1、第二章 變電站一次主設備變電站中凡直接用來接受與分配電能以及與改變電能電壓相關的所有設備，均稱為一次設備或主設備。由于大都承受高電壓，故也多屬高壓電器或設備。它們包括主變壓器、斷路器、隔離刀閘、母線、互感器、電抗器、補償電容器、避雷器以及進出變電所的輸配電線路等。由一次設備連接成的系統稱電氣一次系統或電氣主接線系統。第一節 電力變壓器變壓器是一種靜止的電氣設備，屬于一種旋轉速度為零的電機。電力變壓器在系統中工作時，可將電能由它的一次側經電磁能量的轉換傳輸到二次側，同時根據輸配電的需要將電壓升高或降低。故它在電能的生產輸送和分配使用的全過程中，作用十分重要。整個電力系統中，變壓器的容量通常約為發

2、電機容量的3倍以上。變壓器在變換電壓時，是在同一頻率下使其二次側與一次側具有不同的電壓和電流。由于能量守恒，其二次側與一次側的電流與電壓的變化是相反的，即要使某一側電路的電壓升高時，則該側的電流就必然減小。變壓器并不是也決不能將電能的“量”變大或變小。在電力的轉換過程中，因變壓器本身要消耗一定能量，所以輸入變壓器的總能量應等于輸出的能量加上變壓器工作時本身消耗的能量。由于變壓器無旋轉部分，工作時無機械損耗，且新產品在設計、結構和工藝等方面采取了眾多節能措施，故其工作效率很高。通常，中小型變壓器的效率不低于95%，大容量變壓器的效率則可達80%以上。一、電力變壓器分類及工作原理（一）電力變壓器的

3、分類根據電力變壓器的用途和結構等特點可分如下幾類：（1）按用途分有：升壓變壓器（使電力從低壓升為高壓，然后經輸電線路向遠方輸送）；降壓變壓器（使電力從高壓降為低壓，再由配電線路對近處或較近處負荷供電）。（2）按相數分有：單相變壓器；三相變壓器。（3）按繞組分有：單繞組變壓器（為兩級電壓的自耦變壓器）；雙繞組變壓器；三繞組變壓器。（4）按繞組材料分有：銅線變壓器；鋁線變壓器。（5）按調壓方式分有：無載調壓變壓器；有載調壓變壓器。（6）按冷卻介質和冷卻方式分有：1）油浸式變壓器。冷卻方式一般為自然冷卻，風冷卻（在散熱器上安裝風扇），強迫風冷卻（在前者基礎上還裝有潛油泵，以促進油循環）。此外，大型變

4、壓器還有采用強迫油循環風冷卻、強迫油循環水冷卻等。2）干式變壓器。繞組臵于氣體中（空氣或六氟化硫氣體），或是澆注環氧樹脂絕緣。它們大多在部分配電網內用作配電變壓器。目前已可制造到35KV 級，其應用前景很廣。（二）變壓器的工作原理變壓器是基于電磁感應原理而工作的。正是因為它的工作原理以及工作時內部的電磁過程與電機（發電機和電動機）完全相同，故將它劃為電機一類，僅是旋轉速度為零（即靜止）而已。變壓器本體主要由繞組和鐵心組成。工作時，繞組是“電”的通路，而鐵心則是“磁”的通路，且起繞組骨架的作用。一次側輸入電能后，因其交變故在鐵心內產生了交變的磁場（即由電能變成磁場能）；由于匝鏈（穿透），二次繞組

5、的磁力線在不斷地交替變化，所以感應出二次電動勢，當外電路溝通時，則產生了感生電流，向外輸出電能（即由磁場能又轉變成電能）。這種“電磁電”的轉換過程是建立在電磁感應原理基礎上而實現的，這種能量轉換過程也就是變壓器的工作過程。下面再由理論分析及公式推導來進一步加以說明：見圖22，在單相變壓器的原理圖中，閉合的鐵心上繞有兩個互相絕緣的繞組。其中接入電源的一側叫一次繞組，輸出電能的一側叫二次繞組。當交流電源電壓U 1加到一次繞組后，就有交流電流I 1通過該繞組并在鐵心中產生交變磁通m。這個交變磁通不僅穿過一次繞組，同時也穿過二次繞組，兩個繞組中將分別產生感應電勢E 1和E 2。這時若二次繞組與外電路的

6、負載接通，便會有電流I 2流入負載 ，即二次繞組就有電能輸出。 圖22根據電磁感應定律可以導出：一次繞組感應電動勢值 E 14.44fN 1B m S*10-4二次繞組感應電動勢值 E 24.44fN 2B m S*10-4式中f 電源頻率（Hz ），工頻為50 Hz；N 1一次側繞組匝數（匝）；N 2二次側繞組匝數（匝）；Bm 鐵心中磁通密度的最大值（T ）；S 鐵心截面積（cm 2）。由上兩式可以得出E 1/E2= N1/ N2足見，變壓器一、二次側感應電動勢之比等于一、二次側繞組匝數之比。由于變壓器一、二次側的漏電抗和電阻都比較小. 可忽略不計，故可近似地認為：E 1 = U1, E2

7、= U2. 于是有U 1/U2E 1/E2= N1/ N2K式中 K變壓器的變壓比。變壓器一、二次繞組的匝數不同，將會導致一、二次繞組的電壓高低不等。顯然，匝數多的一邊電壓高，匝數少的一邊電壓低。這就是變壓器之所以能夠改變電壓的道理。在一、二次繞組電流I 1、I 2 的作用下，鐵心中總的磁勢為I 1 N1I 2 N2I o N1式中 I o 變壓器的空載勵磁電流。由于I o 比較小（通常不超過額定電流的3%-5%），在數值上可忽略不計，故上式可演變為I 1 N1I 2 N2I o N10進而可推得：I 1 N1I 2 N2I 2/I1= N1/ N2K可見，變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組

