高压电气设备结构培训讲义高压电气设备结构概况对于供电系统的降压变电站来说，高压一次有降压用的变压器、测量系统电压电流用的互感器、防过电压用的避雷器、开断系统电流的断路器（开关）等主要设备，其它还有隔离开关、母线、绝缘子、绝缘支瓶等辅助设备。电气设备在变电站中根据其作用不同，按设计要求其放置位置也不同，图2-1为变电站一角，目前大多数变电站均采取此种布置方法。图2-1 变电站电气设备布置图下面结合实训基地的情况，介绍高压一次设备的结构。第一节 变压器变压器借助电磁感应作用，把一种电压的交流电能转变为同频率的另一种或几种电压的交流电能。变压器按电压等级可分为：500kV、220kV、110kV、35kV、10kV等，如图2-2、2-3、2-4所示。图2-2 500kV单相变压器 图2-3 220kV三相三绕组变压器 图2-4 110kV三相三绕组变压器图2-6 110KV变压器内部结构图2-7 变压器外部构件名称1箱盖；2箱壳；3出线套管；4散热器；5热虹吸器；6防爆管；7油枕；8箱盖吊攀；9油位计；10呼吸器。铁芯：构成磁通路器身内部： 绕组：构成电通路绝缘：相间、相地间、匝层间电的隔离变压器油：绝缘、冷却调压装置：输出电压的调整变压器 保护装置：在异常情况下，使变压器免遭损坏或减轻损伤 油 箱：容纳器身和绝缘介质等 冷却装置：散热 出线套管：固定引线并使它们相互间及对地绝缘 引 线：与电网联系变压器按相别可分为单相和三相，按绝缘介质可分为：充油、充SF6、干式等类型,目前常用的为充油变压器。一、变压器基本结构电力变压器的基本结构及主要部件作用如图2-6、2-7所示。1.铁芯铁芯是变压器的磁路部分，是电能转换的媒介，主要作用是导磁，由磁导率很高的电工钢片（硅钢片）制成。它把一次电路的电能转变为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，如图2-8所示。另外，铁芯是变压器的内部骨架，铁芯的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的线圈，支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。1.1铁芯的绝缘图2-9 变压器绕组外观图2-8 变压器铁芯外观铁芯的绝缘有两种，即铁芯片间绝缘和铁芯片与结构件间的绝缘。铁芯片间的绝缘是把芯柱和铁轭的截面分成许多细条形的截面，使磁通垂直通过这些小截面时，感应出的涡流很小，产生的涡流损耗也很小。铁芯片间短路以及铁芯片与其夹紧结构件短路，将形成环流，是不允许的，因此铁芯片与所有夹紧结构件之间必须绝缘。如果形成的短路环流回路是顺着磁通方向而不交链磁通，或者交链磁通很小，则影响不大。1.2铁芯的接地铁芯及其金属结构件在线圈的交变电场作用下，由于所处的位置不同，感应出的悬浮电位也不同，虽然它们之间的电位差不大，但也会通过很小的绝缘距离而产生悬浮放电。放电瞬间两点电位相同，即停止放电；再产生电位差，再放电，所以这种悬浮放电是断续的，放电的结果使变压器油分解，损坏并固体绝缘，所以铁芯及其金属结构件应接地，使它们同处于零电位，且必须一点接地。如果铁芯有两点或两点以上接地，则铁芯中磁通变化时就会在接地回路中感应出环流。这些环流将引起空载损耗增大，铁芯温度升高。若两个接地点间包含的铁芯片越多，短接的回路越大，环流也越大。当环流足够大时，将烧毁接地片或铁芯产生故障。2.绕组绕组是变压器的电路部分，是由表面包有绝缘的铜（铝）导线绕制而成，并套装在变压器的铁芯柱上，导线材料可分为铜导线和铝导线两种。由于我国生产和使用的绝大多数是芯式变压器，它的绕组都是采用同芯式结构，而这种圆柱形的绕组正适合同芯式变压器绕组的布置。