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1、330KV六氟化硫（SF6）高压断路器课件 大唐八三发电厂设备部 二一五年十二月,六氟化硫（SF6）高压断路器简介,六氟化硫断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器，由于其价格较高，且对SF6气体的应用、管理、运行都有较高要求，故在中压（35、10KV）应用还不够广，主要应用于110kV以上的电压等级。 结构形式 瓷柱式结构：取积木式，系列性强，可用多个相同的单元灭弧室和支柱瓷套组成不同电压等级的断路器。中国FA4550型SF6断路器为瓷柱式结构,其额定电压为500千伏，最高工作电压为550千伏。断路器由三个独立的单相和一个液压、电气控
2、制柜组成。每相由两个支柱瓷套的四个灭弧室（断口）串联而成。在每个支柱瓷套顶部装着两个单元灭弧室，为120夹角V形布置,两个均压并联电容器为水平布置。这种结构布置既考虑到结构的机械应力状态，又照顾到绝缘的要求。灭弧室和支柱瓷套内均充有额定压力的 SF6气体。瓷柱式断路器使用液压操作机构。液压机构的控制和操作元件以及线路均设于控制柜内。每相断路器的下部装有一套液压机构的动力元件，如液压工作缸等。灭弧室由液压工作缸直接操动。支柱瓷套内装有绝缘操作杆，操作杆与液压工作缸相连接。 罐式结构：采用了箱式多油断路器的优点，将断路器与互感器装在一起，结构紧凑，抗地震和防污能力强,但系列性较差。中国LW-220
3、型罐式SF6断路器单相结构如图。此种断路器为三相分装式。单相由基座、绝缘瓷套管、电流互感器和装有单断口灭弧室的壳体组成。每相配有液压机构和一台控制柜，可以单独操作，并能通过电气控制进行三相操作。断路器采用双向纵吹式灭弧室,分闸时,通过拐臂箱传动机构，带动气缸及动触头运动。灭弧室充有额定气压为6表压(20)的SF6气体。, 灭弧室： 动触头 静触头 鼓形瓷套,主要构成如下： 1、储能电机 2、高压管路 3、储能筒 4、合闸阀 5、分闸阀 6、压力缸 7、信号缸 8、安全阀 9、高压释放阀 10、压力表,液压机构的组成：,阻塞效应 充分发挥气流的吹弧效果，灭弧室体积小、结构简单、开断电流大、燃弧时
4、间短，开断电容或电感电流无重燃或无复燃，过电压低。 电气寿命长 50kA满容量连续开断可达19次，累计开断电流可达4200kA，检修周期长，适于频繁操作。 绝缘水平高 六氟化硫气体在0.3MPa气压时，通过了各种绝缘试验并有较大裕度。累计开断电流3000kA以后，在0.3MPa气压下每个断口还可耐受工频电压250kV达1 min，将六氟化硫气体减至零表压仍可耐受工频电压166.4kV5 min。 密封性能好 六氟化硫气体含水量低；灭弧室、电阻和支柱分成独立气隔，现场安装时不用打开，安装好后用自动接头连通；安装检修方便，并可防止脏物和水分进入断路器内部。 自我保护和监视系统完备 液压机构内的信号
5、缸可实现对断路器的自我保护：有密度继电器监视六氟化硫气体泄漏；有压力开关和安全阀监视液压机构压力，保护液压系统安全。液压机构采用了可防止 “失压慢分“的阀系统，本体上就可进行机构闭锁，保证运行安全。控制回路中采用了两套分闸电磁铁和防跳保护，保证操作准确无误。 操作功率小，缓冲平稳 机构工作缸与灭弧动触头的传动比为1：1，机构特性稳定。机构特性稳定性可达3000次，机构寿命研究试验做到10000次，操作噪声小于90dB。,物理特性 SF6作为一种绝缘气体，具有很多优点，是一种无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，并有优异的冷却电弧特性，特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的冷却效应，避免局部
