高電壓設備講授：羅朝祥辦公室：電氣試驗樓401-8電氣與新能源學院1主要介紹電力設備（包括變壓器、高壓斷路器、隔離開關、互感器、避雷器、絕緣子、電力電纜、電力電容器）的基本構造、工作原理及應用范圍，各種高壓電力設備的運行維護；配、用電設備的接地保護。主要內容：第1章電力系統組成第2章電力變壓器第3章開關設備第4章互感器第5章電力電容器第6章避雷器第7章絕緣子第8章配、用電設備的接地一、課程內容2授課與自學結合成績評定：平時成績40%+大作業60%二、課程形式3《高電壓設備》第1章電力系統概述第1節電力系統的構成第2節電力系統的額定電壓第3節電力線路接線方式第4節電力網主要電氣設備4（1）電力系統是發電機、變壓器、輸電線路、用電設備(負荷)組成的網絡，它包括通過電的或機械的方式連接在網絡中的所有設備。（2）由發電廠、輸電線路、變電所、配電線路和用戶等五部分組成的發電、輸電、變電、配電和用電的一個整體。（3）廣義的電力系統應該是由鍋爐、反應堆、汽輪機、水輪機、發電機等生產電能的設備，變壓器、電力線路等交換、輸送電能的設備，電動機、電熱電爐、電燈等各種消耗電能的設備，以及測量、保護、控制裝置及能量管理系統所組成的統一整體。1.電力系統的概念第1節電力系統的構成5（4）電力系統既包括將一次能源轉換為電能的發電、輸電、配電、用電的一次系統，又包括保證其安全可靠運行的繼電保護、自動裝置、調度自動化和通訊等輔助系統（二次系統）。一次系統如何組成？發電機：電能生產，一次能源轉換成二次能源(電能)，火/水/核/風/太陽/地熱等電力網絡（輸配電系統）：電能輸送和分配，包括：輸電網（輸電系統）和配電網（配電系統）。負荷（用戶）：電能消費，將電能轉換成其他形式能量，電動機/照明/電爐等。二次系統如何組成？6

20世紀中葉以來出現的大電力系統，是一切工業系統中，規模最大、層次復雜、資金和技術密集的人造復合系統，是人類工程科學史上最重要的成就之一。現代電力系統由電力流、信息流、貨幣流構成2.電力系統的構成7電力流：由高壓設備（如發電機、變壓器、輸電線路以及其它配電裝置）構成（一次系統），實現電能的轉化和變換、電能傳輸、分配、使用。信息流：由傳感器、通信網絡和計算機構成的，旨在電力系統可靠、穩定、安全和經濟運行的監控、保護、自動控制、調度自動化等（二次系統）

；貨幣流：電能的市場行為交易活動。

8910新疆西藏南方電網華中電網華東電網西北電網華北電網東北電網全國電網互聯格局靈寶直流德寶直流葛南直流龍政直流宜華直流復奉直流500千伏辛洹線500千伏高姜雙回線江城直流1000千伏特高壓11likai民豐樊城南昌夢山羅坊白河譚家灣太白南充廣安四川重湖慶湖北南江西河南樂平臨巴奉節贛州豐城進賢鷹潭荊門云田艾家沖湘潭三板溪五強溪金竹山石門鵝城長沙崗市沙坪二灘東坡尖山紫坪鋪龍王石坪陳家橋洪溝75珞璜石板菁鄭州姚孟祥符倉頡獲嘉嵩山牡丹嘉和邙山洹安塔鋪馬寺邵陵葛換江陵左二左一龍泉斗笠雙河宜都孝感玉賢鳳道觀河南橋咸寧華新木蘭陽邏靈寶三門峽辛安沁北多寶山群英嵖岈周灣綠城磁湖文山襄樊隔葛右一右二漁峽恩施張家壩興隆水布婭南天普提蜀州雅安石棉九龍河廣安黃巖75長陽鋪黃金埠板橋75豐鶴復興瀘州莊周浉河安源牌樓船山鶴嶺星城昆山大吉益陽徐府長壽巴南75隆盛75彭水茂縣萬縣洛熱香山陜州鴨河政平十堰光谷白黑麋峰宗元艷山紅黔東信州九龍石丹景達州寶泉朝陽開火花都龍崗華豫南陽西長治永修大荊門2009年華中電網500kV系統接線圖撫州蘇耽井岡山鋼都博愛魯陽彰德官渡周口12第2節電力系統的額定電壓電力系統的電壓是有等級的，電力系統的額定電壓包括電力系統中各種發電、供電、用電設備的額定電壓。額定電壓是能使電氣設備長期運行在經濟效果最好的電壓，它是國家根據國民經濟發展的需要，電力工業的水平和發展趨勢，經全面技術經濟分析后確定的。我國規定的三相交流電網和電力設備的額定電壓。13電力系統的標準額定電壓141)線路的額定電壓電力線路的額定電壓和電力系統的額定電壓相等。線路輸送功率時，沿線路的電壓分布往往是始端高于末端。線路的額定電壓實際就是線路的平均電壓，即線路始端電壓和末端電壓的算術平均值。2、電氣設備的額定電壓與線路額定電壓關系152）、用電設備的額定電壓

