主要电气设备知识讲课资料解读文档格式.docx
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●按相数分。
有单相D和三相S之分。
●按线卷数分。
有双卷、三卷S、自耦式O。
●按冷却方式分。
有油浸式自冷式、油浸风冷式、油浸强迫循环冷却P式。
●按铁心结构分。
有铁心式、铁壳式。
●按绝缘介质分。
有油浸式、空气G、成型固体C及目前正研制生产的SF6气体式变压器。
（了解SF6变压器新产品的发展方向）。
●按调压方式分。
有无励磁和有载调压Z分。
SF6变压器简介：
随着电力传输线路长度的增长，传输容量增大，输电电压等级不断提高，电力变换容量也不断的增加，对电力变压器的要求愈来愈高，传统的油浸式变压器已不能满足需要。
近年来，国内外在SF6气体绝缘变压器的研制上取得了很大的发展，美国和日本已有实用化的产品。
在我国，SF6气体绝缘变压器也已研制成功并投入生产。
与常规的油浸变压器相比，采用压缩SF6气体和聚脂薄膜作为绝缘介质的SF6气体变压器在安全运行的可靠性、防火、防爆、噪声控制、节能、缩小占地面积、减轻重量、防止油污染等方面显示出它的优良性能。
在SF6变压器中，一般SF6压力为0.2MPa。
如果使用的SF6气体压力提高，变压器壳体的强度就要增加，导致壳体重量和成本的增加。
另外由于SF6气体在导热性能方面不如变压器油好，大容量的变压器中需加氟碳化合物作冷却剂，形成单独的冷却系统。
3.5.4结构（重点）以保变ODFPS-250MVA/500为例介绍
部分技术参数介绍：
主体充氮运输重：
146.5T
上节油箱吊重15T
总油重59T
总重222.4T
●铁心结构
1）铁心的基本型式
1.单相单框铁芯（小容量单相变压器）。
2.单相双框铁芯（特大型单相变压器）。
3.三相双框铁芯（特大型三相变压器）。
4.单相三柱铁芯（大、中型单相变压器）。
5.三相三柱铁芯（大、中、小型三相变压器）。
6.三相五柱铁芯（大型、特大型三相变压器）。
长阳铺变主变压器的铁心为单相三柱式结构，铁心片通过箱盖上的套管一点接地。
铁心主要由铁心柱和铁轭构成，通常厚度为0.35mm和0.5mm的硅钢片叠成。
硅钢片经过剪裁，并作退火处理以消除冲剪区域的残余应力之后，在表面涂上机械强度高，导热、耐热和绝缘性能都好的油漆。
铁心必须是一点接地，当有两点及以上同时接地时，就会通过接地点构成短路回路，因铁心中的磁通密度很高，就会在该回路中感应出很大的环流，从而在接地点处（因接地点电阻高）发生局部过热和放电，这是变压器运行所不能允许的。
当然，从理论上分析，当多点接地在同一纵向截面时，是不会产生环流，但这在实际生产中是很难控制的，因此一般均严格要求一点接地。
●绕组结构
绕组是变压器的心脏，是变压器输配电能的中枢，要保证变压器长期安全可靠地运行，对变压器的线圈，尤其是大型变压器的线圈，必须保证满足以下基本要求。
1.绝缘水平（500kV：
设备的最高电压550kV；
额定短时工频耐受电压630或680kV等）
2.耐热强度（在长期工作电流产生的热作用下绝缘的使用寿命不少于20年；
变压器在运行条件下，在任意线端发生突然短路，线圈应能承受信此短路电流所产生的热作用。
3.机械强度（线圈机械强度必须足以抗拒正常运行和突然短路时所造成的对线圈的电动力的作，同时要承受由压钉压紧线圈产生的轴向压紧力作用。
4.对经济、技术指标的要求。
高压绕组及中压绕组为插入电容连续式结构，励磁绕组为纠结内屏蔽连续式，低压绕组和调压绕组为螺旋式结构。
因铝的机械性能和导电性能不如铜优越，在大型变压器中，铜材料使用多些。
绕制线卷的导线必须有绝缘包扎，用得最多的是纸包导线，即在导线外面包缠几层高强度的绝缘纸带。
近些年，换位导线广泛使用，它是由两列平行的多根涂漆导线不断改变位置所组成，能够减少环流损耗。
铁心和绕组共同组成变压器心部，通过绝缘底部固定在油箱底部。
导电材料：
自粘性换位导线克服了普通换位导线机械强度低的缺点，超导材料的应用，使得现在的大型变压器造价低及重量轻。
绕组的绝缘：
分为主绝缘（线圈本身以外的其它结构部分的绝缘）和纵绝缘（线圈本身内部的绝缘）两种。
大型变压器绝缘材料采用了低介电常数纸板是由三菱纸公司与日立合作开发的。
