电力系统基础知识

为什么要采用高压输电？众所周知，导线有电阻，当有电流流过时，会产生损耗，损耗以线路发热的形式表现出来，影响线路安全运行。

其中，功率损耗为：2。

由以上公式可以P I R看出，要减小线路损耗有两种方法：（1）减小线路电阻。

例如采用电阻更小的材料，例如铜等，但由于采取这种方法的代价过大，会使工程造价大大提高，所以一般不采用这种方法。

（2）减小电流。

电力系统上网功率P=UI，对电力系统来说，上网功率是一定的，例如水电站的功率早就决定，所以要减小电流，只需加大电压，这也就是高压输电的原因。

以一个2万千瓦的水电站来说，假设其满负荷运行（当然实际是很难做到的）采用35KV的等级输电时，电流I=20000/35=571A，则损耗P=571*571*R。

而采用110KV输电时，电流I=20000/110=181A，则 P=181*181*R。

对比可以看出，采用110KV输电时，损失的功率要小得多。

特别在远距离输电时，如果输电电压等级过低，可能出现到达输电终端功率已经损失的差不多的情况。

所以当前电网建设的方向是：大容量、高电压、远距离输电。

变压器变压器是利用电磁感应的原理从一个电路向另外一个电路传递电能或者传输信号的一种电器，这两个电路之间只有磁的耦合，一般都没有电的联系，通常具有相同频率但有不同的电压及电流，也可以有不相等的相数（如铁路变压器通常为三相变两相）。

变压器的主要零件是一个铁心以及套在铁心上的两个绕组。

这两个绕组一般情况下有不同的匝数，并且相互绝缘，如图所示。

变压器工作原理图上图这种画法主要是为了看起来以及分析的时候方便，实际中的变压器并不是像上图一样两个线圈套在铁心的两边，而是采用两个线圈套在同一根铁心柱上的结构，这样做的目的是为了增强其耦合作用。

图中，与电源相连并接收交流电能的线圈，称为一次绕组，也可称为原绕组或者初级绕组；与负载相连并送出交流电能的线圈，称为二次绕组，也可以称为副绕组或者次级绕组。

我们规定一次绕组、二次绕组的电磁量以及其参数的下标分别为“1”和“2”。

设一次绕组的电流、电压以及电动势相量分别为1I 、1U,它的匝数为1N ；二次绕组的电流、电压以及电动势相量分别为2I 、2U ，它的匝数为2N 。

忽略铁心中由磁通量交变而引起的损耗，由能量守恒原理有：由此得出一次绕组、二次绕组电压、电流有效值之间的关系为令k=1N /2N 称为匝比，也即电压比，则式1122U I U I 表明，理想变压器一次绕组和二次绕组之间视在功率相等，变压器的视在功率也称为变压器的容量，用“s ”表示。

但变压器一次绕组、二次绕组之间的电压和电流不同。

所以，变压器是一种可以把一种电压的交流电能转换成相同频率、不同电压的另外一种交流电能的静止的电磁装置。

变压器的分类变压器的分类方法有很多，基于不同的方面有不同的方法。

下面介绍几种较常见的变压器分类的方法。

1.按用途分：电力变压器、特种变压器、仪用互感器。

电力变压器主要包括了升压、降压变压器、厂用变压器、联络变压器、配电变压器等几种。

特种变压器种类繁多，涵盖了交通、矿山等部门专用的变压器，如铁路机车用变压器等等，在此不做一一介绍。

仪用互感器主要为电流互感器、电压互感器等，也有说法把它们称为变压器产品。

2.按绕组数目分：双绕组变压器，三绕组变压器，多绕组变压器和自耦变压器。

3.按相数分：单相、三相和多相变压器。

4.按冷却方式分：油浸、干式、充气三种。

5.按铁心结构：心式、壳式。

6.按容量分类：小型、中型、大型、特大型变压器。

其中，小型变压器容量为10-630kVA ，中型变压器容量为800-6300kVA ，大型变压器容量为8000-63000kVA 特大型变压器容量为90000kVA 以上。

总的来说，变压器站在不同的角度有不同的分类方法，在此不再一一介绍。

主变安装注意事项1 注意保持油箱内的清洁目前农网新建变电站工程，主变设计容量比较大，大部分主变运输都采用本体和附件分散运输的方式，主变运到变电站后需要现场安装附件。

变压器各附件的浸油部位、油管道内壁、各个法兰面及油箱底部等是否清洁，对变压器能否长期安全运行有很大的影响。

脏污和水分会逐步造成绝缘油的品质下降，从而导致变压器绝缘性能降低；油中金属与非金属异物会造成悬浮电位，导致油隙的逐渐击穿，尤其是金属颗粒在运行中随变压器油进入绕组内部，会造成绕组绝缘击穿。

油中的金属粉末沉积在油箱下部以后，往往还会造成磁路短接或铁芯多点接地现象。

因此安装中应特别注意油箱内的清洁，所有附件的浸油部位应擦拭干净，如套管的下端、导管内壁、法兰面等。

应检查各通油管道是否清洁，必要时用合格变压器油进行冲洗。

油箱底部往往由于厂家未处理干净而含有金属粉末或杂质，有的甚至含有水滴，在主变吊芯做器身检查时必须彻底处理干净。

在夏季施工时，器身检查人员要有可靠的防汗水滴落措施。

2 做好密封处理渗漏油、进气、进水现象是变压器运行中最常见的缺陷之一，对变压器的安全运行构成直接威胁。

究其原因，除了密封垫老化和制造缺陷（如沙眼、虚焊、裂纹等）以外，主要就是法兰连接处密封不严。

因此，在安装中要认真做好油箱及附件的严密性检查和处理工作，保持法兰面的平整、清洁，对粘附牢固的油垢最好用刮刀清除。

密封垫应擦拭干净，无油垢、杂物（特别是纤维质的杂物）粘附在上面，因为这些小的缺陷，往往会构成极微小的渗油通道，即便紧固螺丝也很难消除。

压紧密封垫时要对角均匀用力，压缩量要适度。

特别要注意的是，油脂电容式套管顶部的密封一定要严密，系统中变压器运行事故中有多起是由于套管顶部密封不严，雨水沿导管渗入变压器内而导致的，密封不严同样还会造成进气现象。