用電設備的額定電壓取與線路額定電壓相等，使所有用電設備能在接近它們的額定電壓下運行。

用電設備的容許電壓偏移一般為±5%，而沿線路的電壓降落一般為10%。這就要求線路始端電壓為額定電壓的105%，以使其末端電壓不低于額定電壓的95%。163)發電機的額定電壓發電機往往接在線路始端，因此發電機的額定電壓為線路額定電壓的105%。4)變壓器的額定電壓（1）變壓器一次側接電源，相當于用電設備，變壓器一次側額定電壓應等于用電設備額定電壓。17（2）變壓器二次側額定電壓應較線路額定電壓高10%（二次側相當于發電機；內部阻抗約有５％的電壓降）。只有漏抗很小時，二次側直接與用電設備相聯或電壓特別高的變壓器，其二次側額定電壓才可能較線路額定電壓僅高5%。185)如何確定額定電壓?（原則）線路（電網）額定電壓=用電設備額定電壓發電機額定電壓=105%線路額定電壓升壓變壓器額定電壓：一次側=線路額定電壓=發電機額定電壓(與發電機相聯：105%）二次側=110%線路額定電壓降壓變壓器額定電壓：一次側=線路額定電壓二次側=110%（或105%）線路額定電壓19例1-1已知下圖所示系統中線路的額定電壓，試求發電機和變壓器的額定電壓。解：發電機G的額定電壓:UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV

變壓器1T的額定電壓:UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.2T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T額定電壓:

6.3/121kV

變壓器2T的額定電壓:UIN.IT=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的額定電壓:110/10.5kV20國家制定了適合我國國情的一系列標準電壓21☆西北750千伏輸變電示范工程已于2019年9月正式投產。世界上相同電壓等級海拔最高的輸變電工程。☆晉東南-南陽-荊門1000千伏特高壓輸電線路2009年1月投產。世界上最高電壓等級的商用輸變電工程。再建：1000千伏交流線路：淮南—上海

錫盟—南京陜北—長沙800千伏直流線路：云南—廣東向家壩—上海221)、主接線及其基本要求電氣主接線——由電氣設備通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網絡，又稱為一次接線或主接線。電氣主接線的基本要求——可靠性、靈活性、經濟性。（1）滿足用戶或電力系統對供電可靠性和電能質量要求；（2）具有一定的靈活性；（3）接線簡單、清晰，操作維護方便；（4）技術先進，經濟合理；（5）便于發展和擴展。1.電氣主接線第3節電力網常用的主要電氣設備

