變電站概述課件

變電站概述變電站概述1第一章變電站的作用1.1電能的產(chǎn)生發(fā)電廠類型：火電廠、熱電廠、水電廠、核電站、風電站、太陽能電站1.2電能的傳輸設(shè)定需要傳輸?shù)墓β蕿镾，線路電壓為U，則線路中的電流I=S/U。損耗的電能以導(dǎo)線發(fā)熱的形式體現(xiàn)，發(fā)熱損耗Q=I2R。由此可以得出結(jié)論：在傳輸功率和線路長度一定的情況下（S、R為定值），隨著電壓U的升高，I不斷降低，則輸電線路的損耗也會降低。所以，為了降低電能在線路上的損耗，電廠在電能產(chǎn)生以后，會通過升壓站將電壓增高，然后再通過輸電線路將電能傳輸出去。對于遠距離輸電，高電壓等級的優(yōu)勢非常明顯。第一章變電站的作用1.1電能的產(chǎn)生2火電廠火電廠3水電廠水電廠4風電廠風電廠5核電廠核電廠61.3電網(wǎng)的構(gòu)成我們經(jīng)常提到電網(wǎng)這個概念，什么是電網(wǎng)呢？網(wǎng)，其實是一組縱橫交錯并且有交叉點（節(jié)點）的線，這些線被節(jié)點分成了線段，幾條線段及它們的節(jié)點則組成了網(wǎng)眼。如此一來，整個電力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和“網(wǎng)”是非常類似的：輸電線路就是“線”，變電站就是“節(jié)點”，一個“網(wǎng)眼”上的變電站和線路則形成了我們常說的“環(huán)網(wǎng)”。變電站的建設(shè)依據(jù)：容載比、強化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.3電網(wǎng)的構(gòu)成7圖1-電網(wǎng)規(guī)劃圖圖1-電網(wǎng)規(guī)劃圖81.4變電站的作用降壓和電能的分配是變電站的主要功能。降壓：變壓器實現(xiàn)電能分配：母線實現(xiàn)1.4變電站的作用9圖2-變電站主接線示意圖2-變電站主接線示意101.4.1降壓變壓器的基本原理：一個鐵芯上面繞有兩組線圈，匝數(shù)分別為N1、N2，則兩側(cè)的電壓比U1/U2=N1/N2，兩側(cè)的電流比I1/I2=N2/N1。如果N1>N2，就是降壓變壓器，反之就是升壓變壓器。220kV變電站其實指的就是高壓側(cè)進線為220kV線路，配置220/110/10kV變壓器，低壓側(cè)出線為110kV線路的變電站。一般來講，我們用變電站的最高電壓等級作為變電站的電壓標識。配置升壓變壓器的變電站，習慣上稱為“升壓站”以區(qū)別于一般的降壓變電站1.4.1降壓111.4.2電能的分配從圖2不難看出，220kV變電站內(nèi)110kV出線的數(shù)量明顯多于220kV進線的數(shù)量，這就是變電站的另一個作用：電能分配。電能從變壓器的110kV側(cè)輸出后，并沒有直接經(jīng)輸電線路輸出，而是進入了110kV母線，這是因為變壓器的輸出功率足夠數(shù)座110kV變電站使用。110kV母線上的多條110kV線路處于并聯(lián)的關(guān)系，所以它們的電壓是一樣的，它們的電流之和與變壓器的110kV側(cè)的輸出電流是一樣的。1.4.2電能的分配12母線與水管的比較母線與水管的比較131.5開關(guān)站沒有變壓器的“變電站”叫做開關(guān)站，它只有一個電壓等級。它的結(jié)構(gòu)類似于我們家里的小配電箱：電能通過一個額定電流很大的總開關(guān)進來，然后經(jīng)過很多小開關(guān)分別輸出到客廳、臥室、廚房等等，這些小開關(guān)的分/合相互獨立。顯然，它只有電能分配的作用，最常見的開關(guān)站是市區(qū)的10kV開閉所。1.5開關(guān)站14圖3-10kV開閉所主接線示意圖圖3-10kV開閉所主接線示意圖15第二章變電站的構(gòu)成

從電氣技術(shù)的角度來講，變電站由一次設(shè)備和二次設(shè)備組成。這個說法非常籠統(tǒng)，也非常抽象。從工程和實踐的的角度來講，變電站有以下幾個部分組成：主控制樓：主控室、休息室室外土建：設(shè)備構(gòu)架、設(shè)備基礎(chǔ)、站區(qū)道路、電纜溝一次設(shè)備：斷路器、隔離開關(guān)、接地刀、變壓器、母線二次設(shè)備：微機保護、微機測控、操作箱、自動裝置電源系統(tǒng)：交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、逆變電源通信系統(tǒng)：光端機、配線架環(huán)境系統(tǒng)：火災(zāi)自動報警、圖像監(jiān)視第二章變電站的構(gòu)成162.1變電站的技術(shù)指標技術(shù)指標一般都是對電氣設(shè)備而言的，例如工作電壓、額定電流等。