案例9：變電站運行維護和管理

案例9：變電站運行維護和管理

一、案例正文

變電站是電力系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其作用是將高壓輸

電線路輸送的電能進行變壓、分配和控制，然后再送往低壓用電系

統(tǒng)。變電站的運行維護和管理需要建立完善的運行管理、安全管

理、維護管理和能耗管理體系，對設備和人員進行全方位的監(jiān)控和

管理，以確保變電站的長期穩(wěn)定、可靠運行。其中，安全管理是變

電站運行維護和管理的重中之重，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備的安全運行。

1.1變電站設備簡介

變電站設備可分為一次和二次設備。其中，一次設備主要包括

變壓器、斷路器、電纜及附件、電力電容器、無功補償裝置等，它

們是將高壓輸電線路輸送的電能進行變壓、分配和控制，再送往低

壓用電系統(tǒng)的核心設備。二次設備包括繼電保護設備、控制和保護

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

保護，實現(xiàn)變電站的遠程監(jiān)控和控制，保障電力系統(tǒng)的安全運行。

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

部分。圖1和圖2分別為一次設備和二次設備分類。

圖1一次設備分類

圖2二次設備分類

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備，用于斷開或合并

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

同，可以分為負荷開關(guān)和斷路器兩種類型。

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

斷低壓用電設備。它主要用于控制負荷電路的開啟和關(guān)閉，以實現(xiàn)

對電路的控制。

斷路器主要用于保護電力系統(tǒng)的設備和負荷，當電力系統(tǒng)中出

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

備和負荷受到損害。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備，用于實現(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，供應給城市和工業(yè)用電系統(tǒng)。配電變壓器則用于進一步將低

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。變壓器的運行狀態(tài)需要進行實

時監(jiān)測和維護，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和用電質(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備，用于實現(xiàn)電流

的測量和保護。電流互感器主要作用是將高電流變成低電流，以便

測量儀表或保護裝置進行處理。電流互感器的工作原理基于電磁感

應定律，當電流通過主繞組時，會在副繞組中產(chǎn)生相應的電磁感應

電動勢，從而實現(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)定運行至關(guān)重

要，因此需要定期檢測和校準，以保證其準確性和可靠性。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。中間略細圓柱體為復合絕緣材料，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

種重要設備，主要用于實現(xiàn)高壓電網(wǎng)中電壓的測量和保護。電壓互

感器的工作原理基于電磁感應定律，將高電壓變成低電壓，以便于

測量儀表或保護裝置的使用。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，其性能穩(wěn)定、精度高，且能夠承受高

壓沖擊和短時過電壓。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。

電壓互感器的運行狀態(tài)需要進行實時監(jiān)測和維護，以保證電力

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

據(jù)實際情況進行調(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

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

由兩個繞組電磁感應獲得所需要的電壓。在PT中是沒有電容的，

高電壓直接通過繞組電磁感應出低電壓，繞組體積很大，油箱也相

應大很多。

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備，主要用于保護電力設備免

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行泄放，從而保護設備免受損害。

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線側(cè)，用于保

護設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

設備內(nèi)部，用于保護設備免受內(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)的安全運行至關(guān)重要，需

要進行定期的檢測和維護，以保證其可靠性和穩(wěn)定性。同時，應根

據(jù)實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體材料制成，具有高強度、導電性能

好、可靠性高等優(yōu)點。

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，用于連接各個設備和支路。

母線在運行過程中需要定期進行檢測和維護，以保證其良好的

導電性能和安全運行。同時，應根據(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。

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1

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圖12母線

1.1.8電抗器

電抗器是變電站的一種設備，用于電力系統(tǒng)的無功補償。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，并進行無功功率補償。電抗器需要定期檢

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

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，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償。電容器按照其結(jié)構(gòu)和應用方

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)無功補償，而變壓器型電容器可以動態(tài)調(diào)節(jié)電容值，

實現(xiàn)電力系統(tǒng)的無功補償。電容器需要根據(jù)實際情況選擇合適的類

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

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

電抗器同時使用。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備，串聯(lián)在輸電線路兩端，阻止高頻諧

波進入站內(nèi)設備。配備高頻保護的線路才會有阻波器，隨著光纖保

護的普及，母線只有在較老的變電站才能見到，新投運的變電站的

線路保護基本都是光纖通訊。

圖16阻波器

1.1.11繼電保護裝置

繼電保護裝置按照用途可分為：線路保護、母線保護、開關(guān)保

護、變壓器保護。無論保護哪種電氣設備，都是以快速斷開斷路器

切斷故障電流保護電氣設備。通常從保護裝置動作到斷路器斷開大

約20ms左右。

圖17斷路器保護柜

1.1.12綜合自動化

通過斷路器、刀閘的輔助接點的通或斷讀取設備的分合狀態(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)控室后臺機和調(diào)度中心。需要操作設備時，通過監(jiān)控室后臺機

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。并且部分報表數(shù)據(jù)由監(jiān)控室的后臺機自動生成。

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)、辦公設備

等正常用電，部分設備儲能電機用電，變壓器冷卻器用電，均需要

220V或380V交流電。

該設備完全不能停用、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，要保證無論何時都要能工作，保

護裝置的工作電源、事故照明等。目前變電站設計直流蓄電池組在

全站失去交流電的情況下能供給直流用電設備幾小時的電能。

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，但運行中存在一定的風險,

如圖19o雙母雙分段接線又稱“接近雙母線”接線方式，將高壓設備

分成兩個分段分別接到兩個母線上，低壓側(cè)也分別接到兩個母線上,

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

性強等優(yōu)點。單母線分段接線將高壓設備分成多個分段，分別接到同

一個母線上的不同位置，低壓側(cè)也分別接到相應的位置，形成單母線

分段接線。這種接線方式比較復雜，但具有較高的運行可靠性。單母

線接線方式將高壓設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)生時影響面廣，可靠性低。

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