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1、第三章 高压电器及成套配电装置,李福祥,常用的高压电器设备：1.断路器 2.隔离开关 3.负荷开关 4.熔断器 5.电容器,高压电器设备作用：控制 或 保护,高压电器应用范围：1.发电厂 2.变电所 3.配电间,第一节 高压电器相关知识,第一节 高压电器相关知识,一、电力系统短路的基本概念,1.短路的概念：电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性点直接接地系统而言）通过金属倒替、电弧、或其它较小阻抗联结而形成的非正常状态,2.三相电力系统短路类型：（1）三相短路（2）两相短路（3）两相接地短路（4）单相接地短路,三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点
2、接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。,在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需35秒。,第一节 高压电器相关知识,3.危害：（1）过热，造成热破坏，同时破坏绝缘（2）产生电弧，高温烧损设备或烧伤人员，引起火灾（3）产生电动力，造成设备变形或损坏（4）短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，产生电压降，影响电器设备的正常运行。,短路爆炸后的断路器,短路的母
3、线,短路的产生冲击波，对窗户造成的破坏,二、高压电器中的电弧,1.开关电器中电弧的产生与熄灭,（1）电弧：电弧电流本质时离子导电，即电极之间的正离子（带正电）在电极电场力的作用下向负极运行哦那个、负离子（带负电）和自由电在在电极间电场力的作用下向正极运动而形成的电流。,（2）恢复电压：恢复电压是指电弧暂时熄灭后外电路施加在触头（电极）间的电压。,（3）击穿电压：击穿电压是指触头（电极）间产生电弧的最小电压。,二、高压电器中的电弧,1.开关电器中电弧的产生与熄灭,（4）电弧熄灭的要求：介质 恢复电压小于介质击穿电压。,交流电系统中，可以利用电流过零点来加速电弧熄灭，因为电流过零点时产生的能量（热
4、能）为零，离子浓度、温度都低。,第一节 高压电器相关知识,（5）影响电弧熄灭的因素：,A.物理因素：温度：高温离子活跃不利于灭弧；反之低温利于灭弧离子浓度：浓度高，利于电流，不流于灭弧；反之，利于灭弧；距离（电弧长度）：距离长，电场强度相对小，击穿电压高，利于灭弧；反之，不利于灭弧。,B.恢复电压影响因素电源电压：电压电源高，不利于灭弧，原因恢复电压快电路中感性（或容性）负载与电阻性负载所占的比例：比例高，不利于灭弧电弧电流的变化率：变化率高，产生高的电压，不利于灭弧。,2.加速电弧熄灭的方法,第一节 高压电器相关知识,减少燃弧时间和强度，通常采取的方法有：,（1）气动吹动电弧：利用低温告诉的
5、气体吹动电弧带走大量带电高能粒子。横吹：与电弧垂直，带走热量、离子，拉长电弧，效果明显纵吹：顺电弧方向,（2）拉长电弧：加快触头的分离速度，使电弧迅速拉长，电弧表面积增大，降低离子浓度和温度。,（3）电弧与固体介质接触：固体介质冷却并并吸附大量的带电介质，提高介质击穿电压。,第二节 高压断路器,一、高压断路器的用途、类型和主要技术参数,高压断路器的用途 高压断路器在高压电路中起控制作用，是重要元器件之一，是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。,家用低压断路器,工厂用高压断路器,第二节 高压断路器,一、高压断路器的用途、类型和主要技术参数,说明：（1）正常情况下接通或断开高压电路，是
6、指正常电路的操作。（2）故障情况下断开：是由于断路器具有灭弧能力，可以切断故障电路。（3）故障情况下接通：是指在一些特定情况下，如为减少由于临时接地造成停电时间过长设立的重合闸系统，需要断路器在可能故障没有消除的情况下将电路接通，若故障没有消除，断路器具有再次快速断开并不再重合的功能。,第二节 高压断路器,2.高压断路器的类型,第二节 高压断路器,3.高压断路器的主要参数,（1）额定电压 额定电压是指断路器正常工作时所能承受的电压等 级，决定了断路器的绝缘水平。额定电压（Un）是指线电压。断路器长期工作的标准电压（对三相系统指线电压），常用的电压等级为3、10、20、35、60、110kV电力
