指标是断路器的额定操作次序。375）分合各种空载和负载电路）分合各种空载和负载电路 断路器在分合各种空载线路、容性负载和感性负载时，在分合过程中会遇到电压和电流的过渡过程，通常影响到开关的是分合过程中的过电压，应不危及断路器的绝缘。具体指标是额定电压和各种开合电流，如额定电容器组关合涌流、额定电容器组开断电流、分合电容器组的容量等。6）允许分合次数）允许分合次数 断路器有机械寿命和电寿命，每进行一次分合操作，都影响到断路器的机械寿命。同样地，每进行一次带电操作，都影响到断路器的电寿命。在进行一定次数的分合操作后，断路器必须进行检修。当断路器操作累计达到一定次数后，断路器就要报废。382、一般电气性能方面、一般电气性能方面电压电压 额定电压是断路器必须满足的条件。此外，断路器还必须经过高压试验，这些试验有工频耐压、冲击耐压等。电流电流 这方面的参数有：额定电流、额定动稳定电流、额定热稳定电流和额定热稳定时间。393、自然环境方面、自然环境方面 在自然环境方面的指标主要有海拔高度和环境温度两方面。海拔高度对开关的绝缘强度和开关散热有影响。高压电器都有其正常工作的环境温度范围，过高或过低都会影响正常工作。此外还应考虑环境湿度、风、雨、污秽、地震等多方面因素对断路器工作的影响。4、高压断路器的类型、高压断路器的类型（1）油断路器（多油断路器和少油断路器）（2）压缩空气断路器（3）真空断路器 （4）SF6断路器40高压真空断路器高压真空断路器真空断路器利用真空度约为10-4Pa（在运行过程中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。随着冶金等技术的不断进步，真空断路器的制造水平不断提高，在60年代制成能开断20kA的真空断路器，70年代制造出开断能力达6080kA，电压等级为1035kV的真空断路器，使真空断路器35kV及以下电压等级中处于优势地位。41真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、操动机构、机座（框架）等组成，如右图所示。导电回路由导电夹、软连接、出线板通过灭弧室两端组成。真空断路器的固定方式不受安装角度限制，既可以水平安装，又可以垂直安装，还可以任意角度安装。42SF6(六氟化硫六氟化硫)断路器断路器43SF6气体是一种无色、无臭、无毒和不可燃的惰性气体，化学性能稳定，具有优良的灭弧和绝缘性能。SF6气体灭弧性能特别强的原因主要是：（1）SF6气体的分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。（2）SF6气体在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，在同样的弧温时有较大的游离度。在维持相同游离度时，弧柱温度较低。因此，SF6气体中电弧电压较低，燃弧时的电弧能量小，对灭弧有利。44（3）SF6气体分子的负电性强。所谓负电性所谓负电性，是指SF6气体吸附自由电子形成负离子的特性。SF6气体负电性强，加强了去游离，降低导电率。在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急速复合。因此，SF6气体弧隙的介质性能恢复速度很高，能耐受很高恢复电压，电弧在电流过零后难重燃。在SF6断路器中，在水分参与下将产生强腐蚀性的分解产物HF。这种物质对绝缘材料、金属材料、玻璃、电瓷等含硅材料有很强的腐蚀性。因此，必须严格控制SF6气体中的水分。常采用的措施有：加强断路器的密封；组装断常采用的措施有：加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部件进行彻底烘干；严格控路器时，先要对零部件进行彻底烘干；严格控制制SF6气体中含水量；严格控制断路器充气前气体中含水量；严格控制断路器充气前的含水量；在的含水量；在SF6断路器内部加装吸附剂。断路器内部加装吸附剂。45SF6断路器的结构类型断路器的结构类型SF6断路器结构按照对地绝缘方式不同分两种类型：（1）落地罐式）落地罐式 这种断路器的总体结构与多油断路器相似。它把触头和灭弧室装在充有SF6气体并接地的金属罐中，触头与罐壁间绝缘采用环氧支持绝缘子，引出线靠绝缘瓷套管出。该结构便于安装电流互感器，抗震性能好，但系列性能差。