3 确保导电回路接触良好近几年变压器套管顶部渗油缺陷时有发生，有的是因为密封不良，有的是由于引出线接触不良发热，导致密封垫老化而造成的。

变压器中的导电接触部位还有低压套管的内部连接片、分接开关的触头及分接引线接头等，这些导电回路如果接触不良，会引起接触部位电阻增大、发热、放电甚至烧蚀等严重后果。

因此，在安装套管的内外连接时一定要处理好接触面，拧紧螺栓。

在主变吊芯做器身检查时，分接开关触头应仔细检查接触是否良好，分接引线是否断裂及紧固件是否松动等。

近年来，系统中由于分接开关接触不良引起的事故曾发生多起，因此，除测量直流电阻外，检查开关接触情况也是非常重要和必要的。

4 防止绝缘受潮变压器的现场安装是变压器绝缘容易受潮的一个环节。

变压器在厂内进行器身干燥后，其绝缘含水量是较低的，但当器身暴露在大气中时，表层绝缘便会吸收大气中的水分。

湿度越大，时间越长，水分渗透的深度就越深。

当变压器运行时，水分在电场作用分解而产生氢气。

氢气含量的增加，虽然不会构成突发性的变压器故障，但如果任其发展，最终会导致绝缘击穿事故。

因此，安装时除选择晴好天气外，应尽量减少器身暴露在空气中的时间。

对于农网35kV小容量变压器，可以安排专业人员到生产厂家监造并进行器身检查，然后采用主变和附件整体运输的方式，到现场直接吊装就位，这样可以防止因现场附件安装或吊芯检查造成变压器绝缘受潮。

5 储油柜油室一定要排气目前主变压器储油柜多采用胶囊式结构，其作用是储释变压器油，及时平衡油箱内部压力，阻止空气、水分与油接触，从而减缓油质劣化。

为了充分发挥储油柜的呼吸和隔离作用，安装时一定要将油室内（胶囊以外、柜壁以内）的空气排尽。

过去在安装储油柜时往往忽视这项工作，排气不彻底，这对变压器安全运行是一大隐患。

因为油室没有排气就意味着胶囊没有充分鼓起，这就大大削弱了储油柜调节油体积变化的功能，同时使油室内的油与油室内的空气直接接触，加速了油品质的劣化。

因此，油室排气工作不容忽视。

值得一提的是，在给储油柜排气之前，应多次开启全部油泵，并对套管、升高座、冷却器、气体继电器、压力释放器、联管、集气室等处进行放气，直至变压器中所有气体排尽后，再进行储油柜排气工作。

6 温度计座要注满变压器油温度计或温控器是测量和控制变压器油温的重要测量保护设备，其主要作用是指示油温、控制冷却系统投切、发出油温报警信号甚至跳闸等，其温包安装在箱盖上注满变压器油的安装座内，通过热的传导间接反映油箱内上层油温。

安装时，此安装座内一定要注满变压器油，且装好后必须密封好，否则，运行年久，座内变压器油将会逐渐被渗进的雨水置换，使座内充满水分，而水分又容易被蒸发，使座内充满空气。

无论座内有水分还是空气，都不能准确反映变压器油的实际温度，这种“虚假油温”的出现，将对变压器的正常安全运行带来不利影响。

互感器互感器(包括电压互感器和电流互感器)是一次系统(主电流)和二次系统(控制电路)间的联络元件；是电力系统中供测量和保护用的重要电气设备。

互感器在电力系统中的作用：1）将二次电气设备与高电压、强电流的一次电路隔离，以解决其测量中的绝缘问题，保证人身和设备的安全。

2）准确的变换电压、电流。

将一次电路中的高电压、大电流变为二次回路的低电压(一般为100V)和小电流(一般为5A)向测量仪表和继电器的电压线圈和电流线圈供电，即做二次设备的交流电源。

3) 使二次电气设备标准化、系列化、小型化，接线灵活、方便，不受主电路的限制，便于远距离集中控制、测量、保护。

互感器的原理与变压器相同。

以电压互感器为例 有1122U N U N ==K ，其中K 为匝数比， 1U 为原边电压，即待测电压；2U 为测得的电压；1N 和2N 分别为一、二次侧绕组匝数。

以110KV 为例，如果K=1000，则二次侧测得的电压2U =110V 。

所以电压互感器要求一次侧绕组匝数多于二次侧。

电流互感器原理类似，只是1221I N I N =，所以要使测得的二次侧电流很小，只需二次侧绕组匝数多于一次侧。

电压互感器安装注意事项1.电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。

例如，测极性、连 接组别、摇绝缘、核相序等。

2.电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接 的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联，同时要注意极性的正确性。

3.接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。

4.电压互感器二次侧不允许短路。

由于电压互感器二次侧阻抗很大，相当于开路。

若二次回路短路时， 会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。

电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。

在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。

5.为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。

因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。