高压配电设备及其运行(连载)
北京地区电气规程汇编编写组 (100031)
【编者按】 随着城镇经济建设的发展和人民生活的不断提高，在农网建设改造的基础上，一些城镇为满足电网负荷的日益增长，陆续新建了变(配) 电所，投入了大量高压配电设备。为配合各地城乡电网做好高压配电设备(以10kV 为主) 的运行管理工作，本刊自本期起连续刊载关于高压配电设备的基本知识及运行要求的文章，内容包括：电力变压器、互感器、高压开关电器、电容器、避雷器、接地装置、电力线路、配电装置和电气设备的试验等，以满足广大农电工的需要。
1 电力变压器运行 1.1 概述
变压器是一种通过改变交流电压而传输电能的静止感应电器。它有一个共用的铁芯和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时，通过电磁感应作用改变电压(电流) ，在其余绕组上以同一频率、不同电压传输出交流电能。
电力变压器分为油浸式和干式两大类。目前，升压变压器、降压变压器、联络变压器和配电变压器均采用油浸式变压器。部分装在室内的配电变压器采用干式变压器。
电力变压器可以按绕组耦合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。但是，这种分类还不足以表达变压器的全部特征，所以在变压器型号中除要把分类特征表达出来外，还需标记其额定容量和高压绕组额定电压等级。图1是电力变压器产品型号的表示方法。
一些新型的特殊结构的配电变压器，如非晶态合金铁芯、卷绕式铁芯和密封式桶皮变压器，在型号中分别加以HR 和M 表示。
图1 电力变压器产品型号表示法
例如：SFZ —10000/110表示三相自然循环风冷有载调压，额定容量为10000kVA ，高压绕组额定电压110kV 电力变压器。
S9—160/10 表示三相油浸自冷式，额定容量160kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
SC8—315/10表示三相干式浇注绝缘，额定容量315kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
S11—M(R)—100/10表示三相油浸自冷式，卷绕式铁芯(圆截面) ，密封式，额定容量100kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
SH11—M —50/10表示三相油浸自冷式，非晶态合金铁芯，密封式，额定容量50kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
1.2 电力变压器技术性能参数
变压器的技术参数一般都标在铭牌上。按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名(包括国名) 、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。需要标出的技术数据如下：
①一般情况下需标注项目：
相数(单相、三相) 额定容量(kVA或MVA) 额定频率(Hz)
各绕组额定电压(V或kV) 各绕组额定电流(A)
联结组标号，绕组联结示意图 额定电流下的阻抗电压 冷却方式 使用条件 总重量(kg或t) 绝缘油重量(kg或t)
②某些情况下还需标注的项目： 绝缘的温度等级 温升 联结图 绝缘水平 空载电流
空载损耗和负载损耗(W或kW) (1) 相数和额定频率：
变压器分单相和三相两种。一般均制成三相变压器以满足变配电设备的要求，小型配电变压器有制成单相的，特大型变压器由于运输条件限制，做成单相后组成三相变压器组。
变压器额定频率是所设计的运行频率，我国为50Hz 。 (2) 额定电压、额定电压组合和额定电压比 ①额定电压：
变压器的主要作用就是改变电压，因此额定电压是重要参数之一。变压器的额定电压与连接的线路电压应相符，我国线路电压等级为：0.22、0.38、3、6、10、(20)、35、63、110、220、330、500kV 。
线路电压等级是线路终端的电压值，因此连接线路终端变压器一次侧的额定电压与上列数值相同。线路始端(电源端) 电压考虑了线路的压降，将高于上列等级电压。35kV 以下电压等级的始端电压比电压等级要高5%，35kV 及以上的要高10%，因此变压器的额定电压也相应提高。线路始端电压值为：0.23、0.4、3.15、6.3、10.5、(21)、38.5、69、121、242、363、550kV 。
变压器产品系列是以变压器高压侧电压等级而分的，现行电力变压器的系列分为：10kV 及以下、20kV 、35kV 、63kV 、110kV 和220kV 系列等。
额定电压是指线电压，且均以有效值表示。但组成三相组的单相变压器，如绕组为Y 形联结，则绕组的额定电压以线电压
。
变压器应能在105%的额定电压下输出额定电流，因在5%过电压下引起空载损耗增加，而使温升的增长可略去不计。对于特殊的使用条件下(如变压器的有功功率可反向流通) 可在不超过110%的额定电压下运行。此时变压器铁芯的磁通密度选取值要偏低，以防止过励磁。
②额定电压组合：
