变电站概述

变电站概述

电力系统由发电厂，变电站，线路和用户组成，变电站是联系发电厂和

用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，变电站根据他在电力系

统中的地位，可分为下列四类：

1、 枢纽变电站：位于电力系统的枢纽店连接电力系统的高压和中

亚的几个部分，汇集多个电源点，电压为330~500kV及以上的

变电站，称为枢纽变电站。全站停电后，将引起系统解列，甚

至出现瘫痪。

2、 中间变电站：高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作

用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源点，电压

为220~500kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要

起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全站停电后将引起区

域网解列。

3、 地区变电站：高压侧一般为110~220kV，对地区用户供电为主

的变电站，这是一个地区或城市的变电站，全站停电后，仅使

该区域中断供电。

4、 终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧多为

110kV，经降压后直接向用户供电即为终端变电站，全站停电

后只是用户受到损失。

变电站的构成

变电站主要由一次设备和二次设备构成，一次设备主要包括变

压器，母线，高压开关设备，互感器，防雷设备，补偿设备等，二次

设备主要包括交直流、UPS一体化智能站内电源系统，通信网络组建

及全站同步时钟系统，保护测控、计量系统，合并单元、智能终端系

统，智能辅助控制系统等。

一次设备

一、 变压器：变压器是变电站的中心设备，连接几个电压等

级，起着变换电压和传输能量的作用。

变压器一般为三相三绕组结构，也有部分变压器采用自耦变压

器，其中第三绕组为三角形接线。

1、 铁芯绕组：是变压器的主要部件，称为器身，分别构成了磁

路和电路，按照电磁感应原理实现变换电压和传输能量的功能。

2、 油箱、储油柜：变压器的器身装在充满变压器油的油箱内，

变压器油有绝缘和散热作用，而储油柜骑着储油和补油的作用，确

保邮箱内充满油，并减小了油与空气的接触面，减缓油的老化速

度。3、绝缘套管：变压器绕组的引出线从油箱内部引导箱外时必须

经过绝缘套管，使引线与邮箱绝缘，绝缘套管主要由中心导电杆和

瓷套组成，其结构主要取决于电压等级，10~35kV一般用空心充气

套管，60kV采用瓷质冲油套管，110kV及以上采用电容式冲油套

管，绝缘套管不但起着绝缘作用，二期负担着固定引线的作用。

4、呼吸器：从储油柜上部用一铁管引下，连通大道一个呢装干

燥剂的玻璃容器构成的呼吸器，是储油柜与外部的通道，当储油柜

内的空气随变压器油的体积膨胀或缩小时，排出或吸入的空气都经

过呼吸器，呼吸器的干燥剂吸收空气中的水分，从而减缓油的劣化

速度。

5、冷却器：直接装配在变压器油箱壁上，帮助变压器讲铁芯和

绕组产生的热量散发出去，变压器的冷却方式包括，油浸自冷式，

油浸风冷式，强迫油循环风冷式。

6、压力释放阀：当变压器的内部发生严重故障而产生大量气体

时，油箱内压力迅速增加，为了防止变压器发生爆炸，油箱上安装

压力释放阀。

7、气体继电器：又称瓦斯继电器，是变压器的一种保护装置，

安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器的内部发生故障时产

生的气体和油流，迫使气体继电器的动作。

8、分接开关：变压器常用改变绕组匝数的方法来调压，一般从

变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的

装置称为分接开关，分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，

有载调压分解开关内的变压器油是完全独立的他也有配套的油箱，

气体继电器，呼吸器。

变压器的绝缘，分为内绝缘和外绝缘，内绝缘是指油箱内的各

部分绝缘，外绝缘是指套管上部对地和彼此之间的绝缘。

变压器的内部构件接地：变压器铁芯以及铁芯夹件必须接地，

否则在运行中容易产生悬浮电位，造成局部放电，铁芯和夹件接地

一般由引线引出到油箱外，也有在内部接地，不引出箱外的，另外

对星形接线绕组的中性点也引出接地。

二、高压开关设备

1、高压断路器是变电站的重要设备，既用来断开或闭

合正常工作电流，也用来断开短路电流，高压断路器主要由

导流部分，绝缘部分，灭弧部分和操作机构几部分组成，常

用的分类方式是按灭弧介质来分，如SF6断路器，真空断路

器，油断路器，目前使用最广泛的是SF6断路器和真空断路器，操作机构应用最多的是液压机构，气动机构，弹簧储能

机构

2、高压隔离开关主要由导电部分，绝缘部分，操作机

构三部分组成，比断路器少了灭弧部分。 隔离开关的主要

用途：设备检修时用来隔离有点部分和无电部分，形成明显

的断开点，隔离开关和断路器相配合，进行倒闸操作，以改

变运行方式。可用来开断小电流电路和旁路电流。

3、 互感器

互感器是联系一次，二次设备系统的中间设备，能

按一定的 比例将高电压和大电流降低，提供给测量，计量，

继电器保护及自动装置使用，互感器包括电流互感器和电压

互感器。 同一母线上的电压基本相同，所以电压互感器一般

按母线安装，而每间隔的电流各不相同，所以电流互感器按

间隔安装。

电流互感器将一次的大电流变换为标准的小电流