变压器绕组应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力，如图2-9所示。绕组的绝缘主要有绝缘纸、绝缘纸筒、端绝缘和压板、撑条、垫块、角环、静电屏等。2.1绝缘纸：在油浸变压器中常用的绝缘纸是电缆纸，电缆纸在变压器运行中有足够的热稳定性，一般作为导线的匝绝缘、层绝缘或导线的覆盖绝缘。2.2绝缘纸筒：为了提高抗短路能力，目前一般将低压绕组直接绕在6mm左右的绝缘厚纸筒上，它既是绕组的支撑骨架，又作为绕组主绝缘的一部分，因此必须有足够的机械强度和耐电强度。2.3端绝缘和压板：端绝缘用来填平绕组的螺旋端面，提高绕组端部的机械稳定性，同时又是绕组端部主绝缘的一部分。端部绝缘件包括铁轭绝缘、铁轭垫块及纸板圈上粘有垫块的各种端部绝缘，用绝缘层压纸板加工制成。绕组压板是承受绕组轴向力的主要部件，其机械强度的高低直接影响绕组的抗短路能力。一般中小型电力变压器和特种变压器多采用钢压板，而目前大中型变压器则多采用层压纸板和层压木板加工成压板，这种绝缘压板既有高的机械强度又有较高的电气强度。2.4撑条和垫块：在圆筒式绕组中油道撑条和垫块既是层间绝缘，又是油冷却绕组的油道。2.5角环：角环能延长高压与低压绕组的爬电途径，可防止绕组之间或线饼之间的爬电，同时也改善了绕组端部的电场分布。2.6静电屏：静电屏的作用主要是改善绕组首端的电场分布，同时还能改善冲击电压作用下起始电压分布。3.引线引线的作用是将外部的电能输入变压器，又将传输的电能输出变压器。一般分为三种：绕组线端与套管连接的引出线、各相绕组之间的连接引线以及绕组分接头与分接开关相连的分接引线。引线的绝缘主要取决于绝缘材料的电气强度、电极形状、电场强度和绝缘组合方式。应该指出的是：引线绝缘不仅限于与引线有关的绝缘和距离，在实际测量中，还包括了变压器器身整体布置的各个部分的绝缘。主要有：1) 引线对地、引线之间、引线对绕组的绝缘；2) 套管下端对地和对绕组的绝缘；3) 分接开关对地和对绕组的绝缘；4) 绕组到箱体的绝缘。4.变压器油变压器油主要有三种作用：4.1绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。4.2散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。4.3消弧作用：在变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分解了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。三、变压器的绝缘绕组线端的绝缘水平与中性点的绝缘水平相同的称为全绝缘变压器。绕组的中性点的绝缘水平低于线端的绝缘水平的称为分级绝缘变压器。采用分级绝缘的变压器，由于中性点的绝缘水平相对较低，可以简化绝缘结构，节省材料，从而降低变压器尺寸和制造的成本。但分级绝缘的变压器只允许在110kV及以上中性点直接接地的系统中使用。油浸式变压器的绝缘可分为外绝缘和内绝缘。1.外绝缘：外绝缘就是变压器油箱外部的套管和空气的绝缘。它包括套管和套管间及套管对地部分（如储油柜）的空气间隙距离的绝缘。2.内绝缘：内绝缘是指变压器油箱内各不同电位部件之间的绝缘。内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。2.1主绝缘主绝缘包括：绕组对地之间的绝缘、不同相绕组之间的绝缘和同相的不同电压等级绕组之间的绝缘这三部分。这里所指的地是变压器内部与大地相连接的各金属部件，它包括油箱、铁芯和金属夹紧件等。2.1.1绕组与铁芯之间的绝缘绕组与芯柱之间的绝缘结构是用厚纸筒与粘在其上面的撑条组成纸筒油间隙绝缘结构。