（2）瓷柱式）瓷柱式 瓷柱式断路器灭弧室可布置成“T”形或“Y”形，220kVSF6断路器随开断电流增大，制成单断口断路器，布置成单柱式。灭弧室位于高电位，靠支柱绝缘瓷套对地绝缘。46单压式固定单压式固定开距灭弧室开距灭弧室绝缘套支柱绝缘套支柱型断路器型断路器472、断路器的技术特点、断路器的技术特点 （1）多油断路器。额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆炸和火灾的危险性。（2）少油断路器。开断电流大，10kV等级可通过加并联回路以提高额定电流；110kV及以上电压等级时采用积木结构；全开断时间较短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，提高开断小电流的能力；存在火灾危险。（3）压缩空气断路器 额定电流和开断电流都可以做得很大，适合开断大容量电路；动作快，全开断时间短；快速自动重合闸时断流容量不降低；无火灾危险。48（4）真空断路器。可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速，开断时间短；开断电流及断口电压不易做得很高；无火灾危险；开距小，约为同等电压油断路器触头开距的1/10左右；所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；灭弧室的机械寿命和电气寿命都很高。（5）六氟化硫断路器。额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，适合于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，故断口电压可做得较高；断口开距小。493、断路器的型号、断路器的型号第一单元是产品字母代号：S少油断路器；D多油断路器；K空气断路器；L六氟化硫断路器；Z真空断路器；Q自产气断路器；C磁吹断路器；G隔离开关。第二单元 是装设地点代号：N户内式；W户外式。第三单元 是设计序号。第四单元 是额定电压，kV。第五单元 是补充工作特性标志：G改进型；F分相操作。第六单元 是额定电流，A。第七单元 是额定开断电流，kA。50 4 4、高压断路器的操作机构、高压断路器的操作机构高压断路器的可以进行手动操作和电动操作，无论何种操作方式，都要通过操作机构完成开关的分合闸操作。同时，一般要求开关的分、合闸操作动作迅速（有利于电弧的熄灭）。操作机构一般地由以下几个部分组成：511）能量转换机构）能量转换机构 高压开关的分、合闸的最后完成都要依靠机械能来实现，因此存在着把电能转换为机械能的转换机构，这种把电能转化为机械能的机构有电磁铁（早期断路器多采用这种操作机构，特点是分、合闸电流很大，特别是合闸电流，可达7090安培）、电动机（多应用于隔离开关）、液压传动机构和压缩空气工作缸（目前断路器采用比较多的操作机构）。2）联动机构）联动机构 用于把能量转换机构中的机械能转换为开关动作，一般由四边形连杆机构、拐臂和拉杆组成。523）保持机构）保持机构 把操作过程保持在进行中的状态，防止命令消失引起的操作失败。4）释放机构）释放机构 在操作完成后实现对机构状态的返回。根据采用能量形式的不同，操作机构命名操作机构命名有：CS-手动操作；CD-电磁操作；CT-弹簧储能操作；CJ-电机操作；CQ-气动操作；CY-液压操作。531、对操作机构的要求、对操作机构的要求 在进行分、合闸操作时，操作机构可能出现的各种工作情况都要综合考虑到，对开关操作机构提出以下要求：1）合闸）合闸 对于合闸操作，希望开关能迅速动作把电路接通，避免电弧对触头的烧伤，因此，对操作机构要求有足够的合闸能量，具体到不同的操作机构有不同的要求，如液压操作机构的液压要保持在适当的范围，气动操作机构的气压要保持在适当的范围，弹簧储能机构在合闸前要预先完成储能工作等，如果液压、气压等不符合要求，将自动启动油泵、风机等机械加压。542）保持合闸）保持合闸 开关的合闸和分闸，可以有以下几种操作式：由操作人员通过控制屏（一般设在主控制室）或开关跟前的端子箱通过操作把手或钮完成，也可以由操作人员通过远动系统的调度端下达操作命令，通过远动系统的信道把命令传送到设在变电所的执行端，执行端对命令进行处理后发出分闸或合闸脉冲。无论是何种操作方式，都应该有相应的电路对分闸或合闸脉冲进行保持，同时，在操作完毕且相应的操作信号撤消后，开关触头仍应该保持在操作后位置，以上两个功能的实现全赖操作机构的保持功能完成。