6、高温的可能性。SF6的绝缘性能远远超过传统的油、空气绝缘介质。其用于电气设备中，可以缩小设备的尺寸，提高设备绝缘的可靠性。其缺点是在电弧放电时，分解形成硫的低氟化合物，不但有毒，且对某些绝缘材料和金属具有腐蚀作用。 SF6是一种比较重的气体，在相同条件下，其密度是空气的5倍，其压力与温度的关系遵循理想气体定律。临界温度是SF6气体出现液化的最高温度，临界压力表示在这个温度下出现液化所需的气体压力。SF6只有在温度高于45以上时，才能保持气态，在通常使用条件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在过低温度和过低压力下使用。 SF6的优良导热性能，是形成SF6灭弧性能的原因之一。SF6的导热性好可归
7、结为两种原因，一是SF6的分子量大，比热大，其对流的传热能力优于空气，二是在高温下产生的冷却效应。 化学特性 SF6气体本身的化学效应是非常稳定的，并且有着非常高的绝缘强度。在大气压力下和温度至少在500以内，SF6具有较高的化学稳定性，在正常温度范围内，其与电气设备中常用的金属是毫无反应的。SF6分解的危险温度是600左右，此时SF6分解形成硫的低氟化合物，因此，SF6至少在电气设备的A级绝缘温度，即105以内是相当稳定的。 电气特性 SF6是一种具有高介电强度的介质。在均匀电场下，SF6的介电强度约为同一气压下空气的2、53倍，在3个大气压下其介电强度与变压器油相当。实践证明：在空气掺入少
8、量六氟化硫气体，空气的绝缘强度显著提高；相反，在六氟化硫气体中加入少量的空气则六氟化硫气体的绝缘强度也会明显下降。由于SF6的介电强度高，因此，在对相同电压等级和和开断电流相近的断路器，SF6的串联断口数要少，例如我国研制的LR220型SF6断路器，单断口电压为220KV；又如500KV的少油断路器为68个断口，而SF6断路器只有34个断口。SF6的电晕起始电压比空气高得多，介电强度与所加电压的频率无关，但是应该引起注意的是电场均匀性、杂质、电极的形状和不规则性等，对SF6的介电强度均有一定强度。SF6气体中的水分对绝缘将发生影响。SF6中所含水分超过一定浓度时使SF6在温度达200以上就可能
9、产生分解，分解的生成物中有氢氟酸，这是一种有强腐蚀性和剧毒的酸类。此外，水分的凝结对沿边绝缘也有害的。因此，在SF6的电气设备中，应严格控制水分的含量。,我厂330KV六氟化硫（SF6）高压断路器介绍,一、产品概述 该产品为单柱双断口形式，配平高自主研发的CYT型液压机构，额定SF6气压0.6MPa，额定电流4000A/5000A，额定开断电流63kA，机械寿命5000次，海拔高度2000m。根据系统的需要，产品分为带合闸电阻和不带合闸电阻两种型式，灭弧室断口间并联有2500pF电容。该产品专为西北330kV电网设计，在宁夏石空变、银东变、甘肃平川变、西和变、东大滩变、兰州热电等系统内、外均大
10、量应用，并一次出口到尼日利亚13台。 特别是该产品满足投切滤波器组的要求，因此在西北华中联网灵宝换流站交流滤波器场（西北侧）原建、扩建工程中、在西北华中（四川）直流联网工程德阳站、宝鸡站得到大量应用。,二、产品结构与工作原理 1.产品整体结构 断路器均为瓷柱式结构，其三极结构及布置下见图。,每台断路器由三个独立的单极组成，单极结构。断路器单极主要由灭弧室、支柱、液压操动机构及密度继电器组成。,2.断路器本体结构与工作原理,产品单极剖面图,2.1灭弧室 整个灭弧室由三部分组成。 动触头装配：由喷管(6)、动触头环(7)、动弧触头(8)、压气缸(9)、动触头(10)、缸体(11)组成。 静触头装配
11、：由静触头座(1)、均压罩(2)、触指(3)、触指弹簧(4)、静弧触头(5)组成。 瓷套装配：由鼓形瓷套及法兰组成。,2.2支柱 支柱主要由两节支柱瓷套(1)、(5)、绝缘拉杆(2)、隔环(3)、导向盘(4)、支柱下法兰(6)、密封座(7)、拉杆(8)及充气接头(9)组成。 支柱装配不仅是断路器对地绝缘的支撑件，同时也起着支撑灭弧室的作用，上、下两节支柱瓷套的尺寸相同但机械强度不同。两瓷套连接处装有隔环及导向盘，隔环上有检漏孔。,支柱图,3.本体的工作原理 3.1合闸 如右所示位置为分闸位置，当断路器合闸时，工作缸活塞杆向上运动，通过拉杆(支柱图 中8)、绝缘拉杆(支柱图中2)带动灭弧室拉杆向