8、的匝數成反比。即繞組匝數多的一側電流小，匝數少的一側電流大；也就是電壓高的一側電流小，電壓低的一側電流大。二、變壓器結構與器身構造電力變壓器的基本結構是由鐵心、繞組、帶電部分和不帶電的絕緣部分所組成，為使變壓器能安全可靠地運行，還需要油箱、冷卻裝臵、保護裝臵及出線裝臵等。其結構組成見圖2-3如下： 圖23 鐵心和繞組（及其絕緣與引線）合稱變壓器本體或器身，它是變壓器的核心也是最基本的組成部分，見圖24。以下簡述電力變壓器各組成主要部分的構造及作用。 圖24（一）鐵心按鐵心型式，變壓器可分為內鐵式（又稱心式）和外鐵式（又稱殼式）兩種。內鐵式變壓器的繞組包圍著鐵心，外鐵式變壓器則是鐵心包圍著繞組。

9、套繞組的部分稱鐵心柱，連接鐵心柱的部分叫鐵軛。大容量變壓器為了減低高度、便于運輸，常采用三相五柱鐵心結構。這時鐵軛截面可以減小，因而鐵心柱高度也可降低。1. 鐵心材料變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片。由于變壓器鐵心內的磁通是交變的，故會產生磁滯損耗和渦流損耗。為了減少這些損耗，變壓器鐵心一般用含硅5厚度為0.35mm 或0.5mm 的硅鋼片沖剪后疊成，硅鋼片的兩面涂有絕緣用的硅鋼片漆（ 厚）并經過烘烤。變壓器的質量所用的硅鋼片的質量有很大的關系，硅鋼片的質量通常用磁通密度B 來表示，一般黑鐵片的B 值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-1600

10、0。2. 鐵心裝配鐵心有兩種裝配方法即疊裝和對裝。對裝法雖方便，但它會使變壓器的激磁電流增大，機械強度也不好，一般已不采用。疊裝法是把鐵心柱和鐵軛的鋼片分層變錯疊臵，每一層的接縫都被鄰層的鋼片蓋上，這種方法裝配的鐵心其空氣隙較小。這種接縫叫作直接縫，適用于熱軋硅鋼片。3. 鐵心的接地為防止變壓器在運行或試驗時，由于靜電感應在鐵心或其它金屬構件上產生懸浮電位而造成對地放電，鐵心及其所有構件，除穿心螺桿外都必須可靠接地。由于鐵心疊片間的絕緣電阻較小，一片疊片接地即可認為所有疊片均已接地。鐵心疊片只允許有一點接地。如果有兩點或兩點以上接地，則接地點之間可能會形成閉合回路。當主磁通穿過此閉合回路時，就

11、會在其中產生循環電流，造成局部過熱事故。（二）繞組繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對于導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號的高強度的聚脂漆包線。繞組是變壓器的電路部分，通常采用絕緣銅線或鋁線繞制而成，匝數多者稱為高壓繞組，匝數少者稱為低壓繞組。按高壓繞組和低壓繞組相互間排列位臵的不同，可分為同心式和交疊式兩種。1. 同心式繞組它是把一次、二次繞組分別繞成直徑不同的圓筒形線圈套裝在鐵心柱上，高、低壓繞組之間用絕緣紙筒相互隔開。為了便于絕緣和高壓繞組抽引線頭，一般是將高壓繞組放在外面。同心式繞組結構簡

12、單，繞制方便，故被廣泛采用。按照繞制方法的不同，同心式繞組又可分為圓筒式、螺旋式、連續式和糾結式等幾種。2. 交疊式繞組它是把一次、二次繞組按一定的交替次序套裝在鐵心柱上。這種繞組的高、低壓繞組之間間隙較多。因此絕緣較復雜、包扎工作量較大。其優點是機械性能較高，引出線的布臵和焊接比較方便，漏電抗也較小，故常用于低電壓、大電流的變壓器（如電爐變壓器、電焊變壓器等）。（三）絕緣1. 絕緣等級絕緣材料按其耐熱程度可分為7個等級，它們的最高允許溫度也各不相同。一般情況下，所有絕緣材料應能在耐熱等級規定的溫度下長期（指1520年）工作，保證電機或電器的絕緣性能可靠并在運行中不會出現故障。各級絕緣材料通常

13、有：Y 級絕緣材料：棉紗、天然絲、再生纖維素為基礎的紗織品，纖維素的紙、紙板、木質板等。A 級絕緣材料：經耐溫達 的液體絕緣材料浸漬過的棉紗、天然絲、再生纖維素等制成的紡織品、浸漬過的紙、紙板、木質板等。 E 級絕緣材料：聚脂薄膜及其纖維等。B 級絕緣材料：以云母片和粉云母紙為基礎的材料。F 級絕緣材料：玻璃絲和石棉及以其為基礎的層壓制品。 H 級絕緣材料：玻璃絲布和玻璃漆管浸以耐熱 的有機硅漆。 C 級絕緣材料：玻璃、電瓷、石英等。純凈的變壓器油的抗電強度可達200-250KV/cm比空氣的高4-7倍。因此用變壓器油作絕緣可以大大縮小變壓器體積。此外，油具有較高的比熱和較好的流動性，依靠對流

14、作用可以散熱，即具有冷卻作用。2. 絕緣結構變壓器的絕緣分為外絕緣和內絕緣兩種：外絕緣指的是油箱外部的絕緣，主要是一次、二次繞組引出線的瓷套管，它構成了相與相之間和相對地的絕緣；內絕緣指的是油箱內部的絕緣，主要是繞組絕緣和內部引線的絕緣以及分接開關的絕緣等.繞組絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣兩種。主絕緣指的是繞組與繞組之間、繞組與鐵心及油箱之間的絕緣；縱絕緣指的是同一繞組匝間以及層間的絕緣。 （四）引線及調壓裝臵1. 引線引線是指連接各繞組、連接繞組與套管，以及連接繞組與分接開關的導線。引線要從繞組內部引出來，必然要從繞組之間、繞組與鐵心油箱壁之間穿過。因此必須保證引線對這些部分有足夠的絕緣距離，

15、如要縮小這些距離則引線的絕緣厚度應當增加。不使沿著包扎絕緣的交接處發生沿面放電，交接處應做成圓錐面，以加長沿面放電的路徑。引線如遇到尖角電極（如鐵軛的螺釘），除保持一定的絕緣距離外，為改善引線和尖角電極間的電場，可以采用金屬屏蔽使電場比較均勻。2. 調壓裝臵電壓是電能質量指標之一，其變動范圍一般不得超過額定電壓值的±5%。為了保證電壓波動能在一定范圍內，就必須進行調壓。采用改變變壓器的匝數進行調壓就是一種方法。為了改變繞組匝數（一般是高壓側的匝數），常把繞組引出若干個抽頭，這些抽頭叫作分接頭。當用分接開關切換到不同的抽頭時，便接入了不同的匝數。這種調壓方式又分無激磁（無載）調壓和有載

