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1、高压开关设备行业 概况及技术发展趋势,徐国政,提 供 服 务 满 足 需 求 引 导 需 求 寻 找 商 机,双母线一路出线连线图,高压电器设备,kV及以上电力系统中使用的电器设备称为高压电器设备 开关电器 Switchger 量测电器 Instrument Transformer 电流互感器 CT 、电压互感器 PT 调节、限流与限压电器 电容器 Power Capacitor 、电抗器 Reactor 、 避雷器 Lightning Arrester 组合电器： 敞开式、封闭式（充气柜、GIS）、箱式变,高压开关的分类,按电压分类： （1）中压开关：在国内一般指额定电压在72.5 kV以下
2、的开关设备； （2）高压开关：在国内一般指72.5 kV 及以上（126-252）kV的开关设备。 （3）超高压开关：在国内一般指在363 kV及以上的开关设备。,按断路器灭弧原理（介质）来划分有：,油断路器 oil circuit-breaker 多油断路器 dead tank bulk oil CB 少油断路器 live tank minimum oil CB 压缩空气断路器 air-blast CB 六氟化硫断路器 SF6 CB 真空断路器 vacuum CB 磁吹断路器 magnetic blow-out CB （固体）产气断路器 gas evolving CB 目前用得较多的是少油、
3、真空、和SF6断路器。,交流电弧的熄灭方式：,1强迫熄弧 类似直流电弧的熄灭条件：ua UIR； 2截流熄弧 小电流因电弧不稳定而熄弧，易产生截流过电压。 3电流过零熄弧： 交流电弧熄灭条件：ud(t) utr(t) ； 4超高压直流电路的开断 给直流电流制造人工过零点，再用电流过零熄弧方式熄弧。,1强迫熄弧,类似直流电弧的熄灭条件： ua UIR；,5.35 交流电弧强迫熄弧的 电流波形,2截流熄弧,小电流因电弧不稳定而熄弧，易产生截流过电压。,8.26 电流截断时的 波形图,特征阻抗,3电流过零熄弧 交流电弧熄灭条件：ud(t) utr(t),图5.36 电阻性电路电弧过零熄弧,3电流过零
4、熄弧 交流电弧熄灭条件：ud(t) utr(t),电感性电路电弧过零熄弧,图6.2,图6.3,3电流过零熄弧 交流电弧熄灭条件：ud(t) utr(t),电容性电路电弧过零熄弧,图 8.6,4超高压直流电路的开断,给直流电流制造人工过零点 再用电流过零熄弧方式熄弧,弧隙是否复燃决定于两方面,u d(t) 弧隙的介质强度（恢复过程）， ut r(t) 加在弧隙上的电压（恢复过程），称为恢复电压。二者的单位都是（kV）。u d 和u t r 都是t 的函数。 对电阻性电路 utr Umsin t，是否重燃看ud与utr 哪个快。,交流电弧的熄灭,图5.40 交流电弧过零时的复燃和熄灭,R、C、L电
5、路utr小结,概述熄弧措施,1. 拉长电弧早期主要手段 快速 20m/s（1/2mV2） 多断口16个断口（积木式结构，均压问题） 2. 灭弧介质 空气、压缩空气、水、油 固体产气材料：云母、玻璃、聚氯乙烯、 有机玻 璃、反白板、石英砂 SF6（合成气体）、真空,. 灭弧室 由高强度、耐高温的绝缘材料制成。 作用：(1) 承压; (2) 吹弧作用。 灭弧室种类：（吹弧方式） 吹弧能源： (1) 他能式外加压缩机、弹簧，真空； (2)自能式电弧电流本身的焦耳损耗； (3)混合式 开断特性：taIb 曲线。,临界电流,断路器的典型结构,1 开断元件，2 绝缘支柱，3 基座 4 操动机构，5 绝缘套
6、管，6 接地外壳,Live tank,dead tank,图1.1,252kV SF6断路器,252 kV SF6断路器,126 kV SF6断路器,12kV 真空断路器,40.5 kV 真空断路器,户内,重合器,1高压开关属于传统技术， 从原理、设计方面看， 包括电接触、电弧、热的产生和传送、绝缘、电磁、电磁力、机械、连杆机构、气动、液压、密封、紧固闭锁、各种弹簧、电机驱动、电网、高电压试验技术、强电流试验技术等多方面。,髙压开关的技术特点,从生产过程看，包括金属机加工、绝缘加工、板金工、金属铸造、电镀、喷塗、喷漆等多种表面处理、热处理、塑料浇铸、线圈绕制及浸渍、焊接、弹簧制造、多种表面处理
7、、真空技术、装配、各种检验、试验等多方面，五花八门，不一而足。 这显示出高压开关是一门相当综合性的技术，从而显示出技术的难点及对多种通用、专用设备的要求。 当然，如果产品比较单一，则要简单得多。,髙压开关的技术特点,髙压开关的技术特点,2高压开关属于控制、保护设备，而不是像发电机、变压器、电容器、电抗器等那样的能量转换设备。 能量转换设备是能量的载体，在一定能量和一定材料种类下，设备所用材料量大致说是恒定的。 结构设计并不能从基本上改变电力设备的规模。 对高压开关设备，特别是其中的高压断路器，巧妙的设计可以大大改变产品的规模。 同样基本参数的高压断路器的外形、尺寸、重量、价格可以差很多。 可以
