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1、变电站一次设备的运行、检修技术培训讲义内容提要：本讲义主要是介绍输变电设备新技术应用和发展，包括变压器、互感器、电抗器、高压套管、高压断路器、电缆、电力电容器及电力设备状态检测技术；主要是供从事变电站工作人员扩展专业相关知识，为在专业工作中了解和应用新规程、新规定、新技术起导引作用。第一章 输变电设备第一节 变压器一 .变压器技术的发展 电力需求的不断增长，意味着超高压输电电压的提高。不少国家为解决能源消耗过于集中及用户与电源相隔甚远的矛盾，近年来已采用500-750-1000kV的输电网络，因此相应而来的特高压变压器发展十分迅速。变压器的绝缘基本上由纸和油构成。但随着绝缘技术的进步，为提高变
2、压器的可靠性和经济性，变压器制造部门开发利用了计算机进行优化设计。在电场计算技术中，应用差分法，电荷重叠法及有限元法并趋于自动化和通用化。此外对磁场，机械力以及结构、电位振荡、温升，噪音等进行分析，力求在降低损耗，缩小尺寸，减轻运输重量等方面有新的突破。二 .变压器的基本原理 变压器是一种静止的电器。它由绕在同一个闭合的铁芯上的两个或两个以上的绕组组成，通过交变磁场的联系，把一种交流电的电压和电流转变为频率相同的另一种或几种数值不相等的电压和电流。变压器的工作原理是电磁感应定律，俗称“电生磁，磁生电”。即将低电压升为高电压或将高电压降为低电压供不同电网使用。三 .变压器的种类1. 按用途可分为
3、：1.1电力变压器；主要用于我们电力系统中升压或降压。已形成系列，容量和电压都有一定的等级。1.2试验变压器；产升高电压供试验电气设备用。1.3量测变压器；作计量用如电压互感器、电流互感器等。1.4其他用途变压器；如电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等。2. 按结构可分为：2.1双绕组变压器2.2三绕组变压器2.3自耦变压器3.按相数可分为：3.1单相变压器3.2三相变压器3.3多相变压器（如整流用六相变压器）4.按冷却条件可分为： 油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷或水冷等5.按调压方式可分为：5.1无载（无激磁）调压变压器5.2有载调压变压器6.按中性点绝缘水平可分为：6.1全绝
4、缘变压器（中性点绝缘水平与首端绝缘水平相同）6.2半绝缘变压器（中性点绝缘水平比首端绝缘水平低）四 .变压器的基本结构 每台变压器主要由铁芯、线圈、绝缘材料、油箱、套管、冷却系统和其它附件等组成。1. 铁芯1.1铁芯的形状常用的变压器铁芯有方形、十字形和多级阶梯形等多种形状。目前使用比较多的是多级阶梯形。1.2铁芯的型式变压器的铁芯有芯式（内铁式铁芯）和壳式（外铁式铁芯）两种。1.2.1芯式结构即铁芯柱是内接园多截面，外部套装线圈，一般分为单相二柱；单相三柱；三相三柱；三相五柱。目前已被广泛使用。1.2.2壳式结构即芯柱是方形的，铁芯将绕组包围，故称之为壳式变压器。其特点是结构紧凑，机械稳定性
5、好，线圈内油隙大，冷却效果良好。因此效率高，损耗小，噪音水平低。缺点是容量不能做得太大。1.3.铁芯的材料和工艺铁芯材料现在都采用质量高的冷轧硅钢片，如日本的G6H、法国的M6X等牌号，其厚度为0.3-0.23m/m。近年还应用激光照射硅钢片的新工艺，如ZDKH型超低损硅钢片，损耗可降低10%左右。铁芯采用优质冷轧取向硅钢片叠成，不涂漆，不退火，全斜无孔步进搭接，无纬玻璃丝带绑扎。工艺上采用先进的工装定位，不迭上铁轭。降低了损耗，振动和噪音也较低。铁芯柱及旁柱(也叫边柱或旁轭)上均装有磁屏蔽，以减缓铁芯阶梯菱角处的场强，降低局部放电水平，对于大型变压器，每隔一定迭 层还设有油道使冷却效果更好。
6、2. 线圈为减小变压器体积和降低损耗，除减少绕组匝数和绕组平均长度外，还要改进绝缘结构，提高绕组机械强度，目前国内外制造厂采用的高压绕组形式有饼式绕组其中又分为插入电容式（内屏蔽绕组）和纠结式（普通和插花纠），这两种方式主要是增加绕组的纵向电容，使冲击电压分布得到改善。层式绕组这种结构是同心式线圈最简单形式，工艺性好，便于绕制，层间油道散热效率高，为使起始电压分布均匀，线圈内层放置有静电屏，层间绝缘为电缆纸质油道，线圈两端均用绝缘件填平，不足之处是端部支撑稳定性差，在超高压变压器中，因绝缘层较厚不易彻底干燥。变压器的线圈，对于大型超高压产品，绕组采取不浸漆，并利用较先进的煤油气相干燥工艺进行恒