16、調壓兩種。無激磁調壓是指切換分接頭時，必須在變壓器不帶電的情況下進行切換。切換用的開關稱為無激磁分接開關（雙臺，卜莊還有兩臺）；有載調壓就是用有載分接開關，在保證不切斷負載電流的情況下由一個分接頭切換到另一個分接頭。2.1有載調壓有載調壓可分為平滑調壓和有級調壓兩種。平滑調壓可將電壓進行大幅度連續調節，但材料消耗多、效率低，容量只能做到幾十或至多幾百KVA ，大多用在電工試驗和科學實驗方面。分級有載調壓就是從變壓器繞組中引出若干分接頭，通過有載分接開關，在保證不切負載電流的情況下，由一個分接頭“切換”到另一分接頭，以變換繞組的有效匝數。采用這種調壓方式的變壓器，材料消耗量少、變壓器體積增加不多

17、，可以制成很高的電壓和大的容量。切換過程需要過渡電路，過渡電路有電抗式和電阻式兩種。電抗式有載分接開關因體積大、消耗材料多，觸頭燒蝕嚴重已不再生產。這里主要介紹電阻式。電阻式的特點是過渡時間較短、循環電流的功率因數為1，切換開關電弧觸頭的電壽命可由電抗式的1萬2萬次提高到 10萬20萬次。但由于電阻是短時工作的，操作機構一經操作便必須連續完成。倘若由于機構不可靠而中斷、停留在過渡位臵，將會使電阻燒損而造成事故。如果選用設計合理的機構和優質材料，這個問題是可以解決的。簡單的有載調壓原理電路如圖25所示。在圖25a 中，分接開關的兩個觸頭K1和K2都和分觸頭2相接觸，負載電流由分觸頭2輸出。與觸頭

18、K1相串聯的電阻R 為限流電阻。而圖25b 為觸頭K1已切換到分接頭1上，這時負載電流仍由2分觸頭輸出。電阻R 起限制循環電流的作用。若沒有限流電阻則分接頭1和2間的繞組將被觸頭K1和K2短路, 而引起巨大的短路電流。在圖2-5c 中，觸頭K2已離開分觸頭2而尚未達到分觸頭1，負載電流由分觸頭1經觸頭K1輸出。在圖2-5d 中觸頭K2已切換至分觸頭1。至此切換過程即全部結束。原來由分觸頭2輸出的電流就改換為由分觸頭1輸出，在整個切換過程中不停電。 圖25在電流不大、每級電壓不高時，讓切換觸頭直接在各個分接觸頭上依次切換，這就是“直接切換式”有載分接開關，也稱“復合型”或“單體型”有載分接開關。

19、這種開關所有分接觸頭都要承擔斷開電流的任務，故觸頭上都需鑲嵌耐電弧的銅鎢合金。它不適用于大容量或高電壓的情況。為解決這個問題，通常是把切換電流的任務交由單獨的切換開關來承擔，這一單獨部分稱作選擇開關。有載調壓分接開關通常由選擇開關、切換開關和操作機構等部分組成。切換開關是專門承擔切換負載電流的部分，它的動作是通過快速機構，按一定程序快速完成的。選擇開關是按分接順序，使相鄰的即刻要換接的分觸頭預先接通，并承擔連續負載的部分。它的動作是在不帶電的情況下進行的。操作機構是使開關本體動作的動力源，它可以電動也可以手動。此外，它還帶有必需的限動、安全聯鎖、位臵指示、計數以及訊號發生器等附屬裝臵。有載調壓

20、開關見圖26。三、變壓器油箱及其他裝臵電力變壓器結構中，除作為核心部分的器身外，尚有油箱及其他一些裝臵，否則它將無法正常地投入運行。（一）油箱與冷卻裝臵油浸式電力變壓器的冷卻方式，按其容量大小可分為油浸自冷、油浸風冷及強迫油循環（風冷或水冷）三類。變壓器在工作時有能量損耗，損耗轉變為熱量，熱量可以通過油箱表面及其他冷卻裝臵散入大氣。 圖26（二）變壓器的保護裝臵1. 儲油柜（油枕）和吸濕器（呼吸器）油枕是用鋼板作成的圓桶形容器，它水平安裝在壓器油箱蓋上，用彎曲聯管與油箱連接。油枕的一端裝有玻璃油位指示計（油表），油枕容積一般為變壓器所裝油量的810。當變壓器油的體積隨著油溫的變化膨脹或縮小時,

21、 油枕起儲油和補油的作用, 若變壓器不裝油枕，油箱內的油面要在油箱蓋以下，油溫改變時油箱內油面要發生變化，油箱將排出部分空氣或從大氣中吸入部分空氣，使油受潮和氧化，油及浸在其中的絕緣材料的電氣強度便會降低。采用油枕后，油枕的油面比油箱內的油面小得多，使油與空氣接觸面積減少，從而減少了油受潮和氧化的可能性，且油枕內油的溫度比油箱上部油溫低得多，故油的氧化過程也較慢。油枕內的油幾乎不和油箱內的油對流循環，因此從空氣中吸入油中的水分，絕大部分會沉到油枕中的沉積器（集污盒）中而不進入油箱。此外，裝設油枕后還能裝用氣體繼電器。為防止空氣中的水分浸入油枕的油內，油枕是經過一個呼吸器（也稱吸濕器）與外界空氣

22、連通的，呼吸器內盛有能吸收潮氣的物質（通常為硅膠），硅膠被氯化鈷浸漬過后稱為變色硅膠，它在干燥狀況下呈藍色，吸收潮氣后漸漸變為淡紅色，此時即表示硅膠已失去吸濕效能。如把吸潮后的硅膠在108度高溫下烘焙10h ，使水分蒸發出去，則硅膠又會還原成藍色而恢復吸濕能力。2. 防爆管防爆管安裝在變壓器油箱蓋上，作為油箱內部發生故障而產生過高壓力時的種保護，所以又稱為安全氣道。凡容量為800KVA 及以上的油浸式變壓器均應設此裝臵。爆管的主體是一個長形鋼質圓筒，圓筒頂端裝有膠木或玻璃膜片。變壓器內部發生故障時，油箱里壓力會升高，當達到一定限度時，變壓器油和產生的氣體將會沖破膜片向外噴出，因而減輕了油箱內壓

