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1、33kV系统知识培训,制作人：邓美玉,目录,第一章 AC33KV环网供电系统知识,接线方式：33kV侧均采用了单母线分段的接线形式,根据每条地铁线路车站变电所数量进行分区供电,配置适当数量的馈出断路器。保护方式：导引线差动保护作为主保护,延时过电流保护作为后备保护。（如五号线33KV环网部分图）,五号线33KV环网部分图,返回,第二章 AC33kV电力电缆,AC33kV电力电缆结构原理AC33kV电力电缆保护原理AC33kV电力电缆试验原理,返回,一、电力电缆结构原理,广州地铁33kV交联聚乙烯绝缘电缆主要由线芯，绝缘，外护套等结构组成，具体见下图。,返回,一、电力电缆结构原理,返回,二、电力
2、电缆保护原理,1金属屏蔽金属屏蔽的作用：1.1形成工作电场的低压电极，当局部有毛刺时也会形成电场强度很大的情况，因此，也要力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺1.2提供电容电流及故障电流的通路，因此也有一定的截面要求2.半导电屏蔽层半导电屏蔽层是中高压电缆采用的一项改善金属电极表面电场分布，同时提高绝缘表面耐电强度的重要技术措施。其特点有：2.1首先代替导体形成了光滑圆整的表面，大大改善了表面电场分布2.2同时，能与绝缘紧密接触，克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点，而把气隙屏蔽在工作场强外。,返回,二、电力电缆保护原理,3.绝缘绝缘是将高电压电极与地电极可靠隔离的关键结构，其特点有：
3、3.1承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度及长期稳定性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分3.2能耐受发热导体的热作用而保持应有的耐电强度。电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定，从生产到运行，绝大部分试验项目都是针对监测绝缘的各种性能为目的的。4.防水层防水型电缆应具有径向阻水的防水层。电缆采用铝塑复合材料进行径向防水，使电缆能进一步防止水分渗入。5. 防鼠铠装层电缆敷设在隧道或电缆沟内，为了防止老鼠等动物对电缆进行破坏，所以根据设计要求采用一层防鼠铠装来进行防护，一般采用铜铠或刚铠材料，厚度约0.12mm.6.护套层护层是保护绝缘和整个电缆正常可靠工作的重要保证。针对各种
4、环境使用条件设计有相应的护层结构（纵向，径向的外力作用）防水，防火，防腐蚀，防生物等组合。,返回,三、电力电缆试验原理,为了对电力电缆的性能质量进行监测，从研究设计及生产，到安装以及投入运行后，都制定了相应的检测项目，根据检测目的可以分成如下几类试验：电缆出厂前由制造部门完成的试验分为：a 型式试验b.抽样试验，主要目的是验证生产过程中产品的关键性能是否符合设计要求。一般是定期定量（一般为10%）做，也多为破坏性的，c.例行试验，也称为出厂试验d.交接试验e.预防性试验1. 绝缘电阻测试（如右图）,绝缘电阻测试图,返回,三、电力电缆试验原理,2. 交流耐压试验交流耐压试验可选用工频耐压试验设备
5、、工频串联谐振耐压试验设备或变频串联谐振耐压试验设备，设备电压及容量由所试电缆的情况确定。2.1 工频耐压试验设备：试验变压器：额定电流In大于试品所需电流IX（估算公式为IX=UC）；高压侧额定电压Un应大于大于试验所需电压的1.2倍。,工频耐压试验接线图,返回,三、电力电缆试验原理,2.2 工频串联联谐振耐压设备：串联电抗器：耐压应高于试验电压Ux （kV）；电感量应近似等于和额定电流应近似等于UC。试验变压器： 额定电流In大于试品所需电流IX（估算公式为IX=UC）；容量和高压侧额定电压Un可用下式估算SIXUX/Q（kVA）（完全补偿时）Un=S/In（kV）（非完全补偿时）Sn=U