7、压干燥，导线材料用无氧电解铜拉成，外包纸绝缘，根据产品电压级的不同，采用不同的匝绝缘厚度，如110kV为1.35mm; 220kV为1.95mm；500kV为2.3mm以上，匝绝缘用纸为0.055mm高密度电缆纸。为提高变压器的抗短路强度和降低附加损耗，根据设计要求，分别采用组合导线或者自粘性换位导线以及半硬导线，其应力0.2160-200N/mm2。3.绝缘材料当今国内外制造厂生产的大型变压器，绝缘材料大量使用绝缘成型件和组合式绝缘。引线采用多重隔板绝缘，如魏德曼公司生产的波纹栅结构，用于引出线的绝缘，可大大缩小它绝缘尺寸。端部绝缘将金属压板改为层压木板，对提高端部绝缘强度，降低局部放电，减
8、少杂散损耗带来好处。4.油箱油箱主要有吊器身油箱和吊器壳油箱（也称种罩式油箱）两种。采用的钢材为低炭钢，伸张强度（12mm厚）为41-42kg/mm2，焊接工艺为CO2气体保护埋弧焊，油箱表面经喷砂除锈，采用X射线探伤和导通法，最后经水压试验。为防止漏磁在箱壳上引起局部过热，对立于线圈距离近的箱壁用铝板（电屏蔽）或硅钢片（磁屏蔽），前者降低负载损耗2%，后者可降低负载损耗8%，油箱均能随全真空抽试。 5. 套管套管外绝缘一般采用瓷绝缘套管，但也有使用硅橡胶绝缘套管。套管芯均采用油低电容型，整体装配用压力弹簧通过导杆压紧，为全密封结构。目前在超高压产品上，逐步在采用干式套管或充SF6气体的套管。
9、6. 冷却系统冷却系统由冷却器、变压器油、风扇和潜油泵等组成。大型变压器均采用高效铝合金冷却器，单台容量可达到300kW，并配置有噪音低的风扇和潜油泵。潜油泵，过去为1500转/分钟，轴承易发生磨损，近年来，应用900转/分钟的低转速泵，防止轴承磨损取得较好效果。作为变压器绝缘和冷却介质主要是变压器油，在超高压变压器中，为保证油的介电性能稳定性，均要求采用环烷基油。此外，高燃点（312）变压器油在美国已有应用，SF6绝缘的变压器在日本已大量在电网中使用。7. 其它附件7.1压力释放器 安装在变压器油箱上，过去采用的防爆管已由压力释放器取代。当变压器发生内部故障时，压力阀动作释压，发出信号。压力
10、释放器的规格一般为0.5kg/cm2和0.8kg/cm2 。7.2有载调压开关电压是电力网中的一项重要质量指标。由于用电负荷的变动，将会出现电压编移，其变动范围规定要求不得超过额定值的5%，为此在电力系统中采用自动调压措施来调整系统中各点的电压，目前在电力网中的调压手段主要有发电机调压；变压器调压；同步静止电容补偿调压等。变压器有载调压是在变压器励磁或负载状态下改变绕组分接位置的一种装置。有载调压分接开关的基本原理，是在不中断负载电流的情况下，由变压器绕组的一个分接头，切换到另一分接头，以改变变压器的电压比，从而实现调整电压的目的。7.2.1有载调压开关种类有载调压开关按限流方式分为电抗式和电
11、阻式两大类。电抗式它的电抗器装在变压器油箱内，允许跨桥使用时，能增加调压级数，由于电抗器始终接入电路中，故损耗大，且电抗式不易熄弧，所以现在已被电阻式所代替。电阻式两个分接位置变换时，由过渡电阻加以限流。这种型式的开关，由过渡电路（切换开关部分）选择电路（选择开关部分）调压电路（线性调压，正反调压和粗细调压三种）组成。7.2.2机械寿命在有载调压开关的结构中，机械运动部分是开关的关键环节，对于满足长时间连续动作的次数称为机械寿命，国标规定机械寿命至少50万次，先进国家的产品已达到80-100万次的水平。7.2.3电气寿命电弧触头的电气寿命，直接影响维修周期和工作量。因此，要求分接开关应具有高的
12、电气寿命，国标规定触头电气寿命不低于5万次，先进国家已高20-30万次。7.3压力释放器安装在变压器油箱顶上，过去采用的防爆管已由压力释放器取代。当变压器发生内部故障时，压力阀动作释压，发出信号。压力释放器的规格一般为0.5kg/cm2和0.8kg/cm2 。五. 变压器运行变压器在运行中，常受到严重的电应力和机械应力的冲击，为提高变压器的安全可靠性，避免事故，除有高质量的产品之外，特别要注意的是认真细致地管理好变压器，这对于超高压，大容量变压器尤为重要。一般在变压器安装竣工后，按规定项目要进行本体及绝缘油的全部试验，合格之后，则具备通电运行的条件。此后，运行部门应把加强运行维护作为重点，以确
