输配电设备基本知识

1 输配电设备市场及基本知识讲座

技术中心 王晋根

这次讲座主要是对从事销售及从事电器生产的员工，是一种通俗性讲座，其目的是增长见识，提高对电器安全性、可靠性要求的认识。第一讲主要是讲电力系统、电网和输配电设备在电力系统中的作用等；第二讲主要是讲输配电设备的定义、分类、各种输配电设备的功能作用；第三讲是市场和输变电设备市场构成。

第一讲 电力系统、电网、输配电设备扮演的角色

一、 电是现代文明基础

现代社会离开了“电”会是什么样子，医院里医生正给病人开刀，肚子拉开了，电停了，灯黑了，后果是什么。在化工厂、冶金厂（电解铝、电炉炼钢），有的停电会发生爆炸，融化钢水吊在半空中，凝固了，也不是好玩的，炉子、钢包整个报废。城市交通、铁路交通、机场信号灯全灭了，交通全乱了，火车进不了站、飞机下不了地……这将是一种什么后果。

夏天停电2天，冰箱里食品化了，肉发臭了，没有空调、电风扇，人无法安睡。高层建筑没有电，电梯不能动。对于100~200m高楼，上楼等于是爬山。

美国电网自动化水平是比较高的，曾发生过因计算机控制中心遭意外灾害毁坏，抢修几天，停电好几天，人们生活回到了中世纪。点起油灯，用干柴烧饭，没有其他法子可想。

以上例子足以证明，连续可靠供电对于现代文明多么重要。输配电（含变压器、开关设备）可靠性非常重要。进入大电网，开关设备必须要具有高可靠性、高质量和较长的使用寿命。

二、 电是怎么发出来的，电是一种什么商品

电是有发电厂的发电机生产出来的，经过升压变电站变成较高电压（如35kV~750kV）输送到较远地方，经过1~3次降压变电站降低电压，变为用户可以接受的电压（如6~10kV，380/220V），配送到用户那儿，这个系统如如图1所示。这样从发电机、升、降压变电站、输配电线路，到用户就称之为电力系统。而由升压变电站、降压变电站及各种输配电线路构成的网络称之为电力网，俗称电网。

2 电是一种无色、无味、无声、无嗅物质。（高压有电晕声、交流时可听见。电晕、局放能看到光，能嗅到臭氧味）。有触觉，但不能直接用手摸（触电）的物质。电也是难以储存的，需要“即发、即送、即用”的特殊商品。整个电力系统需要保持连续、安全、可靠的发、送、用电的关系。

那么输配电设备在电力系统中处于什么角色，在保证连续、安全、可靠的发、送、用电过程中起什么作用呢？下面来介绍一下。

三、输配电设备、开关设备在电力系统所扮演的角色和地位

除发电机主机外，电力系统中到处都有输（变）配电设备。从投资角度看，发电和输电、配电比例为1：0.45：0.7。即发电与输电、配电比重为1：1.15。也即输电和配电设备投资比重超过发电设备投资比重。可以列举一下情况。

1、 发电厂

厂用电变电所、变压器、主开关柜、控制柜、火电厂中控制磨煤机、风机、

水泵、传送带、直流电源柜等等诸多用电设备，这儿厂用电配电设备，涉及发电厂核心设备正常运行，可靠性要求较高，发电机主回路保护断路器，隔离开关，主母线及有关量测，限流、限压设备等。也是电流特别大，要求比较高，为主机直接服务的设备。

2、 升压变电站

变压器、高低压侧开关设备，测量设备（PT、CT），限流、限压设备等。由于升压变电站是发电厂送出电能的大门，这儿输变电设备容量大，参数高，其可靠性要求，显著高于降压变电站的设备。

3、 降压变电站

降压变电站一是降低成下一级变电站（或用户）可以接受的电压，二是分配电能。其重要性、可靠性，随着电压等级上升而提高。从数量上看降压变电站远大于升压变电站。

4、 末端变电站与用户

末端变电站电压等级是比较低的，其重要性显著低于上述几种变电站，但数量很大，用人体血液循环系统来比喻电力系统的话，用户相当于毛细血管，无处不在，因此末端变电站和用户用电设备，在电网建设投资上占有较大比重。在开拓市场上也应该予以重视。

开关设备主要功能如下:

（1） 控制和分配电能；

（2） 保护功能，如在线路发生故障，变电站内发生故障时，迅速排除或隔离故障区域，保护电力系统正常运行；

（3） 量测功能，为电能计量及保护提供有效信息。

3 第二讲 输配电设备综述

一、 高压电器定义

国际上公认的高低压电器的分界线，交流是1kV（直流则为1500V），交流电压在1kV及以上的电气设备为高压电器，1kV以下为低压电器。这一概念，目前已逐步为我国的各种电器专业标准所采纳。高压电器是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测的设备。一般的高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器。但也有把变压器列入高压电器（如电机工程学会中高压电器分专委会）。

在高压电器中，又有中压、高压、超高压、特高压之分，这又何理解呢？

这方面，没有明确的标准化定义，但七十年代IEC TC8 委员会的有关标准草案中，有过区分并为多数国家接受，其标准如下：

1kV以上至100kV 中压

100kV以上至300kV 高压

300kV以上至1000kV 超高压

1000kV及以上 特高压（我国电力部门已确认这一原则）

二、输配电设备定义

高压电器概念比较广泛，不局限于电力系统，如静电加速器、X光机有时也称为高压电器，而输配电设备就有比较明确的限定。

定义：从发电到用电，经过电压水平变换，电能状态调节、电网保护、计量、控制措施，实现电网平衡运行涉及的电能输送与分配的所有设备叫输配电设备。

三、 输配电设备分类及功能

1、变压器

变压器是将一种交流网络或线路的电压状态转变到另一种交流网络或线路所需的电压状态，以满足电网的输送、分配和使用，是电力网的主设备之一。它对电力系统的安全、稳定、可靠运行起着重要作用。其运行损耗占变电站总损耗比重较大。