553）分闸）分闸 断路器在合闸过程中，需要在外力的作用下，把四边形连杆机构推动到一个位置，在这个位置上，四边形连杆机构达到一个平衡，因此进行开关的合闸操作所需要的力是比较大的（与分闸相比），与合闸过程不同，分闸则是需要一个外力打破四边形连杆机构的平衡，因此，所需外力要小一些。一般来说，断路器的合闸和分闸操作都要经外力实现。隔离开关的操作机构可以有两种：电动（包括带储能）和手动。4）自由脱扣）自由脱扣56自由脱扣指的是在断路器合闸过程中接收到分闸命令时，机构终止执行合闸命令而改为执行分闸命令。断路器的合闸电路和分闸电路通常是二次接线中不同的功能回路，通常存在闭锁关系，即在不考虑开关之间连锁情况下，开关处于分闸后位置时可以进行合闸操作，同样地开关处于合闸后位置时可以进行分闸操作。但断路器由继电保护装置驱动的跳闸则不受上述电路的制约。如果没有自由脱扣功能，则断路器在把设备合闸到故障上时，继电保护将无法快速跳开断路器，同样地断路器在把设备合闸到故障上而合闸命令尚未解除（保持），则会出现断路器重复进行合闸-分闸的动作（跳跃现象）。575）防止跳跃）防止跳跃 断路器的跳跃现象显然是十分危险的（可能出现设备和人员事故），因此要求断路器具备防跳跃功能，前面提到的自由脱扣是防止跳跃的技术措施之一，另外在二次回路上也会采取适当的技术措施，如今后大家在二次回路部分看到的“TBJ”继电器（跳跃闭锁继电器）。6）复位）复位 在完成开关操作后，操作机构能进入相应状态预备进行下一次操作。587）连锁）连锁 开关位置连锁：利用开关之间的位置信号实现；操作机构状态闭琐：在开关和操作机构出现异常状态时，对开关操作命令进行闭锁。2、各种常用操作机构的结构原理、各种常用操作机构的结构原理 通过课堂讲解，仅能建立对开关设备和操作机构的初步认识，有可能的话，可到开关厂或变电站中参观，以增加这方面的感性认识。59气动操动机构(CQ型)利用压缩空气作为能源的操动机构称为气动操动机构。空气断路器中几乎全部采用气动操动机构。不需要大功率的直流电源，交直流两用；有独立的储气罐。设备多，加工要求高。液压操动机构(CY型)利用液压油作为动力传递的介质。有两种:直接驱动式和储能式。压力高，体积小，操作力大，需要控制的能量小。适宜用于110kV以上的高压和超高压断路器。结构复杂，加工要求高，运行维修要求也高。60 隔离开关隔离开关61隔离开关 隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。为它没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行 操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。高压隔离开关具有以下作用高压隔离开关具有以下作用高压隔离开关具有以下作用高压隔离开关具有以下作用 （1）隔离电源。（2）倒闸操作。（3）接通和断开小电流电路。62高压隔离开关简图63隔离开关按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为：按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为：按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为：按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为：（1）隔离开关应具有明显的断开点。（2）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。（3）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。（4）隔离开关的结构要简单，动作要可靠。（5）带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开隔离开关后，再合上接地闸刀，先断开接地闸刀后，再合上隔离开关的操作顺序。（6）隔离开关要装有和断路器之间的连锁机构，以保证正确的操作顺序，杜绝隔离开关带负荷操作的事故发生。64隔离开关隔离开关的技术参数包括隔离开关的技术参数包括隔离开关的技术参数包括隔离开关的技术参数包括:（1）额定电压 指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。