高压断路器上课讲义

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1、第七章高压开关电器 第一节高压断路器第二节隔离开关第三节接地开关第四节负荷开关第五节重合器与分段器 第一节高压断路器 功能 通断正常负荷电流自动跳闸 切除短路故障 结构特点 有完善灭弧装置无明显可见的断开间隙 符号 一般与高压隔离开关配合一起使用 按系统要求完成各自不同的功能 额定电压为3kV及以上 能够关合 承载和开断运行状态的正常电流 并能在规定时间内关合 承载和开断规定的异常电流 如短路电流 过负荷电流 的开关电器称为高压断路器 1 高压断路器的定义 2 高压断路器的作用和功能 1 高压断路器具有两方面的作用 1 控制作用根据电网运行要求 将一部分电气设备及线路投入或退出运行状态 转为备

2、用或检修状态 2 保护作用在电气设备或线路发生故障时 通过继电保护装置及自动装置使断路器动作 将故障部分从电网中迅速切除 防止事故扩大 保证电网的无故障部分得以正常运行 2 高压断路器具有以下功能 1 导电在正常的闭合状态时应为良好的导体 不仅对正常的电流 而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用 保持可靠地接通状态 2 绝缘相与相之间 相对地之间及断口之间具有良好的绝缘性能 能长期耐受最高工作电压 短时耐受大气过电压及操作过电压 3 开断在闭合状态的任何时刻 应能在不发生危险过电压的条件下 在尽可能短的时间内安全地开断规定的短路电流 4 关合在开断状态的任何时刻 应能在断路器触头不

3、发生熔焊的条件下 在短时间内安全地闭合规定的短路电流 3 高压断路器的基本类型 高压断路器按灭弧介质分类主要有 1 油断路器 2 压缩空气断路器 3 真空断路器 4 六氟化硫 SF6 断路器 4 高压断路器的技术参数 1 额定电压 kV 2 额定电流 A 3 额定开断电流 kA 4 额定关合电流 kA 5 额定热稳定电流 kA 6 额定动稳定电流 kA 7 合闸时间 s 8 分闸时间 s 1 额定电压 kV 保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压 线电压 额定电压不仅决定了断路器的绝缘水平 而且决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件 我国采用的额定电压等级 3 6 10 35 60 110 220

4、 330 500 750 1000kV等 2 额定电流 A 断路器在规定的基准环境温度下 允许长期通过的最大工作电流 有效值 我国采用的额定电流有 200 400 630 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000A等 3 额定短路开断电流 kA 在额定电压下 断路器能可靠开断的最大短路电流有效值 额定短路开断电流表明断路器开断电路的能力 我国规定的额定开断电流为 1 6 3 15 6 3 8 10 12 5 16 20 25 31 5 40 50 63 80 100kA等 4 额定关合电流

5、 kA 在额定电压下 断路器能可靠闭合的最大短路电流峰值 5 额定热稳定电流 kA 断路器在规定时间 通常为4s 内允许通过的最大短路电流有效值 又称额定短时耐受电流 表明断路器承受短路电流热效应的能力 其值等于额定短路开断电流 6 额定动稳定电流 kA 断路器在闭合状态下 允许通过的最大短路电流峰值 又称极限通过电流 表明断路器在冲击短路电流的作用下 承受电动力效应的能力 它决定于导体和绝缘等部件的机械强度 大小等于额定关合电流 并且等于额定短时耐受电流的2 55倍 最严重情况时短路全电流的波形曲线图 7 合闸时间 s 断路器从接到合闸命令起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔 8 分闸时间

6、 s 通常指全分闸时间 tt 是断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔 包括 固有分闸时间 t1 断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时所经过的时间 灭弧时间 t2 触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间 分闸时间一般为0 06 0 12S 小于0 06S的断路器 称为快速断路器 断路器开断电路时的各个时间 t0 继电保护动作时间 t2 燃弧时间 t1 固有分闸时间 tt 全分闸时间 高压断路器的型号含义 产品名称 S 少油断路器 D 多油断路器 L 六氟化硫 SF6 断路器 Z 真空断路器 K 压缩空气断路器 Q 自产气断路器 C 磁吹断路器 安装地点 N

