变电站

概述

变电站,改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方,必须把电压升高,变为高压电,到用户附近再按需要把电压降低,这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同,小的称为变电所。变电站大于变电所。变电所指的一般是电压等级在110kV以下的降压变电站;变电站包括各种电压等级的“升压、降压”变电站。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。

变电站在特定的环境中;是将AC—DC—AC转换过程。像海底输电电缆以及远距离的输送中。有些采用高压直流输变电形式。直流输电克服交流输电的容抗损耗。具有节能效应。

变电站的主要设备和连接方式,按其功能不同而有差异。


工作原理

变压器

是变电站的主要设备,分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器(即高、低压每相共用一个绕组,从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比,电流则与绕组匝数成反比。


变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电站,后者用于受端变电站。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。

按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。

互感器

电压互感器和电流互感器的工作原理与变压器相似,它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。在额定运行情况下,电压互感器二次电压为100V,电流互感器二次电流为5A或1A。电流互感器的二次绕组经常与负荷相连近于短路,请注意:绝不能让其开路,否则将因高电压而危及设备和人身安全或使电流互感器烧毁。

开关设备

它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等,都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路;故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开,还可以有自动重合闸功能。在中国,220kV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。

隔离开关(刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压,以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流,应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关,送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。

负荷开关能在正常运行时断开负荷电流,没有断开故障电流的能力,一般与高压熔断丝配合用于10kV及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。

为了减少变电站的占地面积,六氟化硫全封闭组合电器(GIS)得到广泛应用。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中,后集中组成一个整体外壳,并充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响,检修间隔长,无触电事故和电噪声干扰等优点,具有发展前765KV已在变电站投入运行。它的缺点是价格较贵,制造和检修工艺要求高。

防雷设备

变电站还装有防雷设备,主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。在变电站附近的线路上落雷时雷电波会沿导线进入变电站,产生过电压。另外,断路器操作等也会引起过电压。避雷器的作用是当过电压超过一定限值时,自动对地放电从而降低电压,保护设备,放电后又迅速自动灭弧,保证系统正常运行。比如氧化锌避雷器。


应用

变电站的主要作用是进行高底压的变换,一些变电站是将发电站发出的电升压,这样一方面便于远距离输电,第二是为了降低输电时电线上的损耗;还有一些变电站是将高压电降压,经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况,升压和降压的幅度是不同的,所以变电站是很多的,比入说远距离输电时,电压为11千伏,甚至更高,近距离时为1000伏吧,这个电压经变压器后,变为220伏的生活用电,或变为380伏的工业用电。


分类

(1)系统枢纽变电站:枢纽变电站位于电力系统的枢纽点,它的电压是系统最高输电电压,目前电压等级有220kV、330kV(仅西北电网)和500kV,枢纽变电站连成环网,全站停电后,将引起系统解列,甚至整个系统瘫痪,因此对枢纽 变电站的可靠性要求较高。枢纽变电站主变压器容量大,供电范围广。        

地区一次变电站:地区一次变电站位于地区网络的枢纽点,是与输电主网相连的地区受电端变电站,任务是直接从主网受电,向本供电区域供电。全站停电后,可引起地区电网瓦解,影响整个区域供电。电压等级一般采用220kV或 330kV。地区一次变电站主变压器容量较大,出线回路数较多,对供电的可靠性要求也比较高。        

地区二次变电站:地区二次变电站由地区一次变电站受电,直接向本地区负荷供电,供电范围小,主变压器容量 与台数根据电力负荷而定。全站停电后,只有本地区中断供电。        

终端变电站:终端变电站在输电线路终端,接近负荷点,经降压后直接向用户供电,全站停电后,只是终端用户 停电。


选型指南

1.1 靠近负荷中心     变电站站址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求,尽可能的接近主要用户,靠近负荷中心。这样,既减少了输配电线路的投资和电能的损耗,也降低了造成事故的机率,同时也可避免由于站址远离负荷中心而带来的其它问题。    

1.2 节约用地     节约工程用地是我们的国策,我们需要遵循技术经济合理的原则,合理布置,尽可能提高土地的利用率,凡有荒地可以利用的,不得占用耕地,凡有差地可以利用的,不得占用良田。尤其要避免占用菜地良田等经济效益高的土地。用地要紧凑,因地制宜,用劣地作为站址选择方案是决定一个设计方案好坏的主要条件之一。随着北京经济建设的飞速发展,城区用电量的增加,单独拿出一块土地用于变电站建设是很困难且不经济的,所以我们应该适当发展地下式变电站,全部设备均设置在高层建筑的地下室,以适应城市建设的要求。如北京电力设计院设计的北太平庄110 kV地下变电站和甘家口110 kV地下变电站,这些变电站占地面积小,但造价颇高,重点要解决好通风与防火问题,这将是城市特别是中心城区电力发展的趋势。    