而绕组与铁轭之间的绝缘结构是用铁轭绝缘、端圈、角环和静电屏等来组成的，由于绕组端部的电场高且极不均匀，一方面需要铁轭绝缘、端圈和角环等来加强端部的绝缘，提高端部绝缘的耐电强度；另一方面则必须采取措施改善电场分布，以降低端部的电场强度。改善电场分布的重要措施就是在绕组首端加装静电屏，当然角环也能起到一定的作用。2.1.2绕组与油箱之间的绝缘最外层绕组与油箱之间构成绕组与油箱的主绝缘，一般110kV及以下变压器主要是靠油间隙的绝缘。随着变压器电压等级的升高，为了提高同一油间隙的击穿电压，需要在油间隙中加屏障，所以有些较高电压等级的变压器在高压绕组外加包一层围屏，用于隔断油中小桥，当然它还是有导向油道所必须的。2.1.3绕组与绕组之间的绝缘（也称横向绝缘）绕组与绕组之间的绝缘有不同相绕组之间绝缘，和同相不同电压等级绕组之间的绝缘。不同相绕组之间绝缘结构，在电压等级较低变压器中可用纯油间隙作为不同相绕组之间的主绝缘；当电压等级较高时，需要在油间隙中加入隔板，与围屏一起构成油屏障绝缘结构。同相不同电压等级绕组之间的绝缘，多采用薄纸筒小油隙的绝缘结构作为绕组间的主绝缘。2.2纵绝缘纵绝缘是指同一绕组的不同电位部分的绝缘，它包括相邻导线之间的匝间绝缘、圆筒式绕组不同层之间的层间绝缘和饼式绕组的不同线饼（段）之间的饼（段）间绝缘等。五、变压器型号释义变压器的型号由两部分组成。第一部分是汉语拼音组成的符号，用以表示变压器的产品分类、结构特征和用途；第二部分是数字符号，斜线前表示额定容量(kVA)，斜线后表示高压侧电压等级(kV)。型号表示如下：第一字母:表示用途。T调压变压器；O自耦变压器；电力变压器不表示；第二字母:相数。D单相变压器；S三相变压器；第三字母:冷却方式。F风冷式；油浸自冷不表示；第四字母:L铝绕组；铜绕组不表示；第五字母:Z有载调压；无激磁调压不表示；第六字母:S三绕组；双绕组不表示；第一数字:设计序号；第二数字:额定容量(kVA)，前有一横杆，后有斜杠；第三数字:高压绕组额定电压（kV）如：型号为SFSZ10-800/35的变压器表示三相风冷三绕组有载调压油浸铜导线电力变压器，其额定容量为800kVA，高压绕组电压等级为35kV。本节思考题：1.简述变压器工作原理?2.电力变压器的基本结构由哪几部分组成?说明各部分的主要作用。3.油浸式变压器绝缘部件都有哪些?第二节 有载分接开关一、 有载开关原理在变压器工作状态下,变换一次线圈的匝数，达到调节次级线圈电压的目的。有载调压开关的电路装置工作时应满足:电流是连续的、分接时不能断路。有载分接开关借助于分接开关头部法兰安装于变压器箱盖上，通过其盖上的蜗轮蜗杆减速器、水平传动轴伞齿轮箱、垂直传动轴与CMA7、SHM-1电动机构联结，以达到分接变换的目的，如图2-12。 二、 产品型号含义：1.上海华明开关厂CV型（复合式）例如：CV350Y/63-10193W6CV：产品型号：开关相数,三相350：最大额定通过电流（A）Y：变压器绕组连接方式63：对地绝缘等级（kV）10：工作触头数19：开关工作位置数3：中间位置数为3W：正反调332.上海华明开关厂CM型（组合式）例如：CM-500Y/110C-10193WCM：产品型号：开关相数,三相500：最大额定通过电流（A）Y：变压器绕组连接方式110：对地绝缘等级（kV）C：分接选择器绝缘水平C级10：工作触头数19：开关工作位置数3：中间位置数为3W：正反调调压级数=分接位置数-中间位置数+13.西德MR公司T、M、V型4.ABB公司UZ系列：一般的复合式UC系列：相当于MR公司的M型UB系列：相当于MR公司的V型UC系列有四种图2-13 CM型有载分接开关结构图图2-14 CM型开关9级工作位置表和接线图