1.3　变电站其他设备

1.3.1　避雷器

避雷器的作用是用来保护电力系统中各种电气设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的设备。当雷击到线路上时，产生雷电波，会沿着线路行进，侵入到发电厂、变电站的一次设备上，形成雷电侵入波。当雷电侵入波幅值超过电气设备的冲击耐压水平，电气设备绝缘就有损坏的风险。在变电站的进、出线端安装避雷器是限制侵入雷电波过电压的主要措施。

避雷器连接在线路和大地之间，通常与被保护设备并联。当设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使线路正常工作。

1.3.1.1　类别

避雷器的主要类型有管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等。其中氧化锌避雷器主要利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。氧化锌避雷器与传统避雷器相比没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。

1.3.1.2　检修基本要求

每年雨季到来之前，必须对避雷器进行一次预防性试验，发现质量不良或外表有明显缺陷时才进行检修。

1.3.2　并联电容器

电容器与电网中的负荷并联，用于提高功率因数，调整电网电压，降低线路损耗以充分发挥发电、供电和用电设备的利用率，提高供电质量。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供的和由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。

1.3.2.1　基本结构

单相并联电容器主要由芯子、外壳和出线结构等部分组成。电容芯子用金属箔（作为极板）与绝缘纸或塑料薄膜叠起来一起卷绕，并经若干元件、绝缘件和紧固件经过压装而构成。电容极板的引线经串、并联后引至出线瓷套管下端的出线连接片。电容器的金属外壳内充以绝缘介质油。

1.3.2.2　检修基本要求

集合式的并联电容器主要有两种类型：一种是坚固化产品；另一种是带有油枕和呼吸器的。对于坚固化产品，一般一次性用完，不考虑大修。带有呼吸器和油枕的，内部小单元电容器是密封件，不能打开修理，当大油箱出现故障时，可以像变压器吊芯一样检修。

1.3.3　干式并联电抗器

电抗器是电路中用于限流、稳流、无功补偿及移相等的一种电感元件。并联电抗器一般接在线路的末端和地之间，其作用主要有以下几点：①超高压输电线路一般距离较远，可达数百公里，由于线路采用分裂导线，线路的相间和对地电容均很大，大容量容性功率通过系统感性元件时，末端电压将要升高，在超高压输电线路上接入并联电抗器后，可明显降低电压升高；②当开断带有并联电抗器的空载线路时，并联电抗器可以降低断路器断口发生重燃的可能性，从而降低操作过电压；③避免发电机带空载长线路出现自励磁过电压；④有利于单相重合闸。

并联电抗器外壳结构可分为钟罩式和平顶式两种。钟罩式电抗器外壳与底部用螺栓连接，现场检修时只需拆除底部螺栓，吊起钟罩即可。平顶式外壳多半全部焊成密封结构，现场检修时必须割开焊缝，施工较为困难。

1.3.4　串联补偿装置

在长距离输电线路中，线路电感对输电的影响较大。此时将电容器与线路电感串联在一起，电容器的电压滞后电流90°，电感的电压超前电流90°，则电容电压就与电感电压正好反向，可以互相抵消。当串联电容器的容抗与线路电感的感抗刚好相等时，线路电感的电压就与电容电压完全抵消，电网的输电能力大大提高，电压稳定性也大大提高。

串联电容器只能应用在高压系统中，在低压系统中由于电流太大无法应用。串联电容器用于补偿线路电感的无功电压，而不是补偿无功电流，因此，不管线路中有没有无功电流，串联电容器都可以起到补偿作用。串联电容器所提供的补偿量与线路电流的平方成正比，与线路的电压无关。

1.3.5　母线及绝缘子

1.3.5.1　母线

在电力系统中，母线将配电装置中的各个载流分支回路连接在一起，起着汇集、分配和传送电能的作用，如图1.21所示。

母线按外形和结构大致分为以下类型：

（1）硬母线。包括矩形母线、圆形母线、管形母线等。

（2）软母线。包括铝绞线、铜绞线、钢芯铝绞线、扩径空心导线等。

（3）封闭母线。包括共箱母线、分相母线等。

母线的相序排列需按照要求进行，要特别注意多段母线的连接、母线与变压器的连接相序应正确。当设计无规定时应符合下列规定：

（1）上、下布置的交流母线，由上到下排列为A、B、C相；直流母线正极在上，负极在下。

（2）水平布置的交流母线，由盘后向盘面排列A、B、C相；直流母线正极在后，负极在前。

（3）引下线的交流母线，由左到右排列为A、B、C相；直流母线正极在左，负极在前右。

硬母线安装后，应进行油漆着色，主要是为了便于识别相序、防锈蚀和增加美观和散热能力。母线油漆颜色应符合以下规定：

（1）三相交流母线，A相——黄色，B相——绿色，C相——红色。

（2）单相交流母线，从三相母线分支来的应与引出相颜色相同。

（3）直流母线，正极——赭色，负极——蓝色。

1.3.5.2　绝缘子

绝缘子适用于变电站配电装置及电气设备中，作为导电部分的绝缘、支持及悬挂。

绝缘子根据结构可分为支柱绝缘子、悬式绝缘子。支柱绝缘子作为导体支柱用，如图1.22所示；悬式绝缘子作为导体的悬挂，主要应用在户外配电装置和架空线路上，如图1.23所示。