12、上移动，使动触头(右图中10)、压气缸(右图中9)、动弧触头(右图 中8)、喷管(右图中6)同时向上移动，运动到一定位置时，静弧触头首先插入动弧触头中，即弧触头首先合闸，紧接着动触头环插入主触指中主导电回路接通。压气缸快速向上移动的同时灭弧室内SF6 气体迅速进入压气缸内。,3.2合闸时电流通路 电流由静触头座(1) 的端子进入，经静触头座、触指(3)、动触头环(7)、压气缸(9)( 对LW10B252/CYT 为动触头)、缸体(11)及缸体上的下接线端子引出。 3.3分闸 工作缸活塞杆向下运动，通过绝缘拉杆、带动动触头系统向下移动，首先主触指和动触头环脱离接触，然后弧触头(5)和(8)分离。
13、若断路器带有高电压，此时将在弧触头间出现电弧。在动触头向下运动时，压气缸内的SF6 气体被压缩后通过喷管向电弧区域喷吹，使电弧冷却和去游离而熄灭，并使断口间的介质强度迅速恢复，以达到开断额定电流及各种故障电流的目的。,灭弧室分闸动作过程,3.液压系统的结构与工作原理 3.1液压系统结构和原理 液压操动机构采用集成块模式，其结构布置见右图。由联接座、辅助开关、动力元件装配、贮压器、密度继电器、压力表组成。,液压机构结构布置图,液压原理图 1 油箱 2 油泵电机 3 油压开关 4 工作缸 5 辅助开关 6 油压表 7 贮压器 8 信号缸 9 控制阀 10 分闸电磁铁 11 合闸电磁铁,3.2 动作
14、原理 3.2.1贮压：接通电源，电机(M)带动油泵转动，油箱中的低压油经油泵，进入贮压器上部，压缩下部的氮气，形成高压油。由于贮压器的上部与工作缸活塞上部及控制阀、信号缸、油压开关相连通，因此，高压油同时进入图3-6 中所示的高压油区域，当油压达到额定工作压力值时，油压开关的相应接点断开，切断电机电源，完成贮压过程。在贮压过程中或贮压完成后，如果由于温度变化或其它意外原因使得油压升高达到油压开关内安全阀的开启压力时，安全阀将自动泄压，把高压油放回到油箱中，当油压降到规定的压力值时，安全阀自动关闭。,3.2.2 合闸操作： 分闸位置时，见下图，工作缸活塞上部处于高油压状态，活塞下部与油箱连通处于
15、零压状态。 合闸电磁铁接受命令后，打开合闸一级阀的阀口，高压油经一级阀进入二级阀阀杆右端空腔，使阀杆右端处于高油压状态，油压力推动阀杆向左运动，由于阀芯左右受力面积不等，高压油推动阀芯向左运动，封住分闸阀口，打开合闸阀口。这样，工作缸活塞下部与低压隔离，与高压连通。由于工作缸活塞下部的受力面积大于上部，因此对活塞杆产生一个向上的力，推动活塞向上运动实现合闸。 工作缸活塞下部进入高压油的同时，信号缸左端也进入高压油，推动信号缸活塞向右运动并带动辅助开关转换，切断合闸命令，分闸回路接通。同时主控室内的合闸指示信号接通。 合闸电磁铁断电后，合闸一级阀阀杆在复位弹簧的作用下复位，阀口关闭。此时二级阀阀
16、杆左端通过节流孔与高压油连通自保持为高压状态，使阀芯仍然紧密封住分闸阀口，实现了合闸保持。,控制阀分位置,二级阀具有防慢分功能。见下图，防慢分装置钢球在弹簧力的作用下，顶在阀杆的锥面上，对阀杆产生一个附加力。这样，当系统压力较低甚至为零，液压系统提供的合闸保持力较小时，钢球对阀杆仍然有一个较大的锁紧力，使阀杆在液压系统由零压开始打压时，二级阀仍然保持合闸位置，因此，具有可靠的防慢分功能。,控制阀合位置,3.2.3分闸操作：合闸位置时见下图，工作缸活塞上下部均处于高油压状态。 分闸电磁铁接受命令后，打开分闸一级阀的阀口，这样，二级阀阀杆右端的油腔经分闸一级阀与低压油油箱相通，油腔压力降为零。此时作用在阀杆上向右的推力仅为弹簧力，而液压系统对阀杆向左的推力要大得多，因此，阀杆便向右运动，关闭合闸阀口，开启分闸阀口，工作缸下部的液压油与低压油箱连通，压力降为零。这样，工作缸活塞在上部油压作用下向下运动，实现分闸。 工作缸活塞下部压力降为零的同时，信号缸活塞左端压力也降为零，活塞