232)、主接線的基本形式主接線有匯流母線的接線形式無匯流母線的接線形式單母線接線雙母線接線橋型接線單元接線角型接線單母線單母線分段單母線分段帶旁路母線普通雙母線雙母線分段雙母線分段帶旁路母線一臺半（3／2）斷路器4／3接線變壓器母線組243)、主接線的基本知識主接線一般采用單線主接線圖中常用的元件隔離開關隔離開關（帶接地刀閘）斷路器線路電纜25(1)單母線接線倒閘操作：接通電路時：合母線隔離開關QS21合線路隔離開關QS22投入斷路器QF2切斷電路時：斷開斷路器QF2斷線路隔離開關QS22斷母線隔離開關QS21特點：接線簡單、操作方便、設備少、經濟性好、擴建方便可靠性差調度不方便1)有匯流母線的電氣主接線26(2)雙母線接線具有兩組母線，每回線路都經一臺斷路器和兩組隔離開關分別與兩組母線連接，母線之間通過母聯斷路器連接。27雙母線接線的優點：（1）供電可靠——通過兩組母線、隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致供電中斷；一組母線故障后能迅速恢復供電，檢修任一回路的母線隔離開關，只停該回路。（2）調度靈活——各個電源和負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應系統各種運行方式調度和潮流變化的需要。（3）擴建方便。（4）便于試驗——當個別回路需要單獨進行試驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。雙母線接線的缺點：（1）增加一組母線且使每回路增加一組隔離開關。（2）當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，易誤操作。（3）檢修出線斷路器時，該回路停電。28每兩個回路用三臺斷路器串成一串接在兩組母線上完整串運行——兩組母線和同一串的三臺斷路器都投入工作，形成多環路狀供電。不完整串運行——一串中任一臺斷路器退出運行。3/2接線的特點：任一母線故障或檢修，不用停電；任一斷路器檢修也不引起停電；兩組母線同時故障（一組母線檢修另一組母線故障）功率仍能繼續輸送。(3)一臺半斷路器接線（3/2接線）29(1)單元接線幾個元件直接串聯，其間沒有橫向聯系的接線稱為單元接線。2)無匯流母線的電氣主接線303）水電廠接線圖31高壓放射式接線是指變配電所高壓母線上引出的一回線路直接向一個車間變電所或高壓用電設備供電，沿線不支接其他負荷。

（1）放射式接線

該接線引出線發生故障時互不影響，供電可靠性高，一般情況下，其有色金屬消耗量較多，采用的開關設備也較多，故投資較大。多用于用電設備容量大，或負荷性質重復，特別是大型設備的供電。高壓放射式接線低壓放射式接線

4.配電線路接線32（2）樹干式接線樹干式接線是指由變配電所高壓母線上或低壓配電屏引出的配電干線上，沿線支接了幾個車間變電所或負荷點的接線方式。

該接線與放射式接線相反，引出線和有色金屬消耗量少，節約投資，但供電可靠性差，適用于供電容量較小且分布均勻的用電設備。高壓樹干式接線

低壓樹干式接線

33（3）環形接線高壓環行接線

低壓環行接線

是樹干式接線的改進，兩路樹干式接線聯接起來就構成了環形接線。

這種接線運行靈活，供電可靠性高。由于閉環運行時繼電保護整定較復雜，同時也為避免環形線路上發生故障時影響整個電網，因此大多數環形線路采用“開環”運行方式，即環形線路中有一處開關是斷開的。在現代化城市配電網中這種接線應用較廣。配電系統的高壓接線實際上往往是幾種接線方式的組合，究竟采用什么接線方式，應根據具體情況，對供電可靠性的要求，經技術經濟綜合比較后才能確定。一般地說，配電系統宜優先考慮采用放射式，對于供電可靠性要求不高的輔助生產區和生活住宅區，可考慮采用樹干式或環形配電。34(1)變壓器電磁感應原理制成的電氣設備，具有變換電壓、變換電流和變換阻抗的作用。

用途分：用于遠距離輸配電的電力變壓器，用于局部照明和控制用的控制變壓器，用于調節電壓的自耦調壓器，用于傳遞信號用的耦合變壓器，測量用的儀用變壓器，電加工用的電焊變壓器等。繞組形式分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器等。

相數分：單相變壓器和三相變壓器等。冷卻方式分：為油浸式變壓器和干式變壓器等。2.電力網常用的主要電氣設備

35220kV浸油式變壓器36浸油式電力變壓器37干式電力變壓器382.高壓斷路器

1.