变压器的绝缘详见附图1示。
●油箱结构
油箱采用钟罩式折板结构，分为上箱盖和下盖箱，上下箱盖采用螺栓及密封压条密封。
油箱内侧装有磁屏蔽，油箱顶盖自两商部至中部有1.31%的升高坡度，以利于气体汇集在气体继电器内。
箱体上备有吊攀、千斤顶支架、梯子及充油、排油和取油样的各阀门。
油箱能耐受13.3Pa真空度98KPa的正压试验而无不允许的永久性变形。
因油箱除考虑正常情况下能够承受电力变压器心部的重量、绝缘油的重量及绝缘油的内压力以外，还要能够承受在安装和检修时，利用油箱抽真空干燥电力变压器或者抽真空注油所产生的外压力。
目前大型变压器可以接受极限真空。
以前油箱都做成椭圆形，因为这种形式制造起来比较简单。
目前，油箱可以做成各种形状，在大型变压器的箱壁用槽钢或工字钢做成水平腰箍或垂直加强带，以增加机械强度。
箱内外表面还焊有加强铁。
油箱的防锈：
油箱内如果生锈，将严重影响变压器运行安全。
防锈的主要方法是涂漆。
要求油漆必须是耐油，为了防止脱落，要求油漆有很强的附着力，而且坚韧耐久。
●底座
变压器底座有带滚轮的和不带滚轮的两种。
我们沙坪变的这台500kV的变压器底座就是不带滚轮的。
底座强度应满足变压器重量的要求。
●套管和引线
套管有瓷绝缘式、充油式、电容式套管三种形式。
变压器各个线圈之间的连接，线圈到引出套管的连接，线圈各分接头与开关的连接等连接称为变压器的引线，引线在变压器中起到内外联络作用。
引线通常用圆铜线、铜排和软铜线组成。
引线与线卷的连接大都采用铜焊，细小的导线亦用熔焊，铝线卷与铜引线的联结用氩弧焊。
引线与套管的联结，有用螺栓作成可拆卸或者用压接法把软引线与联结端头作成固定的。
沙坪变压器高压套管为上部接线方式，中压及零序套管为下部（变压器内部）接线，接线处设置一个均压罩，低压套管采用下部接线方式。
引线截面的选取原则：
1）按电场强度要求选取。
电压等级（kV）
6—15
35
60
110
220
330
500
引线最小直径mm
2.36
4.0
8
12
20
40
2）按机械强度要求选取。
3）按短路温升要求选取。
4）按长期负荷所允许的温升选取。
5）按与其它结构件配合的要求选取。
引线的绝缘的概念：
1）引线对地绝缘。
2）同一电压等级引线对引线间，不同电压等级的引线之间。
3）引线对线圈之间。
4）套管均压球对地，线圈或其它结构之间；
5）分接开关对引线、线圈、地之间。
引线的屏蔽：
1）对引线电极表面进行圆整化处理，如一些引线表面的倒角、砂光及引线焊头的填充圆整化处理。
2）增大引线电极的曲率半径。
总之，无论哪种屏蔽方式，屏蔽时所用的金属材料必须可靠地与导线相连。
不允许存在电位悬浮。
●油枕
采用钢板制成圆柱形，大约能够容纳5T油，在油枕中下部安装有油位计。
它是用来减轻和防止电力变压器的绝缘油氧化和受潮的装置。
油枕内部设置有气囊或是油囊。
油枕的上部连接有吸湿器，吸湿器下端的空气进口处设有油封装置。
在容器内部装满硅胶或氯化钙等吸潮物，作用是除去引入空气中的尘埃和潮湿，所以吸湿器又称空气滤过器。
一般油枕下部安装有事故排油管，防爆管等管道。
●散热器、油泵及油流继电器
根据变压器温度及运行需要，将三组散热投入使用，散热器由专用风冷控制箱控制。
油泵电源均取至风冷控制箱。
●瓦斯继电器及压力释放器
瓦斯继电器安装在油箱和油枕的联管中间，作为电力变压器内部故障的保护，又叫气体继电器或浮子继电器。
安装时，瓦斯继电器标向应朝向油枕。
压力释放一般安装在变压器本体油箱上侧，本型号变压器设有两个压力释放器，当变压器内部压力达到压力释放器的动作值时，压力释放器动作，将变压器内部压力减小。
●温度计（绕组温度计、油温计）
用来测量油箱里面的上层油温，起到监视电力变压器正常运行的作用。
一般有信号温度计和电阻温度计。
●无励磁调压和有载调压
无励磁调压即把电力变压器从电网中切除后，再用分接开关改变线卷分接头的调压方式叫无励磁调压。
在电力变压器运行中，用分接开关改变线卷分接头的调压方式叫有载调压。
2.5.5原理接线图
2.5.6自耦变压器优点
自耦变压器与同等类型变压器相比，有较多优点。
消耗材料少、造价低、有功和无功损耗少、效率高；
由于高中压线圈的自耦联系，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用。