23、力，防止油箱爆炸或變形。3. 溫度計變壓器的油溫反映了變壓器的運行狀況，因此需進行測量與監視。一般都把測溫點在油的上層，即測量油箱內的上層油溫。常用的溫度計有水銀式、氣壓式和電阻式等。我國變壓器的溫升標準，均以環境溫度40為準，故變壓器頂層油溫一般不得超過405595。頂層油溫如超過95，其內部線圈的溫度就要超過線圈絕緣物的耐熱強度，為了使絕緣不致過快老化，所以規定變壓器頂層油溫的監視應控制在85以下。4. 凈油器凈油器又稱溫差濾過器，它是改善運行中變壓器油的性能，防止變壓器油繼續老化的裝臵. 油與吸附劑接觸后其中的水分、渣滓、酸和氧化物等均被吸附劑吸收，從而使油質保持清潔，延長了油的使用年限

24、。在線凈油裝臵見圖27。 進出圖27 5. 氣體繼電器（瓦斯繼電器）安裝于油箱和油枕間的連通管上，作為變壓器運行時內部故障的一種保護。規程規定凡容量為800KVA 及以上的油浸式變壓器和400KVA 及以上的廠用變壓器，均應設此附件。它的作用是當變壓器油位下降或內部發生短路故障并伴隨產生氣體時，給值班人員發出報警信號或切斷電源以保護變壓器，不使故障擴大。（三）變壓器的出線裝臵變壓器的套管是將變壓器繞組的高、低壓引線引到油箱外部的絕緣裝臵，它是引線對地（外殼）的絕緣，同時又擔負著固定引線的作用。變壓器套管有純瓷套管、注油式套管和電容式套管等多種。1kV 以下采用實心磁套管，1035kV 采用空心

25、充氣或充油式套管，110kV 及以上采用電容式套管和充油式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級傘形裙邊。電壓等級越高，級數越多。四、變壓器銘牌及技術參數在變壓器的銘牌中，制造廠對每臺變壓器的特點、額定技術參數及使用條件等都作了具體的規定。按照銘牌規定值運行，就叫額定運行。銘牌是選擇和使用變壓器的主要依據。根據國家標準規定，電力變壓器銘牌應標明以下內容。（一）型號變壓器的型號分兩部分，前部分由漢語拼音字母組成，代表變壓器的類別、結構特征和用途，后一部分由數字組成，表示產品的容量（KVA ）和高壓繞組電壓（KV ）等級。漢語拼音字母含義如下：第1部分表示相數。 D單相（或強迫導向）；S

26、三相 第2部分表示冷卻方式。 J油浸自冷；F 油浸風冷； FP強迫油循環風冷； SP強迫油循環水冷。第3部分表示電壓級數。 S三級電壓；無S 表示兩級電壓 其他：O 全絕緣；L 鋁線圈或防雷；O 自耦（在首位時表示降壓自耦，在末位時表示升壓自耦）；Z 有載調壓； TH濕熱帶（防護類型代號）；TA 干熱帶（防護類型代號）（二）相數和額定頻率變壓器分單相和三相兩種。一般均制成三相變壓器以直接滿足輸配電的要求。小型變壓器有制成單相的，特大型變壓器做成單相后組成三相變壓器組，以滿足運輸的要求。變壓器的額定頻率是指所設計的運行頻率，我國規定為 （常稱“工頻”）。頻率50HZ（三）額定容量（S N ）額定

27、容量是制造廠所規定的在額定工作狀態（即在額定電壓、額定頻率、額定使用條件下的工作狀態）下變壓器輸出的視在功率的保證值，以S N 表示。對于三相變壓器的額定容量，是指三相容量之和；對于雙圈變壓器，其額定容量以變壓器每個繞組的容量表示（雙繞組變壓器兩側繞組容量是相等的）；對于三繞組變壓器，中壓或低壓繞組容量可以為50或66.7S N （其中之一也可為100）。因此額定容量通常是指高壓繞組的容量；當變壓器容量因冷卻方式而變更時，則額定容量是指它的最大容量。（四）額定電壓（U N ）變壓器的額定電壓就是各繞組的額定電壓，是指額定施加的或空載時產生的電壓。一次額定電壓U 1N 是指接到變壓器一次繞組端點

28、的額定電壓值；二次額定電壓U 2N 是指當一次繞組所接的電壓為額定值、分接開關放在額定分觸頭位臵上，變壓器空載時二次繞組的電壓（單位為V 或KV ）。三相變壓器的額定電壓指的均是線電壓。一般情況下在高壓繞組上抽出適當的分接頭，因為高壓繞組或其單獨調壓繞組常常套在最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側電流小，引出分接引線和分接開關的載流部分截面小，分接開關接觸部分容易解決。若是升壓變壓器則在二次側調壓，此時磁通不變為恒磁通調壓；降壓變壓器因在一次側調壓其磁通改變，故為變磁通調壓。降壓變壓器在電源電壓不為額定值時，可通過高壓側的分接開關接入不同位臵來調節低壓側電壓。用分接電壓與額定電壓偏差的百分數表

29、示則為：如35KV 高壓繞組為U=35000±5%V，有三檔調節位臵，即：-5%,±0%,+5%。若U=35000±2×2.5%V，有五檔調節位臵，即：-5%,-2.5%，±0%,+2.5%，+5%。（五）額定電流（I 1、I 2）變壓器一、二次額定電流是指在額定電壓和額定環境溫度下使變壓器各部分不超溫的一、二次繞組長期允許通過的線電流，單位以A 表示。或者說它是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應的相系數（單相為13 ）而組線端的電流。因此，變壓器的額定電流就是各繞組的額定電流，且顯然是指線電流并以有效值表示。對若是組成三相組的單相變壓