作用：正常工作時斷開和接通負荷電流；短路時斷開短路電流。

2.

圖形符號：

3.

文字符號：QF4.

型號：

5.

種類和結構

①少油斷路器

油僅作滅弧介質

②SF6斷路器

利用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質

③真空斷路器

“真空”作為絕緣和滅弧介質393.高壓隔離開關

1.作用：正常時隔離電源，保證人身和設備安全。

2.圖形符號：

3.文字符號：QS

4.型號：

5.種類和結構

戶內式：GN24

戶外式：GW10-35/400404.高壓負荷開關

1.

作用：通斷負荷電流和過負荷電流。

2.

圖形符號：

3.

文字符號：QL

4.

型號：

5.

種類和結構

戶內式：FN3-10RT

戶外式：FW8-10/400415.高壓熔斷器1.作用：過載、短路保護。2.圖形符號：3.文字符號：FU4.型號：

5.種類和結構（1）RN系列

RN1型用于電力變壓器和電力線路短路保護，RN2型用于電壓互感器的短路保護。主要由熔管、觸頭座、動作指示器、絕緣子和底板構成。熔管一般為瓷質管，熔絲由單根或多根鍍銀的細銅絲并聯繞成螺旋狀，熔絲埋放在石英砂中，熔絲上焊有小錫球。（2）RW系列

用于配電變壓器或電力線路的短路保護和過負荷保護。

其結構主要由上靜觸頭、上動觸頭、熔管、熔絲、下動觸頭、下靜觸頭、瓷安裝板等組成。熔斷器426.互感器

1).

作用：(1)將高電壓、高電流變換成低電壓、小電流供儀表、繼電器使用；

(2)隔離電源保證人身、儀表安全；

(3)使儀表、繼電器制造標準化。

2).電流互感器

(1）圖形符號：

(2）文字符號：TA(3）型號：

(4）工作原理：一、二次饒組與一、二次電路串聯，工作時接近于短路狀態。

電流互感器的變流比用Ki表示，則433).電壓互感器(1）圖形符號：(2）文字符號：TV(3）型號：(4）工作原理：一、二次饒組與一、二次電路并聯，工作時接近于斷路狀態。

電壓互感器的變壓比用Ku表示

447.避雷器

1.作用：用于保護電力系統中電氣設備的絕緣免受沿線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內部過電壓的損害。

2.圖形符號：

3.文字符號:F4.種類:(1)保護間隙避雷器

(2)管型避雷器

(3)閥型避雷器（有普通閥型避雷器FS、FZ型和磁吹閥型避雷器）

(4)氧化鋅避雷器具有良好的非線性、動作迅速、殘壓低、通流容量大、無續流、結構簡單可靠性高、耐污能力強等優點。458.高壓開關柜1.

作用：按一定的線路方案將有關一次設備和二次設備組裝在柜內，節約空間、安裝方便。2.

種類和結構

固定式

移開式

表4-3主要高壓開關柜型號及外型尺寸型號結構額定電壓(kV)寬×深×高(mm)JYN1-35金屬封閉戶內移開式351818×2400×2925GFC-15（F）防誤型固定封閉式手車式10800×1500(2100)×2200KYN-10金屬鎧裝戶內移開式10800×1500(1660)×2200KGN-10金屬鎧裝戶內固定式101180×1600×2800XGN2-12箱型固定式101200×1200×2650注：括號內數字適用于架空進（出）線柜。469.低壓電氣設備

1).低壓配電屏

(1)作用：按一定的線路方案將有關低壓設備組裝在一起的成套配電裝置。

(2)種類：低壓抽屜式開關柜GCL1、GCK1系列低壓固定開關柜PGL1、PGL2、GGD系列

(3)型號：