案例9：變電站運(yùn)行維護(hù)和管理

一、案例正文

變電站是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其作用是將高壓輸

電線路輸送的電能進(jìn)行變壓、分配和控制，然后再送往低壓用電系

統(tǒng)。變電站的運(yùn)行維護(hù)和管理需要建立完善的運(yùn)行管理、安全管

理、維護(hù)管理和能耗管理體系，對設(shè)備和人員進(jìn)行全方位的監(jiān)控和

管理，以確保變電站的長期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。其中，安全管理是變

電站運(yùn)行維護(hù)和管理的重中之重，需要建立完善的安全管理體系，

保障工作人員的人身安全和設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.1變電站設(shè)備簡介

變電站設(shè)備可分為一次和二次設(shè)備。其中，一次設(shè)備主要包括

變壓器、斷路器、電纜及附件、電力電容器、無功補(bǔ)償裝置等，它

們是將高壓輸電線路輸送的電能進(jìn)行變壓、分配和控制，再送往低

壓用電系統(tǒng)的核心設(shè)備。二次設(shè)備包括繼電保護(hù)設(shè)備、控制和保護(hù)

系統(tǒng)等，主要用于對電力系統(tǒng)中的各種故障情況進(jìn)行檢測、定位和

保護(hù)，實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

這些設(shè)備共同組成了一個(gè)保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要組成

部分。圖1和圖2分別為一次設(shè)備和二次設(shè)備分類。

圖1一次設(shè)備分類

圖2二次設(shè)備分類

1.1.1斷路器（開關(guān)）

斷路器（開關(guān)）是變電站中的一種重要設(shè)備，用于斷開或合并

電路，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。斷路器按照用途和操作方式的不

同，可以分為負(fù)荷開關(guān)和斷路器兩種類型。

負(fù)荷開關(guān)是一種用于控制負(fù)荷電路的開關(guān)，一般用于接入或切

斷低壓用電設(shè)備。它主要用于控制負(fù)荷電路的開啟和關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)

對電路的控制。

斷路器主要用于保護(hù)電力系統(tǒng)的設(shè)備和負(fù)荷，當(dāng)電力系統(tǒng)中出

現(xiàn)短路或過載時(shí)，斷路器可以迅速地切斷電路，防止電力系統(tǒng)的設(shè)

備和負(fù)荷受到損害。斷路器根據(jù)其額定電流和額定電壓的不同，可

以分為高壓斷路器、中壓斷路器和低壓斷路器等多種類型。在圖3

可以明顯看到滅弧室兩端引線。

圖3斷路器

圖5220kV隔離開關(guān)

圖6500kV隔離開關(guān)

1.1.3變壓器

變壓器是變電站中的一種重要設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中不同

電壓等級之間的變壓、分配和控制。變壓器根據(jù)其用途和結(jié)構(gòu)的不

同，可以分為三種類型：發(fā)電變壓器、輸電變壓器和配電變壓器。

發(fā)電變壓器主要用于將發(fā)電機(jī)輸出的電能，變成高壓電能輸出

到輸電網(wǎng)中。輸電變壓器用于將輸電網(wǎng)中的高壓電能，降壓為低壓

電能，供應(yīng)給城市和工業(yè)用電系統(tǒng)。配電變壓器則用于進(jìn)一步將低

壓電能降壓到適合家庭、商業(yè)和輕工業(yè)用電設(shè)備所需的電壓等級。

在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。變壓器的運(yùn)行狀態(tài)需要進(jìn)行實(shí)

時(shí)監(jiān)測和維護(hù)，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用電質(zhì)量。

圖7變壓器

1.1.4電流互感器(CT)

電流互感器(CT)是變電站中的一種重要設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)電流

的測量和保護(hù)。電流互感器主要作用是將高電流變成低電流，以便

測量儀表或保護(hù)裝置進(jìn)行處理。電流互感器的工作原理基于電磁感

應(yīng)定律，當(dāng)電流通過主繞組時(shí)，會(huì)在副繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電磁感應(yīng)