2、开关电器

主要用来关合和开断正常电流和故障电流，或用来隔离电源、实现安全接地的一种输配电设备。包括：

1） 高压断路器：不仅能关合、开断正常的负荷电流（包括空变、空线、空缆等），也用来开合故障电流，且当发生短路故障（或其他异常运行状态、欠压、过流等）时，也可以实现自动分闸、自动重合闸。因此高压断路器是一种多功能的自动开关。

2） 熔断器：俗称保险。当负荷电流过载到一定值，或出现故障电流时能自动熔断而开断短路电流。 4 3） 负荷开关：能开合负荷电流（含容性、感性负载电流），有时能关合短路电流但不能开断短路电流。

4） 接触器：只有一个休止位置，非手动操作就能关合、开断及承载正常电流及规定的过载电流的开断、关合装置。一般用来频繁控制大型用电设备（如大电动机等）。

5） 隔离开关：用来隔离电路或电源，在闭合位置时能承载正常电流及规定的短路电流，有时能开断很小的电容电流及容量不大的变压器的空载电流，有时能开合母线转换电流。

6） 接地开关：用来对设备或被检修线路实现保护接地。

7） 重合器：能够按照预定的顺序，在导电回路中进行开断和重合操作，并在其后自动复位、分闸闭锁或合闸闭锁的自具（不需外加能源）控制保护功能的开关设备。

8） 分段器：一种能够自动判断线路故障和记忆线路故障点六开断的次数，并在达到整定的次数后，在无电压或无电流下自动分闸的开关设备。

某些分段器可具有关合短路电流（自动重关合功能）及开断、关合负荷电流的能力，但无开断短路电流的能力。

上述开关电器的主要功能见下表：

名称 开合负荷电流 开合故障

电流 开合小电容电流 开合小电感电流 隔离电源

或回路 实现保护

接地

断路器 √ √ √ √

负荷开关 √ √ √ 部分√

熔断器 开故障√ 部分√

隔离开关 甚小√ √

接地开关 √

接触器 √

重合器 √ √

分段器 √ 合故障√

*有时要求负荷开关、接触器、接地开关关合短路电流。

3、 量测电器

1） 电流互感器：用来转换和测量线路、母线的电流，供计量与保护用。传统的电流互感器是采用油纸绝缘电磁式，现在又有环氧浇注、SF6电流互感器，最新的有电子式互感器、光电式电流互感器，为满足机电一体化设备需要，现在已有线性功能的电流传感器。

2） 电压互感器：用来测量线路、母线电压，以供计量和继电保护用。传统电压互感器是油纸绝缘电磁式。目前在高压、超高压范围内则用重量轻、体积小的电容式互感器，国际上已开发出正在商品化的光电式互感器。

4、 限流与限压电器

1） 电抗器：是一个扼流线圈，用来限制故障电流，用包裹绝缘导线绕制。 5 目前也有用环氧浇注法制作，其体积小，绝缘强度和机械强度比较高。

2） 阻波器：是一种电感线圈，主要用于载波通讯，限制高频载波进入变电所。

3) 避雷器（过电压保护器）：用来限制过电压，使电力系统中电器设备免受大气过电压和内部过电压的危害，是一种泄能装置。最简单的有保护间隙，还有管形避雷器、阀式避雷器、磁吹避雷器。最新的有保护特性比较好的氧化物避雷器。

注：限流熔断器也是一种快速限流（幅值）的保护电器。

5、 电线电缆

电线电缆是输送电能、传递信息和制造电机、变压器、电器仪表等，实现电磁能量转换不可缺少的基础器材。广泛用于电工、电力、通讯、军工、建筑等国民经济各个部门。直接进入电网的输电线、配电线、地下电力电缆是输配电设备之一。

6、 其他设备

（1）电容器

这是一种储存电荷电场能量的器件，广泛用于电力系统、电讯、广播。用于储能、移相、构建谐振回路、滤波装置、高能物理等，是一种基础元器件。

（2）继电保护装置

用于对电网或设备中故障、异常运行状态发出指令、实施保护、恢复正常

运行状态或中止运行的设备，主要有电流保护、电压保护、差动保护、距离保护和纵联保护等种类。按被保护对象可分发电机保护、变压器保护、母线保护、线路保护和电动机保护等。

四、 输配电设备基本性能要求

处于电力系统中的各种户内、户外输配电设备，应能承受正常和异常电压、

电流作用，以及各种环境因素作用而不损坏。因而要求其具备各种性能如下：

1、 电压

设备绝缘应能经受规定的长期最大工作电压，短时过电压、内部过电压和大气过电压作用而不损坏。标志这些作用电压的性能参数是：最大工作电压、短时工频试验电压、操作波试验电压和雷电冲击波试验电压。

2、 电流

设备应能经受长期正常工作电流，温升不超过规定值。在短时异常和故障电流作用下也不允许因电动力、触头熔焊、电磁干扰等影响继续工作的损害。

这方面标志参数有：额定电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流（突发短路电流），额定短路关合电流、电动机和电容器关合涌流等。

3、 其它要求

如高压断路器要求关合、开断短路电流、自动重合闸、开合空载线路充电