那么，我們能否找到幾個指標來衡量變電站呢？答案是肯定的。變電站的兩個主要指標是：電壓等級，決定了該變電站在電網(wǎng)中的地位；變壓器總?cè)萘?，決定了該變電站的電能變換能力。2.1變電站的技術(shù)指標172.2如何快速了解一座變電站在我們到達一座變電站時，我們需要快速的對這座變電站有一個整體的認識，以便于我們進行后續(xù)的工作。我們需要兩張圖紙來解決這個問題：《電氣主接線圖》和《電氣總平面布置圖》?！峨姎庵鹘泳€圖》顯示了變電站的規(guī)模及一次設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。變電站的規(guī)模：進線數(shù)量、出線數(shù)量、變壓器容量及臺數(shù)等。一次設(shè)備技術(shù)參數(shù)：斷路器額定電流、變壓器阻抗等。電氣總平面布置圖》顯示了變電站內(nèi)設(shè)施的布局，最主要的就是一次設(shè)備的布置?！峨姎饪偲矫娌贾脠D》其實就是變電站的俯視圖。2.2如何快速了解一座變電站182.3什么是間隔在工作當中，我們經(jīng)常說變壓器間隔、出線間隔，那么，什么是間隔呢？簡單地講，我們可以把為了實現(xiàn)某種功能而配置的電氣設(shè)備的組合稱為間隔，間隔的名稱是以它所要實現(xiàn)的功能命名的。在圖4中，我們畫出了幾個間隔的示意。在變電站中，最重要的幾個間隔有：進線間隔、變壓器間隔、出線間隔、電壓互感器間隔、電容器間隔。2.3什么是間隔19圖4-變電站間隔示意圖圖4-變電站間隔示意圖202.4變電站的模塊化在明確了“間隔”的概念后，我們可以隨便對比兩個相同電壓等級的變電站，它們的區(qū)別僅在于同樣間隔的數(shù)量和變壓器的容量。變電站的設(shè)計，目前也在走標準化、模塊化的道路。以220kV線路間隔為例，它所需要的設(shè)備類型與數(shù)量、設(shè)備的布置方式、占地面積等幾乎都是固定的，這就是一個模塊。根據(jù)需要，我們就可以利用這種模塊很快的拼出一個變電站的大致模樣。2.4變電站的模塊化21第三章變電站的電源系統(tǒng)

變電站作為一個龐大而復(fù)雜的電氣設(shè)備的結(jié)合體，它自身也是一個重要的負荷，這就是我們所說的所用電。變電站的所用電，分為交流和直流兩個獨立的系統(tǒng)。3.1站用交流系統(tǒng)3.1.1交流負荷變電站的交流負荷也可以大致分為兩個部分：人員用電和設(shè)備用電。人員用電，主要指值班人員的生活用電、主控樓的照明和空調(diào)、室外照明、室外維修電源等。設(shè)備用電，主要指開關(guān)設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）配置的電動機構(gòu)的電機用電、變壓器冷卻系統(tǒng)、配電室溫控系統(tǒng)等。第三章變電站的電源系統(tǒng)變電站作為223.1.2交流電源變電站的交流電源來自兩臺所用變壓器，其低壓側(cè)為380V，在供電時可以實現(xiàn)自動互投。一般情況下，這兩臺所用變的高壓側(cè)均由變電站主變壓器供電，也有一臺所用變由站外電源供電的情況。如果兩臺所用變的都由站內(nèi)主變壓器供電，那么在發(fā)生故障全站失壓的情況下，整個站用交流系統(tǒng)也會隨之失壓，這是非常不利于事故處理和搶修的。在目前的電網(wǎng)構(gòu)架情況下，220kV變電站全站失壓的概率是非常小的，所以一般采用兩臺所用變都由站內(nèi)主變供電的方案。3.1.2交流電源233.1.3交流接線所用電屏用于實現(xiàn)站用電交流系統(tǒng)低壓部分的進線和分配功能，它的接線也可以用圖-5來表示。我們對比一下圖5和圖3，其實所用電屏就是一個開關(guān)站。兩條交流進線必須能夠?qū)崿F(xiàn)自動互投。以圖5為例，正常情況下，兩條線路均帶電，但只有#1線路的進線斷路器DL1合閘帶全站交流負荷運行，#2線路的進線斷路器DL2處于斷開位置。當#1線路或者#1站用變發(fā)生故障不能繼續(xù)供電時，ATS裝置能夠檢測到#1線路失壓、DL1跳閘而自動將DL2合閘，使#2線路帶全站負荷運行。ATS的動作邏輯類似于變電站二次設(shè)備中的備自投裝置。3.1.3交流接線24圖5-交流系統(tǒng)接線圖圖5-交流系統(tǒng)接線圖253.2站用直流系統(tǒng)盡管幾率非常小，站用交流系統(tǒng)還是存在全部失壓的情況。對于某些不能停電的設(shè)備，例如微二次設(shè)備、通信系統(tǒng)、斷路器的操作回路等，都采用直流系統(tǒng)供電。3.2.1直流負荷使用直流系統(tǒng)供電的設(shè)備主要包括：各種二次設(shè)備、斷路器的控制回路、事故照明系統(tǒng)、直流電機、逆變電源模塊、通信系統(tǒng)DC/DC模塊。