電動(dòng)勢，從而實(shí)現(xiàn)電流的轉(zhuǎn)換。根據(jù)其結(jié)溝和用途的不同，電流互

感器可分為窄帶互感器和寬帶互感器兩種類型。

電流互感器的性能和精度對電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重

要，因此需要定期檢測和校準(zhǔn)，以保證其準(zhǔn)確性和可靠性。圖8為

500kV電流互感器，上端圓柱體中充滿SF6絕緣氣體，防止繞組對

外殼放電。中間略細(xì)圓柱體為復(fù)合絕緣材料，最下端有一SF6氣體

壓力表，用來監(jiān)視內(nèi)部氣體壓力是否正常。

圖8電流互感器

1.1.5電壓互感器（PT、CVT）

電壓互感器，又稱電壓互感器或電壓變壓器，是變電站中的一

種重要設(shè)備，主要用于實(shí)現(xiàn)高壓電網(wǎng)中電壓的測量和保護(hù)。電壓互

感器的工作原理基于電磁感應(yīng)定律，將高電壓變成低電壓，以便于

測量儀表或保護(hù)裝置的使用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途的不同，電壓互感

器可分為油浸式電壓互感器和干式電壓互感器兩種類型。

油浸式電壓互感器一般采用油浸式結(jié)構(gòu)，主要用于電力系統(tǒng)中

的高壓交流電壓測量和保護(hù)，其性能穩(wěn)定、精度高，且能夠承受高

壓沖擊和短時(shí)過電壓。干式電壓互感器則采用干式絕緣結(jié)構(gòu)，主要

用于中低壓交流電壓的測量和保護(hù)。

電壓互感器的運(yùn)行狀態(tài)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和維護(hù)，以保證電力

系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用電質(zhì)量。同時(shí)，電壓互感器的選型和使用應(yīng)根

據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足電力系統(tǒng)的需求。

圖9是一支220kV電容式電壓互感器，上下兩節(jié)瓷瓶中有兩個(gè)

串聯(lián)電容，進(jìn)入方形油箱前已經(jīng)變?yōu)楸容^低的電壓，進(jìn)入油箱后，

由兩個(gè)繞組電磁感應(yīng)獲得所需要的電壓。在PT中是沒有電容的，

高電壓直接通過繞組電磁感應(yīng)出低電壓，繞組體積很大，油箱也相

應(yīng)大很多。

圖9電壓互感器

L1.6避雷器

避雷器是變電站中的一種重要設(shè)備，主要用于保護(hù)電力設(shè)備免

受雷電等過電壓的損害。避雷器通過在電力系統(tǒng)中引入高阻抗路

徑，將過電壓通過放電進(jìn)行泄放，從而保護(hù)設(shè)備免受損害。

避雷器的工作原理基于氣體放電原理，通常采用非線性元件

（如金屬氧化物壓敏電阻器）和氣體放電管等構(gòu)成的組合式避雷

器。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途的不同，避雷器可分為外置式避雷器和內(nèi)置

式避雷器兩種類型。

外置式避雷器通常安裝在變電站或輸電線路的導(dǎo)線側(cè)，用于保

護(hù)設(shè)備免受外部雷電等過電壓的損害。內(nèi)置式避雷器則安裝在電力

設(shè)備內(nèi)部，用于保護(hù)設(shè)備免受內(nèi)部過電壓的損害。

避雷器的性能和使用壽命對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，需

要進(jìn)行定期的檢測和維護(hù)，以保證其可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，應(yīng)根

據(jù)實(shí)際情況選擇合適的避雷器類型和參數(shù)，以滿足電力系統(tǒng)的需

求。

圖1()為5()()kV避雷器，圖11為220kV避雷器；因電壓等級高

一些，需要更大的安全距離，所以50()kV避雷器瓷瓶比220kV避雷

器瓷瓶多一節(jié)。

圖10500kV避雷器

圖11220kV避雷器

1.1.7母線

母線是變電站中的一種重要設(shè)備，主要用于在電力系統(tǒng)中傳輸

電力。母線一般由銅或鋁等導(dǎo)體材料制成，具有高強(qiáng)度、導(dǎo)電性能

好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)母線的用途和結(jié)構(gòu)的不同，母線可分為主母線和支母線兩

種類型。主母線一般是指輸電站或變電站中的主要輸電線路，用于

承載大電流和高壓的輸電。支母線則是指從主母線分出的分支線

路，用于連接各個(gè)設(shè)備和支路。

母線在運(yùn)行過程中需要定期進(jìn)行檢測和維護(hù)，以保證其良好的

導(dǎo)電性能和安全運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的需要選擇合適的母

線材料、結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以滿足電力系統(tǒng)的需求。

i

e

1

工

圖12母線

1.1.8電抗器

電抗器是變電站的一種設(shè)備，用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。電抗

器可分為容性電抗器和感性電抗器兩種類型，用途不同。容性電抗

器用于電壓調(diào)節(jié)和電容式無功補(bǔ)償，而感性電抗器則用于防止電力

系統(tǒng)的過電壓和過電流，并進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。電抗器需要定期檢