表示，如
变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指施加的或空载时产生的电压。空载时，某一绕组施加额定电压，则变压器其他绕组同时产生额定电压。绕组之间额定电压组合是有规定的。
③额定电压比：
额定电压比是指高压绕组与低压绕组的额定电压之比，用K 表示，所以额定电压比K 均大于1。
(3) 额定容量：
变压器的主要作用是传输电能，因此额定容量是它的主要参数。它是视在功率的标定值，表示传输电能能力的大小。
我国现行变压器的额定容量等级是
数，具体的容量等级见表1。
表1 现行变压器容量等级(kVA)
倍数增加的优先系数，称为R10系
变压器额定容量大小与电压等级也是密切相关的，电压低、容量大时电流大，损耗增大；电压高、容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大。因此，变压器额定容量与电压等级要有合理的匹配。一般额定容量与电压等级的关系如表2所示。
表2 电力变压器高压电压等级与容量的关系
(4) 额定电流：
变压器的额定电流是额定容量除以额定电压及相应的相系数(单相为1，三相为
) 而算得出(入) 线端的电流。额定电流是指线电流。
单相变压器额定电流为： I e =Se /Ue
I e ——分别为一、二次额定电流 S e ——额定容量
U e ——分别为一、二次额定电压 三相变压器额定电流为：
三相变压器绕组为Y 联结时，线电流=绕组电流；D 联结时，线电流 绕组电流。
(5) 变压器绕组联结标号： ①绕组联结组：
变压器同一侧绕组是按照一定形式联结的。
单相变压器除绕组的内部联结外，没有绕组之间的联结，其联结符号用I 表示，见表3。
三相变压器或由单相变压器组成的三相变压器组，则可以联结为星形、三角形和曲折形等。星形联结是各相绕组的一端结成一个公共点(中性点) ，其他端子分别联结到相应的线端上，三角形联结是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处联结到相应的线端；曲折形联结的相绕组结成星形，但相绕组是由感应电压相位不同的两部分组成(不在同一铁芯心柱上) ，均见表3中联结图。
星形、三角形、曲折形联结，对于高压绕组分别用Y 、D 、Z 表示；对于低压绕组和中压绕组分别用y 、d 、z 表示。有中性点引出时则分别用YN 、ZN 和yn 、zn 表示。现行联结组表示法如表3所示。
表3 双绕组变压器常用联结组的特性
②绕组联结组标号：
变压器绕组联结后，不同侧间电压向量有角度差的相位移。以往采用线电压向量间的角度差表示相位移，新标准中是用一对绕组各相应端子与中性点(三角形联结为虚设的) 间的电压向量角度差表示相位移。
这种绕组间的相位移用时钟序数表示(图1.2) 。用分针表示高压线端与中性点间的电压相量，且指向定点0点；用时针表示低压线端与中性点间的电压相量，则时针所指的小时数就是绕组的联结组别。即联结组标号＝联结组+组别。
图2 相位差时钟序数表示法
单相双绕组变压器不同侧绕组的电压向量位移为0°或180°。但由于通常绕组的绕向相同、端子标志一致，所以电压向量极性相同，联结组仅为0。因此双绕组单相变压器实用的联结组标号为：I ，I0。
三相双绕组变压器一、二次电压相位角移为30°的倍数，所以有0、1、2……11共12种组别。也由于通常绕组的绕向相同，端子和相别标志一致，联结组别仅应用0和11两种。
根据国标GB1094.1～5《电力变压器》的规定，变压器绕组为星形联结时，标号为Y(高压绕组) 或y(低压绕组) ，中性点引出时，标号为YN 或yn ；绕组为三角形联结时，标号为D(高压绕组) 或d(低压绕组) ；绕组为曲折形联结并有中
性点引出时，标号为ZN 或zn 。我国的三相双绕组变压器标准实用的联结组标号为：Y ynO 、Y zn11、Y d11和D yn11。
(6) 调压范围(分接范围) ：
为了调整所需要的电压，变压器的绕组应具有分接抽头以改变电压比。在分接抽头中：主分接是与额定电压、额定电流和额定容量相对应的分接；分接级(调压级) 是相邻分接间以百分数表示的分接因数之差。
分接范围(调压范围) 是以最大、最小两个以百分数表示的分接因数与100相比的范围，如在[(100+a)～(100-b)]内，则分接范围为+a%、-b%。如果a=b，则分接范围为±a%。
一般情况下，在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独的调压绕组常套在最外面，引出分接头方便，其次高压侧电流小，引出的分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。因此，升压变压器在二次侧调压，磁通不变，为恒磁通调压；降压变压器在一次侧调压，磁通改变为变磁通调压。
变压器调压方式通常分为无励磁调压和有载调压两种方式；在二次侧不带负载，一次侧与电源断开时的调压为无励磁调压，在二次侧带负载下调压是有载调压。
一般10kV 及以下变压器均采用无励磁调压，调压范用为±5%。或±2×2.5%。变电所的主变压器或负载有特殊需要时，可采用有载调压方式。有载调压的分接开关结构复杂，价格高昂。