6、nIn（kVA）其中Q为电抗器的品质因数。调压器：容量与试验变压器匹配。,工频串联谐振耐压试验接线图,返回,三、电力电缆试验原理,2.3 变频串联谐振耐压试验设备：串联电抗器：耐压应高于试验电压Ux （kV）；电感量和额定电流估算同工频串联谐振。试验变压器： 额定电流In大于试品所需电流IX（估算公式同并联谐振）；容量和高压侧额定电压Un可用下式估算SIXUX/Q（kVA）Un=S/In（kV）调压器：容量与试验变压器匹配。,变频串联谐振耐压试验接线图,返回,第三章 AC33kVGIS系统,AC33kV GIS结构原理AC33kV真空断路器结构原理AC33kV三工位隔离开关结构原理AC33kV
7、系统测控、保护原理AC33kV母联备自投原理AC33kV GIS试验原理,返回,一、AC33kVGIS结构原理,一般33KVGIS的结构原理如图，断路器一般采用立式，隔离开关不能和常规式隔离开关一样，做成刀闸式的，而要做成动、静触头部是圆柱体，能互相插入式的结构。,1.就地控制柜2.断路器操作机构3.电压互感器4.快速接地开关5.线路隔离 / 接地 组合开关6.电缆终端筒7.电缆终端头8.电流互感器9.灭弧室10.母线隔离 / 接地组合开关,33KVGIS结构原理,返回,二、AC33kV真空断路器结构原理,1.真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，
8、是利用高真空作绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点 上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发,1.灭弧室2.电流互感器3.隔离绝缘子4.操作机构,，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。,返回,二、AC33kV真空断路器结构原理,2.真空断路器灭弧室原理：（1）外壳： 整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封
9、要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。（2）波纹管： 波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距（3）屏蔽罩： 触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。1动触杆 2波纹管 3外壳 4动触头 5屏蔽罩 6静触头,真空断路器灭弧室原理图,返回,二、AC33kV真空断路器结构原理,3.真空断路器的操动机构：操作机构箱通过一个可拆卸的前板进行封闭
10、。 前板上有用于控制部件与指示器的开孔。操作机构箱可容纳操作断路器所需的所有部件。断路器可通过电气方式进行合闸，或使用 ON 按钮以机械方式进行合闸。操作动力通过一个操作连杆机构被传输到真空灭弧室。 合闸弹簧在合闸之后立即由电机进行重新储能。如果电机电源出现故障，则可手动将合闸弹簧进行储能。 为此，在可拆卸前板上提供了一个用于从后面连接手动曲柄的开孔。 弹簧储能状况可从指示器上读出。,真空断路器的操动机构,返回,三、AC33kV三工位隔离开关结构原理,所谓三工位是指三个工作位置：1隔离开关主断口接通的合闸位置，2主断口分开的隔离位置，3接地侧的接地位置。三工位开关其实就是整合了隔离开关和接地开
11、关两者的功能，并由一把刀来完成，这样就可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀，因为一把刀只能在一个位置，而不象传统的隔离开关，主刀是主刀，地刀是地刀，两把刀之间就可能出误操作。而三工位隔离开关用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一时刻是唯一的，不是在主闸合闸位置，就是在隔离位置或接地位置。传统的GIS中，隔离开关和接地开关是两个功能单元，使用电气联锁进行控制，现在最新设计就是使用三工位隔离开关，避免了误操作的可能性。,1.动触头2.隔离开关静触头3.接地开关静触头4.隔离绝缘子5.伸缩节,三工位隔离开关,返回,四、AC33kV系统测控、保护原理,33KVGIS主要采用差动保护和延时过电流保护，通