3.2站用直流系統(tǒng)263.2.2直流電源目前，變電站采用的直流電源以高頻開關(guān)模塊為主。高頻開關(guān)模塊的功能是將輸入的交流變換為直流輸出，整個過程稱為AC/DC，其具體原理在此不作詳細介紹。高頻開關(guān)模塊的輸出參數(shù)是安培A，即按電流值配置，其配置數(shù)量原則N+1冗余。所謂N+1冗余就是指：如果計算結(jié)果需要N臺，實際配置就為N+1臺，即備用1臺。交流電源經(jīng)高頻開關(guān)模塊變換成直流后分為兩路：一路輸出至直流母線，經(jīng)饋線開關(guān)向直流負荷供電；一路輸出至蓄電池，對蓄電池進行充電，蓄電池充電完成以后，一直處于浮充狀態(tài)，它與直流母線一直處于連接狀態(tài)。在交流電源消失后，高頻開關(guān)模塊輸出的直流隨即消失，蓄電池從浮充狀態(tài)改為放電狀態(tài)對直流母線提供電源。直流系統(tǒng)的接線圖如圖6所示3.2.2直流電源27圖6-直流系統(tǒng)接線圖圖6-直流系統(tǒng)接線圖28直流屏照片直流屏照片293.2.2蓄電池我們現(xiàn)在使用的蓄電池基本都是閥控免維護鉛酸蓄電池，它的“充/放電”原理在此不做詳細介紹，主要介紹一下蓄電池的幾個主要技術(shù)指標。電壓。絕大多數(shù)變電站使用的都是220V的直流電源，一小部分變電站使用110V的直流系統(tǒng)。以220V直流系統(tǒng)為例，常規(guī)閥控鉛酸蓄電池的單只浮充電壓為2.23-2.27V，直流母線電壓為1.05倍標稱電壓1.05*220=231.根據(jù)電路原理，我們需要231÷2.23=103.58≈103只蓄電池串聯(lián)才能得到這個電壓。也就是說，電壓與只數(shù)有關(guān)。3.2.2蓄電池30容量。正常情況下，直流負荷都是由高頻開關(guān)模塊供電，在交流系統(tǒng)失壓后，所有的直流負荷都是由蓄電池組供電的。所以，直流負荷是選擇蓄電池容量的主要依據(jù)。蓄電池的容量的大小決定了蓄電池的放電能力，容量的單位是Ah，也就是電流和時間的乘積。經(jīng)常用到的蓄電池容量是200Ah、300Ah，它的實際意義是什么呢？由于無人值班變電站要求直流系統(tǒng)能夠在交流消失后持續(xù)供電2小時，所以一只電壓為2V、容量為200Ah的蓄電池應(yīng)該能以2V、100A的形式供電2小時。103只這樣的蓄電池串連在一起，就構(gòu)成了一個220V、200Ah的蓄電池組。容量是蓄電池的構(gòu)造決定的，與連接方式無關(guān)。容量。正常情況下，直流負荷都是由高頻開關(guān)模塊供電，在交流系統(tǒng)313.3逆變電源變電站配備有綜自后臺機、五防后臺機等電腦和打印機，這些設(shè)備只能使用交流供電，那么，在交流系統(tǒng)失壓的情況它們?nèi)绾喂ぷ髂?？逆變電源就是用于對這些設(shè)備供電的。所謂逆變，就是指“直流—交流”的變換。逆變模塊進線端為兩路：一路交流、一路直流，兩路為并聯(lián)關(guān)系。交流可以直接輸出，直流經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換為交流后與直接輸出的交流匯為一處。后臺機等設(shè)備在平時由交流輸入直接供電，交流消失后由直流系統(tǒng)的蓄電池組經(jīng)逆變模塊供電。3.3逆變電源323.4DC/DC轉(zhuǎn)換器在最初的變電站設(shè)計中，通信系統(tǒng)由一套獨立的直流系統(tǒng)供電，包括高頻開關(guān)模塊和蓄電池。隨著電磁機構(gòu)斷路器的取消，變電站的直流負荷其實已經(jīng)很小了，適當?shù)倪x擇高頻開關(guān)模塊和蓄電池的容量就可以同時保證電氣設(shè)備和通信設(shè)備的供電要求。由于通信系統(tǒng)采用的是-48V電源，所以變電站按N+1冗余原則配置220V/48V電壓轉(zhuǎn)換模塊得到48V的直流電壓，然后將正極接地使其電壓為零，負極的電壓則變?yōu)?48V用于向通信設(shè)備供電?？梢院唵蔚恼J為DC/DC轉(zhuǎn)換器就是一個直流變壓器。3.4DC/DC轉(zhuǎn)換器33第四章圖像監(jiān)視和火災(zāi)報警系統(tǒng)4.1圖像監(jiān)控系統(tǒng)變電站作為一個比較重要的工業(yè)建筑，配置圖像監(jiān)視系統(tǒng)（即遙視）出于兩個方面的考慮：一是方便本站或集控站值班人員監(jiān)視變電站內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)，二是為了監(jiān)視是否有外來人員進入變電站。圖像監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機和遙視主站兩部分組成。