13、保变压器的正常使用和预期寿命。1. 变压器投运前的检查1. 1变压器保护系统的检查1.1.1熔丝保护的检查1.1.2继电保护装置的检查1.1. 3瓦斯保护的检查1.1.4防雷保护的检查1.2监视装置的检查 检查所有指示元件是否正常，如电压表、电流表、压力释放器、油流指示器，油位指示器、温度指示器。对于用来启动变压器油循环的油泵及风扇的温度计接点，如果是用油温来启动，则整定在60，如果是用绕组温度来启动则整定在75。1.3冷却系统的检查 检查油泵及风扇的旋转方向是否符合规定的方向。对于水冷变压器，要使水压不大于最低油压，以免水渗入油中。1.4外壳检查1.4.1检查变压器油箱上及其它升高座部位的放
14、气塞，要将积气放净，以免气泡进入高电场区引起电晕放电或进入瓦斯继电器中发生误报警。1.4.2检查所有阀门，应置于正确位置。1.4.3变压器上的导线，母线以及接地连线是否牢固可靠。1.4.4检查变压器上各带电体到地的距离，应符合要求。1.4.5检查密封垫的所有螺栓，要足够紧固。1.4.6检查带驱动机械的有载调压分接开关状况，如分接位置指示，限位装置和计数器等。1.4.7检查变压器上（含控制柜等）不要残留仪表及工具。1.4.8对于半绝缘产品，投运时应将中性点接地，以免过电压造成绝缘击穿。2. 变压器运行中的检查运行中的检查是发现变压器异常的必要手段。根据重要性的不同，原则上每值1次，主要检查：2.
15、1变压器各部温度指示和各种仪表的运行情况及抄表。2.2变压器油位是否符合正常的油位油温曲线，油温是否正常。2.3油箱、套管、阀门、冷却装置、压力释放器、油管和法兰有无渗漏油。2.4变压器本体及冷却器振动和响声是否正常。如励磁声音的变化，油泵磨损，风扇振动加大等。2.5套管情况主要检查有无裂纹，污秽、渗油，局部过热和绝缘性能有无变化等。2.6呼吸器的干燥剂是否变色（当2/3以上由兰色变成浅紫色时，应进行更换）2.7有载调压开关装置的操作机械动作情况。3. 定期检查3.1油的色谱分析，应每年1-2次，总烃不大于150L/L。3.2油中微量水分检测1-3年1次，110kV不大于30L/L。3.3有载
16、调压开关的检查3.3.1运行开始1万次或者1年进行第1次检查，5万次或5年以内，3万次或2年以内。主要检查切换开触头，和限流电阻的情况。3.3.2.切换出口短路事故时应提前检查。3.3.3调压开关小油箱中油的电气强度低于25kV/2.5mm时应进行处理或更换。3.3.4对不经常移动的触头，应定期操作一个循环，以防止触头上沉积有碳粒。3.3.5按DL/T 57495有载分接开关运行维护导则执行。3.4冷却器每年要检查1次，冷却器的散热面要用2kg/cm2气压或水压冲洗干净。3.5瓦斯继电器的跳闸回路必须每年检查1次。4. 变压器试验周期和试验项目4.1变压器的试验周期和试验项目，应按国家标准或行
17、业标准执行，对于进行状态检修的变压器可执行本公司的内部标准。一般.绝缘试验1-3年1次，对于大型变压器可1年1次。4.2.当变压器发生出口短路后，应进行绕组变形检查（可采用频扫法或电容法）或进行低电压短路阻抗测量。当有怀疑时应吊芯（吊罩）检查。4.3对于大型变压器运行中可进行油的带电度或油流带电测量。5. 变压器过负荷运行变压器的寿命主要决定于变压器的绕组、铁芯的最高温度和油温。变压器在额定负载下，绕组平均温升为65，与最热点的温差为13，如平均环境温度为20，则热点为98，在这个温度下可运行20-30年。如果过负荷运行，其寿命按每增加6减少一半的法则。因此，对温度保持连续性的监视是很重要的。
18、现行的电力变压器运行规程中规定，变压器正常过负荷可以经常使用，其允许值由变压器负荷曲线，冷却介质温度及过负荷前变压器所带负荷等因素来确定。对于低温冷却介质，变压器可以过负荷。但是，允许的过负荷绝不能只由对冷却介质的温升来确定。因为绕组与油之间的温升是随负荷增加的1.8次方增加的。所以过负荷运行时间应由绕组的最热点温度决定。6. 变压器的效率 所谓变压器的效率是二次侧的输出功率P2与一次侧的输入功率P1的比值的百分数即= P2/ P1100%。 变压器的效率一般是很高的，通常在9599%的范围内。变压器的容量越大，其效率越高。第二节 互感器随着电网的大力发展，互感器的应用日益增多,目前主要有电压
