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輸變電電氣設備與輸電網知識

1.電氣設備組成

一次設備：直接生產和輸送電能的設備（發電機、變壓器、主母線、高壓互

感器、隔離開關等）。

二次設備:對一次設備進行監視、控制和保護的設備

圖1-1電氣設備組成：發電-輸電設備

2.一次設備

①生產和轉換電能的設備：

發電機-機械能轉換為電能;

電動機-電能轉化為機械能;

變壓器-電壓升高或降低，滿足輸配電需要。

②接通或斷開電路的開關電器：正常或事故時，將電路閉合或斷開。

斷路器，正常時用來接通和斷開負荷電流；故障時受繼電保護作用，將電路

自動斷開。

圖2-1斷路器

隔離開關，將一次設備與帶電部分可靠隔離，沒有滅弧裝置，因此只有在斷

路器斷開后，才能接通和斷開隔離開關。

圖2-2隔離開關

熔斷器，熔斷器是根據電流超過規定值一定時間后，以其自身產生的熱量使

熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于低

壓配電系統和控制系統及用電設備中，作為短路和過電流保護，是應用最普遍的

保護器件之一。

圖2-3熔斷器

接觸器，接觸器是指工業電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以

達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統

（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后,

會產生很強的磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸

頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在

釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。

中國電力

圖2-4接觸器

③限制故障電流和防御過電壓的電器

電抗器■限制短路電流，維持母線殘壓。

避雷器■防御過電壓

二

一

二

二

二

二

二

二

.

圖2-5避雷器1

圖2-6避雷器2

④接地裝置：電力系統中性點的工作接地或保護人身安全的保護接地，與地

中的接地網相連。

⑤載流導體：將電氣設備連接起來

母線，匯集和分配電能

架空線，終端線、聯絡線

電纜，城市、廠站內部或附近、穿越江河或海峽時使用

母線

11（連接導

()OO

()()0

互感器

電流互感器電壓互感器

開關電器

斷路器隔離開關熔斷器

變壓器

發電機

中國電力:

圖2?1主要電氣一次設備的圖形符號

3.二次設備

①儀用互感器：將電路中的高電壓或大電流轉換成低電壓、小電流，供給儀

表和保護裝置使用。

電壓互感器PT;電流互感器CT

②測量表計：測量電路中的電氣參數。

電壓表；電流表；功率因數表

③繼電保護及自動裝置：迅速反應不正常情況并進行監控和調節。

④直流電源設備：供給控制、保護和廠用直流負荷、事故照明的直流用電。

直流發電機組；蓄電池組；硅整流設備

⑤操作電器、信號設備及控制電纜。

4.輸變電電氣設備主要內容

4.1電力變壓器

4.1.1電力變壓器的作用

電力變壓器室電力系統中廣泛使用的升壓和降壓設備，它的作用主要有：

①高壓輸電：

發電機輸出電壓受絕緣水平限制，最高為20KV左右，如果用這樣的電壓遠

距離輸電，電流大，功率損耗大。

②在用戶端保證使用人員的安全，降低用電設備造價

351V及以上6Tgy380V/220y

-

0—GQI-----H3O配電變/a一用戶

發電機今匡.&電線

變壓器變壓器中國電力資料網

圖4?1電力變壓器圖示

4.1.2電力變壓器的分類

按用途分：升壓變壓器、降壓變壓器、聯絡變壓器、配電變壓器

按相數分：單相變壓器、三相變壓器

按每相繞組的線圈數：雙繞組、三繞組、自耦、低壓分裂繞組

4.1.3電力變壓器的結構

核心設備：鐵芯+繞組(本體)