1.3 地质条件的要求     随着对农业的保护及对农民利益保护的不断加强,注重山区的电力建设是非常必要的。不仅对于农业的发展有重要作用,也会为北京郊区开展旅游事业及提高山区人民生活水平提供前提条件,电力深入山区,供电范围大,交通不便,所以选好站址是非常重要的。。


维护保养

①及时发现变电站设备的隐患,有利于及时采取防范措施,把故障消灭在萌芽状态,防止变电站设备进一步劣化及变电站设备事故的发生。

②变电站设备点检制符合预防为主的方针,是预防维修的重要基础。通过点检资料积累,提出合理的变电站设备维修和零部件更换计划,不断总结经验,完善维修标准,保持变电站设备性能稳定,延长变电站设备寿命。

③参加变电站设备的日常点检,对变电站设备的结构、性能进一步掌握、理解,提高自觉地爱护变电站设备的责任心和变电站设备保养水平均有好处。

④点检制是变电站设备运行信息反馈的主要渠道之一,变电站设备的故障和事故停机率大幅度下降,经过一段时间的努力,可靠性逐步达到并保持较高的水平。点检也是编制变电站设备维修计划,提高计划准确性的重要资料。  


注意事项

一般要求

1、在一经合闸即可送电到工作地点的断路器、隔离刀闸操作把手上悬挂“禁止合闸、有人工作”标示牌。对在显示屏上进行操作的断路器和隔离刀闸,应在其操作处设置“禁止合闸、有人工作”标记。

2、若线路有人工作,应在线路断路器、隔离刀闸操作把手上悬挂“禁止合闸、线路有人工作”标示牌。对在显示屏上进行操作的断路器和隔离刀闸,应在其操作处设置“禁止合闸、线路有人工作”标记。

3、在工作地点设置“在此工作”标示牌。

4、严禁工作人员擅自移动或拆除遮拦(围栏)、标示牌,严禁翻越围栏。

5、对溪变中控室盘柜两侧设置围栏,并配置满足室外最高电压等级两个间隔同时检修的遮拦网围栏,遮拦的高度不小于1.7米。

高压设备隔离措施

1、在室外高压设备上进行检修工作时,在工作地点四周装设全封闭遮拦网围栏,其出入口要围至临近道路旁边,并设置“从此进出”标示牌。围栏上悬挂适当数量的“止步,高压危险!”标示牌,标示牌应朝向围栏里面。

2、若室外设备装置的大部分设备停电,只有个别地点保留有带电设备而其他设备不可能触及带电导体时,应在带电设备四周装设全封闭遮拦网围栏,围栏上悬挂适当数量的“止步,高压危险!”标示牌,标示牌应朝向围栏外面。

3、对室外高压设备进行预试时,在工作地点装设遮拦网围栏,遮拦与试验设备高压部分应有足够安全距离,向外悬挂“止步,高压危险!”标示牌,并派人看守。被试设备不在同一地点时,另一端还应派人看守。

4、室外扩建、改建施工时,采取非金属板(木板或其他板材)对施工区域进行封闭隔离,其出入口要围至临近道路旁边,并设置“从此进出”标示牌。进入配电装置设备区至施工地点出入口处的道路两旁应设置遮拦网围栏,围栏上悬挂适当数量的“止步,高压危险!”标示牌,标示牌应朝向围栏外面。

5、当施工地点上方有高压配电装置运行时,应设置安全限高标志。

6、在室外构架上工作,应在工作地点临近带电部分的横梁上悬挂“止步,高压危险!”标示牌。在上下铁架或梯子上,悬挂“从此上下”标示牌。在临近其它可能误登的带电构架上,悬挂“禁止攀登,高压危险!”标示牌。