攝像機主要分布在配電裝置區(qū)、主控室和進/出口，有球機（攝像機監(jiān)視方向可調(diào)）、槍機（攝像機監(jiān)視方向固定）、紅外攝像機（夜視功能）等。遙視主站布置在主控室，主要包括顯示器（各攝像機的畫面分格顯示）和硬盤錄像機。第四章圖像監(jiān)視和火災(zāi)報警系統(tǒng)4.1圖像監(jiān)控系統(tǒng)34與圖像監(jiān)視系統(tǒng)配套使用的還有紅外探測器，它成對配置安裝在變電站的圍墻上，每面墻一對以探測是否有外人翻墻而入。它的作用原理類似于我們經(jīng)?？吹降纳裢惦娪袄锩娴慕?jīng)典場景：紅色的射線藏在不起眼的角落，一旦被人的身體遮擋導(dǎo)致接收端收不到射線，報警器就會自動啟動。與圖像監(jiān)視系統(tǒng)配套使用的還有紅外探測器，它成對配置安裝在變電35攝像機攝像機36紅外探測器紅外探測器374.2火災(zāi)報警系統(tǒng)為了及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況，在變電站主控樓配置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要包括：感煙探測器（分布在配電裝置區(qū)、主控室和生活區(qū)）、手動報警按鈕和聲光報警器。感煙探測器安裝在房頂，所需數(shù)量按照房頂面積和構(gòu)造由公式得出，它探測到煙霧后會自動啟動聲光報警器以通知值班人員。手動報警按鈕安裝在各主要空間的門口，便于值班人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后逃離現(xiàn)場時啟動。4.2火災(zāi)報警系統(tǒng)38感煙探測器感煙探測器39手動報警器手動報警器40第五章通信系統(tǒng)變電站的通信系統(tǒng)由光端機、光纖配線架、音頻配線架、PCM等設(shè)備組成。其作用就是將變電站監(jiān)控系統(tǒng)中需要遠傳的模擬信號和數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號，再經(jīng)由光纜傳輸至集控站和調(diào)度中心。第五章通信系統(tǒng)變電站的通信系統(tǒng)由光端機、光纖配線架、音頻41第六章一次設(shè)備變電站的一次設(shè)備主要包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、電容器等。一次設(shè)備是變電站的主體，是電網(wǎng)最重要的組成部分。從理論上講，只有一次設(shè)備而沒有二次設(shè)備并不影響電網(wǎng)的電路功能。如果將整個電網(wǎng)看作是一個復(fù)雜的電路，那么某些一次設(shè)備就是這個電路中的元件，我們可以稱之為“電路設(shè)備”。哪些設(shè)備是“電路設(shè)備”，哪些不是呢？區(qū)分的標準是什么呢？第六章一次設(shè)備變電站的一次設(shè)備主要包括變壓器、斷路器、隔426.1電路設(shè)備如果將圖1中的設(shè)備在理想情況下、保證變電站功能的前提下盡可能的減少，那么我們可以只保留：斷路器、變壓器、必要的導(dǎo)線、電容器，這些就是“電路設(shè)備”。電流互感器和電壓互感器雖然屬于一次設(shè)備，其功能確是僅為二次設(shè)備服務(wù)；電抗器是為了在發(fā)生短路故障時限制短路電流設(shè)置的，理想情況下也可以去掉；隔離開關(guān)只是在斷路器兩側(cè)形成明顯的斷開點，在斷路器絕對可靠的前提下也可以取消。6.1電路設(shè)備436.2電力變壓器變壓器的功能和基本原理在上文中已經(jīng)介紹過了，再此不再贅述。6.2.1變壓器的構(gòu)造鐵芯與繞組外殼變壓器油6.2電力變壓器446.2.2變壓器的散熱變壓器的鐵芯部分實際上也是一個電阻，在導(dǎo)電的同時自己也會消耗一部分電能，這就是變壓器的自身損耗。這個損耗以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來。自冷：自然冷卻風冷：利用風扇加速冷卻強油風冷：在風冷的基礎(chǔ)上利用油泵加速變壓器油的流動6.2.2變壓器的散熱456.3斷路器6.3.1電弧的產(chǎn)生用開關(guān)電器斷開電流時，如果電路電壓不低于10~20伏，電流不小于80~100mA，電器的觸頭間便會產(chǎn)生電弧。6.3.2斷路器熄弧的技術(shù)條件良好的絕緣介質(zhì)快速動作6.3斷路器466.3.3斷路器的分類斷路器的分類方法有很多種，按照操作機構(gòu)的不同分為彈簧機構(gòu)斷路器、氣動機構(gòu)斷路器和液壓機構(gòu)斷路器；按照工作（絕緣）介質(zhì)的不同分為六氟化硫（SF6）斷路器、真空斷路器和油斷路器；按照工作電壓的不同分為高壓斷路器、低壓斷路器等。