（2）最高工作电压 指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。（3）额定电流 指隔离开关可以长期通过的工作电流。（4）热稳定电流 指隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。（5）极限通过电流峰值 指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。65隔离开关的分类隔离开关的分类隔离开关的分类隔离开关的分类 （1）按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。（2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。（3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转 式、摆动式和插入式等。（4）按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。（5）按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。（6）按极数，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装方式分为平装式和套管式等。66隔离开关的型号隔离开关的型号隔离开关的型号隔离开关的型号隔离开关型号、规格一般由文字符号和数字表示：第一单元：产品字母代号，隔离开关用G；第二单元：安装场所代号，户内用N，户外用W；第三单元：设计序列顺序号，用数字1、2、3、表示；第四单元：额定电压，kV；第五单元：其他标志，如T表示统一设计，G表示改进型，D表示带接地刀闸，K表示快分型等。第六单元：额定电流，A。67GW4-27.5T户外隔离开关GW4-27.5T型铜管软连接完善化型隔离开关为单相双柱、水平开启式结构，主要由底座、支柱绝缘子及导电部分组成。两根支柱绝缘子分别装在底座两端的轴承上，以连杆联接，可水平旋转。主闸刀分为左、右两部分，分别固定在两支柱绝缘子上，触头接触部分在两个支柱之间。当操作机构动作时，带动与之连接的一支柱绝缘子转动90，另一绝缘支柱由于连杆传递也同时转动90，因而左右闸刀便向同一方向分合。68熔断器与高压负荷开关熔断器与高压负荷开关 熔断器就是我们通常所说的保险，只不过高压熔断器和我们日常生活中所使用的保险有一些差别。熔断器的组成组成：熔件熔件（合金材料）、触头触头和外壳外壳。工作原理工作原理：熔件的熔点不高，电流流过熔件时会产生热量使熔件温度升高，当温度升高到其熔点后，熔件逐步烧断，从而切断电源。熔件熔断的电流和时间之间是非线形关系，大致与继电保护中反时限电流保护特性相同。69熔件熔断后，只要重新更换新的熔件，熔断器就可以继续工作。熔断器兼有开关和保护的功能。是一种供电末端广泛采用的设备。熔断器按使用地点可分为户内户内和户外户外两种类型。户外高压熔断器多以跌落式出现，即熔断器在安装时带有一个向下的角度，当熔断器中熔件熔断时，熔断器的触头分离。高压熔断器按照是否有限流作用又可分为限流式和非限流式。限流式熔断器即带有用于灭弧的石英砂或产气纤维管等灭弧装置。70高压熔断器的技术参数：（1）熔断器的额定电压。它既是绝缘所允许的电压等级，又是熔断器允许的灭弧电压等级。对于限流式熔断器，不允许降低电压等级使用，以免出现大的过电压。（2）熔断器的额定电流。指一般环境温度（40）下熔断器壳体载流部分和接触部分允许通过的长期最大工作电流。（3）熔体的额定电流。熔体允许长期通过而不致发生熔断的最大有效电流。该电流可以小于或等于熔断器的额定电流，但不能超过。（4）熔断器的开断电流。熔断器所能正常开断的最大电流。若被开断的电流大于此电流时，有可能导致熔断器损坏，由于电弧不能熄灭引起相间短路。712、高压负荷开关、高压负荷开关 我们知道断路器分闸时不单能分合正常的负荷电流，通常在设计合理的前提下，还能安全分合短路电流。当然，断路器的综合价格也不低（不单涉及断路器本身的采购价格，还涉及建安费、配套设备和检修等费用），在某些场合下，采用断路器将存在投资浪费，因此负荷开关应运而生。