1.3.6　穿墙套管

穿墙瓷套管用于电站和变电所配电装置及高压电器，供导线穿过接地隔板、墙壁或电气设备外壳，支持导电部分使之对地或外壳绝缘。穿墙瓷套管及其结构如图1.24和图1.25所示。

穿墙瓷套管按其使用环境可分为户内和户外穿墙瓷套管。按穿过其中心的导体不同可分为母线穿墙瓷套管、铜导体穿墙瓷套管和铝导体穿墙瓷套管。

户内、户外穿墙瓷套管是由瓷件、导电杆、两端金属附件及安装法兰装配而成。母线穿墙瓷套管是由瓷件、两端金属附件、母线夹板及安装法兰装配而成，母线夹板通常由用户按母线尺寸自配。

1.3.7　消弧线圈

消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈，如图1.26所示。消弧线圈接于变压器的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。

电力系统输电线路经消弧线圈接地为小电流接地系统的一种。正常运行时，消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地故障迅速消除而不致引起过电压。

消弧线圈按照阻抗调节原理可分为调气隙式、调匝式、调容式、调可控硅式、偏磁式等。

1.3.8　阻波器

阻波器是载波通信及高频保护不可缺少的高频通信元件，它阻止高频电流向其他分支泄漏，起减少高频能量损耗的作用。在高频保护中，当线路故障时，高频信号消失，高频保护无时限启动，立即切除故障。阻波器如图1.27所示。

阻波器一般由主线圈、调谐装置和保护装置三部分组成。

（1）主线圈。阻波器为单层或多层开放型结构，主线圈用裸铝扁导线绕制，线匝由玻璃钢垫块和撑条支持，经浸漆处理，整体性强，结构轻巧，适用于10～330k V线路，同时满足短路电流的要求，并可直接安装在耦合电容器上。

（2）调谐装置。该装置主要由电容器、电感、电阻构成，它与主线圈构成谐振回路，对高频信号起阻塞作用。电容器均采用特别研制的高频聚苯乙烯介质，其绝缘配合安全裕度远高于IEC标准。

（3）保护装置。保护装置采用专为阻波器研制的带串联间隙的氧化锌避雷器，将阻波器所受的雷电过电压及操作过电压限制在一定的范围之内，用以保护调谐装置和主线圈。

1.3.9　耦合电容器

耦合电容器是电力系统高频通道中的重要设备，是用来在电力网络中传递信号的电容器，主要用于工频高压及超高压交流输电线路中，以实现载波、通信、测量、控制、保护及抽取电能等目的。它使得强电和弱电2个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，保证人身安全。

耦合电容器的芯子装在绝缘瓷套管内，瓷套管内充有绝缘油。瓷套管两端装有金属制成的法兰，作组合连接和固定用。当电压在110k V及以上时，耦合电容器均为几个电容器串联组合而成。耦合电容器装有接地开关，作为高频保护、自动化系统和远动信号、调度载波通信以及电压抽取装置等二次部分的保安接地。

1.3.10　熔断器

熔断器时最简单的一种保护电器，使用时将其串接在电路中。当电流超过规定值时，熔断器本身产生的热量使溶体熔断，从而断开电路。有些熔断器还有简单的灭弧装置，以提高熔断器的灭弧能力。

熔断器的使用要注意上下级的配合，防止越级熔断。

1.3.10.1　结构

熔断器由绝缘底座（或支持件）、触头、熔体等组成，熔体是熔断器的主要工作部分，熔体相当于串联在电路中的一段特殊的导线，当电路发生短路或过载时，电流过大，熔体因过热而熔化，从而切断电路。熔体常做成丝状、栅状或片状。熔体材料具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。一般采用铅锡合金、镀银铜片、锌、银等金属。在熔体熔断切断电路的过程中会产生电弧，为了安全有效地熄灭电弧，一般均将熔体安装在熔断器壳体内，采取措施，快速熄灭电弧。