按照不同分類方法分出的不同類型之間是可以互相組合的，如“SF6彈簧斷路器”、“真空彈簧斷路器”等。氣壓機構(gòu)、液壓機構(gòu)逐漸退出運行，本文不再詳述；油絕緣斷路器逐漸退出運行，亦不再詳述。我們現(xiàn)在能看到的斷路器大致只有三種：35kV及以上電壓等級的SF6絕緣彈簧機構(gòu)斷路器、10kV及一小部分35kV電壓等級的真空絕緣彈簧機構(gòu)斷路器，380V電壓等級的空氣絕緣手動斷路器，也就是我們平時說的空氣開關(guān)。6.3.3斷路器的分類47彈簧機構(gòu)的工作原理在合閘操作之前，我們使用電動機將一條彈性很大的彈簧壓縮并且鎖死，這樣它就具有了很大的勢能，這個過程稱為“合閘儲能”。合閘指令發(fā)出后，鎖死彈簧的梢子會松開，彈簧的勢能瞬時釋放將動觸頭頂至靜觸頭處，同時將分閘彈簧儲能。合閘彈簧釋放后，儲能電動機會自動啟動將其再次儲能。通過彈簧的作用，保證了兩個觸頭處于放電距離的時間盡可能地短。但是這樣還是會出現(xiàn)電弧，所以我們就把動觸頭和靜觸頭密封在一個密閉容器中，里面充滿一定氣壓的絕緣性能非常好的SF6氣體。在10kV電壓等級斷路器中，這個密閉容器里面被抽成真空，因為真空的滅弧性能也不錯。在380V電壓等級的斷路器中，沒有密閉容器，因為常規(guī)情況下，空氣可以熄滅操作時產(chǎn)生的電弧。彈簧機構(gòu)的工作原理486.3.4斷路器的主要技術(shù)參數(shù)額定電壓與最高電壓：3-200kV內(nèi)，最高電壓為115%額定電壓，即110kV斷路器最高工作電壓為126kV，220kV斷路器最高工作電壓252kV。額定電流：斷路器允許長期通過的電流。額定開斷電流：斷路器能保證開斷的最大短路電流。6.3.4斷路器的主要技術(shù)參數(shù)496.4隔離開關(guān)隔離開關(guān)大部分情況下都是伴隨斷路器出現(xiàn)的，每一臺斷路器的兩側(cè)都會各配置一臺隔離開關(guān)。其原因在于，斷路器的動、靜觸頭都是處于密封狀態(tài)的，我們無法直接觀察其是否接觸，而只能利用指示牌或者輔助接點間接獲知斷路器的狀態(tài)。隔離開關(guān)的作用就是在斷路器的兩側(cè)形成明顯的斷開點。按照我們之前的理論，我們也可以認為隔離開關(guān)是一個動作緩慢的空氣絕緣、手動或者電動機構(gòu)的斷路器。顯然，它不具備“分/合”大電流的能力。也就是常規(guī)的說法，隔離開關(guān)不能帶負荷操作。我們會在斷路器合閘之前先閉合隔離開關(guān)，在斷路器分閘之后再斷開隔離開關(guān)。6.4隔離開關(guān)506.5電流互感器和電壓互感器6.5.1電流互感器（TA）電流互感器的作用是將流經(jīng)一次設(shè)備的大電流轉(zhuǎn)換成二次設(shè)備使用的小電流，其工作原理相當于一個阻抗很小的變壓器。電流互感器的一次繞組與一次主電路串聯(lián)，二次繞組接負荷。電流互感器二次側(cè)不允許開路。電流互感器的變比一般為X：5A。它的含義是：首先，X不小于該設(shè)備可能出現(xiàn)的最大長期負荷電流，如此即可保證一般情況下TA二次側(cè)電流不大于5A；其次，被保護設(shè)備發(fā)生短路故障時，在短路電流不使TA飽和的情況下，TA二次側(cè)電流依然可以按照此變比從一次電流進行折算。在一次配電裝置距離控制室較遠時，為了增加電流互感器的二次允許負荷，減小連接電纜的導(dǎo)線截面及提高精確等級，多選用二次側(cè)額定電流為1A的電流互感器。6.5電流互感器和電壓互感器51在變電站中，電流互感器用于三種回路：保護回路、測量回路和計量回路，而這三種回路對電流互感器的準確級要求是不同的。簡單地講，測量、計量級二次繞組著重于精度，即誤差要?。槐Ｗo級二次繞組著重于抗飽和能力，即在發(fā)生短路故障時，短路電流超過一次額定電流許多倍的情況下，電流互感器一次側(cè)電流與二次側(cè)電流的比值仍在一定允許誤差范圍內(nèi)接近理論變比。在星形接線中，電流互感器二次側(cè)中性點必須接地，只是在不同情況下的接地點不同。用于差動保護的各電流互感器的二次側(cè)必須在一點接地，接地點一般選在保護屏上；用于其余保護和測量、計量的電流互感器均是在現(xiàn)場接地。在變電站中，電流互感器用于三種回路：保護回路、測量回路和計量526.5.2電壓互感器（TV）電壓互感器的作用是將電力系統(tǒng)的一次電壓按一定的變比轉(zhuǎn)換為要求的二次電壓，其工作原理與變壓器基本相同。電壓互感器的一次繞組并聯(lián)接在主電路上，二次繞組接負荷。變電站均采用星形-星形*-開口三角接線。開口三角處平時無電壓，故障時有零序電壓。6.5.2電壓互感器（TV）536.6電容器電能由兩部分組成：有功功率和無功功率。在各種用電設(shè)備中，除了白熾燈只消耗有功功率、極少數(shù)同步電機可以發(fā)出一部分無功功率外，大多數(shù)用電設(shè)備都要消耗無功功率。