（5A或1A）按安装方式可分为穿墙式，支持式和套管式。按

绝缘可分为干式，浇筑式，油浸式和气体绝缘式。按以此绕

组可分为单匝式和多匝式。 电流互感器的二次侧严禁开路，

备用的二次绕组应短接接地。

电压互感器将高压电压变换为标准的低电压（100V 100/3V 100/

√3），电压互感器分为电磁式和电容式两大类，电磁式电压互感

器是根据电磁感应原理，利用一、二次线圈匝数不同实现电压的

变换，电容式电压互感器是先利用电容分压器分压，再经中间电

磁式电压互感器降压实现电压的变换，电压互感器的二次侧严禁

短路，电压互感器的各个二次绕组必须有可靠的保护接地，且只

允许有一个接地点。

4、防雷设备

避雷器： 避雷器的作用是防止雷电波沿线路侵入变电

站威海电气设备绝缘，它必须与被保护设备并联，避雷器的

冲击放电电压要低于备保护设备的绝缘击穿电压，当出现为

己及被保护设备的过电压时，避雷器动作，对地放点，从而

限制了呗保护设备上的过电压数值。目前常用的避雷器有阀

型避雷器和氧化锌避雷器。

避雷针，避雷针由避雷针针头，因流体和接地体三部分

组成，保护设备免受直接雷击，避雷针一般明显高于被保护

物，实际是起引雷作用，使雷电首先击中避雷针，通过它的引

流体将雷电流安全引入地中，从而保护了周围的设备。5、补偿设备

高压并联电容器： 并联电容器的作用主要是进行无功补偿，调整网

络电压，并联电容器组包括电容器及其配套的串联电抗器，放电线圈

等，串联电抗器的电抗百分数是根据其作用进行选择的，只用于限制合

闸涌流，可选1%的电抗器，主要用于限制五次谐波，可选用4%~6%的

电抗器，主要用于限制三次谐波，可选用12%~13%的电抗器。

消弧线圈：消弧线圈的作用是补偿系统发生单相接地时的电容电

流，根据消弧线圈绝缘介质不同，分为油浸式和干式两种。消弧线圈实

际是一个铁芯带有间隙的电感线圈，间隙沿着整个铁芯分部，避免了磁

饱和。

6、GIS（HGIS）设备

GIS是气体绝缘金属封闭组合电器的简称

GIS是将断路器，隔离开关，接地开关，电流互感器，电压互感器，

避雷器，母线，进出线套管或电缆终端等原件组合封闭在接地的金属壳

体内，冲以一定压力的SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质所组成的成套

开关设备。

空气绝缘的常规配电装置简称AIS，其母先落楼直接与空气接触，断

路器可用瓷柱式

混合式配电装置简称HGIS，母线采用敞开式，替他均为SF6气体绝

缘开关装置

GIS（HGIS）的气体系统可分为若干气室，一般断路器压力高，他

和电流互感器组成一个气室，其他元件根据工程确定气室划分，各气室

分别由相应的密度继电器检测气体压力。

GIS一般每个间隔设有一个就地控制柜，各元件控制，状态信号，各

气室密度检测信号，以及电压，电流互感器的二次出线全部接到就地控

制柜，并通过就地控制柜与主控室相联。

7、母线

母线是变电站用来汇集和分配电能的，气主接线由设计根据各变电

站设备情况及运行方式确定。

对变电站主接线的基本要求：

保证必要的供电可靠性和电能质量；

具有一定的灵活性和方便性；

具有经济性；

具有发展和扩建的可能性。

可靠性，是要求停电时间短，影响范围小，中断供电的机会少；灵

活性，是指在正常或故障的情况下，灵活地进行运行方式的转换；经济

性，是指满足可靠性和灵活性的基础上，投资和运行费用最少；扩建的可能性，是指要满足随着经济的发展面逐步满足经济对电力的需求。

主接线的基本接线形式：

1、单母接线：只有一根母线，所有进出线都通过隔离开关，断路器

和母线相连，单母接线具有简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便

具备利于扩建的优点，但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关

故障或检修时，必须断开全部电源，造成全站停电。

为了补偿弹幕的不足，可以采取单母分段，加设旁路母线，单母分

段带旁路母线的形式来补充

2、双母接线：工作母线和备用母线组成的双目，每回线路都经一台

断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络开

关连接。

双母接线的特点：运行可靠性和灵活性大为提高，检修任一母线

时，不会停止对用户供电，运行调度灵活，线路断路器检修可临时用母

联开关代替。

还可已组成双母带旁路接线，双母单分段接线，双母双分段等多种

接线方式，分段越多，投资越大，保护的配置及操作也越复杂，但运行

方式更加灵活，供电保障水平更高。

3、一个办断路器接线（2/3接线）

两个元件引线用三台断路器接往两组母线，组成一个办断路器接

线。每一回路经一台断路器接至母线，两回路中设一联络断路器形成一

串，又称二分之三接线

运行时，两组母线和三台断路器都投入运行，称为完整串运行，形

成多环路供电，具有很高的可靠性，任一组母线故障或检修，甚至与两

组母线同时故障，（或一组母线检修，另一组母线故障）的极端情况

下，功率仍能继续输送，一串中任何一台断路器检修都不会音响元件

（线路或主变压器）的运行

此种接线方式设备多，投资较大，而且运行方式改变时保护方式的

调整也较复杂，因此多用于超高压，大容量的系统中。

一个半断路器接线的优点是：运行方便，接线简单，隔离开关只在

检修是作为隔离电器，为进一步提高接线可靠性，尽量把同名元件布置

在不同串上。

二次设备

一、 智能化变电站的基本概念

智能化变电站是以一、二次设备为数字化对象，依靠统一数据模

型的告诉网络通信平台，通过对数字化，信息化进行标准化，实现智能