輸變電系統的組成

輸變電系統是由一系列電氣設備組成的。發電站發出的強大電能只有通過輸變電系統才能輸送到電力用戶。

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

圖1 1—變壓器；2—導線；3—絕緣子；4—互感器；5—避雷器；6—隔離開關；7—斷路器

下面，對輸變電系統的主要電氣設備及其功能進行簡單介紹。

1.輸變電系統的基本電氣設備

主要有導線、變壓器、開關設備、高壓絕緣子等。

導線的主要功能*是引導電能實現定向傳輸。導線按其結構可以分為兩大類：一類是結構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*簡單的是裸導線，裸導線結構簡單、使用量*大，在所有輸變電設備中，它消耗的有色金屬*多。電纜的用量比裸導線少得多，但是因為它具有占用空間小、受外界干擾少、比較可靠等優點，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。電纜的制造比裸導線要復雜得多，這主要是因為要保證它的外皮和導線間的可靠絕緣。輸變電系統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原理對變壓器兩側交流電壓進行變換的電氣設備。為了大幅度地降低電能遠距離傳輸時在輸電線路上的電能損耗，發電機發出的電能需要升高電壓后再進行遠距離傳輸，而在輸電線路的負荷端，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。電力系統中的電壓每改變一次都需要使用變壓器。根據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，要把發電站發出的電能送入輸變電系統，*需要在發電站安裝變壓器，該變壓器輸入端（又稱一次側）的電壓和發電機電壓相同，變壓器輸出端（又稱二次側）的電壓和該輸變電系統的電壓相同。這種輸出電壓比輸入電壓高的變壓器即為升壓變壓器。當電能送到電力用戶后，還需要很多變壓器把輸變電系統的高電壓逐級降到電力用戶側的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，還有聯絡變壓器、隔離變壓器和調壓變壓器等。例如，幾個鄰近的電網盡管平時沒多少電能交換，但有時還是希望它們之間能夠建立起一定的聯系，以便在特定的情況下互送電能，相互支援。這種起聯絡作用的變壓器稱為聯絡變壓器。此外，兩個電壓相同的電網也常通過變壓器再連接，以減少一個電網的事故對另一個電網的影響，這種變壓器稱為隔離變壓器。

開關設備的主要作用是連接或隔離兩個電氣系統。高壓開關是一種電氣機械，其功能*是完成電路的接通和切斷，達到電路的轉換、控制和保護的目的。高壓開關比常用低壓開關重要得多，復雜得多。常見的日用開關才幾兩重，而高壓開關有的重達幾十噸，高達幾層樓。這是因為它們之間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，高壓開關可分為好幾類。*簡單的是隔離開關，它只能在線路中基本沒有電流時，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，因此凡是要將設備從線路斷開進行檢修的地方，都要安裝隔離開關以保證安全。斷路器也是一種開關，它是開關中較為復雜的一種，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。除了隔離開關和斷路器以外，還有在電流小于或接近正常時切斷或接通電路的負荷開關。電流超過一定值時切斷電路的熔斷器以及為了確保高壓電氣設備檢修時安全接地的接地開關等都屬于高壓開關。

高壓絕緣子是用于支撐或懸掛高電壓導體，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定，不怕風吹、日曬、雨淋，因此各種高壓輸變電設備（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14萬個絕緣子串。高壓絕緣子的另一大類是高壓套管，當高壓導線穿過墻壁或從變壓器油箱中引出時，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用。

2.輸變電的保護設備

主要有互感器、繼電保護裝置、避雷器等。

互感器的主要功能是將變電站高電壓導線對地電壓或流過高電壓導線的電流按照一定的比例轉換為低電壓和小電流，從而實現對變電站高電壓導線對地電壓和流過高電壓導線的電流的有效測量。對于大電流、高電壓系統，不能直接將電流和電壓測量儀器或表計接入系統，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。互感器分為電流互感器和電壓互感器，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。互感器的主要作用：①互感器可將測量或保護用儀器儀表與系統一次回路隔離，避免短路電流流經儀器儀表，從而保證設備和人身安全；②由于互感器一次側和二次側只有磁聯系，而無電的直接聯系，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一變為100V或100/3V的低電壓，將一次回路中的大電流統一變為5A的小電流。這樣，互感器二次側的測量或保護用儀器儀表的制造*可做到標準化。

   繼電保護裝置是電力系統重要的安全保護系統。它根據互感器以及其他一些測量設備反映的情況，決定需要將電力系統的哪些部分切除和哪些部分投入。雖然繼電保護裝置很小，只能在低電壓下工作，但它卻在整個電力系統安全運行中發揮重要作用。

避雷器主要用于保護變電站電氣設備免遭雷擊損害。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備上。避雷器主要安裝在變電站輸電線路的進出端，當來自輸電線路的雷電波的電壓超過一定幅值時，它*首先動作，把部分雷電流經避雷器及接地網泄放到大地中，從而起到保護電氣設備的作用。

3.其他電力設備

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提供無功功率，達到節約電能的目的。主要用來給電力系統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償輸電線路本身無功功率的電容器稱為串聯電容器，串聯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運行的穩定性。在遠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的短路電流。