2.5.7控制变压器局放措施
变压器作为电网的主要设备，其可靠性的要求是相当高的，变压器内部局部放电是由于在不均匀电场中的高电场处和复合绝缘的薄弱环节产生局部击穿引起，这在正常运行状态下是绝对不允许的。
2.5.7.1专业人员利用计算机程序（软件）对变压器的关键部位进行电场强度计算，控制场强在局入场强允许的范围之内。
2.5.7.2主绝缘结构中的措施：
主绝缘一般是由油和纸组成。
由于油的介电常数比较小，耐电强度比纸低，当油一纸绝缘出现高电场时，放电首先会从油隙中产生，油隙的尺寸越小，将油隙击穿的场强就会越高。
在结构设计时，我们充分利用上述特性，使用绝缘纸板将主绝缘油隙分割成距离相等的小油隙时，其绝缘特性，特别是放电特性将变得更好。
2.5.7.3高电位电极的处理
处在不均匀电场院中的高电位的电极用金属屏蔽的方法。
首先将电极圆整化处理，然后用金属化皱纹纸屏蔽，再包以一定厚度的绝缘。
在连接处，应保证电极之间的连接面接触可靠，并处理光滑，加以屏蔽。
2.5.7.4地电极的处理
地电极指接地电位的电极如油箱的尖角处，夹件的棱边处等。
在油箱的内壁，对尖角处加以屏蔽环，夹件的棱边处理方法是将棱边加工成圆角，或倒大R。
绝缘距离较小的局部，有的螺栓要加屏蔽帽。
铁心旁柱及上下轭的处理方法：
在旁柱上围以旁柱地屏，有的还要加旁柱围屏。
在上、下轭上加上、下轭地屏，以改善铁心表面的电极形状。
2.5.7.5油的质量及杂质的控制
变压器油的质量如含水量、含气量将直接影响变压器局放水平。
3.中性点运行方式
3.1什么叫做中性点？
（概念）
电力系统通常把三相电源（包括发电机和变压器）的三相绕组接成星形或三角形接法向外供电。
当把三相绕组接成星形接法时，三相绕组的末端形成一个公共点，这个点对地的电位为零。
我们把该点称电源的中性点。
✓选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。
它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。
电力系统的中性点就是指发电机和变压器的中性点。
考虑到电力系统运行的可靠、安全、经济及人身安全等因素，中性点常采用不接地、直接接地和经消弧线圈接地三种运行方式。
✓电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。
1.主变压器采用中性点直接接地方式
1）凡是自耦变压器，其中性点须要直接接地或经小阻抗接地。
2）凡中、低压有电源的升压站和降压变压器所至少应有一台变压器直接接地。
3）终端变压器所的变压器中性点一般不接地。
4）所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地点。
5）选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统。
2.主变压器采用中性点不接地及经消弧线圈接地方式
1）6—63kV电网采用中性点不接地方式,但当单相接地故障电流大于30A,或10A时,中性点应经消弧线圈接地。
（二）断路器
高压断路器是电力系统中最重要的控制电器。
无论系统处于什么状态，要求断路器动作时，它都应能可靠地动作，或是接通、或是断开电路。
2.几个技术参数
1）额定电压；
2）额定电流；
3）额定断路电流，即在额定电压下，断路器能可靠切断的最大电流。
4）额定容量；
5）动稳定电流，即表示在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力；
6）热稳定电流，表示承受短路电流热效应的能力；
7）合闸时间；
8）断路时间，即从操作机构跳闸线圈电路接通时起，到三相内电弧完全熄灭为止所经过的全部时间。
3.结构
●SIEMENS公司与德国合资生产的3AT2E1型高压SF6断路器
电压等级500kV，单相结构，每相主要由机构箱底支撑架、机构箱机座、控制箱、液压储压筒、液压操作机构、操作机构箱、带有合分指示器的辅助开关箱、3节支持绝缘子、曲柄机构、2个灭弧单元、接线端子板、均压环及均压电容等组成。
SF6气体由管路相联组成一个系统，SF6气体密度由一密度计监控，储压筒内氮气压力由一氮气压力表显示。