12、过分流器获取系统电流信息，并显示到REL551、REF542显示模块，对其进行保护。,REL551、REF542显示模块,返回,进线101A开关柜,相间小母线、端子排X2、X3,端子排X1,三工位隔离开关操作机构,断路器操作机构,差动保护REL551,各回路电源开关,端子排X4,闭锁、联跳线,保护测控单元（REF542）,REF542显示屏,相间小母线、端子排X2、X3,端子排X1,三工位隔离开关操作机构,断路器操作机构,差动保护REL551,各回路电源开关,端子排X4,闭锁、联跳线,REF542显示屏,返回,五、 AC33kV母联备自投原理,母联备自投用于两路电源的自动快速互投。一般用在双电
13、源系统中，两台进线电源柜供电时母联不投入，在一路电源进线停电时分断，并可自动投入母联开关，实现让一路电源带系统的所有设备。备自投动作过程为，两路进线开关柜中，当检测到本侧电源失压，备自投保护启动跳本侧开关，确认本侧开关跳开后，同时检测两侧电源进线侧电压，则合母联开关。备自投保护必须在充电完成后才能动作，而充电完成的条件就包括母联开关处于工作位置、处于分闸位置、两侧至少一侧进线开关有电且进线开关处于合位。,双端供电环网图,返回,六、AC33kV GIS试验原理,1.主回路的绝缘试验主回路绝缘试验包括主回路的工频耐压试验和局部放电试验。1）、主回路的工频耐压试验技术要求：GIS设备断口、相间及对地
14、的所有状态能够耐受标准规定的工频试验电压并保持1min，无闪络或击穿。试验程序：GIS的工频电压试验在对地、相间和开关装置的断口间进行。试验时SF6气体压力为各气室最低功能压力。对每一试验状态，将试验电压升高到试验要求值并保持1min。开关装置各个断口进行试验的具体步骤按工厂下发的设计文件主回路工频耐压及局放试验方案进行。2）、局部放电试验技术要求：在标准规定的测量电压下，局部放电量不超过10pC。试验程序：局部放电试验一般在主回路耐压试验完成后进行，断路器和隔离开关处于合闸状态，接地开关分闸。R、Y、B三极分别施加工频试验电压，将外施工频电压升高到标准规定的预加电压值，并保持在该值1min。
15、在这个电压值下出现的局部放电不予考虑。然后，电压降到测量电压值，在这个电压值下进行局放量的测量。局放试验的具体要求按主回路工频耐压及局放试验方案进行。,返回,六、AC33kV GIS试验原理,2.辅助回路的绝缘试验试验要求及方法与出厂试验相同。补充内容：绝缘试验应对新的接线实施。如果接线已经取掉或者回路中包含有电子装置，这些回路不必进行试验。 3.主回路电阻测量 试验方法：直流压降法试验电流及技术要求：标准要求取50A到额定电流之间的任一方便值。新加坡工程要求试验电流为直流500A。依据工厂设计文件主回路电阻测量方案的要求，闭合待测回路上的断路器、隔离开关和接地开关，去除接地开关端子上的接地板
16、，在每一测试区间施加500A直流电流，测试结果不超过设计计算值的1.2倍。试验线路图及试验设备：,回路电阻测量原理图,返回,六、AC33kV GIS试验原理,试验中应注意的问题：a. 试验可以在SF6气体中或空气中进行，不允许在真空状态下进行。b. 电流注入点一般在接地开关端子处，应避免与电压测量点重合。 c. 对于双母线设备，在测量时要注意开关状态，避免出现分流现象，影响测量结果的准确性。4.密封性试验试验方法：局部包扎法。在正常的周围空气温度下，各气室充以额定压力的SF6气体，用塑料薄膜包扎各密封面，边缘用胶带粘贴密封。塑料薄膜与被试品应保持一定的间隙。包扎24小时后，用SF6检漏仪测量包
17、容区的气体浓度，一般视试品大小测试26点。判断产品年漏气率不超过允许漏气率的规定值（ 1%ppm）。5.空气系统的泄漏试验 给断路器储气罐充气到额定压力（1.5Mpa）后，关闭供气阀。保持24h，检查气压下降率为10%/24h。,返回,六、AC33kV GIS试验原理,6.机械操作试验 进行操作试验是为了保证开关装置满足规定的操作条件且机械联锁工作正常。GIS的开关装置按照它们相关的标准进行机械出厂试验。应该特别验证开关装置在它们操动机构的电源电压和操作压力规定的范围内能够正确地合闸和分闸。7.CT安装后的复检 极性测试：互感器一次与二次绕组出线端子字母标志要正确、清晰，互感器一次与二次绕组之
18、间的极性为减极性。 试验方法：用干电池的正极接在一次绕组的P1端，负极接在一次绕组的P2端；直流电流表的正极接在二次绕组的S1端，负极接在S2端。接通电源的瞬间，电流表向顺时针方向摆动，则互感器为减极性。,CT极性性测量原理图,返回,六、AC33kV GIS试验原理,8.各气室SF6气体水分含量测定各气室充入额定压力的SF6气体，静置48小时后，测量各气室SF6气体水分含量，断路器气室150ppm，其它气室250ppm。测试设备：水份含量测试仪9. SF6密度计和空气压力表的校验SF6密度计在进厂后，进行精度及动作示值测试。用一块经过校验的高等级的密度计作为标准表，经过示值比对，对待试密度计进