19、互感器和电流互感器两种。电压互感器以往均采用电磁式结构，但易引起电磁谐振过电压，近年来电容式电压互感器已得到广泛使用。其型式有充油式、充SF6气体式、光电式等。一. 电压互感器1. 电压互感器的工作情况电压互感器实际上就是一种降压变压器。它的一次线圈匝数很多，二次线圈匝数很少。一次侧并联地接在电力系统中，二次侧可并接仪表、继电器的电压线圈等负载。由于这些负载阻抗很大，通过的电流很小，因此电压互感器的工作状态相当于变压器的空载情况。2. 电压互感器的型式按结构可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种。3. 电压互感器的用途电压互感器是用来测量电压的。其准确度有四级：0.2、0.5、1和3。0
20、.2级用于实验室精密测量，一般发电厂和变电站的测量和保护常用0.5级和1级即可。4. 电磁式串级电压互感器的特点电磁式串级电压互感器的高压绕组仅有一部分线匝与低压绕组在同一心柱上，而其他线匝则绕在其他铁芯柱上，这一部分高压绕组线匝是通过平衡线圈和连耦线圈与纸压绕组进行电磁耦合。平衡线圈的直接作用是：平衡同一铁芯两芯柱的磁通。连耦线圈的直接作用是：平衡两铁芯的磁通。设置这两种线圈的目的是均匀各段线圈电压，减少测量误差。5. 电容式电压互感器电容式电压互感器除具有电磁式电压互感器的作用外，还可代替耦合电容器兼作高频载波用。由于它的绝缘冲击强度高，可防止电网中的铁磁谐振，在超高压系统中有代替电磁式电
21、压互感器的趋势。基本结构：电容式电压互感器实际上是一个电容分压器。但是在分压电容上的电压是随负荷发生变化的。如果在分压回路中串入一个电感，用以补偿电容器的内阻抗，可使电压稳定。因为在二次回路中电压较低，电流较大，阻抗电压将影响其准确度，所以电容分压器的输出端不能直接与测量仪表相接，而要经一个电磁式电压互感器降压后再接仪表。 6. 电压互感器投入运行时要注意的问题电压互感器经大修后或新电压互感器投入系统工作时，除作一般规程规定的外表检查和操作前该作的准备工作外，还需要以工作电压检验其接线与其他有关二次电压回路关系的正确性，其中有：1）测量相及相间电压应正常；2）测量相序应为正相序；3）进行定相。
22、二. 电流互感器1. 电流互感器的工作原理1.1常用的电流互感器是基于电磁感应原理，它的一次绕组串入线路中，二次绕组接仪表和继电器，一次线圈的电流取决于线路负载，与二次无关，二次侧电流取决于仪表及继电器，因为这些元件的阻抗都较小，电流互感器基本趋于短路状态。1.2电流互感器正常运行时，磁势相互平衡，激磁安匝很小，一旦二次开路，一次安匝将全部用于激磁，此时铁芯高度饱和，导致铁芯损耗和温度升高，而且二次线圈上会感应出很高电压，影响设备及人身安全，所以在运行中互感器应严禁二次开路。2. 电流互感器的用途电流互感器按其用途分为测量级和保护级。前者用在系统正常工作时测量电流和功率，要求有一定的准确级，同
23、时为保护测量仪表，其最大二次电流要有一定限制（一般为1A或5A）。保护级用在系统发生短路或其他故障时和继电器一起起保护作用，因此，要求有良好的过电流工作特性，即有足够的10%倍数，所以电流互感器都要求绝缘可靠和具有足够的动热稳定电流。3. 电流互感器的准确等级常用的电流互感器的准确等级分为五级：0.2、0.5、1、3和10级。用于继电保护的电流互感器，除应能满足继电保护的灵敏度和选择性的要求外，还应按照电流互感器的10%误差进行校验。4. 电流互感器的相差和比差相角差是一次电流矢量与转过180后的二次电流矢量间的夹角，以分表示。比值差f是折算到一次侧的二次电流与实际一次电流间的差值。 5. 什
24、么是保护用电流互感器的10 %倍数当一次电流成倍增长时，铁芯会趋于饱和，I0将急剧增加，从而引起误差增加，当一次电流增加到n倍（一般要求是15倍），误差达到-10%，则一次电流倍数n就叫做10%倍数。二次侧接额定负荷时的10%倍数，叫额定10%倍数。10%倍数越大，表示此互感器的过电流性能越好。10%倍数与二次负荷的关系曲线叫10%倍数曲线。6. 温升限值的动、热稳定电流当电流互感器二次线圈接额定负荷，一次线圈通过额定电流且长期工作时，要求油浸式的线圈温升不超过55k，油面温升不超过50k。所谓热稳定电流是指在二次线圈短路的情况下，互感器在1秒钟内随短路电流的热作用而无损伤的一次电流有效值。所