显然，高压负荷开关是用来分合负荷电流的，一般具有一定的灭弧能力，多使用产气管灭弧，但对于短路电流，通常也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可用来控制空载线路、空载变压器及电容器等72高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。（1）按使用地点分为户内型和户外型。（2）按灭弧方式的不同，可以分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式等，近年来，真空式发展很快，在配电网中得到了广泛应用。（3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器。73一单元：F，表示负荷开关；Z，表示真空负荷开关。二单元：N，户内型；W，户外型。三单元；设计序号。四单元：额定电压。五单元：操动机构代号，有D表示电动操动机构，无D手动。六单元：熔断器代号，有R表示带熔断器，无R不带熔断器。七单元：S，表示熔断器装在开关上端，没S时装在下端。八单元：额定工作电流，A。九单元：额定开断电流，kA。高压负荷开关的类型74 全封闭组合电器全封闭组合电器 GIS GIS组合电器与开关柜是成套电器装置，是将断路器、三位置开关（隔离开关、接地开关）、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端等主要电气元件，按照一次主接线的要求，依次组成一个整体，高压带电部分均封闭于接地的金属体内，并充以一定压力的SF6气体作为绝缘介质。110KV及以上称为GIS组合电器，封装了两路断路器及其他设备；27.5KV及10kv称为GIS开关柜，一般由单个断路器（单极或多极）。75220 kV 国产GIS结构布置方案示例图中，1充气套管；2电流互感器；3断路器；4隔离/接地开关；5电压互感器；6避雷器；7封闭连接线7677 SF6封闭式组合电器，称为“气体绝缘开关设备”（GIS，Gas Insulated Switchgear)，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。SF6气体本身无毒，与电力设备中的金属和绝缘材料有很好的相容性，但SF6的分解物有毒对材料有腐蚀作用。大部分气体分解物具有很高的耐电强度。气态分解物的主要破坏作用在于对固体材料的腐蚀，而固态生成物落在绝缘支撑表面而且又吸收了气体中的水分时，会使闪络电压下降。78GIS的特点：1.小型化。因采用绝缘性能卓越的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。组合电器的占地面积约只有普通配电装置占地面积的10 20，所占空间只有普通配电装置的1 10.2.可靠性高。由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提高了可靠性。此外GIS设备被牢固地安装在基础预埋件上，设备重心低，强度高，具有优良的抗地震性能。3.安全性好。带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电危险。SF6气体为不燃烧气体，所以无火灾危险。794.杜绝对外部的不利影响。因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电实现屏蔽，噪音小，抗无线电干扰能力强。5.安装周期短。由于实现小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。6.维护方便，检修周期长。因其结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的使用寿命，因此检修周期长，维修工作量小，而且由于小型化，离地面低，因此日常维护方便。80GIS设备防雷的特点：1)GIS绝缘的伏秒特性很平坦，其绝缘水平主要取决于雷电冲击水平。采用氧化锌避雷器；2)GIS结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，比常规变电所有利；3)GIS的同轴母线筒的波阻抗小，过电压幅值和陡度都显著变小，对变电所的进行波防护有利；4)GIS内绝缘电场结构不均匀，易击穿，要求防雷保护措施更加可靠、在绝缘配合中留有足够的裕度。