高压配电设备及其运行(连载)
北京地区电气规程汇编编写组 (100031)
【编者按】 随着城镇经济建设的发展和人民生活的不断提高，在农网建设改造的基础上，一些城镇为满足电网负荷的日益增长，陆续新建了变(配) 电所，投入了大量高压配电设备。为配合各地城乡电网做好高压配电设备(以10kV 为主) 的运行管理工作，本刊自本期起连续刊载关于高压配电设备的基本知识及运行要求的文章，内容包括：电力变压器、互感器、高压开关电器、电容器、避雷器、接地装置、电力线路、配电装置和电气设备的试验等，以满足广大农电工的需要。
1 电力变压器运行 1.1 概述
变压器是一种通过改变交流电压而传输电能的静止感应电器。它有一个共用的铁芯和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时，通过电磁感应作用改变电压(电流) ，在其余绕组上以同一频率、不同电压传输出交流电能。
电力变压器分为油浸式和干式两大类。目前，升压变压器、降压变压器、联络变压器和配电变压器均采用油浸式变压器。部分装在室内的配电变压器采用干式变压器。
电力变压器可以按绕组耦合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。但是，这种分类还不足以表达变压器的全部特征，所以在变压器型号中除要把分类特征表达出来外，还需标记其额定容量和高压绕组额定电压等级。图1是电力变压器产品型号的表示方法。
一些新型的特殊结构的配电变压器，如非晶态合金铁芯、卷绕式铁芯和密封式桶皮变压器，在型号中分别加以HR 和M 表示。
图1 电力变压器产品型号表示法
例如：SFZ —10000/110表示三相自然循环风冷有载调压，额定容量为10000kVA ，高压绕组额定电压110kV 电力变压器。
S9—160/10 表示三相油浸自冷式，额定容量160kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
SC8—315/10表示三相干式浇注绝缘，额定容量315kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
S11—M(R)—100/10表示三相油浸自冷式，卷绕式铁芯(圆截面) ，密封式，额定容量100kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
SH11—M —50/10表示三相油浸自冷式，非晶态合金铁芯，密封式，额定容量50kVA ，高压侧绕组额定电压为10kV 电力变压器。
1.2 电力变压器技术性能参数
变压器的技术参数一般都标在铭牌上。按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名(包括国名) 、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。需要标出的技术数据如下：
①一般情况下需标注项目：
相数(单相、三相) 额定容量(kVA或MVA) 额定频率(Hz)
各绕组额定电压(V或kV) 各绕组额定电流(A)
联结组标号，绕组联结示意图 额定电流下的阻抗电压 冷却方式 使用条件 总重量(kg或t) 绝缘油重量(kg或t)
②某些情况下还需标注的项目： 绝缘的温度等级 温升 联结图 绝缘水平 空载电流
空载损耗和负载损耗(W或kW) (1) 相数和额定频率：
变压器分单相和三相两种。一般均制成三相变压器以满足变配电设备的要求，小型配电变压器有制成单相的，特大型变压器由于运输条件限制，做成单相后组成三相变压器组。
变压器额定频率是所设计的运行频率，我国为50Hz 。 (2) 额定电压、额定电压组合和额定电压比 ①额定电压：
变压器的主要作用就是改变电压，因此额定电压是重要参数之一。变压器的额定电压与连接的线路电压应相符，我国线路电压等级为：0.22、0.38、3、6、10、(20)、35、63、110、220、330、500kV 。
线路电压等级是线路终端的电压值，因此连接线路终端变压器一次侧的额定电压与上列数值相同。线路始端(电源端) 电压考虑了线路的压降，将高于上列等级电压。35kV 以下电压等级的始端电压比电压等级要高5%，35kV 及以上的要高10%，因此变压器的额定电压也相应提高。线路始端电压值为：0.23、0.4、3.15、6.3、10.5、(21)、38.5、69、121、242、363、550kV 。
变压器产品系列是以变压器高压侧电压等级而分的，现行电力变压器的系列分为：10kV 及以下、20kV 、35kV 、63kV 、110kV 和220kV 系列等。
额定电压是指线电压，且均以有效值表示。但组成三相组的单相变压器，如绕组为Y 形联结，则绕组的额定电压以线电压
。
变压器应能在105%的额定电压下输出额定电流，因在5%过电压下引起空载损耗增加，而使温升的增长可略去不计。对于特殊的使用条件下(如变压器的有功功率可反向流通) 可在不超过110%的额定电压下运行。此时变压器铁芯的磁通密度选取值要偏低，以防止过励磁。
②额定电压组合：
表示，如