測和維護(hù)，確保其可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合

適的類型和參數(shù)，以滿足電力系統(tǒng)的需求。圖12為35kV并聯(lián)電抗

器主要用于電網(wǎng)中的電容效應(yīng)，其次還能抑制過電壓。圖13為

35kV串聯(lián)電抗器。串聯(lián)或者并聯(lián)是以接線方式區(qū)別。

圖1335kV并聯(lián)電抗器

圖1435kV串聯(lián)電抗器

1.1.9電容器組

電容器是一種電氣元件，用于存儲(chǔ)電荷并產(chǎn)生電場。在電力系

統(tǒng)中，電容器可用于電容式無功補(bǔ)償。電容器按照其結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方

式不同，可分為固定電容器和變壓器型電容器兩種類型。固定電容

器可用于靜態(tài)無功補(bǔ)償，而變壓器型電容器可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容值，

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。電容器需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的類

型和參數(shù)，并進(jìn)行定期的檢測和維護(hù)，以確保其穩(wěn)定性和可靠性。

并聯(lián)電容器組無功補(bǔ)償設(shè)備，與電抗器作用完全相反。與串聯(lián)

電抗器同時(shí)使用。電容器組串聯(lián)電抗器的作用是限制合閘涌流和限

制諧波。

圖15電容器組

LL10阻波器

阻波器是純電感電氣設(shè)備，串聯(lián)在輸電線路兩端，阻止高頻諧

波進(jìn)入站內(nèi)設(shè)備。配備高頻保護(hù)的線路才會(huì)有阻波器，隨著光纖保

護(hù)的普及，母線只有在較老的變電站才能見到，新投運(yùn)的變電站的

線路保護(hù)基本都是光纖通訊。

圖16阻波器

1.1.11繼電保護(hù)裝置

繼電保護(hù)裝置按照用途可分為：線路保護(hù)、母線保護(hù)、開關(guān)保

護(hù)、變壓器保護(hù)。無論保護(hù)哪種電氣設(shè)備，都是以快速斷開斷路器

切斷故障電流保護(hù)電氣設(shè)備。通常從保護(hù)裝置動(dòng)作到斷路器斷開大

約20ms左右。

圖17斷路器保護(hù)柜

1.1.12綜合自動(dòng)化

通過斷路器、刀閘的輔助接點(diǎn)的通或斷讀取設(shè)備的分合狀態(tài)，

將電流互感器二次側(cè)、電壓互感器二次側(cè)統(tǒng)統(tǒng)接入并且數(shù)字化反饋

到監(jiān)控室后臺機(jī)和調(diào)度中心。需要操作設(shè)備時(shí)，通過監(jiān)控室后臺機(jī)

操作，數(shù)字信號發(fā)送至測控裝置，由測控裝置向接通斷路器和刀閘

的控制回路。并且部分報(bào)表數(shù)據(jù)由監(jiān)控室的后臺機(jī)自動(dòng)生成。

圖18四串線路測控屏

1.1.13站內(nèi)低壓用電及直流系統(tǒng)

變電站本身也需要電能消耗的，室內(nèi)外照明、空調(diào)、辦公設(shè)備

等正常用電，部分設(shè)備儲(chǔ)能電機(jī)用電，變壓器冷卻器用電，均需要

220V或380V交流電。

該設(shè)備完全不能停用、對供電可靠性要求非常高的回路都使用

直流電，例如斷路器的控制回路，要保證無論何時(shí)都要能工作，保

護(hù)裝置的工作電源、事故照明等。目前變電站設(shè)計(jì)直流蓄電池組在

全站失去交流電的情況下能供給直流用電設(shè)備幾小時(shí)的電能。

圖19直流分柜

L2變電站接線方式

變電站接線方式大致分為3/2接線、雙母雙分段接線、單母線分

段接線、單母線接線方式。3/2接線是在變電站主變壓器的中性點(diǎn)接

地，將變電站的高壓側(cè)接到3條母線上，低壓側(cè)接到2條母線上。這

種接線方式具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行中存在一定的風(fēng)險(xiǎn),

如圖19o雙母雙分段接線又稱“接近雙母線”接線方式，將高壓設(shè)備

分成兩個(gè)分段分別接到兩個(gè)母線上，低壓側(cè)也分別接到兩個(gè)母線上,

形成雙母雙分段接線，如圖2()。這種接線方式具有可靠性高、可調(diào)度

性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。單母線分段接線將高壓設(shè)備分成多個(gè)分段，分別接到同

一個(gè)母線上的不同位置，低壓側(cè)也分別接到相應(yīng)的位置，形成單母線

分段接線。這種接線方式比較復(fù)雜，但具有較高的運(yùn)行可靠性。單母

線接線方式將高壓設(shè)備連接到單根母線上，低壓側(cè)連接到多條母線上。

這種接線方式簡單、直觀，但是故障發(fā)生時(shí)影響面廣，可靠性低。

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