25、谓动稳定电流是指一次线路发生短路时，互感器所能承受而无机械损伤的最大一次电流峰值，动稳定电流一般为热稳定电流的2.55倍。7. 绝缘结构电流互感器的绝缘为电容均压结构，设备电压由若干个串联的电容链组成的电容芯子来分担。电容屏由铝箔制成，屏间绝缘由电缆纸连续缠绕构成，在电容屏端部附有端屏以改善端部电场。电容芯经真空干燥与浸油处理后进行总装后与瓷套和金属附件等组成为一个整体，并对电容芯与瓷套间在高真空状态下注满绝缘油，使整个产品为全密封结构。8. 电流互感器的型式根据绝缘覆盖方式及二次绕组放置的位置分为箱式和倒立式两种。8.1箱式：一次绕组为U形或R型，其主绝缘连续覆盖在一次线芯上，二次绕组及铁芯
26、置于器身下部油箱中。8.2倒立式：二次绕组及铁芯置于器身上部油箱中，主绝缘覆盖在二次绕组上。三. 光电互感器随着电网电压的提高及继电保护的要求不断完善，常用的铁芯式电流互感器已经不相适应，其固有的体积大、磁饱和、动态范围小、频带窄、存在爆炸等弱点，难以满足电力系统自动数字化、无油化的要求。因此，寻求新一代电流互感器的任务已势在必行。近20年来，国内外许多专家学者研究了各种高压电流测量新方法，其中光电技术、光纤技术与计算机技术相结合而成的光电互感器是最有前途的一种新型互感器。目前，国外ABB、西门子等大的电气公司已有产品销往我国并应用于500KV电网上。目前光电互感器大致分为无源光电电流互感器和
27、有源光电电流互感器，前者采用法拉第磁光效应原理，用Rogowski线圈作电流传感器，后者采用法拉第电磁感应原理用“罗氏”线圈（空芯线圈）作电流传感器。在高压侧测到的电信号，变成光信号通过光纤绝缘子传送到低压侧再变成与电流成正比的电压信号，实现计量和保护。第三节 电抗器在超高压输电网中，由于线路长，因电容效应在空载线路末端产生的工频电压升高，严重影响电气设备的安全运行，所以必须在线路的末端或首末端装设并联补偿电抗器。随着500KV输电系统的建设，自1982年起，先后在华中、东北、华北和华江等大电网投运大批电抗器，电压等级包括35、63、220和550KV，产品来自于法国、瑞典、加拿大、意大利、前
28、苏联，国产设备有西安变压器厂、沈阳变压器厂、保定变压器厂。产品类型有油浸铁芯式，也有干式空芯式。1. 芯式电抗器油浸式电抗器的结构与变压器相似，主要由线圈、铁芯和油箱等部件组成。电抗器的铁芯结构较变压器复杂，其芯柱由若干个铁芯饼块串联组成，芯块由矽钢片按辐射式或渐开线式迭装，经环氧树脂固化，以减少气隙侧面漏磁引起的附加损耗和轴向振动。芯块之间用绝缘硬质的气隙垫块隔开。垫块的材料有瓷、玻璃丝板等，用环氧粘结后迭装成芯柱，芯柱中间用螺杆压紧。单相电抗器的铁芯电抗器的漏磁通密度要比变压器大得多。在靠近铁芯，铁软和线圈支架的漏磁通比变压器要大几倍。这些漏磁通穿过磁性金属，将会产生附加损耗和局部过热，这
29、是油浸芯式电抗器运行中的主要问题。2. 壳式电抗器 壳式并联电抗器的特点是采用空芯式结构且有十分完善的磁通屏蔽结构。其优点： （1）磁化特性线性度好，主要是由于在主漏磁通道中，采用了非铁磁性材料使整个磁路的饱和点被大幅度地提高，其磁化特性曲线通常在额定电压1.7倍时仍为直线。 （2）损耗低，消除了局部过热壳式并联电抗器的磁屏蔽吸收了主漏磁通道中全部的漏磁通，屏蔽效果完好，油箱壁，磁屏蔽夹件和磁屏蔽拉螺杆中附加损耗几乎为零。杂散损耗极低，根本上避免发生局部过热，总损耗仅为芯式的0.8倍左右。（3）振动和噪声：由于壳式空芯电抗器的气隙长度比芯式长度大4-8倍，因而电压吸引力小（4-8）倍，一般振动
30、的振幅不超过国家标准规定值的20%，噪声实测值也低于国标规定值5dB(A)以上。（4）耐冲击电压水平高采用高串联电容矩形扁平线圈和沿电位线布置的成型绝缘，具有很高的耐受冲击电压能力。（5）温升低线圈表面垂直于油流方向布置，使油有良好的对流散热，从而能够获得好的冷却效果。3. 干式空芯电抗器国内500KV系统中变压器第二线圈并联了大量的干式低抗，可以调相、调压。干式空芯电抗器与传统的油浸铁芯式电抗器相比，具有重量轻，线性度好，机械强度高，噪音低等优点。目前又开发一种串铁芯式干式电抗器，在同等容量下线圈直径可大幅度缩小，导线用量减少，损耗也随之降低，漏磁对周围金属构架的影响变小。上述两类干式电抗器