开关的所有控制、监控元件及电气连接端子都安装在操作箱内。
●SIEMENS公司与德国合资生产的3AP1FG型高压SF6断路器
电压等级35kV，额定电压72.5kV，三相极柱均安装一个横梁上。
其结构比3AT2E1型高压SF6断路器。
主要由灭弧单元、绝缘子、横梁、操作机构等组成。
三个极柱的SF6气体由管路相联组成一个系统，SF6气体密度由一密度计监控，压力由一压力表显示。
此种开关有一弹簧操作机构。
此机构安装于固定在横梁上的操作箱内，开关操作所需能量储存于三相共用的一只合闸弹簧和一只分闸弹簧内，合闸弹簧与分闸弹簧均安装在操作机构单元内。
4.操作机构
当今国内外SF6断路器操作机构一般采用以下三种型式机构：
⑴气压操作机构，缺点：
需要现场配管，维护工作量大；
⑵液压操作机构，因内部结构较为复杂，现场维护复杂，对外界的污染较大；
⑶弹簧操作机构，较为先进的机构型式，目前大部分国内外开关均朝此种机构发展，因期操作可靠，不仅在投资、污染等方面都比前两者优越些。
5.原理
●3AT2E1型高压SF6断路器灭弧原理（如图示）（理解）
在分闸过程中，导向装置和吹弧气缸朝着曲柄机构的方向移动，逆行活塞朝着相反的方向推，从而快速地压缩被封闭的气体，触头一旦分离，也就是说，断口打开之后，被压缩的SF6气体流经吹弧栅，通过两个灭弧喷嘴吹出气体，熄灭电弧。
●3AT2E1型高压SF6断路器液压机构原理简介（如图示）（了解）
开关处于分闸位置时，差动活塞的分闸一侧是高压油，合闸一侧是无压油，由此确保开关处于分闸状态。
开关处于合闸位置时，差动活塞的合闸一侧是无压油，分闸一侧是高压油，由此确保开关处于分闸状态。
液压储压筒由一泵管注入油，一根高压油管连接着操作机构和储能筒。
●弹簧机构工作原理（了解）
合闸弹簧储能，分闸脱扣器脱扣，释放能量。
6.SF6断路器与其它型式（少油）断路器优缺点
●开断和绝缘性能优良
超高压断路器一般要求是断口电压高、开断容量大、操作过电压低、结构简单、维护方便。
SF6断路器可以做得断口电压较高，开断电流相当和其他性能接近的情况下，SF6断路器的串联断口数较少。
SF6断路器具有很好的开断近区故障的能力，可以开断比空气断路器大许多倍的电流，而无需采取附加并联电阻。
开断小电流时，SF6开关无重燃，无截流现象发生，因此，开断小电流时过电压低。
●结构简单紧凑，维修方便
由于SF6断路器断口电压较高，所以断口数量少，结构比空气及少油开关简单得多。
另，SF6开关检修周期长。
7.分类
可分为户内及户外。
主要类型有：
多油、少油、压缩空气、SF6断路器等四种。
（三）.氧化锌避雷器
用于保护系统输变电设备免以大气过电压和操作过电压损坏的保护电器。
2.结构
主要由主体元件、绝缘底座、接线盖板和均压环（改善电位分布）。
带有压力释放装置，当避雷器在异常情况下动作而使内部气压升高时，能及时释内部压力，避免瓷套炸裂。
500kV避雷器内部并联有均压电容器。
3.原理
避雷器内部采用氧化锌电阻片为主要元件，因电阻片具有良好的伏安特性，当系统出现大气过电压或操作过电压时，氧化化锌电阻片呈低阻值，使避雷器的残压被限制在允许值以下，从而对电力设备提供可靠的保护，而避雷器运行在系统正常电压下时，由于优异的非线性，它呈现高阻值，避雷器只流过微安级电流，可以省去传统的碳化硅避雷器不可缺少的灭弧间隙，避雷器的结构大为简化。
4.放电记数器
放电记数器是串联避雷器下面，用来监测避雷器泄漏电流的变化，动作次数以及报知的一种装置。
结构与原理：
主要由非线性电阻、电磁计数器、毫安表、继电器和电子元器件组成。
在正常的持续运行电压下，通过避雷器和监测器的泄漏电流的变化（全电流）由监测器中毫安表测得。
当避雷器和监测器流过雷电波，操作波或工频过电压时，强大的千安级动作电流将从泄漏电流测量回路转移到计数器回路，毫安表受到保护，计数器部分则利用通过的雷电波，操作波或工频过电压电流的能量，来实现记录动作的次数和报警。
安装高度一般大约在2—2.3m之间，便于运行人员巡视，同时在安装时，将放电记数器稍朝下固定。
5.绝缘底座
根据绝缘底座的结构，中间是一个空心的圆柱形，内不能积水，所以在安装时要考虑这点，以免在运行中，因积水而造成短路故障。
6.类型
●阀式避雷器