有功功率的電源只有一個，那就是發(fā)電機。無功功率的電源除了發(fā)電機，還有調(diào)相機、電容器和靜止補償器。在長距離輸電時，傳輸?shù)哪芰吭蕉?，損耗也隨之越大。有功功率必須叢發(fā)電廠傳輸而來，這部分功率在線路上引起的損耗是無法避免的。在靠近負荷的地方生產(chǎn)無功功率，然后和從遠方傳輸來的有功功率會合以后再經(jīng)過一段較短的線路輸送到負荷處，避免無功功率在長線路上的損耗。這種處理方式稱為無功功率的就地補償，在變電站內(nèi)最常用的無功功率電源就是電力電容器組。6.6電容器546.7接地在電力系統(tǒng)中，將設(shè)備和用電裝置的中性點、外殼或支架與接地裝置用導(dǎo)體作良好的電氣連接叫做接地。接地的功用除了將一些無用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，最大功用為保護使用者不被電擊。在變電站建設(shè)之前，將很多的鋼材連接成網(wǎng)狀埋在變電站的地下，這就是“地網(wǎng)”。地網(wǎng)與大地的接觸面積比較大，也更為可靠所有需要接地的金屬部分用接地扁鋼（刷為黃綠相間的顏色）與地網(wǎng)焊接在一起，即視為接地。變電站內(nèi)一切帶電設(shè)備的不帶電外殼或者構(gòu)架夠應(yīng)該接地。例如變壓器的外殼、隔離開關(guān)的金屬支架、開關(guān)柜的外殼等。6.7接地55220kV雙母線220kV雙母線56220kV線路母線側(cè)隔離合位220kV線路母線側(cè)隔離合位57220kV線路母線側(cè)隔離分位220kV線路母線側(cè)隔離分位58220kV線路斷路器及端子箱220kV線路斷路器及端子箱59220kV線路TA與線路側(cè)隔離220kV線路TA與線路側(cè)隔離60220kVTV與避雷器220kVTV與避雷器61變壓器變壓器62變壓器風冷變壓器風冷63110kV線路間隔110kV線路間隔64110kV雙母線110kV雙母線65110kV線路母線側(cè)隔離合位110kV線路母線側(cè)隔離合位66110kV線路母線側(cè)隔離分位110kV線路母線側(cè)隔離分位67110kV線路斷路器及端子箱110kV線路斷路器及端子箱68110kV線路TA與線路側(cè)隔離110kV線路TA與線路側(cè)隔離69110kVTV與避雷器110kVTV與避雷器70接地接地71避雷針避雷針72室外GIS及電纜溝室外GIS及電纜溝73室內(nèi)GIS及排風扇室內(nèi)GIS及排風扇74電纜溝電纜溝75電纜隧道電纜隧道76XGN開關(guān)柜XGN開關(guān)柜7710kVKYN開關(guān)柜10kVKYN開關(guān)柜78VD4斷路器手車VD4斷路器手車79手車位置示意圖手車位置示意圖8035kVKYN開關(guān)柜35kVKYN開關(guān)柜81微機五防鎖微機五防鎖82機械閉鎖機械閉鎖836.8.1單母線分段6.8.1單母線分段846.8.2雙母線6.8.2雙母線85單母線分段與雙母線的比較從母線意義上講，兩者并無本質(zhì)區(qū)別，只是兩段母線的布置方式不同。對于連接于其上的設(shè)備，采用雙母線接線時，可靠性和靈活性較大。單母線分段與雙母線的比較866.8.3內(nèi)橋與外橋橋型接線：三臺斷路器與兩條線路、兩臺主變的接線形式。橋斷路器在主變進線斷路器與變壓器之間，稱為內(nèi)橋接線。橋斷路器在主變進線斷路器與線路之間，稱為外橋接線。6.8.3內(nèi)橋與外橋87內(nèi)橋與外橋的比較內(nèi)橋與外橋的比較88第七章繼電保護繼電保護裝置，就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動裝置?；救蝿?wù)：迅速而有選擇性的切除故障元件?；驹恚喊l(fā)生短路故障后，總是伴隨著電流增大、電壓降低、線路時段測量阻抗減小?；疽螅哼x擇性、速動性、靈敏性、可靠性第七章繼電保護繼電保護裝置，就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件897.1繼電保護的命名以保護原理命名：過流保護、距離保護、高頻保護、差動保護等以被保護設(shè)備命名：線路保護、變壓器保護、母線保護等7.1繼電保護的命名907.2常見保護原理分析三段式過流保護三段式距離保護零序保護高頻保護差動保護7.2常見保護原理分析917.3電氣設(shè)備常見繼電保護配置220kV線路：高頻保護、光纖差動保護110kV線路：距離保護、光纖差動保護、零序保護35/10kV線路：過流保護變壓器：差動保護、過流保護、本體保護7.3電氣設(shè)備常見繼電保護配置927.4繼電保護范圍線路保護：指向線路變壓器本體保護：變壓器變壓器差動保護：變壓器各側(cè)進線斷路器之間變壓器高后備保護：變壓器高壓側(cè)斷路器指向低壓側(cè)線路變壓器低后備保護：變壓器低壓側(cè)斷路器指向低壓側(cè)線路母差保護：連接于母線的各斷路器之間7.4繼電保護范圍93220kV變電站各繼電保護裝置保護范圍示意