二次系统安全隔离措施

1、在全部停运的继电保护、安全自动装置和仪表、自动化监控系统等屏(柜)上工作时,在检修屏(柜)两旁及对面运行屏(柜)上设置临时遮拦或以明显标志隔开。

2、在部分停运的继电保护、安全自动装置和仪表、自动化监控系统等屏(柜)上工作时,在检修间隔上下与运行设备以明显标志隔开。

3、在继电保护、安全自动装置和仪表、自动化监控系统等屏(柜)上或附近进行打眼等振动较大的工作时,采取防止运行设备中设备误动作的措施,必要时申请暂停保护。

4、在继电保护、安全自动装置和仪表、自动化监控系统等屏间的通道上搬运、安放试验设备或其它屏柜时,注意与运行设备保持一定距离,防止误碰运行设备。  


故障排除

仪用互感器的故障处理

当互感器及其二次回路存在故障时,表针指示将不准确,值班员容易发生误判断甚至误操作,因而要及时处理。  

电压互感器的故障处理。  电压互感器常见的故障现象如下:  (1) 一次侧或二次侧的保险连续熔断两次。(2)冒烟、发出焦臭味。(3)内部有放电声,引线与 外壳之间有火花放电。(4)外壳严重漏油。  发现以上现象时,应立即停用,并进行检查处理。 (1)当一次侧或二次侧保险熔断一相时,熔断相的接地指示灯熄灭,其他两相的指示灯略暗。此 时,熔断相的接地电压为零,其他两相正常略低;电压回路断线信号动作;功率表、电度表读数不准确;用电压切换开关切换时,三相电压不平衡;拉地信号动作(电压互感器的开口三角形线圈有电压 33v)。当电压互感器一交侧保险熔断时,一般作如下处理:拉开电压互感器的隔离开关,详细检查其外部有元故障现象,同时检查二次保险。若无故障征象,则换好保险后再投入。如合上隔离开关后保险又熔断,则应拉开隔离开关进行详细检查,并报告上级机关。若切除故障的电压互感器后,影响电压速断电流闭锁及过流,方向低电压等保护装置的运行时,应汇报高度,并根据继电保护运行规程的要求,将该保护装置退出运行,待电压互感器检修好后再投入运行。当电压互感器一次侧保险熔断两相时,需经过内部测量检查,确定设备正常后,方可换好保险将其投入。  (2)当二次保险熔断一相时,熔断相的接地电压表指示为零,接地指示灯熄灭;其他两相电压表 的数值不变,灯泡亮度不变,电压断线信号回路动作;功率表,电度表读数不准确电压切换开关切换时,三相电压不平衡。当发现二次保险熔断时,必须经检查处理好后才可投入。如有击穿保险装置,而B相保险恢复不上,则说明击穿保险已击穿,应进行处理。  

电流互感器的故障处理。  电流互感器常见的故障现象有:  (1)有过热现象(2)内部发出臭味或冒烟(3)内部有放电现象,声音异常或引线与外壳间有火花放电现象(4)主绝缘发生击穿,并造成单相接地故障(5)一次或二次线圈的匝间或层间发生短路(6)充油式电流互感器漏油(7)二次回路发生断线故障 。当发现上述故障时,应汇报上级,并切断电源进行处理。当发现电流互感器的二次回路接头发热或断开,应设法拧紧或用安全工具在电流互感器附近的端子上将其短路;如不能处理,则应汇报上级将电流互感器停用后进行处理。  

直流系统接地故障处理  

直流回路发生接地时,首先要检查是哪一极接地,并分析接地的性质,判断其发生原因,一般可按下列步骤进行处理:首先停止直流回路上的工作,并对其进行检查,检查时,应避开用电高峰时间,并根据气候、现场工作的实际情况进行回路的分、合试验,一般分、合顺如下:事故照明、信号回路、充电回路、户外合闸回路、户内合闸回路、载波备用电源6-10KV的控制回路,35KV以上的主要控制回路、直流母线、蓄电池以上顺 应根据具体情况灵活掌握,凡分、合时涉及到调度管辖范围内的设备时,应先取得调度的同意。确定了接地回路应在这一路再分别分、合保险或拆线,逐步缩小范围。有条件时,凡能将直流系统分割成两部分运行的应尽量分开。在寻找直流接地时,应尽量不要使设备脱离保护。为保证个人身和设备的安全,在寻找直流接地时,必须由两人进行,一人寻找,另一人监护和看信号。如果是220V直流电源,则用试电笔最易判断接地是否消除。否认是哪极接地,在拔下运行设备的直流保险时,应先正极、后负极,恢复时应相反,以免由于寄生回路的影响而造成误动作。  

避雷器的故障处理  

发现避雷器有下列征象时,应将避雷器与电源断开。(1)避雷器瓷瓶、套管破裂或爆炸(2)雷击放电后,连接引线严重烧伤或烧断,切断故障避雷器前,应检查有无接地现象,若有接地现象则不得隔离开关断开避雷器,而应汇报上级听候处理。  

母线的故障处理  

变电所发生母线故障时,影响很大,严重时会使整个变电所停电,母线故障的原因多是由运行人员误操作时设备损坏而造成的,也有外部原因(如小动物、长草等)和线路断路器的继电保护拒绝动作 越级跳闸造成的。当母线断路器跳闸时,一般应先检查母线只有在消除故障后才能送电,严禁用母联断路器对母线强送电,以防事故扩大。当母线因后备保护动作而跳闸(一般因线路故障而线路的继电保护拒绝动作发生越级跳闸)时,此时应该判明故障元件并消除故障后再恢复母线送电。若母线断路器装有重合闸装置 ,在重合闸失败后,应立即倒换至备用母线供电,若跳闸前在母线上曾有人工作过,更应该对母线进行详细检查,以防误送电而威胁 人身和设备的安全。  