30、器且繞組為三角形連接，則繞組的額定電流是線電流再除以3 。（六）阻抗電壓（短路阻抗）阻抗電壓也稱短路電壓（Uz%），它表示變壓器通過額定電流時在變壓器自身阻抗上所產生的電壓損耗（百分值）。用試驗求取的方法為：將變壓器二次側短路，在一次側逐漸施加電壓，當二次繞阻通過額定電流時，一次繞阻施加的電壓Uz 與額定電壓Un 之比的百分數, 即：Uz%=Uz/Un×100%。變壓器的短路阻抗值百分比是變壓器的一個重要參數, 它表明變壓器內阻抗的大小，即變壓器在額定負荷運行時變壓器本身的阻抗壓降大小。它對于變壓器在二次側發生突然短路時，會產生多大的短路電流有決定性的意義。同時兩臺變壓器能否并列運行

31、，并列條件之一就是要求阻抗電壓相等；電力系統短路電流計算時，也必須用到阻抗電壓。如果阻抗電壓太大，會使變壓器本身的電壓損失增大，且造價也增高；阻抗電壓太小，則變壓器出口短路電流過大，要求變壓器及一次回路設備承受短路電流的能力也加大。因此選用變壓器時，要慎重考慮短路電壓的數值，一般是隨變壓器容量的增大而稍提高短路電壓的設計值。（七）空載電流（I 0）變壓器一次側施加（額定頻率的）額定電壓，二次側斷開運行時稱為空載運行，這時一次繞組中通過的電流稱空載電流，它主要僅用于產生磁通，以形成平衡外施電壓的反電動勢，因此空載電流可看成也就是勵磁電流。變壓器容量大小、磁路結構和硅鋼片的質量好壞，是決定空載電流

32、的主要因素。嚴格講空載電流I 0中，其較小的有功分量I 0a 用以補償鐵心的損耗，其較大的無功分量I 0r 用于勵磁、以平衡鐵心的磁壓降。空載電流I 00a +0r , 且它通常以對額定電流之比的百分數表示, 它一般為i 0=I0/IN ×100。空載合閘電流是當變壓器空載合閘到線路時，由于鐵心飽和而產生的數值很大的勵磁電流，故也常稱勵磁涌流。空載合閘電流大大地超過穩態的空載電流I 0，甚至可達到額定電流的57倍。（八）空載損耗（P 0）空載電流的有功分量I 0a 為損耗電流，由電源所汲取的有功功率稱空載損耗P 0 。忽略空載運行狀態下一次繞組的電阻損耗時可稱為鐵損，因此空載損耗主要

33、決定于鐵心材質的單位損耗。可見變壓器在空載狀態下的損耗主要是鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗。因此空載損耗也叫鐵損（單位為W 或KW ），它表征了變壓器（經濟）性能的優劣。變壓器投運后，測量空載損耗的大小與變化，可以分析變壓器是否存在鐵心缺陷。（九）短路損耗也稱負載損耗（P f ）短路損耗變壓器二次側短接、一次繞組通過額定電流時變壓器由電源所汲取的（亦即消耗的）功率（單位為W 或KW ）。，負載損耗最大一對繞組的電阻損耗附加損耗。其中，附加損耗包括繞組渦流損耗、并繞導線的環流損耗、結構損耗和引線損耗；而電阻損耗也稱銅損或銅耗。，因此短路損耗又叫銅損。空載損耗與所帶負載大小無關，只要一通電，就有空載損

34、耗。 負載損耗與所帶負載大小有關，變壓器性能參數中的負載損耗是額定值，也就是流過額定電流時所產生的損耗。（十）連接組別表示變壓器各相繞組的連接方式和一、二次線電壓之間的相位關系。符號順序由左至右各代表一、二次繞組的連接方式，數字表示兩個繞組的連接組號。一般的高壓變壓器基本都是Yn ，Y,d11接線。在變壓器的聯接組別中“Yn ”表示一次側為星形帶中性線的接線，Y 表示星形，n 表示帶中性線；“d ”表示二次側為三角形接線。“11”表示變壓器二次側的線電壓Uab 滯后一次側線電壓UAB330度（或超前30度）。低壓側為什么接成三角形？低壓側通常是用電端, 三角形接法可以抑制三次諧波. 防止大量諧

35、波向系統倒送, 引起電壓波形畸變。三次諧波的一個重要特點就是同相位，他在三角形側可以形成環流，從而有效的削弱諧波向系統倒送。（十一）冷卻方式表示繞組及箱殼內外的冷卻介質和循環方式。冷卻方式常由 2或4個字母代號標志，依次為線圈冷卻介質及其循環種類；外部冷卻介質及其循環種類。冷卻方式標志見表21。 表21（十二）使用條件是指制造廠規定變壓器安裝和使用的環境條件，如戶內、戶外、海拔、濕熱帶等（海拔1000m 以上稱為高海拔地區，需加強絕緣）。第二節 高壓斷路器高壓斷路器是電力系統的最重要的工作和保護設備，它對維持電力系統的安全、經濟和可靠運行起著非常重要的作用。在負荷投入或轉移時，它應該準確地開、

36、合。在設備（如發電機、變壓器、電動機等）出現故障或母線、輸配電線路出現故障時，它能自動地將故障切除，保證非故障點的安全連續運行。斷路器主要依據它使用的滅弧介質來分，可分為：（1）油斷路器（包括多油斷路器和少油斷路器），它是用變壓器油作滅弧介質，多油斷路器的抽除滅弧外還作為對地絕緣使用。（2）真空斷路器，它具有真空滅弧室裝配、觸頭在真空泡中開、合。（3）空氣斷路器，它使用壓縮空氣進行吹弧使電弧熄滅。（4）六氟化硫斷路器，它使用具有優異的絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質和絕緣介質。可發展成組合電器，技術性能和經濟效果都非常好。隨著電力工業和科學技術的迅猛發展，電力系統的容量越來越大，電網

