輸變電系統(tǒng)的組成

       輸變電系統(tǒng)是由一系列電氣設(shè)備組成的。發(fā)電站發(fā)出的強(qiáng)大電能只有通過輸變電系統(tǒng)才能輸送到電力用戶。

       圖1給出了變電站主要設(shè)備的示意圖。圖中除了所示的變壓器、導(dǎo)線、絕緣子、互感器、避雷器、隔離開關(guān)和斷路器等電氣設(shè)備外，還有電容器、套管、阻波器、電纜、電抗器和繼電保護(hù)裝置等，這些都是輸變電系統(tǒng)中必不可缺的設(shè)備。

圖1 1—變壓器；2—導(dǎo)線；3—絕緣子；4—互感器；5—避雷器；6—隔離開關(guān)；7—斷路器

下面，對輸變電系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備及其功能進(jìn)行簡單介紹。

1.輸變電系統(tǒng)的基本電氣設(shè)備

       主要有導(dǎo)線、變壓器、開關(guān)設(shè)備、高壓絕緣子等。

       導(dǎo)線的主要功能*是引導(dǎo)電能實(shí)現(xiàn)定向傳輸。導(dǎo)線按其結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：一類是結(jié)構(gòu)比較簡單不外包絕緣的稱為電線；另一類是外包特殊絕緣層和鎧甲的稱為電纜。電線中*簡單的是裸導(dǎo)線，裸導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單、使用量*大，在所有輸變電設(shè)備中，它消耗的有色金屬*多。電纜的用量比裸導(dǎo)線少得多，但是因?yàn)樗哂姓加每臻g小、受外界干擾少、比較可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以也占有特殊地位。電纜不僅可埋在地里，也可浸在水底，因此在一些跨江過海的地方都離不開電纜。電纜的制造比裸導(dǎo)線要復(fù)雜得多，這主要是因?yàn)橐ＷC它的外皮和導(dǎo)線間的可靠絕緣。輸變電系統(tǒng)中采用的電纜稱為電力電纜。此外，還有供通信用的通信電纜等。

       變壓器是利用電磁感應(yīng)原理對變壓器兩側(cè)交流電壓進(jìn)行變換的電氣設(shè)備。為了大幅度地降低電能遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)在輸電線路上的電能損耗，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能需要升高電壓后再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而在輸電線路的負(fù)荷端，輸電線路上的高電壓只有降低等級后才能便于電力用戶使用。電力系統(tǒng)中的電壓每改變一次都需要使用變壓器。根據(jù)升壓和降壓的不同作用，變壓器又分為升壓變壓器和降壓變壓器。例如，要把發(fā)電站發(fā)出的電能送入輸變電系統(tǒng)，*需要在發(fā)電站安裝變壓器，該變壓器輸入端（又稱一次側(cè)）的電壓和發(fā)電機(jī)電壓相同，變壓器輸出端（又稱二次側(cè)）的電壓和該輸變電系統(tǒng)的電壓相同。這種輸出電壓比輸入電壓高的變壓器即為升壓變壓器。當(dāng)電能送到電力用戶后，還需要很多變壓器把輸變電系統(tǒng)的高電壓逐級降到電力用戶側(cè)的220V（相電壓）或380V（線電壓）。這種輸出端電壓比輸入端電壓低的變壓器即為降壓變壓器。除了升壓變壓器和降壓變壓器外，還有聯(lián)絡(luò)變壓器、隔離變壓器和調(diào)壓變壓器等。例如，幾個(gè)鄰近的電網(wǎng)盡管平時(shí)沒多少電能交換，但有時(shí)還是希望它們之間能夠建立起一定的聯(lián)系，以便在特定的情況下互送電能，相互支援。這種起聯(lián)絡(luò)作用的變壓器稱為聯(lián)絡(luò)變壓器。此外，兩個(gè)電壓相同的電網(wǎng)也常通過變壓器再連接，以減少一個(gè)電網(wǎng)的事故對另一個(gè)電網(wǎng)的影響，這種變壓器稱為隔離變壓器。

       開關(guān)設(shè)備的主要作用是連接或隔離兩個(gè)電氣系統(tǒng)。高壓開關(guān)是一種電氣機(jī)械，其功能*是完成電路的接通和切斷，達(dá)到電路的轉(zhuǎn)換、控制和保護(hù)的目的。高壓開關(guān)比常用低壓開關(guān)重要得多，復(fù)雜得多。常見的日用開關(guān)才幾兩重，而高壓開關(guān)有的重達(dá)幾十噸，高達(dá)幾層樓。這是因?yàn)樗鼈冎g承受的電壓和電流大小很懸殊。按照接通及切斷電路的能力，高壓開關(guān)可分為好幾類。*簡單的是隔離開關(guān)，它只能在線路中基本沒有電流時(shí)，接通或切斷電路。但它有明顯的斷開間隙，一看*知道線路是否斷開，因此凡是要將設(shè)備從線路斷開進(jìn)行檢修的地方，都要安裝隔離開關(guān)以保證安全。斷路器也是一種開關(guān)，它是開關(guān)中較為復(fù)雜的一種，它既能在正常情況下接通或切斷電路，又能在事故下切斷和接通電路。除了隔離開關(guān)和斷路器以外，還有在電流小于或接近正常時(shí)切斷或接通電路的負(fù)荷開關(guān)。電流超過一定值時(shí)切斷電路的熔斷器以及為了確保高壓電氣設(shè)備檢修時(shí)安全接地的接地開關(guān)等都屬于高壓開關(guān)。