电容器的故障处理  

电容器的常见故障。当发现电容器的下列情况之一时应立即切断电源。(1)电容器外壳膨胀或漏油。(2)套管破裂,发生闪络有为花。(3)电容器内部声音异常。(4)外壳温升高于55℃以上示温片脱落。  

电容器的故障处理(1)当电容器爆炸着火时,就立即断开电源,并用砂子和干式灭火器灭火。(2)当电容器的保险熔断时,应向调度汇报,待取得同意后再拉开电容器的断路器。切断电源对其进行放电,先进行外部检查 ,如套管的外部有无闪络痕迹,外壳是否变形,,漏油及接地装置有无短路现象等,并摇测极间及极对地的绝缘电阻值,如未发现故障现象,可换好保险后投入。如送电后保险仍熔断,则应退出故障电容器,而恢复对其余部分送电。如果在保险熔断的同时,断路器也跳闸,此时不可强送。须待上述检查完毕换好保险后再投入。(3)电容器的断路跳闸,而分路保险未断,应先对电容器放电三分钟后,再检查断路器电流互感器电力电缆及电容器外部等。若未发现异常,则可能是由于外部故障母线电压波动所致。经检查后,可以试投;否则,应进一步对保护全面的通电试验。通过以上的检查、试验,若仍找不出原因,则需按制度办事工电容器逐渐进行试验。未查明原因之前,不得试投。  

处理故障电容器时的安全事项。处理故障电容器应在断开电容器的断路器,拉开断路器两侧的隔离开关,并对电容器组放电后进行。电容器组经放电电阻、放电变压器或放电电压互感器放电之后,由于部分残余电荷一时放不尽应将接地的接地端固定好,再用接地棒多次对电容器放电直至无火花及放电声为止,然后将接地卡子固定好。由于故障电容器可能发生引线接触不良,内部断线或保险熔断等现象,因此仍可能有部分电荷未放出来,所以检修人员在接触故障电容器以前,还应戴上绝缘手套,用短路线将故障电容器的两极短接,还应单独进行放电。  

断路器拒绝合闸  

断路器拒绝合闸常见的故障是在远方操作断路器时拒绝合闸,此种故障会延迟事故的消失,有时甚至会使事故扩大。断路器拒绝合闸时,应首先检查操作电源的电压值,如不正常,应先调整电压,再行合闸。当操作把手置于合闸位置时,绿灯闪光,合闸红灯不亮表计无指示,喇叭响,断路器机械位置指示器仍指在分闸位置,则可断路器未合上这可能是合闸时间短引起,此时可再试合一次(时间长一些);也可能是操作回路内故障或操作机构卡住,此时应作如下处理:  

操作回路内故障。如果操作把手置于合闸位置而信号灯的指示不发生变化,此时,可能是控制开关接点,断路器辅助接点或合闸接触器接点接触不好,中间继电器接点熔焊而烧坏合闸线圈,同期开关未投入等造成,待消除设备缺陷后,再行合闸。如果跳闸绿灯熄灭而合闸红灯不亮,则可能是合闸红灯灯泡烧坏,应更换灯泡。  

操作机构卡住。如果控制开关和合闸线圈动作均良好,而断路器呈跳跃现象(跳闸绿灯熄灭后又重新点亮),此时操作电压正常,这种现象说明操作机构有故障,例如操作机构机械部分不灵活或调整不准确,挂钩脱扣等,则应将操作机构修好或调整后,再行合闸。当操作把手置于合闸位置时,跳闸绿灯闪光或熄灭合闸红灯不亮,表计有指示,机械分合闸位置指示器在合闸位置,则可断路器已合上。这可能是断路器辅助接点接触不好,例如常闭接点未断开,常开接点未合上,到使绿灯闪光和红灯不亮;也可能是合闸回路断线及合闸红灯烧坏。此时操作人员将断路器断开,消除故障后再合闸。断路器合闸后,跳闸绿灯熄灭,合闸红灯瞬时明亮又熄灭跳闸绿灯闪光且有喇叭响,则可断路器合上后又立即自动跳闸了。这可能是操作机构拐臂的三点过高,因振动而使跳闸机构脱扣;也可能是操作电源的电压过高,在操作投弹手置于合闸位置时发生强烈冲击,使挂钩未能挂隹或操作投弹手返回太快。此时,应调整好拐臂的三点位置和操作电压后,再行合闸。


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