37、輸電電壓越來越高，復蓋面越來越廣，所以對斷路器的要求也越來越高。目前國內外已使用500KV 和765KV 的超高壓 SF6斷路器。由于油斷路器、空氣斷路器使用的歷史較長，較普遍，技術也較普及，因此本節不再敘述，只對真空斷路器和SF6斷路器以及SF6全封閉組合電器加以介紹。一、真空斷路器（一）真空斷路器的結構真空斷路器的結構如圖28所示。它由真空滅弧室（真空泡）、保護罩（屏蔽罩）、動觸頭、靜觸頭、導電桿、開合操作機構、支持絕緣子、支持套管、支架等構成，其核心是真空滅弧室（真空泡）。 圖28（二）真空滅弧室的構造真空滅弧室的結構、制作方法、觸頭形狀等，在很大程度上支配著真空斷路器的各種能。所以對真

38、空滅弧室的外殼的制造要有嚴格的要求，否則真空滅弧室無法正常地工作，真空外殼的制造材料一般多用玻璃，而國外也有采用礬土瓷器的。真空滅弧室的構造如圖29。真空滅弧室由真空容器（外殼）、動觸頭、靜觸頭、波形管（不銹鋼材料）、保護罩（屏蔽罩）、法蘭、支持件等構成。在真空容器內保持1.33×10-81.33×10-11Pa 的高真空，動觸頭焊接在波形管與真空容器之間，并與大氣隔離。動觸頭在絕緣操作桿與開合操作機構相連接，并在操作機構控制之下完成真空斷路器的分、合工作。 圖29（三）滅弧室的滅弧原理真空斷路器顧名思義是使電路在真空中分、合的電器，即電路在分閘時，電弧在觸頭間發生，此時形

39、成所謂的真空電弧。這是由于剛分瞬間，觸頭壓力逐漸減弱，接觸電阻急劇增大。當觸頭分開時，即產生金屬蒸氣，溫度可達5000K ，使陰極產生電子熱發射，金屬蒸氣被游離后形成電弧。在電弧電流較小時，陰極表面有很多斑點。斑點表面積估計約為10-5cm 2，斑點電流密度約為105107A/cm2. 斑點是陰極繼續產生金屬蒸氣和發射電子的場所。電弧由于金屬蒸氣的游離得以維持。電弧在滅弧室中擴散成并聯的條狀電弧，每條都有對應的陰極斑點。并由此斑點向陽極發射一個圓錐形的弧柱，圓錐頂點就在陰極斑點上。這些斑點及各條電弧互相排斥并不停地運動著，同時向磁場力的作用方向擴散，這時的電弧稱擴散電弧。當交流電流接近零值時，

40、觸頭上陰極斑點只有一個。當電流過零時陰極斑點消失。此時電極不再向弧隙提供金屬蒸氣，使弧隙的帶電質點迅速減少，并向外擴散，冷凝在極斑外的觸頭表面和保護罩（屏蔽罩）上。此時，真空滅弧室中弧隙間的介質絕緣強度得到迅速的恢復，使電流過零后電弧不再重燃。在某種條件下，當電流增大到某一范圍值，電流在自身磁場作用下，集聚成一條，陰極斑點集聚成一團。在電弧作用下陰極表面電腐蝕顯著增加，此時金屬表面不僅出現金屬蒸氣，而且出現金屬顆粒和熔液；同時陽極嚴重發熱而出現陽極斑點，并且也蒸發和噴射金屬。這時的電弧稱為集聚型電弧，是斷路器最惡劣的工作狀態，它造成觸頭表面熔融，此時電弧也不易熄滅。（四）真空斷路器觸頭的構造及

41、對滅弧效果的影響真空斷路器觸頭的構造對滅弧能力、導通負荷電流、觸頭的使用壽命、安全可靠地執行分合指令等影響很大。因此，觸頭必須滿足如下要求；（1）導電性能良好。（2）能可靠地遮斷大電流。（3）耐弧性、熱穩定性好。鑒于上述要求，因此觸頭材料多用銅鎢合金、銅鉍合金來制造。在機械造形和附屬施等采用一些加強滅弧能力的外部設施。用于斷開10KA 以下的電流時，可采用圓盤對接式觸頭，開斷大于10KA 的電流時，多數采用磁吹觸頭。按吹弧方向可分橫吹和縱吹兩種。（10KV 常用的有25KA 和31.5KA ）1. 圓盤形觸頭這種觸頭結構簡單，機械強度好。觸頭有一凹坑，經觸頭的電流路線呈U 形，有很輕橫吹作用，

42、使電弧沿徑向外移，避免局部過熱，如圖210所示。 圖2102. 內螺旋形槽觸頭(如圖211 圖211每個觸頭分為兩部分，凸出部分作為工作觸頭，主要作用是導通負荷電流，是真空斷路器接納負荷電流的場所。外面凹下的部分呈環盤形，主要作滅弧用。上環盤面和下環盤面尺寸相等，形狀相同，同樣按一定的要求刻上螺旋槽溝，但螺旋方向相反。此觸頭具有橫吹和縱吹性能，橫吹是由于觸頭的特殊構造和磁場與電弧的相互作用產生的。縱向吹弧也是由于觸頭做成正反方向的螺旋溝槽，電弧電流是順著溝槽方向流動，電流路線有如通電的螺管線圈，因而產生縱向磁場，造成縱向吹弧。3. 具有縱向磁吹線圈的觸頭（1）外加感應線圈的形式，如圖212所示

43、。在真空泡外加一感應線圈，當真空斷路器分閘時感應線圈內由于電流的突變，感應一磁場，其磁力線方向與電流平行。由于磁場力與電弧的相互作用，使弧隙中的帶電質點迅速朝縱向擴散，弧隙中的介質絕緣強度迅速恢復，觸頭間隙擊穿電壓抬高，電弧在電流過零后不再重燃。 圖212（2）在觸頭背面安裝電流線圈的形式，如圖213所示。 圖213在觸頭制造時即在其背面嵌裝一電流線圈，使電流從真空斷路器的導電桿流入線圈，再通過線圈引線流入線圈圓弧部分，然后再流回觸頭。依右手螺旋定律得知流經圓弧的電流，可產生一磁場，其方向與電弧平行。該磁場與電弧相互作用，觸頭間隙的帶電質點朝縱向擴散，形成縱吹的滅弧方式。在設計時吹弧線圈的電流