31、，均装设于户外，因此亦出现一些值得重视的问题，如：线匝局部过热；漏电起痕，表面出现树枝状以及RTV涂层老化及龟裂等现象都有待进一步研究和提高质量。第四节 高压套管高压套管是作为电气设备（变压器、电抗器）的高压引出元件。目前35KV及以下的套管大部分是纯瓷套管，60KV及以上的套管均采用电容型结构。按其主绝缘材料不同分为油浸式电容型套管与胶纸电容型套管。油纸套管的主绝缘是以导杆（直铜管）为中心，在其上绕以电缆纸、卷到一定半径的尺寸时包上铝箔电极，形成同心园电容芯。然后进行真空干燥与浸油处理，其工艺要求与电流互感器基本相同，电容芯经浸油处理后进行总装与上、下瓷套和金属附件组成一个整体后抽真空注入变
32、压器油。胶纸套管与油纸套客结构上基本相似，胶纸套管电容芯是由不透油的单面上胶纸与铝箔制成。胶纸上所上的胶一般是酚醛树脂或环氧树脂通常以整张纸在加热的滚筒上，边包绕边加压力。为均匀端部场强，在铝箔边缘常采用半导体镶边，卷好心子后，经热处理使树脂固化，然后两端切成园锥形，再涂防潮漆和烧干形成坚固的电容心子。由于胶纸套管的电容芯机械强度较高，浸入设备的部分一般不单装瓷套，只是与大气接触部分加装瓷套。目前在超高压设备上使用的电容型套管质量好的较有瑞士密卡费尔工厂，德国HSP工厂，英国雷诺尔以及ABB等。一般常见的故障主要是局部放电损坏绝缘纸上出现树枝状放电，另外就是热老化。第五节 高压开关一.10KV
33、真空断路器配永磁机构1.简介根据国内外断路器故障统计数字来看，机械方面的故障占到故障总数的70%以上，为提高断路器操作的可靠性，有必要研制新型的断路操动机构。真空断路器与其他形式的断路器的动作特性有较大差别，真空断路器的行程很小，合闸保持力大，总的操作功小。传统的电磁机构、弹簧机构存在合闸操作电流大、机构零部件数较多，机械锁扣部分的复位和闭锁存在的不可靠性因素较多。永磁操动机构与其它机构相比，具有结构简单，运动部件只有一个，零部件数大幅减少，特别是负载特性与真空断路器的负载特性比较接近，有助于减小触头弹跳，提高刚分速度。永磁操动机构采用新的工作原理，将电头磁机构和永磁铁有机的结合起来，避免了合
34、分闸位置机构脱扣、锁扣系统所造成的不利因素，无需任何机械能而通过永久磁铁产生的保持力就可使真空断路器保持在合、分闸位置。因此，永磁操动机构实质就是一种用于中压真空断路器的永磁保持，电子控制的电磁操动机构。永磁操动机构按终端位置的保持方式分为双稳态和单稳态两种形式。按机构形式分为三种：双线圈永磁机构、单线圈永磁机构和分离磁路永磁机构，其中前二种属于双稳态形式，后一种属于单稳态形式。双稳态永磁操动机构的衔铁靠永磁体产生的吸力保持在行程终止的两个位置；单稳态永磁操动机构合闸位置由永磁体产生的有为力保持，分闸位置由分闸弹簧保持。分离磁路永磁机构是把合闸、分闸和保持磁路分开，使用这种方法能优化磁路，永久
35、磁铁只用于保持合闸位置。目前，国内外生产的永磁机构以双稳态永磁操动机构为主，主要由于其无需合分闸位置的机械保持和机械脱扣装置，结构较简单，动作可靠性高。2.永磁体材料目前所用的永磁材料主要有铝镍钴磁铁、氧化物磁铁以及烯土永磁材料。下表列出了三种永磁材料的性能。材 料铁氧体铝镍钴烯土永磁Nd-Fe-B最大磁能积BHmax/kJm-33256270剩磁BR/T0.37-0.421.3-1.41.22-1.25矫顽力HC/kAm-1220-27054-60876-939从上表中可看出，烯土永磁材料既有高的剩磁，又有强的矫顽力，比如钕铁硼（Nd2Fe14B）烯土永磁材料与传统的磁铁相比，有如下的优点：
36、（1）烯土钕铁硼磁铁与传统的磁铁的体积相同时，前者产生磁场比后者强得多，因此，为使用设备的小型化和轻型化提供了条件。（2）烯土钕铁硼具有较强的矫顽力，不易受到外界磁场影响，稳定性好，与其他磁性材质接触时，基本上无退磁。（3）磁铁材料在受到机械冲击后，会引起退磁现象，多方面的研究和实践经验已证明烯土材料的机械性能和磁性能都较传统的永磁材料稳定。正是由于有上述优点，烯土钕铁硼磁铁在目前的永磁机构中获得了广泛应用。3. 双稳态永磁操动机构的工作原理根据现有产品的结构，我们主要以双稳态（双线圈）永磁操动机构为模型，简要介绍该种机构的工作原理。双稳态永磁操动机构共由六个主要零件组成：静铁心，衔铁，永磁体