1.3.10.2　检修基本要求

（1）熔体熔断时，要认真分析熔断的原因，可能的原因如下：

1）短路故障或过载运行而正常熔断。

2）熔体使用时间过久，熔体因受氧化或运行中温度高，使熔体特性变化而误断。

3）熔体安装时有机械损伤，其截面积变小而在运行中引起误断。

（2）拆换熔体时，要求做到以下几点：

1）安装新熔体前，要找出熔体熔断原因，未确定熔断原因，不要拆换熔体试送。

2）更换新熔体时，要检查熔体的额定值是否与被保护设备相匹配。

3）更换新熔体时，要检查熔断管内部烧伤情况，如有严重烧伤，应同时更换熔管。瓷熔管损坏时，不允许用其他材质管代替。填料式熔断器更换熔体时，要注意填充填料。

（3）熔断器应与配电装置同时进行维修工作。

1）清扫灰尘，检查接触点接触情况。

2）检查熔断器外观（取下熔断器管）有无损伤、变形，瓷件有无放电闪烁痕迹。

3）检查熔断器，熔体与被保护电路或设备是否匹配，如有问题应及时调查。

4）注意检查在TN接地系统中的N线、设备的接地保护线上，不允许使用熔断器。

5）维护检查熔断器时，要按安全规程要求切断电源，不允许带电摘取熔断器管。

1.3.11　中性点隔直装置

高压直流输电技术在我国电网得到了越来越多的运用，为了治理直流电流对交流电网影响，中性点隔直装置应运而生。中性点隔直装置如图1.28所示。

中性点隔直装置由电容器、机械旁路开关和快速旁路回路三者并联而成，接于变压器中性点和地之间。中性点隔直装置原理如图1.29所示，在没有直流电流流经变压器中性点时，机械旁路开关为合上位置；当检测到流经变压器中性点的直流电流超过限值时，机械旁路开关转为断开位置，使电容器投入，起到消除直流电流的作用。

一旦检测到流经变压器中性点的交流电流超过限值或者电容器组两端电压超限，装置控制器即判断为交流电网发生不对称短路故障，晶闸管立即触发导通，同时机械旁路开关转为合上位置，保证变压器中性点可靠接地。

1.3.12　接地装置

电气设备的任何部分与土壤间作良好的电气连接，称为接地，接地装置是由接地体和接地线组成的整体接地系统。

直接与土壤接触的金属导体称为接地体。连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线。接地体可分为人工接地体和自然接地体，人工接地体是指专门为接地而装设的接地体，自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。

1.3.13　站用变压器

站用变压器用于提供变电站内的生活、生产用电，同时，为变电站内的设备提供交流电，如保护屏、高压开关柜内的储能电机、SF6开关储能、主变有载调压机构等，也可为直流系统充电。

1.3.14　站用交流电源系统

站用交流电源系统为变电站内交流负荷提供电源，交流负荷主要包括变压器的冷却装置（包括风扇、油泵和水泵）、隔离开关和断路器操作的电源、蓄电池的充电设备、油处理设备、检修器械、通风、照明、采暖、供水等。

站用交流用电负荷虽然较小，但其可靠性要求较高，特别是重要站用负荷均采用双回路电源供电。380/220V低压站用电系统采用单母线接线，通过两台站用变分别向母线供电，两台站用变压器互相备用，并设置备用电源自动投入装置。大型变电站站用电低压母线采用单母线分段来提高供电可靠性。

站用交流电源为动力配电中心，俗称为低压开关柜，也叫低压配电屏，如图1.30所示。它们集中安装在变电站，把电能分配给不同地点的下级配电设备。这一级设备紧靠降压变压器，故电器参数要求较高，输出电路容量也较大。

站用交流电源系统一般都由受电柜、计量柜、联络柜、双电源、互投柜和馈电柜等组成。成套设备中通常把电气部分分为主回路和辅助回路。主回路是指传送电能所有导电回路；由一次电器元件连接组成。辅助回路是指除主回路外的所有控制、测量、信号和调节回路在内的回路。

低压开关柜后布置如图1.31所示。

1.3.15　站用直流电源系统

发电厂和变电站中，为控制、信号、保护和自动装置（统称为控制负荷）以及断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源、事故照明（统称为动力负荷）等供电的直流电源系统，通称为站用直流电源系统。

站用直流电源系统的作用主要为：①正常状态下为发电站、换流站的高压断路器分闸与合闸，继电保护及自动装置，通信等提供直流电源；②在站用电中断的情况下，发挥其“独立电源”的作用，为继电保护及自动装置、断路器分闸与合闸、通信、事故照明等提供后备电源。

站用直流电源系统由交流输入、微机监控、充电、馈电、蓄电池组、绝缘监察（接地选线可选）、放电（可选）、母线调压装置（可选）、电压监测（可选）、电池巡检（可选）等单元组成，如图1.32所示。

1.3.16　构支架

变电所里配电装置中的所有构架，包括母线构架、设备支架灯，都称为变电构支架，如图1.33所示。

构支架包括构架及支架，构架是指挂母线、引线用的钢管或水泥杆组成的承力结构，除了避雷针，一般是变电所中最高的设备。支架是指继路器、隔离开关、四小器（电压互感器、电流互感器、耦合电容器、避雷器）等设备的支持物，一般是角钢组成的桁架结构。

1.3.17　避雷针

变电站的直击雷过电压保护一般采用避雷针。

避雷针按安装方式可分为独立避雷针和构架避雷针，多台避雷针互相配合，联合保护范围覆盖全所保护对象。

110k V及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架顶上，称为构架避雷针，如图1.34所示。但在土壤电阻率较大的环境下，宜装设独立避雷针，独立避雷针是不借助其他建筑物，架设专门的支架安装的避雷针，如图1.35所示。避雷针应与接地网可靠连接。