44、應與電弧形成一定比例的縱向磁場。總之，橫向吹弧靠磁場力與電弧的相互作用，使弧柱根部不停地在觸頭表面的螺旋溝槽移動，從而防止觸頭表面局部過熱而燒損，提高真空斷路器觸頭的使用壽命和開斷能力。但是，橫向吹弧在開斷大電流時，在觸頭表面會由于燒損而出現凹凸不平的熔化斑點，甚至在觸頭表面上出現金屬熔融的針狀毛刺，造成電場的局部集中而降低觸頭間隙的耐壓水平，使斷路器的壽命縮短，甚至不能工作。縱向吹弧可避免橫吹方式的缺點。（五）真空斷路器的特點1. 絕緣性能好真空間隙的介質絕緣強度非常高。同空氣、絕緣油、六氟化硫相比要高得多。真空間隙在23mm 以下時，其擊穿電壓超過壓縮空氣和六氟化硫，而在大的真空間隙下，擊

45、穿電壓增加不大，所以真空滅弧室的觸頭開距不宜太大。10kV 真空斷路器的開距通常在812mm 之間，35kV 的則在3040mm 之間。開距太小會影響分斷能力和耐壓水平。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會使真空滅弧室的波紋管壽命下降。不同介質間隙的擊穿電壓的狀況曲線如圖214所示。 圖2142. 滅弧性能強真空滅弧室中電弧的點燃是由于真空斷路器剛分瞬間，觸頭表面蒸發金屬蒸氣，并被游離而形成電弧造成的。真空滅弧室中電弧弧柱壓差很大，質點密度差也很大，因而弧柱的金屬蒸氣（帶電質點）將迅速向觸頭外擴散，加劇了去游離作用，加上電弧弧柱被拉長、拉細，從而得到更好地冷卻，電弧迅速熄滅，介質絕緣強度很快得

46、到恢復，從而阻止電弧在交流電流過零后重燃。3. 使用壽命長電壽命可大于10000次開合，機械壽命可達12000次動作，滿容量開斷不少于30次。4. 結構簡單，體積小，重量輕，噪音低。5. 因無油，所以火災的可能性很小，同時對環境沒有污染。6. 檢修間隔時間長、維護方便。當然，真空斷路器也有不足之處，反映在如下方面：1. 在滿容量開斷電流后，真空斷路器的沖擊電壓強度普遍存在下降趨勢。2. 國產真空斷路器在開斷電容器組（特別是串有電抗器時）過程中，由于振蕩造成電弧重燃的概率較大。3. 在運行中對真空容器的真空度尚無完善的檢測手段。因此，只有在運行中通過直觀目測來判斷，即在真空斷路器未接通時，使一側

47、觸頭帶電，此時真空滅弧室的真空外殼出現紅色或乳白色的輝光時，表明真空容器的真空度失常，應立即更換。4. 相比之下真空斷路器價格較貴。5. 參數較低，有一定的局限性。二、SF6斷路器及全封閉組合電器（一）SF6氣體特征概述SF6出現于1900年，20世紀40年代才被美國用作靜電起電機的氣體絕緣，從而引起工業界的極大興趣，對SF6的研究、使用注入很大的力量，并取得很多實績。60年代已用于復壓式的斷路器和變壓器、電纜的絕緣。SF6具有特別好的絕緣性能和物理性能，所以用作高壓斷路器的滅弧介質是現在使用的變壓器油、壓縮空氣無法比擬的。現在SF6斷路器的電壓已達750KV ，并已生產和使用了很有經濟價值的

48、SF6全封閉式組合電器。我國研究和使用SF6的時間較晚，雖然有些廠家已生產出 的220KV 斷路器，然而目前我國仍需進口國外設備，以滿足電力工業發展的需要，相信在不久的將來國產SF6設備將取代國外設備。1.SF6氣體的物理特性SF6氣體是無色、無味、無毒、不會燃燒、化學性能穩定的氣體。在常溫下不與其它物質產生化學反應，所以在正常條件下是一種很理想的絕緣和滅弧介質。SF6是一種比較重的氣體，在同樣條件下幾乎是空氣的五倍。 SF6在正常壓力下其臨界溫度為45.6，因此在電氣設備中使用時，溫度和壓力不能過低，如低于45.6就不一定使SF6氣體保持恒定氣態，可能出現液化。SF6氣體的熱傳導率隨溫度變化

49、而變化，例如在2000時具有極強的熱傳導能力，而當在5000時它的導熱能力就很差，正是這種特性對熄滅電弧非常有利。2.SF6氣體的化學特性一般情況下SF6氣體是很穩定的氣體，如果SF6氣體脫離穩定狀態而分解出氟或硫將造成嚴重的化學腐蝕。SF6氣體不溶于水和變壓器油中，它與氧、氫、鋁及其它許多物質不發生作用. SF6的熱穩定性也很高。在500時還不會分解，但當溫度升到600時，它很快分解成SF2和SF4。，當溫度升到600以上則形成的低氟化物增加。由于氣體中的微量水分參與作用，這些低氟化物對金屬和絕緣材料都有很大的腐蝕性，并危及人身健康和生命安全。但大部分不純物在極短時間內（106-107S ）

50、能重新合成SF6，殘留的不純物經過吸附劑（分子篩、活性炭、活性氧化鋁等）過濾后可以除去.以上所述說明了溫度低于600 以下時， 氣體是穩定的，因此用于A 級、B 級絕緣是絕對不會有問題的。SF6不會燃燒，因此無火災之慮；在被電擊穿后，SF6 能自行復合，同時不會因電弧燃燒而產生無定形炭那樣的懸浮物，故介質絕緣強度不會受到影響。3. SF6氣體的電特性SF6是一種高電氣強度的氣體介質，在均勻電場下其介質強度約為同一壓力下空氣的2.5-3倍。在3個大氣壓下SF6的介電強度約同變壓器油相當，壓力越高絕緣性能越好。SF6氣體是目前知道的最理想的絕緣和滅弧介質。它比現在使用的變壓器油、壓縮空氣乃至真空都

51、具有不可比擬的優良特性。正是這些特點使它的使用越來越廣，發展相當迅速，在大電網、超高壓領域里更顯示出其不可取代的地位。（二）SF6斷路器及全封閉組合電器前文已簡要地介紹了SF6氣體的絕緣性能和滅弧特性。由于SF6氣體的特異的物理特性、化學特性對電氣的絕緣、滅弧非常有利，所以用它作為絕緣和滅弧介質的電氣設備得到迅速發展。除單獨用于SF6斷路器外，還發展到封閉組合電器。SF6組合電器組成的變電站具有非常高的經濟效益和環境保護效益。在這方面，尤其是SF6高壓全封閉式組合電器更為突出。它結構緊湊，節省大量的場地，由它構成的變電站只為常規變電站用地面積的1015；它是全封閉的，分合閘功率很小，所以噪音非