220kV變電站各繼電保護裝置保護范圍示意

94110kV變電站各繼電保護裝置保護范圍示意

110kV變電站各繼電保護裝置保護范圍示意

95第八章二次設(shè)備8.1二次設(shè)備的分類從功能上講，可以將變電站自動化系統(tǒng)中的微機型二次設(shè)備分為微機保護、微機測控、操作箱、自動裝置等。微機保護。實現(xiàn)繼電保護功能，每一個含斷路器的間隔都會配置屬于自己的微機保護裝置，110kV及以下都是一套，220kV都是兩套。微機測控。每一個含斷路器的間隔都要配置一臺微機測控，與電壓等級無關(guān)。測，就是指測量，包括電流、電壓以及各種信號等；控，就是指控制，微機測控用于對斷路器及本間隔進行手動控制。操作箱。每一臺斷路器要配置一臺操作箱，用于執(zhí)行微機保護和微機測控發(fā)出的對斷路器的操作指令。220kV斷路器的操作箱是獨立裝置，110kV斷路器的操作箱與微機保護合為一體。第八章二次設(shè)備8.1二次設(shè)備的分類968.2二次設(shè)備的工作方式微機保護是根據(jù)所需功能配置的，也就是說，不同的電力設(shè)備配置的微機保護是不同的，但各種微機保護的工作方式是類似的?；\統(tǒng)地來說，我們可以將這個方式概括為“開入”與“開出”兩個過程。事實上，整個變電站自動化系統(tǒng)的所有二次設(shè)備幾乎都是以這兩種模式工作的，只是開入與開出的信息類別不同而已。微機測控與微機保護的配置原則完全不同，它是對應(yīng)于斷路器配置的。所以，幾乎所有的微機測控的功能都是一樣的，區(qū)別僅在于其容量的大小而已。如上所述，微機測控的工作方式也可以概括為“開入”與“開出”兩個過程。操作箱也是對應(yīng)于斷路器配置的。8.2二次設(shè)備的工作方式978.2.1開入微機保護和微機測控的開入量都分為兩種：模擬量和數(shù)字量。模擬量的開入微機保護需要采集電流和電壓兩種模擬量進行運算，以判斷其保護對象是否發(fā)生故障。微機測控開入的模擬量除了電流、電壓外，有時還包括溫度量（主變測溫）、直流量（直流電壓測量）等。微機測控開入模擬量的目的是獲得其數(shù)值，同時也進行簡單的計算以獲得功率等其他電氣量數(shù)值。8.2.1開入98數(shù)字量的開入數(shù)字量也稱為開關(guān)量，它是由各種設(shè)備的輔助接點通過“開/閉”轉(zhuǎn)換提供的，只有兩種狀態(tài)。微機保護對外部數(shù)字量的采集采用電壓為直流24V的弱電回路。微機測控對數(shù)字量的采集主要包括斷路器機構(gòu)信號、隔離開關(guān)及地刀狀態(tài)信號等。這類信號的觸發(fā)裝置（即輔助開關(guān)）一般在距離主控室較遠的地方，為了減少電信號在傳輸過程中的損失，通常采用電壓為直流220V的強電回路進行傳輸。同時，為了避免強電系統(tǒng)對弱電系統(tǒng)形成干擾，在進入微機運算單元前，需要使用光耦單元對強電信號進行隔離、轉(zhuǎn)換而變成弱電信號。數(shù)字量的開入998.2.2開出對微機保護而言，開出指的是微機保護根據(jù)自身采集的信息，加以運算后對被保護設(shè)備目前狀況作出的判斷以及針對此狀況作出的反應(yīng)，主要包括操作指令、信號輸出等反饋行為。之所以說是反饋行為，是因為微機保護的動作永遠都是被動的，即受設(shè)備故障狀態(tài)激發(fā)而自動執(zhí)行的。對微機測控而言，開出指的是對斷路器及各類電動機構(gòu)（隔離開關(guān)、地刀）發(fā)出的操作指令。與微機保護不同的是，微機測控自身不會產(chǎn)生信號，而且其開出的操作指令也是手動行為，即人為有目的發(fā)出的。8.2.2開出100操作指令一般來講，微機保護只針對斷路器發(fā)出操作指令。對線路保護而言，這類指令只有兩種：“跳閘”或者“重合閘”；對主變保護、母差保護而言，這類指令只有一種：“跳閘”。在某些情況下，微機保護也會對一些電動設(shè)備發(fā)出指令，如“主變過負荷啟動風機”會對主變風冷控制箱內(nèi)的風機控制回路發(fā)出啟動命令；對其它微機保護或自動裝置發(fā)出指令，如“母差保護動作閉鎖線路保護重合閘”、“主變保護動作閉鎖內(nèi)橋備自投”等。微機保護發(fā)出的操作指令屬于“自動”范疇。微機測控發(fā)出的操作指令可以針對斷路器和各類電動機構(gòu)，這類指令也只有兩種，對應(yīng)斷路器的“跳閘”、“合閘”或者對應(yīng)電動機構(gòu)的“分”、“合”。微機測控發(fā)出的操作指令屬于“手動”范疇，也就是說，微機測控發(fā)出的操作指令必然是人為作業(yè)的結(jié)果。