●氧化锌避雷器
（四）.电压互感器
在讲解电压互感器之前，我们先了解几个概念：
1.电压互感器和电容式电压互感器概念区别:
电压互感器（简称TV）:
为测量仪器、仪表及继电保护装置供电的一种变压器，在正常使用条件下，其二次输出电压与一次电压成某一额定比例。
电容式电压互感器（简称CVT）：
一种电压互感器，它由电容分压器和电磁单元相互联接而成，其电磁单元的二次电压的大小与加在电容分压器上的一次电压成某一额定比例，相位相同。
2.分压器及电容分压器的概念区别：
分压器（简称VD）：
一种包括电阻、电容器及电感线圈的设备，利用它可得到所需测量电压的某一额定分压比的电压；
电容分压器（简称CVD）：
一种仅由电容器组成的分压器。
3.电磁单元的概念：
为CVT的一部分，与电容分压器的中压端和低压端相连，由它提供二次电压。
4.中压变压器的概念：
把中间电压降为二次电压的变压器。
5.谐振电抗器的概念：
一感应电抗器，在额定频率下，其感抗值近似等于电容分压器的高、中压电容并联时（C1+C2）的容抗，它用以调整一、二次电压间的相位关系。
6.阻尼器的概念：
一用于抑制CVT铁磁谐振的负载，它由一饱和电抗器和一电阻串联而成，联接于二次绕组之间。
7.保护间隙的概念：
抑制过电压的放电间隙。
安装在端子箱内。
一般性间隙为0.5mm。
8.高压电容、中压电容、中压端、高压端及接地端的概念。
2.2.1型号解释
●TYD2-252/√3-0.01HF
●WVB500-5H型电压互感器
2.2.2作用
1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，通常额定二次电压为100V，额定二次电流为5A，使测量仪表和保护装置标准化，以及二次设备的绝缘水平可按低电压设计，从而结构轻巧，价格便宜。
2.所有二次设备可用低电压，小电流的控制电缆联接，使屏内布线简单、安装方便。
同时，便函于集中管理，可实现远方控制和测量。
3.二次回路不受一次回路的限制，可采用星形、三角形或V形接法，因而接线灵活方便。
同时，对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行，仅适当地改变二次接线即可实现。
4.使二次设备和工作人员与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
2.2.3结构（TYD型）
主要由电容分压器+电磁单元组成。
电容分压器内由高压电容（C1）、中压电容（C2）组成。
电磁单元内由中间变压器（Tr）、谐振电抗器（L）、阻尼器（ZD），电容分压器低压端对地保护间隙组成。
其电气连接原理图如下：
2.2.4原理
电压互感器的工作原理与电力变压器相同，与变压器主要的区别是其容量很小，一般只有几十到几百伏安。
详见下图示
由电容分压器分压，中间电压变压器将中间电压变为二次电压，补偿电抗器电抗与互感器漏抗之各与等值容抗[1/ω（C1+C2）]串联谐振以消除容抗压降随二次负荷变化引起的电压变化，可使电压稳定。
2.2.5电压互感器的接线
●单相。
测量两相间电压时采用此种接线方式。
●不完全三角形。
测量线电压时采用此种接线方式。
●星形。
测量线电压和相电压时均可采用此种接线方式。
●三相三柱式电压互感器。
测量线电压时可采用此种接线方式。
●三相五柱式电压互感器。
测量线电压和相电压，监视电网对地的绝缘善和实现单相接地的继电保护。
2.2.6安装注意事项
220kV电压互感器上下节之间一般有一根2.5mm2连接接地线，此接地线在安装时不要忘记连接。
（五）电流互感器
1）.将一次回路的大电流变为二次回路的标准值，通常额定二次电流为5A，使测量仪表和保护装置标准化，以及二次设备的绝缘水平可按低电压设计，从而结构轻七，价格便宜。
2）.所有二次设备可用小电流的控制电缆联接，使屏内布线简单、安装方便。
同时，便于集中管理，可实现远方控制和测量。
3）.二次回路不受一次回路的限制，同时，对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行，仅适当地改变二
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