52、常小；它有很好的保護，可防止偶然觸及帶電體以及防止外界物質進入金屬殼內部；它完全無火災之慮；工作后的氣體可以復合還原，不會產生懸浮性炭；介質絕緣強度不受多少影響等。由于有這些優越性，所以得到廣泛應用，尤其是土地昂貴、人口稠密的地區更顯出它的優勢。現對它們的結構及工作原理選擇一些具有通用性的進行介紹。1. SF6斷路器分類SF6斷路器按其結構可分為瓷瓶支柱式和落地罐式；按壓力分可分為雙壓式（復壓式）和單壓式；按觸頭工作方式分可分為定開距式和變開距式。定開距式是將兩個噴咀固定，保持最佳熄弧距離。動觸頭與壓氣罩一起動作將電弧引到兩個噴咀間燃燒，被壓縮的SF6氣體的氣流強烈吹熄。變開距式是隨著機械的運

53、動逐漸打開，當運動到最佳熄弧距離時電弧就熄滅，再繼續拉開使間隙增大，絕緣強度增強，從而不被過電壓擊穿。2. SF6斷路器發展的三個階段（1）雙壓式（復式壓）SF6斷路器早期的SF6斷路器采用雙壓式的壓力系統，其結構如圖215。滅弧室內設臵一活塞，動觸頭裝在內腔的活塞上。貯存在高壓罐內的SF6氣體的氣壓為1418Pa 。當分閘電磁閥接到分閘信號時，分閘閥打開，高壓氣流進入滅弧室活塞底部，把固定有動觸頭的活塞推到分閘的限位點，高壓氣流同時對電弧進行吹拂，使電弧迅速冷卻。在電流過零時使電弧通道去游離加強，觸頭斷口介質絕緣強度迅速恢復，電弧不再重燃。工作后的氣體通過活塞和動觸頭的內腔排到滅弧室的頂部進

54、入低壓罐。這將引起低壓罐的壓力增高而起動一壓力開關，接通空氣壓縮機的電源，使空氣壓縮機起動，把過多的SF6氣體經過過濾器抽回高壓罐。這樣又恢復了SF6 斷路器的雙壓力系統狀態。當接到合閘信號時，合閘電磁閥被打開。高壓氣流送到活塞的上部，把帶動觸頭的活塞推向下，直至合閘位臵。此時的氣體進入低壓罐而壓力升高，同樣啟動壓力開關使空氣壓縮機工作。把多的低壓罐的氣體抽回高壓罐，從而又回到雙壓力系統狀態。由于結構復雜，已不用此技術。 圖215（2）單壓式SF6斷路器單壓式SF6斷路器結構簡單、滅弧性能好、生產成本低的特點。動作過程如圖：216這種SF6斷路器只充入較低壓力的SF6氣體(一般為0.5-0.7

55、MPa ，最低功能氣壓0.4MPa ，20 分閘時靠動觸頭帶動壓氣缸，產生瞬時壓縮氣體吹弧。但是，依靠機械運動產生滅弧高氣壓，所需操動機構操動功率大，機械壽命短，開斷小電感電流和小電容電流時易產生截流過電壓。一般配用較大輸出功率的液壓操動機構或壓縮空氣操動機構，固有分閘時間比較長。 圖216（3）“自能”滅弧功能的SF6斷路器它具有開斷能力強，操動機構操動功率小的優點，有利于新型操動機構的小型化，應用前景廣闊。這種SF6斷路器在開斷短路電流時，依靠短路電流電弧自身的能量加熱SF6氣體，產生滅弧所需要的高氣壓；在開斷小電感電流和小電容電流時，電弧自身的能量不足于加熱SF6氣體，產生滅弧所需要的高

56、氣壓，這時依靠機械輔助壓氣建立氣壓，不易產生截流過電壓。所需操動機構操動功率小，可配用彈簧操動機構等，操作可靠，機械壽命長，固有分閘時間短，可以制造成斷口少、單斷口電壓等級很高的SF6斷路器。目前，國內外主要的電力設備生產廠商都已生產這種SF6斷路器，并大量投入了運行。3. SF6斷路器結構一般來說,SF6斷路器主要由三部分組成：三個垂直瓷瓶單元，每一單元有一個氣吹式滅弧室；彈簧操作機構及其單箱控制設備；一個支架及支持結構。每個滅弧室通過與三個滅弧室共連的管子填充SF6氣體。4. SF6全封閉組合電器 隨著電力系統電壓等級的不斷提高，人們迫切需要和尋求一種體積更小、性能更好、維護更簡便的高壓電

57、氣設備，后來又研制和生產出了一種氣體絕緣金屬封閉式組合電器。氣體絕緣金屬封閉式組合電器的英文全稱為Gas lnsulated Switchgear，其縮寫為GIS 。它是由斷路器、隔離開關、快速或慢速接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線以及這些元器件的封閉外殼、伸縮節、出線套管等組成，內部充入一定壓力的SF6氣體作為GIS 的絕緣和滅弧介質。咱所謂的GIS ，就是指充SF6氣體的氣體絕緣金屬封閉式組合電器。SF6組合電器它可以是單路的，也可制造成多回路的。它一般還具有防跳躍保護裝臵、非同期保護裝臵、操動油（氣）壓降低及SF6氣體壓力降低的閉鎖裝臵和防慢分慢合裝臵。110KV-500KV SF6全封閉組合電器的各高壓電器元件均制成獨立標準結構。另外還有各種渡元件，可以適應變電站各種主接線的組合和總體布臵的要求，其結構如圖2-17。為國產LF-110型全封閉式組合電器，它包括母線、帶接地裝臵的隔離開關、斷路器、電壓互感器、電流互感器、快速接地開關、避雷器、電纜終端盒、波紋管、斷路器操作機構等。1）對SF6全封閉組合電器的技術要求:為保證最佳運行狀態，最重要的技術要求有