       高壓絕緣子是用于支撐或懸掛高電壓導(dǎo)體，起對地隔離作用的一種特殊絕緣件。由于電瓷絕緣子的絕緣性能比較穩(wěn)定，不怕風(fēng)吹、日曬、雨淋，因此各種高壓輸變電設(shè)備（尤其是戶外使用的），廣泛采用高壓電瓷作為絕緣，如：架空導(dǎo)線必須通過絕緣子掛在電線桿上才能保證絕緣，一條長500km的330kV輸電線路大約需要14萬個(gè)絕緣子串。高壓絕緣子的另一大類是高壓套管，當(dāng)高壓導(dǎo)線穿過墻壁或從變壓器油箱中引出時(shí)，都需要高壓套管作為絕緣。除了高壓電瓷作為絕緣子外，基于硅橡膠材料的合成絕緣子也獲得了廣泛應(yīng)用。

2.輸變電的保護(hù)設(shè)備

       主要有互感器、繼電保護(hù)裝置、避雷器等。

       互感器的主要功能是將變電站高電壓導(dǎo)線對地電壓或流過高電壓導(dǎo)線的電流按照一定的比例轉(zhuǎn)換為低電壓和小電流，從而實(shí)現(xiàn)對變電站高電壓導(dǎo)線對地電壓和流過高電壓導(dǎo)線的電流的有效測量。對于大電流、高電壓系統(tǒng)，不能直接將電流和電壓測量儀器或表計(jì)接入系統(tǒng)，這*需要將大電流、高電壓按照一定的比例變換為小電流、低電壓。通常利用互感器完成這種變換?；ジ衅鞣譃殡娏骰ジ衅骱碗妷夯ジ衅?，分別用于電流和電壓變換。由于它們的變換原理和變壓器相似，因此也稱為測量變壓器?；ジ衅鞯闹饕饔茫孩倩ジ衅骺蓪y量或保護(hù)用儀器儀表與系統(tǒng)一次回路隔離，避免短路電流流經(jīng)儀器儀表，從而保證設(shè)備和人身安全；②由于互感器一次側(cè)和二次側(cè)只有磁聯(lián)系，而無電的直接聯(lián)系，因而降低了二次儀表對絕緣水平的要求；③互感器可以將一次回路的高壓統(tǒng)一變?yōu)?00V或100/3V的低電壓，將一次回路中的大電流統(tǒng)一變?yōu)?A的小電流。這樣，互感器二次側(cè)的測量或保護(hù)用儀器儀表的制造*可做到標(biāo)準(zhǔn)化。

       繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)重要的安全保護(hù)系統(tǒng)。它根據(jù)互感器以及其他一些測量設(shè)備反映的情況，決定需要將電力系統(tǒng)的哪些部分切除和哪些部分投入。雖然繼電保護(hù)裝置很小，只能在低電壓下工作，但它卻在整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。

       避雷器主要用于保護(hù)變電站電氣設(shè)備免遭雷擊損害。變電站主要采用避雷針及避雷器兩種防雷措施。避雷針的作用是不使雷直接擊打在電氣設(shè)備上。避雷器主要安裝在變電站輸電線路的進(jìn)出端，當(dāng)來自輸電線路的雷電波的電壓超過一定幅值時(shí)，它*首先動(dòng)作，把部分雷電流經(jīng)避雷器及接地網(wǎng)泄放到大地中，從而起到保護(hù)電氣設(shè)備的作用。

3.其他電力設(shè)備。

       變電站一般還安裝有電力電容器和電力電抗器。

       電力電容器的主要作用是為電力系統(tǒng)提供無功功率，達(dá)到節(jié)約電能的目的。主要用來給電力系統(tǒng)提供無功功率的電容器，一般稱為移相電容器；而安裝在變電站輸電線路上以補(bǔ)償輸電線路本身無功功率的電容器稱為串聯(lián)電容器，串聯(lián)電容器可以減少輸電線路上的電壓損失和功率損耗，而且由于*地提供無功功率，因此可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在遠(yuǎn)距離輸電中利用電容器可明顯提高輸送容量。

       電力電抗器與電力電容器的作用正好相反，它主要是吸收無功功率。對于比較長的高壓輸電線路，由于輸電線路對地電容比較大，輸電線路本身具有很大的無功功率，而這種無功功率往往正是引起變電站電壓升高的根源。在這種情況下安裝電力電抗器來吸收無功功率，不僅可限制電壓升高，而且可提高輸電能力。電力電抗器還有一個(gè)很重要的特性，那*是能抵抗電流的變化，因此它也被用來限制電力系統(tǒng)的短路電流。