8、说，高压开关的研究、开发水平对高压开关的发展具有极为举足轻重的作用。,髙压开关的技术特点,3高压开关开发、设计技术 直到今日还十分依赖经验、试验。,这不只因为高压开关结构形式繁多，基本的开发思路起了极为重要的作用。 还因为高压开关的最为重要的物理现象绝缘、电弧和电接触至今还难予得到经过试验多方验证的计算机仿真模型。,髙压开关的技术特点,近年来，各种计算机辅助设计程序大量应用在高压开关设计工作中，起了极重要的作用。 但没有系统的研究工作，特别是没有多年累积的工作成果和试验室试验，高压开关业的进步及赶上世界先进水平仍是十分困难的。 也即因此，高压开关试验室包括大型、贵重的实验装备和各种先进的量测仪
9、器、系统是极为重要的。,髙压开关的技术特点,4高压开关用于电网中，而电网包括多种设备的工作过程是多种多样而又极为复杂的。 不熟悉用户、不熟悉开关设备的多方面的工作环境和多种工况，研发的设备会出现事先未估计到的多种故障、事故。 这一点早为多年的运行经验所证实，而对高压开关来说，这一点尤为突出。,髙压开关的技术特点,5近年来，不少高新技术融入高压开关中， 如：传感技术、信号处理技术、通信技术、微电子技术、电力电子技术、光电技术、计算机技术、新型材料等。 这些新技术大大提高了与高压开关有关的的控制操作功能、电网量计功能、继电保护功能、事故处理功能、通信功能、监测诊断功能等，形成了智能型的高压开关设备
10、，这就更适应于电网的自动化、无人化，从而具有重要的经济和社会效益。 进而可以将这些功能综合到一起，形成综合化设备，取得明显的经济效益。,髙压开关的技术特点,与上述情况有关， 高压开关虽是传统技术， 但近若干年来，国内、外，新技术、新产品不断推出，形成十分兴旺的景象。,高压开关电器设备的发展趋势,2002年高压开关设备产品产量,(2)少油断路器 2002年各电压等级的少油断路器生产产量为670台(2001年为1,365台)。由此可看出，少油断路器的生产产量显著减少，约为上年产量的50。 (3)多油断路器 2002年40.5kV多油断路器生产产量为567台(上年为704台),约为上年产量的80.5
11、4。 (4)真空断路器 2002年产量有所增加，12 kV真空断路器产量为133,519台，与上年相比增长了42.85；40.5 kV真空断路器为8,14l台，与上年相比增长了19.74。,2002年高压开关设备产品产量,2002年高压开关设备产品产量,2002年1240.5 kV（包括27.555 kV）各类高压断路器产量分布为：,在中压开关领域，真空断路器占89 %，少油断路器占0.8 %，SF6 断路器占10%，呈逐年減少趋势。 其中在 12 kV电压等级中，真空断路器占 92 %，SF6断路器占 7 %。 在 40.5 kV电压等级中，真空断路器略占优势，为56%。SF6断路器占40%
12、，少油断路器占15 %。 72.5 kV550 kV高压断路器中 SF6 断路器占绝对优势，为 96 %, 少油断路器只占 4 %。,12 kV真空断路器 In 4000A；Ib 63 kA （80kA）,40.5 kV真空断路器 In 2500A；Ib 31.5 kA,126 kV真空断路器 In 1600A；Ib 40 kA,40.5 kV SF6 断路器 In 3150A；Ib 40 kA,126 kV SF6 断路器 In 3150A；Ib 40 kA,252 kV 、363kV、550kV SF6 断路器 In 4000A；Ib 63 kA,（In 8000A；Ib 80 kA ）,
13、神头500kV升压站,常规敞开式（AIS） 由单个独立的设备组合而成。,葛洲坝 500kV升压站,常规敞开式（AIS） 由单个独立的设备组合而成。,日立 126 kV GIS,西门子 245 kV GIS,ABB 300 kV GIS,超高压组合式开关设备,I类 常规敞开式（AIS） 由单个独立的设备组合而成。,II类 SF6封闭式组合电器（GIS）,III类（中间） 空气绝缘组合电器,以罐式断路器为主 刀闸 CT、PT （电子式）,以支柱断路器为主 刀闸CT 刀闸PT 刀闸刀闸,罐式断路器（220kV，500kV）： 国内：西高（三菱）；沈高（日立）； 国外：日本（三菱、日立、东芝）； AB
14、B（美国工厂）； 西门子。 空气绝缘组合电器： Compass 罗盘 ABB Compact 紧凑型 Pass（plug and switch system） 插接式,Compass,compact,pass,pass,HIS,最近发展起来的接插式开关系统（Plug And Switch System，简称PASS）,PASS的优点有： （1）、一次设备在同一SF6气体罐内，布置紧凑，可动元件少，结构简单可靠，大大减少占地(50%左右)、土建工作量、基础及接地网，大大减少一次和二次电缆； （2）、采用智能传感器，实现智能化、在线监测、站内微机监控和无人值守，二次方面居世界领先地位； （3）、采用CAD制图，模块化设计，土建、基础设计、电缆设计大大简化，显著降低设计成本；,（4）、设备本身检修周期长达20年，可以实现在线检测和状态检修；一次设备简化后，提高可靠性，减少停电，大量减少运行维护成本； （5）、PASS的综合造价与常规AIS基本相当甚至更低； （6）、可以实现少占地、少维护、小型化、紧凑型的输变电设备在电力系统中应用符合国电公司的要求。 预计PASS技术在我国将有很大的市场前景，而国内研究还处于起步阶段，应加大研究力度，尽快推出产品，占领国内市场。,Pass示意图,Pass 原理总布置图,Pass主接线,Pass的可插接式复合光缆,Pass电子式光电互感器,