19、行精度校验。用万用表测试各接点动作和复位值符合密度计示值要求。,返回,第四章 干式变压器,干式变压器结构原理干式变压器试验原理干式变压器保护原理,返回,一、干式变压器结构原理,1.高压绕组 高压绕组的表面无积尘、无破损、无烧伤、无锈蚀，高压绕组安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固，绕组抽头端子无烧伤、无锈蚀、无破损，绝缘良好，垫块外观干净，安装固定牢固无位移；,动力变高压绕组与进线冷缩头,返回,一、干式变压器结构原理,2.低压绕组 低压绕组的表面无积尘、无破损、无烧伤、无锈蚀，低压绕组安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固，垫块外观干净，安装固定牢固无位移；3.铁芯 铁芯的表面无积尘、无破损、无
20、烧伤、无锈蚀，铁芯安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固，下铁轭与底座的安装固定牢固，螺栓、连接端子紧固；4.散热风扇 散热风扇的表面无积尘、无破损，安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固；5.母排 母排的表面无积尘、无破损、无烧伤、无锈蚀，安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固；6.高压进线冷缩头 高压进线冷缩头的表面无积尘、无破损、无烧伤、无锈蚀，安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固，冷缩头、接地线/屏蔽线端绑扎牢固；7.软连接/软母线 软连接/软母线的表面无积尘、无破损、无烧伤、无锈蚀，安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固，软连接无散股、断股；8.转接铜排 转接铜排的表面无积尘、无破损、无烧伤
21、、无锈蚀，安装固定牢固，连接螺栓、连接端子紧固；,返回,二、干式变压器试验原理,1.绝缘电阻测试及方法:用来确定绝缘的质量状态及发现生产中可能出现的局部和整体缺陷并作为产品是否可以继续进行绝缘强度试验的一个辅助判断手段。同时向用户提供产品出厂前的绝缘特性实测数据，用户由此可以对比运输、安装、运行中由于吸潮、老化及其他原因引起的绝缘劣化，使变压器的绝缘事故防患于未然，从而获得在维护上有价值的历史资料。高低压侧绝缘电阻测试接线图如下：,返回,二、干式变压器试验原理,2.直流电阻测试测量目的：1）绕组导线连接处的焊接和机械连接是否良好2）引线与套管、引线与分接开关的连接是否良好3）引线与引线的焊接和
22、机械连接是否良好4）导线的规格、电阻率是否符合要求5）各相绕组的电阻是否平衡6）变压器绕组的温升是根据绕组在温升试验前的冷态电阻和温升试验后断开电源瞬间的热态电阻计算得到的。,返回,二、干式变压器试验原理,测量方法:变压器直流电阻测量按JB/T501-91标准有两种测量方法，电桥法和伏、安法(变压器直流电阻测试仪) 试验仪器应使用精度为0.2级以上的直流电阻测试仪，根据变压器容量大小及电阻大小，选用适当的电流档测量所有绕组的直流电阻。有分接绕组应测量所有分接直流电阻。对有中性点引出的绕组应测量其相电阻，无中性点引出的测量线电阻。,快测仪内部原理图,返回,二、干式变压器试验原理,3.变比测试1）
23、、测量目的：电压比测量的目的：保证绕组各个分接的电压比在标准或合同技术要求的电压比范围内。确定并联线圈或并联线段（例如分接线段）的匝数相同。判定绕组各个分接的引线和分接开关的连线是否正确。2）、测量方法：双电压表法：一般从高压侧输入适当幅值单相电压分别测量高低压电压，并计算变比K=U1/U2,与标准变比的偏差。使用仪表应采用0.1级高内阻的数字电压表。连接组标号测量采用三相电源，在高压侧施加适当幅值三相电压（一般取380V）。高、低压任一相同名端相连接，分别测量高低压各个端子间的电压，作出矢量图判断出连机组标号。 变比电桥法：标准电压互感器式电压比电桥、电阻分压器式电压比电桥。变比电桥精度0.