操作指令101信號輸出微機保護輸出的信號只有兩種：“保護動作”、“重合閘動作”。線路保護同時具備這兩種信號，主變保護只輸出“保護動作”一種信號。至于“裝置斷電”之類的信號屬于裝置自身故障，嚴格意義上講不屬于“保護”范疇。微機測控不產(chǎn)生信號。微機測控也輸出信號，它會將自己采集的開關(guān)量信號進行模式轉(zhuǎn)換后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，起到單純的轉(zhuǎn)接作用。信號輸出1028.3微機保護、測控與操作箱的聯(lián)系對于一個含斷路器的設(shè)備間隔，其二次設(shè)備系統(tǒng)均由三個獨立部分組成：微機保護、微機測控、操作箱。這個系統(tǒng)的工作方式有三種，如下所述。①在后臺機上使用監(jiān)控軟件對斷路器進行操作時，操作指令通過網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)微機測控里的控制回路，控制回路發(fā)出的對應(yīng)指令通過控制電纜到達微機保護里的操作箱，操作箱對這些指令進行處理后通過控制電纜發(fā)送到斷路器機構(gòu)箱內(nèi)的控制回路，最終完成操作。動作流程為：微機測控——操作箱——斷路器。8.3微機保護、測控與操作箱的聯(lián)系103②在微機測控屏上使用操作把手對斷路器進行操作時，操作把手的控制接點與微機測控里的控制回路是并聯(lián)的關(guān)系，操作把手發(fā)出的操作指令通過控制電纜到達微機保護里的操作箱，操作箱對這些指令進行處理后通過控制電纜發(fā)送到斷路器機構(gòu)箱內(nèi)的控制回路，最終完成操作。使用操作把手操作也稱為“強電手操”，它的作用是防止監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障時（如后臺機“死機”等）無法操作斷路器。所謂“強電”，是指斷路器操作的啟動回路在直流220V電壓下完成，而使用后臺機操作時，啟動回路在后臺機的弱電回路中。動作流程為：操作把手——操作箱——斷路器。②在微機測控屏上使用操作把手對斷路器進行操作時，操作把手的控104③微機保護在保護對象發(fā)生故障時，根據(jù)相應(yīng)電氣量計算的結(jié)果做出判斷并發(fā)出相應(yīng)的操作指令。操作指令通過裝置內(nèi)部接線或控制電纜到達操作箱，操作箱對這些指令進行處理后通過控制電纜發(fā)送到斷路器機構(gòu)箱內(nèi)的控制回路，最終完成操作。動作流程為：微機保護——操作箱——斷路器。微機測控與操作把手的動作都是需要人為操作的，屬于“手動”操作；微機保護的動作是自動進行的，屬于“自動”操作。操作類型的區(qū)別對于某些自動裝置、聯(lián)鎖回路的動作邏輯是重要的判斷條件。③微機保護在保護對象發(fā)生故障時，根據(jù)相應(yīng)電氣量計算的結(jié)果做出1058.4主控制室的布局控制臺：綜自后臺機、微機五防主機、遙視系統(tǒng)主機屏柜布置見附圖8.4主控制室的布局106圖7-主控室平面置圖圖7-主控室平面置圖107綜自、遙視、五防后臺機綜自、遙視、五防后臺機1088.5二次回路的電路學(xué)模型有源回路無源接點在一個兩端電壓為直流220V的電路中，存在一個斷開點（控制開關(guān)或輔助接點）使該電路不能導(dǎo)通。在某一情況下，該斷開點可以閉合使電路導(dǎo)通，電路中的其他元件帶電；在相反情況下，該斷開點又斷開該電路使電路中的其他元件失電。8.5二次回路的電路學(xué)模型109圖8-二次回路的電路學(xué)模型圖8-二次回路的電路學(xué)模型1108.6二次圖紙的分類與識圖二次圖紙的分類與二次設(shè)備工作方式的分類是對照的，我們可以將它們簡單地分為：電流電壓回路圖（模擬量開入）、信號采集回路圖（數(shù)字量開入）、控制及操作回路圖（開出）等。由于圖紙是與裝置對應(yīng)的，所以我們在拿到一張二次圖紙時，首先要明確這張圖紙是對應(yīng)于哪個裝置的，這個裝置的作用是什么，這張圖紙顯示的是這個裝置的哪一部分功能，這部分功能的動作邏輯是什么，這些邏輯是通過哪些回路一步步地完成的。按照這個順序，我們就可以從整體到細節(jié)地看明白一張二次圖紙了。在看二次圖紙時，需要多張圖紙一起看，這是由于回路之間的交叉聯(lián)系造成的。我們在看圖時，應(yīng)該按照某一個功能把所有相關(guān)的圖紙全部找出來，按照動作邏輯逐張看完。8.6二次圖紙的分類與識圖111線路二次接線舉個例子來說，比如今天我們一起去看電影，領(lǐng)導(dǎo)給我們配了一輛大巴、一個司機。大家集合上車以后，領(lǐng)導(dǎo)用電臺告訴司機：開車！司機收到指令，踩油門，車子就出發(fā)了。司機一邊開