外圍設備：

(1)油：絕緣和散熱

需要油的部位：本體、調壓開關、引出線

結構：

儲油（油枕）

吸濕（硅膠）

監視油位（油枕、調壓開關、套管）

監視油溫

監視油的分解，診斷內部故障（瓦斯繼電器）

（2）冷卻系統：強迫油循環風冷（大容量變壓器）

風扇

潛油泵（油流繼電器）

圖4?2電力變壓器的結構

圖4-3電力變壓器實物照片

4.2開關設備

4.2.1開關電器的作用和種類

（1）作用：在正常情況下，由于檢修或改變運行方式，將發電機、變壓器、

線路等接入電網或退出，起拴制作用。在故障時，迅速切斷故障部分，保證無故

障部分正常運行，起保護作用。

（2）種類：

僅用來在正常工作情況下，斷開或閉合正常工作電流。如：高壓負荷開關、

低壓閘刀開關、接觸器、磁力啟動器。

僅用來斷開故障情況下的過負荷電流或短路電流。如：高、低壓熔斷器。

既用來斷開或閉合正常工作電流，也用來斷開或閉合過負荷電流或短路電

流。如：高壓斷路器、低壓空氣開關（能起控制和保護的作用）

不要求斷開或閉合電流，只用來在檢修時隔離電壓。如：隔離開關。

4.2.2電弧的形成與熄滅

（1）電弧產生的條件：電源電壓大于10~20V,電流大于80~100mA,動靜

觸頭分離瞬間，觸頭間產生電弧。

觸頭分開后，電路中有電流，電弧導電，電弧中有大量自由電子。

（2）電弧的危害

電弧的溫度很高，可達5000?7000度以上，常超過金屬的汽化點，可能燒

壞開關電器的金屬觸頭。

燒壞開關電器的絕緣。如，燒壞瓷絕緣的表面，甚至完全損壞，或者使有機

絕緣材料炭化，以致失去絕緣性能。

若電弧長時間不熄滅，不僅燒壞開關電器，而且造成系統事故，威脅電力系

統安全運行。

（3）電弧產生的物理過程

電弧的產生和維持是觸頭間中性質點（分子和原子）被游離的結果。游離就

是中性質點轉化為帶電質點。

4.2.3高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法

結構：滅弧裝置+操縱機構

（1）滅弧介質具有較高的傳熱能力、介電強度、熱游溫度和熱容量。

按滅弧介質和滅弧方式分為：多油、少油、壓縮空氣、SF6、真空

壓縮空氣1減緩電子運動速度壓力表

油（氫）7.5分解為H2油壓表，油位計

5F6100根強的吸附電子的能力壓力表（0.6MPa左右）

真空15降低電子濃度

LW8-40.5型中國電力資料網

圖4-4六氟化硫斷路器

⑵采用特殊金屬材料作滅弧觸頭：銅鋁和銀鴇合金

熔點高、導熱系數和熱容量大的金屬，減少熱電子發射°

⑶利用氣體或油吹動電弧：擴散和冷卻

空氣：2.3MPaSF6:0.3~0.6MPa

縱吹、橫吹、環吹

⑷采用多斷口熄弧：在相等的觸頭行程下，拉長電弧

各斷口電壓分布基本相等的措施：斷路器加并聯電容

⑸采用強有力的分閘機構，提高觸頭分離速度，拉長電弧

操動機構：斷路器進行合閘、分閘操作，并保持在合閘狀態，這些任務全靠

操動機構完成。

操動系統的動作過程，實際上是使操動元件（如合閘元件或分閘元件）獲得

動能，再通過拐臂和連桿機構，將動能傳到觸頭，去實現合閘或分閘，操動系統

中獨立于斷路器本體的那一部分，稱為操動機構。其它作為傳遞動力的部分，稱

傳動機構。

圖4-5隔離開關不意圖

4.2.4隔離開關

主要用途

沒有滅弧功能，隔離電壓，倒閘操作

分合小電流：分、合避雷器、電壓互感器和空載母線

分、合勵磁電流不超過2A的空載變壓器

關、合電容電流不超過5A的空載線路

隔離開關的種類

安裝地點：屋內式和屋外式

絕緣支柱數目：單柱、雙柱、三柱

中國電力資料網

圖4-4GW4型隔離開關

4.3電力互感器

互感器包括電流互感器（TA或CT）和電壓互感器（TV或PT）o

（1）將一次回路的高電壓和大電流變為二次回路標準的低電壓（100V）和

小電流（5A1A），使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧、

價格便宜和便于屏內安裝。

(2)使二次設備與高壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證了設

備和人身安全。

CT(電流互感器)

充油的：油位計

充SF6氣體的：壓力表

PT(電壓互感器)

充油的：油位計

4.4避雷器

監視泄露電流

4.5阻波器

阻止高頻信號進入廠站內

高頻保護：線路保護的一種，電網故障時，線路兩端的收發訊機發出高

于工頻(50HZ)的信號，由阻波器限制該高頻只在本線路上傳輸。

懸掛式、支撐式

圖4-5阻波器

4.6電氣主接線及配電裝置

（1）各種電氣設備根據工作的要求和它們的作用，依一定次序用導線連接

成的電路，稱為電氣接線。

一次設備連接成的電路成為電氣主接線。

二次設備連成的電路稱為二次電路。

（2）配電裝置：

由開關電器、保護和測量電器、母線和必要的輔助設備和建筑物組成的整體,

用來接受和分配電能的裝置。

按電氣設備裝設地點，分屋內和屋外配電裝置。

圖4-5單母線