37、，分合闸线圈及连接杆。当断路器处于合闸或衔铁保持在上下极限位置时，线圈中无电流，也不需要任何机械锁扣装置。当断路器处于分闸或合闸时，电了控制器接通储能电容和分合闸线圈，分合闸线圈中有脉冲电流通过，产生磁势，衔铁中由线圈产生的磁势与永磁体产生的磁势相互叠加，当线圈中电流达到一定值时，原平衡被打破，衔铁连同固定在上面的驱动杆驱动开关本体完成分合操作。分闸操作时的动作过程是，当机构接到分闸命令时，分闸线圈带电，分闸线圈中的电流产生磁场，分闸线圈在上部工作气隙产生的磁场方向与永久磁铁所产生的磁场方向相反，当分闸线圈中电流达到一定值时，动铁芯开始向下运动，并随着位移的增加，底部气隙的磁阻逐渐减小，磁感应
38、强度远远大于上部气隙的感应强度，动铁芯向下呈加速运动，动铁芯运动至行程一半后，分闸线圈电流和永久磁铁所产生磁场方向均向下，于是进一步加速了动铁芯的运动速度，直到分闸位置。分闸到位后，线圈电流和永久磁铁所产生磁场和磁力线基本全部通过下部气隙，切断线圈电流，动铁芯自动保持在分闸位置。遇到紧急情况需要手动分闸时，可采用机械方法强行将动、静铁芯拉开，进行手动分闸。合闸情况与分闸基本相同。永磁操动机构控制部分主要有三个问题需要解决，首先是电源，为在较短时间内获得较大的脉冲电流，一般是采用电容器放电的方式。其次，是对开关分、合闸状态的检测，通常采用接近开关进行检测。最后是线圈电流的控制，由于线圈是直流的，
39、传统方法开断大容量直流比较复杂，可采用关断晶闸管（GTO）对线圈进行操作。二. 自能灭弧原理的断路器1. 简述随着现代技术的发展，人们对断路器的灭弧原理的研究也更加深入，设计出了效率更高，开断能力更强的断路器。特别是在应用SF6气体作为断路器的灭弧和绝缘介质后，由于SF6气体优良的绝缘性能，良好的热性能和低电离温度使其具有较好的灭弧性能，使断路器的技术进一步发展到了一个新的高度。早期的SF6断路器灭弧室一般采用压气式原理，该类断路器是利用灭弧室内压气缸产生的高压SF6气体吹拂电弧，使其冷却去游离，在过零点时熄弧，这种原理的缺点是没有充分利用电弧的能量来产生灭弧压力，操动机构除提供动触头的运动能
40、量外，还需提供增加熄弧压力而产生的能量。因此，要求操动机构提供的操作功率较大，对断路器的机械冲击也较大。近年来，国内外制造厂相继开发出“自能”灭弧原理的断路器，所谓“自能”就是利用断路器开断时产生的电弧能量提供灭弧压力，操动机械只需提供驱动触头的能量。2. 自能灭弧室灭弧原理“自能”灭弧原理，就是利用开断时电弧自身能量，来增强灭弧能力的一种方式。在电流开断的过程中，在上游弧区的电弧，将压气缸中的SF6气体进行加热，造成压气缸中的SF6气体压力上升，当静弧触头在尚未脱离喷口喉部区域时，电弧的热效应使狭窄喷口区域产生强烈的气体膨胀，形成局部的高压区，暂时阻塞了SF6气体从喷口的流出，即电弧的“阻塞
41、”效应。这是自能式灭弧时重要灭弧过程。在电弧的“阻塞”效应时的同时，压气缸压缩气体，当静弧触头脱离喉部区域时，喷嘴打开，被膨胀和压缩的SF6气体在喷口处形成了强烈的气吹，使电弧在电流流过时熄灭，并冷却弧区，恢复介电强度。3.“自能”原理断路器灭弧的分类目前，自能式灭弧室基本上可分两大类：双气室型和单气室型。4. 自能灭弧与压气式灭弧的比较由于“自能”式灭弧空气充分利用了电弧能量，使灭弧开断效率得以提高，与传统的压气式灭弧室相比，开断时所需要的外力大大减少，喷口喉部加长，压气缸的直径明显减少。由于气体的喷吹由电弧加热完成，从而可降低分闸速度。上述结构，降低了所需的操作功，一般可使操作功减少至单压
42、式灭弧室的20%-50%。由于操作功的减少，撞击力也减少，降低了断路器机械系统和底架所承受的机械力，对提高产品操作寿命有很大益处。而且，操作功的降低使得断路器配小功率的弹簧操作机械成为可能，因而，目前国内外采用“自能”原理的断路器一般均配备弹簧操作机械。双气室灭弧室的结构复杂（与单气室相比），在开断小电流时，由于电弧能量不足，需借助压气室的增压，来达到灭弧的目的。单气室结构较简单，近似于压气式灭弧室，经过灭弧室的优化设计，可以保证开断小的电流能力。总之，上述两种结构的灭弧室各具优缺点，用户可根据自己的要求进行选择。三. Compass组合电器1. Compass即紧凑型工厂预制空气外绝缘变电站