7、 户内型 W 户外型 设计序号 额定电压 或最高工作电压 kV 补充特性 C 手车式 G 改进型 W 防污型 Q 防震型 额定电流 A 额定开断电流 kA 例如 ZN28 12 1250 25 表示户内式真空断路器 设计序号为28 最高工作电压12kV 额定电流为1250A 额定开断电流为25kA 1 多油断路器 多油断路器的触头和灭弧系统放置在由钢板焊接成的装有大量绝缘油的油箱中 其绝缘油既是灭弧介质 又是主要的绝缘介质 承受不同的导体之间及导体与地之间的绝缘 如DW8 35型断路器 多油断路器 优点 多油断路器通常每相采用两个断口 可靠性较高 油箱内可以安装套管式电流互感器 配套性好 结构

8、简单 运行维护易于掌握 对气候适应性较强 而且价格低廉 缺点 用油量多 消耗金属材料多 体积庞大 维修工作量大 相对而言 其分 合闸速度低 动作时间长 开断电流小 用途 一般用于偏远的 经济落后的地点 2 少油断路器 少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的绝缘筒中 其绝缘油主要作为灭弧介质 只承受触头断开时断口之间的绝缘 不作为主要的绝缘介质 少油断路器中不同相的导电部分之间及导体与地之间是利用空气 陶瓷和有机绝缘材料来实现绝缘 优点 油量少 体积小 重量轻 运输 安装 维修方便 结构简单 产品系列化强 主要技术参数比多油断路器好 动作快 可靠性高 价格优势很明显 适用于要求不高的场

9、合 种类 按安装地点分为户内式和户外式两种 1 SN10 10系列户内少油断路器 SNl0 10系列少油断路器基本结构相似 均由框架 传动系统和箱体三部分组成 SNl0 10I断路器结构图 1 排气孔盖 2 注油螺栓 3 回油阀 4 上帽装配 5 上接线座 6 油位指示计 7 静触座装配 8 逆止阀 9 弹簧片 10 绝缘套筒 11 上压环 12 绝缘环 13 触指 14 弧触指 15 灭弧室装配 16 下压环 17 绝缘筒装配 18 下接线座装配 19 滚动触头 20 导电杆装配 21 特殊螺栓 22 基座装配 23 油缓冲器 24 放油螺栓 25 合闸缓冲器 26 轴承座 27 主轴 28

10、 分闸限位器 29 绝缘拉杆 30 支持绝缘子 31 分闸弹簧 32 框架装配 SN10 10系列户内少油断路器 框架上装有 分闸弹簧31 支持绝缘子30 分闸限位器28和合闸缓冲器25 传动系统 包括转轴27和绝缘拉杆29 箱体中部装有 灭弧室 采用纵横吹和机械油吹联合作用的灭弧装置 通常为三级横吹 一级纵吹 SN10 10系列户内少油断路器 导电回路 电流由上接线座5引入 经过静触头7 导电杆20和滚动触头19 从下接线座18引出 当断路器分 合闸时 操动机构通过主轴 绝缘拉杆和基座内的变直机构 使导电杆上下运动 实现断路器的分 合闸 2 SW6 110系列户外少油断路器 SW6系列断路器

11、结构如图所示 断路器各断口单元均为标准结构 每柱由底架 支柱瓷套 中间传动机构和两个断口组成 呈 Y 型布置 SW6 110型每相为一柱两个断口 少油断路器的优缺点 优点 结构简单 耗材少 体积小 重量轻 便于生产 性能稳定 运行检修方便和价格便宜 缺点 主要是不适宜频繁操作 少油断路器的运行维护 油断路器正常运行时应检查 油色 油位是否正常 本体各充油部位不应有渗漏 瓷套管应清洁 无破损裂纹 放电痕迹 各连接头接触良好 无发热松动 绝缘拉杆及拉杆绝缘子完好无缺 分 合闸机构指示正确 操动机构箱盖关闭严密 分合闸线圈无焦臭味 二次线部分无受潮 锈蚀现象 9 4真空断路器 真空断路器的原理与结构