24、1级，同时电桥应具备连接组标号测量功能。 试验时应注意接线是否正确，接触是否良好。三绕组变压器测量高-中、高-低、中-低压间各个分接的变压比，双绕组变压器测量高-低压间各个分接的变压比。,返回,二、干式变压器试验原理,3）、操作方法联线：关掉仪器的电源开关，仪器的A、B、C接变压器的高压端，小a、b、c接低压端。如图14所示：,返回,二、干式变压器试验原理,4.绕组泄漏电流测试试验目的： 测量绝缘体的直流泄漏电流与测量绝缘电阻的原理基本相同。不同之处是：直流泄漏试验的电压一般比兆欧表电压高，并可任意调节兆欧表则不然，因而它比兆欧表发现缺陷的有效性高，能灵敏地反映瓷质绝缘的裂纹、夹层绝缘的内部受
25、潮及局部松散断裂、绝缘油劣化、绝缘的沿面炭化等。,返回,二、干式变压器试验原理,绕组泄漏电流测量方法：当直流电压加于被试设备时，其充电电流（几何电流和吸收电流）随时间的增加而逐渐衰减至零，而泄漏电流保持不变。故微安表在加压一定时间后其指示数值趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似等于漏导电流即泄漏电流。 对于良好的绝缘，其漏导电流与外加电压的关系曲线应为一直线。但是实际上的漏导电流与外加电压的关系曲线仅在一定的电压范围内才是近似直线，如图19中的OA段。若超过此范围后，离子活动加剧，此时电流的增加要比电压增加快得多，如AB段，到B点后，如果电压继续再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以致绝
26、缘被破坏，发生击穿。,伏安特性,返回,二、干式变压器试验原理,5.介质损耗因数测试试验目的：测量tg是一种使用较多而且对判断绝缘较为有效的方法，通过测量tg可以反映出绝缘的一系列缺陷，如绝缘受潮、油或浸渍物脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等。,正反接法接线图,对角线接线图,返回,三、干式变压器保护原理,直接与变压器有关的也就是温度保护。因为干式变压器没有油，所以没有压力，气体和油位保护。1.差动保护1）、差动速断保护差动速断保护在对象发生严重内部故障时，能够快速动作，动作判据如下：IdICDSD2）、比率差动保护 比率差动保护在对象发生轻微内部故障时，能够快速动作，动作判据如下：,比率差动保护特性曲线,返回,三、干式变压器保护原理,2.反时限过流保护根据国际电工委员会(IEC255)和英国标准规范(BS142)的规定，本装置采用下列三个标准特性方程，供用户选择使用；(1) 一般反时限：(2) 非常反时限：(3) 极端反时限：式中：Ip为电流基准值，通常取最后一段过流定值；tp为时间系数，通常取最后一段过流时限；以上三种反时限特性可由用户通过对反时限特性类型号定值“FSXTX”的整定来选择使用 （1为一般反时限、2为非常反时限、3为极端反时限）。保护框图中A为上式中的分子，a为上式中分母中的指数。,返回,