43、，也称“专盘”变电所。Compass一般可分为移动功模块和固模块两部分。其具有占地面积小，布置紧凑，安装检修方便，价格适宜，可靠性高的高压产品是电力部门的渴求，而Compass组合电器正是基于上述要求开发的产品。该产品是最初由ABB的子公司ADDA设计开发出来，于1999年打入中国市场，以其布置紧凑，结构新颖，安装检修方便等特点，受到国内用户的欢迎。2. 产品结构Compass的间隔分为断路间隔和测得间隔两大部分，每个部分又由固定模块和可移动模块两部分组成。断路器间隔固定部分由接地开关、隔离静触头、间隔支撑母线系统组成。移动部分由断路器、电流互感器、移动小车和隔离动触头等效于进出线隔离开关组成
44、。移动小车可由电动机构驱动也可用手动摇杆驱动，以实现隔离开关的合闸和分闸过程。各元件之间不但可以实现电气连锁也有可靠的机械连锁，可最大限度防止误操作。测得间隔移动部分由避雷器、电压互感器、移动小车和隔离功触头等效于隔离开关组成。固定部分与断路器间隔相同。3. 产品特点3.1产品为预制的间隔和预制的间隔支撑母线3.2各元件的电气连接均为电缆传输插接式连接，安装、检修、更换较为方便3.3隔离开关、接地开关、断路器三者之间实现了电气、机械双重连锁，具备了断路器合闸时，移动小车不能退出和插入；移动小车完全隔离时，接地开关才能合上；接上开关完全分闸时，移动小车才可移动等各种联锁功能，可有效防止误操作。3
45、.4间隔母线系统有效的利用了空间尺寸来保证母线间的绝缘距离和间隔之间的距离，进一步缩小了变电站的占地面积。接线方式可以灵活多样，有单线接线、单线分段接线、桥形接线、扩大桥形接线等多种接线方式。3.5常规的电器设备在设计方案上每个间隔包括1台断路器、3台电流互感器和2组隔离开关。共有18个对地网络点，而Compass将上述设备组合在一起，对地网络的点数目大大减少，提高了运行可靠性。3.6变电站总体结构简洁，安装基础一次完成。3.7控制柜可使用“智能控制柜”，实现“电站无人值守”3.8产品应用范围广泛，可扩展用在35KV220KV各电压等级。3.9与同样间隔常规敞开式变电站相比，总占地面积可节省5
46、0%左右。按目前设备价格，综合造价比常规站高10%左右，但安装调试周期比常规大大缩短。总之，Compass组合电器的应用，对于减少变电站安装调试周期，方便维护检修具有较为现实的意义，既能提高安全供电的可靠性，又减轻了安装、运行、检修人员的负担，具有较高的推广价值。四. SF6组合电器SF6气体绝缘开关设备（以下称GIS）是将各组成元件装入密封的金属接地容器内，并在此容器内充入SF6气体作为绝缘和灭弧介质。 GIS从上世纪60年代应用至今已由分相式，发展为主母线相共箱式，到三相共箱型式，进而发展到一个容器内装入多个元件的综合型，在向高电压、大容量、高可靠性发展的同时，GIS的体积也在向小型化的方
47、向发展。 随着现代技术的发展，新材料设备的使用，使GIS小型化方面作了很多的研究与探讨，并开发出了72kV-550kV等一系列小型化GIS产品投入到实际运行中，下面就GIS小型化所应用的材料及设备元件做一简介。1.树脂材料技术 绝缘隔板（盆式绝缘子）将GIS内盆元件与充气罐电气绝缘隔开的同时，也起到机械支撑的作用，是GIS小型化、高可靠性的一个极其重要的零件。GIS母线直径的缩小意味着绝缘隔板的小型化，由于减少盆式绝缘子散热面会引起温度上升的矛盾，所以需要进行高耐热树脂材料的开发。最新开发出的耐热树脂为一种将铝粒子分散了的环氧树脂构成的复合材料。开发中应用树脂的低硬化收缩、所松度和铝粒子的高充填作用等，从而实现了盆式绝缘子的高耐热性，使耐热温度比原来上升了10达到115。另外，在这种大型盆式绝缘子浇铸成型的制作过程中，控制好发热和收缩硬化反应是很重要的。通过采用严格控制的硬化工艺解析，建立了一个没有裂纹及气孔等产生的最佳硬化程序，从而对质量的稳定化起了很大作用。2.不同金属的结合技术为达到小型化目的，必须将灭弧室本体小型化。对于由钢、铝、等合金构成的灭弧室来说就必须提高它的耐电弧性和耐热性，这些不同金属的接合技术和接缝强度的可靠性的提高成为研究的重点和难点