12、 真空断路器灭弧室结构1一静触头2一动触头3一屏蔽罩4一波纹管5一与外壳封接的金属法兰盘6一波纹管屏蔽罩7一绝缘外壳 在触头刚分离时 由于真空中没有可被游离的气体 只有高电场发射和热电发射使触头间产生真空电弧 电弧的温度很高 使金属触头表面产生金属蒸气 由于触头的圆盘状设计使真空电弧在主触头表面快速移动 其金属离子在屏蔽罩内壁上凝聚 以致电弧在自然过零后极短的时间内 触头间隙又恢复了原有的高真空度 因此 电弧暂时熄灭 触头间的介质强度迅速恢复 电流过零后 外加电压虽然很快恢复 但触头间隙不会再被击穿 真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭 真空断路器的特点 优点 1 真空灭弧室内触头间隙小 整

13、机体积小 对操动机构功率要求较小 重量轻 2 操作时噪声小 不会污染周围环境 3 开断能力强 开断电流大 熄弧时间短 开断次数多 使用寿命长 可达20年 4 电弧开断后 介质强度恢复迅速快 适合于频繁操作 具有多次重合闸功能 5 介质不会老化 也不需要更换 维护工作量小 仅为少油断路器的1 20左右 6 使用安全 无火灾和爆炸的危险 能适用于各种不同的场合 特别是危险场所 7 触头部分为完全密封结构 不受外界的影响 工作可靠 通断性能稳定 8 灭弧室作为独立的元件 安装调试简单 方便 真空断路器的特点 缺点 1 开断感性负载或容性负载时 由于截流 振荡 重燃等原因 容易引起过电压 2 真空断路

14、器的触头采用对接式结构 操动机构使用弹簧 容易产生合闸弹跳与分闸反弹 合闸弹跳会产生较高的过电压 影响电网的稳定运行 还会使触头烧损 甚至熔焊 特别在投入电容器组产生涌流时及短路关合的情况下更加严重 分闸反弹会减小弧后触头间距 导致弧后的重击穿 后果十分严重 3 对密封工艺 制造工艺要求很高 价格较高 真空断路器的运行维护 真空断路器的绝缘子 绝缘杆及灭弧室外壳应经常保持清洁 操动机构和其他传动部分应保持有干净的润滑油 动作灵活 对变形 磨损严重的零部件应及时更换 定期检查紧固件 防止松动 断裂和脱落 定期检查真空灭弧室的真空度 有异常现象应立即更换 检查触头的开距及超行程 小于规定值时 必须

15、按要求进行调整 检查真空灭弧室动导电杆在合 分过程中有无阻滞现象 断路器在储能状态时限位是否可靠 检查辅助开关 中间继电器及微动开关的触头接触是否正常 其烧灼部分应整修或调换 辅助开关的触头超行程应保持合格范围 9 5六氟化硫断路器 363kV及550kV罐式高压SF6断路器外形图 363kV及550kV瓷柱式高压SF6断路器外观图 优点 1 开断短路电流大 一般能达到40 50kA以上 最高可以达到80kA 2 载流量大 额定电流可达12000A 触头的烧损小 电气寿命长 3 SF6气体介质强度恢复速度快 开断近区故障的性能好 开断电容电流时不产生重燃 通常不加并联电阻就能够可靠地切断各种故

16、障而不产生过电压 可降低设备的绝缘水平 4 SF6断路器的采用全密封结构 减少了设备事故的可能性 使用安全 运行可靠性高 5 SF6断路器没有爆炸和火灾的危险 噪声低 无污染 无公害 安全性较高 6 SF6断路器结构设计紧凑 体积减小 能大幅度地减小占地面积 7 安装调试简单方便 施工周期较短 220kV的SF6断路器只需2 3小时就可装好 8 检修周期长 日常维护工作量极小 年运行费用大为降低 缺点 1 制造工艺要求高 制造成本高 价格昂贵 2 SF6气体处理和管理工艺复杂 要有完备的气体回收 分析测试设备 工艺要求高 SF6断路器在运行中的检查 运行中除了按断路器的一般检查项目进行检查外还应特别注意检查气体压力是否保持在额定范围 发现压力下降即表明有漏气现象 应及时查出泄漏部位并进行消除 严格防止潮气进入断路器内部 工作人员进入现场 尤其是进入地下室 电缆沟等低洼场所工作时 必须进行通风换气 并检测空气中氧气的浓度 只有当氧气的浓度大于18 时 才能开始工作 由于SF6气体比空气重 因而会在地势低凹处沉积 当空气中SF6气体密度超过一定量时 可使人窒息 从安全角度出发 一般空气中S