变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指施加的或空载时产生的电压。空载时，某一绕组施加额定电压，则变压器其他绕组同时产生额定电压。绕组之间额定电压组合是有规定的。
③额定电压比：
额定电压比是指高压绕组与低压绕组的额定电压之比，用K 表示，所以额定电压比K 均大于1。
(3) 额定容量：
变压器的主要作用是传输电能，因此额定容量是它的主要参数。它是视在功率的标定值，表示传输电能能力的大小。
我国现行变压器的额定容量等级是
数，具体的容量等级见表1。
表1 现行变压器容量等级(kVA)
倍数增加的优先系数，称为R10系
变压器额定容量大小与电压等级也是密切相关的，电压低、容量大时电流大，损耗增大；电压高、容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大。因此，变压器额定容量与电压等级要有合理的匹配。一般额定容量与电压等级的关系如表2所示。
表2 电力变压器高压电压等级与容量的关系
(4) 额定电流：
变压器的额定电流是额定容量除以额定电压及相应的相系数(单相为1，三相为
) 而算得出(入) 线端的电流。额定电流是指线电流。
单相变压器额定电流为： I e =Se /Ue
I e ——分别为一、二次额定电流 S e ——额定容量
U e ——分别为一、二次额定电压 三相变压器额定电流为：
三相变压器绕组为Y 联结时，线电流=绕组电流；D 联结时，线电流 绕组电流。
(5) 变压器绕组联结标号： ①绕组联结组：
变压器同一侧绕组是按照一定形式联结的。
单相变压器除绕组的内部联结外，没有绕组之间的联结，其联结符号用I 表示，见表3。
三相变压器或由单相变压器组成的三相变压器组，则可以联结为星形、三角形和曲折形等。星形联结是各相绕组的一端结成一个公共点(中性点) ，其他端子分别联结到相应的线端上，三角形联结是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处联结到相应的线端；曲折形联结的相绕组结成星形，但相绕组是由感应电压相位不同的两部分组成(不在同一铁芯心柱上) ，均见表3中联结图。
星形、三角形、曲折形联结，对于高压绕组分别用Y 、D 、Z 表示；对于低压绕组和中压绕组分别用y 、d 、z 表示。有中性点引出时则分别用YN 、ZN 和yn 、zn 表示。现行联结组表示法如表3所示。
表3 双绕组变压器常用联结组的特性
②绕组联结组标号：
变压器绕组联结后，不同侧间电压向量有角度差的相位移。以往采用线电压向量间的角度差表示相位移，新标准中是用一对绕组各相应端子与中性点(三角形联结为虚设的) 间的电压向量角度差表示相位移。
这种绕组间的相位移用时钟序数表示(图1.2) 。用分针表示高压线端与中性点间的电压相量，且指向定点0点；用时针表示低压线端与中性点间的电压相量，则时针所指的小时数就是绕组的联结组别。即联结组标号＝联结组+组别。
图2 相位差时钟序数表示法
单相双绕组变压器不同侧绕组的电压向量位移为0°或180°。但由于通常绕组的绕向相同、端子标志一致，所以电压向量极性相同，联结组仅为0。因此双绕组单相变压器实用的联结组标号为：I ，I0。
三相双绕组变压器一、二次电压相位角移为30°的倍数，所以有0、1、2……11共12种组别。也由于通常绕组的绕向相同，端子和相别标志一致，联结组别仅应用0和11两种。
根据国标GB1094.1～5《电力变压器》的规定，变压器绕组为星形联结时，标号为Y(高压绕组) 或y(低压绕组) ，中性点引出时，标号为YN 或yn ；绕组为三角形联结时，标号为D(高压绕组) 或d(低压绕组) ；绕组为曲折形联结并有中
性点引出时，标号为ZN 或zn 。我国的三相双绕组变压器标准实用的联结组标号为：Y ynO 、Y zn11、Y d11和D yn11。
(6) 调压范围(分接范围) ：
为了调整所需要的电压，变压器的绕组应具有分接抽头以改变电压比。在分接抽头中：主分接是与额定电压、额定电流和额定容量相对应的分接；分接级(调压级) 是相邻分接间以百分数表示的分接因数之差。
分接范围(调压范围) 是以最大、最小两个以百分数表示的分接因数与100相比的范围，如在[(100+a)～(100-b)]内，则分接范围为+a%、-b%。如果a=b，则分接范围为±a%。
一般情况下，在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独的调压绕组常套在最外面，引出分接头方便，其次高压侧电流小，引出的分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。因此，升压变压器在二次侧调压，磁通不变，为恒磁通调压；降压变压器在一次侧调压，磁通改变为变磁通调压。
变压器调压方式通常分为无励磁调压和有载调压两种方式；在二次侧不带负载，一次侧与电源断开时的调压为无励磁调压，在二次侧带负载下调压是有载调压。
一般10kV 及以下变压器均采用无励磁调压，调压范用为±5%。或±2×2.5%。变电所的主变压器或负载有特殊需要时，可采用有载调压方式。有载调压的分接开关结构复杂，价格高昂。