81型号命名82145kV三相共箱GIS83国产三相共箱126kV小型化GIS841#进线高压侧主接线220kV GIS组合电器：85GIS的高压部分完全地密封在接地的不锈钢气箱内。即使打开低压室门或电缆室，也不用担心会触摸到带电体。带有专门的压力释放盘，以及专门的压力释放通道。万一发生内部燃弧故障或其他故障，不会对人身及其他设备造成伤害。高压部分完全密封，隔绝了外界环境的影响，因此内部零部件不会有氧化、光照等老化因素，不会有污秽、异物等绝缘降低因素，因而运行安全可靠。设备安全可靠，使得系统运行稳定。铁路用C-GIS开关柜及特点：86关键灭弧部件真空灭弧室均为国外进口，保证了极高的开断性能及很长的操作寿命。柜体尺寸减小3070。减少大量基建费用。因为减少了外界环境影响，年气体泄漏率少于0.1%，使用寿命长达30年。比一般空气柜增加50。安装简单方便，减少了现场安装的时间和误操作。高压部分完全密封，减少了大量的运行费用以及定期试验费用。无需人员职守，降低了人员费用。87插接技术采用了优秀的绝缘材料硅橡胶，其与柜内固定安装的环氧树脂绝缘件配合组成了插接系统。实现了高压电的导通及高压元件对地的绝缘。母线插接，电缆插接，电压互感器及避雷器的插接，均是插接技术在ZX开关柜上的应用。88当柜体发生内部燃弧或其他故障时，气室内部压力急剧升高,压力释放盘作为强度的薄弱点将被破坏；气体的排放由压力释放通道导向，从而避免对人身及其他零部件的伤害；89高 速 铁 路防雷与综合接地技术防雷与综合接地技术雷电对高速铁路的危害防雷措施与作用高速铁路防雷技术的发展综合接地技术901、雷电对高速铁路的危害1.1 电气化铁路的雷害现状电电电电气气气气化化化化铁铁铁铁路路路路遭遭遭遭受受受受雷雷雷雷击击击击会会会会造造造造成成成成信信信信号号号号、通通通通信信信信和和和和电电电电力力力力系系系系统统统统设设设设备备备备的的的的损损损损坏坏坏坏，“7.23”甬甬台台温温特特大大轨轨道道交交通通事事故故发发生生前前的的7分分钟钟内内，累累计计雷雷击击近近100次次，是是造造成成此此次次事事故发生的一大诱因。故发生的一大诱因。911.2 接触网的雷击类型雷雷电电流流入入地地、接接地地电电阻阻电电 磁磁 感感应应波波阻阻抗抗、雷雷电电流流921.3变电所雷击类型直击雷直击雷传输雷传输雷地电位反击地电位反击932、防雷措施的种类及作用2.1 防雷措施的组成高高高高速速速速铁铁铁铁路路路路属属属属低低低低空空空空防防防防雷雷雷雷体体体体系系系系,低低低低空空空空防防防防雷雷雷雷体体体体系系系系的的的的构构构构成成成成及及及及防防防防雷雷雷雷措措措措施施施施种种种种类类类类构构构构成成成成如如如如图所示。图所示。图所示。图所示。94高速铁路供电雷电防护体系高速铁路供电雷电防护体系变电所防雷变电所防雷直接雷防护：直接雷防护：架设避雷针架设避雷针过电压限制：氧化锌避雷器过电压限制：氧化锌避雷器接地网接地电阻：小于接地网接地电阻：小于0.5欧姆欧姆雷电入侵波平波：雷电入侵波平波：高压侧耦合地线（避雷线）高压侧耦合地线（避雷线）低压侧无措施、电缆馈线、抗雷圈低压侧无措施、电缆馈线、抗雷圈95避雷器在防雷中的应用避雷器在防雷中的应用安装避雷器是防雷的重要措施，确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件是制定合适的接触网防雷措施的前提。96氧化性避雷器特性的监测氧化性避雷器特性的监测监测避雷器内部电压分布监测避雷器内部电压分布监测泄露电流（尤其是阻监测泄露电流（尤其是阻性电路）。安装于性电路）。安装于220kv电源线进线侧、牵引变压电源线进线侧、牵引变压器出口、自耦变压器出口、器出口、自耦变压器出口、27.5kv馈线出口馈线出口97放电间隙的作用在在绝绝缘缘子子上上安安装装放放电电间间隙隙，当当发发生生雷雷击击时时，放放电电间间隙隙之之间间的的空空气气首首先先击击穿穿，电电弧弧不不从从绝绝缘缘子子表表面面经经过过，因因此此绝绝缘缘子的裙片不会因电弧高温炸裂子的裙片不会因电弧高温炸裂，防止了绝缘炸裂。，防止了绝缘炸裂。98接地系统在防雷中的作用通常认为：接地是将电气系统的某些节点或电气设施的某些部分与大地相连接。国标DL/T621-1997交流电气装置的接地中定义：将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分经接地线连接至接地极。接地系统的好坏直接决定了防雷措施的效果99高速铁路接地形式 牵引变电所、开闭所、AT所接地采用以水平接地体为主的复合接地体形式，接地网埋深0.6m，用截面150m，铜绞线作水平接地体，用单根直轴型离子接地级（纯铜）作接地网的垂直接地体。各电气设备、架构底座、外壳均才采用圆钢与主接地网相连，回流线采用电缆，引至变电所吸上线以及综合接地极处。100高铁接地1、牵引变电所、开闭所、分区所、AT所接地网的接地电阻应不大于0.5欧，当各所的接地电阻实测值达不到要求时，可采用引接地、加降阻剂或将土壤换为所要求的土壤等方法达到降低该所接地电阻值的目的。2、避雷针单独做一次接地装置，测试后接地电阻大于10欧，与所中的主地网的地中距离不小于3m。当受场地等条件限制不能单独接地时，避雷针的接地装置与主接地网连接时，与主接地网的地下连接点至设备与主接地网的地下连接点沿接地体的长度不小于15m。3、变压器的底座和外壳、户内外配电装置的金属结构架和钢筋混凝土基础以及靠近带电部分的金属围栏和金属门等应与接地装置可靠连接，但不得与电缆沟和电缆桥架的接地干线连接。101无功补偿和滤波装置 有功功率(kW):用于做功和发热损耗的那部分电能。无功功率(kVar):用于电路内电场与磁场交换的那部分电能。102有功功率低的影响1、降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。2、降低了变电、输电设施的供电能力。3、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值一平方成反比），如电机、变压器、电力电缆等。4、功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化。103国家相关政策节电措施节电措施各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数，并按无功分层分区和就地平衡以及便于调整电压的原则，安装无功补偿设备和必要的调压装置。电能质量与节电监察电能质量与节电监察各级电力部门要对所管辖电网(包括输配电线路、变电站和用户)的电压质量和无功电力、功率因数和补偿设备的运行进行监察、考核。各电力用户都要向当地供电部门按期报送电压质量和无功补偿设备的安装容量和投入情况，以及无功电力和功率因数等有关资料。电网和用户都要提高调压装电网和用户都要提高调压装置和无功补偿设备的运行水平。置和无功补偿设备的运行水平。104规定用户标准功率因数规定用户标准功率因数 用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数为0.90及以上，其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站功率因数为0.85及以上，农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率凡功率因数未达到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。因数未达到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。(能源电能源电198819881818号号，电力系统电压和无功电力管理条例，电力系统电压和无功电力管理条例)105功率因数考核和电费调整功率因数考核和电费调整 为调动用户改善电压，管好无功设备的积极性，凡受电容量在100kVA(kW)及以上的用户均应按国家批准的功率因数调整电费办法的有关规定，实行功率因数考核和电费调整。用户总电费的计算用户总电费的计算 总电费（高峰电度电费平段电度电费低谷电度电费基本电费）（功率因数奖惩率）城市建设附加费（关于实行峰谷电价的通知，粤价（关于实行峰谷电价的通知，粤价200320031919号）号）106无功补偿的意义和作用无功补偿的意义和作用意义：意义：就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换。作用：作用：减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失；减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失；增加设备输电能力；提高系统的稳定性。107