7、系统在运行中允许有5的波动，断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定。如：对3220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高15左右，分别为3.6、12、24、40.5、72.5、126kV.；对330kV以上，规定最高工作电压较额定电压高10%。为和国际标准接轨，国家新规定断路器的额定电压以最高电压标定。但原有的标注方式也在沿用。,第二节 高压断路器,3.高压断路器的主要参数,（2）额定电流 额定电压是指在规定的环境温度下，断路器长期允许通过的最大工作电流。也就是说在额定电压下，在规定环境温度时长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工
8、作时最高允许发热温度。断路器长期工作的环境温度按照40摄氏度计算。常用的断路器的额定电压等级为200、400、630、1250、2000、3150A.,（3）额定开断电流 是指在额定电压下断路器能够可靠开断的最大短路电流值，是表明断路器灭弧能力的技术参数。常用的开断电流为6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA.,第二节 高压断路器,3.高压断路器的主要参数,（4）关合电流 关合电流是指保证断路器能可靠关合而又不会发生触头熔焊或其它损伤时，断路器允许接通的最大短路电流。考察断路器耐机械破损和防止熔焊的能力。,第二节 高压断路器,3.高压断路器的
9、主要参数,某厂ZN63A-12真空断路器的技术参数,第二节 高压断路器,4.断路器的型号及含义,断路器名称,S少油断路器 D多油断路器 K空气断路器 Q产气断路器 Z真空断路器 L六氟化硫断路器C磁吹断路器,安装地点,W户外式 N户内式,设计序号,额定电压（kV）,其它标准,G改进型 C手车式,额定电流（A）,额定开断电流（kA）,例如：ZN28-12/1250-31.5,该断路器型号表示：真空断路器，户内安装方式，设计序号为28，额定电压12kV，额定电流1250A，额定开断电流为31.5kV,第二节 高压断路器,二.真空断路器,真空断路器的优点：体积小、重量轻、噪音小、无可燃物、维护量低、
10、可频繁操作,真空断路器（小车式）,真空灭弧室,第二节 高压断路器,二.真空断路器,1.真空灭弧室,1.排气管保护罩2.排气管密封刀口3.环氧树脂填料4.定端盖版5.定导电杆6.屏蔽罩7.玻壳（或陶瓷壳）8.定触头座9.静触头10.动触头11.动触头座12.动导电杆13.波纹管14.均压罩15.动端盖版16.导向套,绝缘灭弧室绝缘外壳：玻璃泡 陶瓷泡玻璃泡：易加工，有一定机械强度、易焊接、透明；受冲击能力差陶瓷泡：机械强度高；焊接困难，不透明；今年工艺提高，成品率提高，应用广泛,屏蔽罩：金属圆筒。作用：吸收金属蒸汽，提高弧隙的击穿电压；防止金属蒸汽喷溅到绝缘外壳上，降低外壳的绝缘强度。,波纹管：
11、铬-镍-钛不锈钢材料，起密封作用，其寿命决定了断路器的机械寿命。,第二节 高压断路器,二.真空断路器,1.真空灭弧室,真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，是利用高真空座绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快（约几微秒）向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被
12、分断，开断结束。,第二节 高压断路器,2.ZN28-12系列真空断路器,该型断路器在少油断路器改造过程中得到了大量应用,静触头支架,动触头支架,真空灭弧室,主轴,拐壁,支撑钢架,支持绝缘子,第二节 高压断路器,三.SF6(六氟化硫）断路器,1.SF6气体,SF6气体在断路器中的作用：绝缘介质和灭弧介质,（1）SF6气体无色、无味、无毒、不可燃、不爆、易液化、对电气设备不腐蚀。注意：该气体密度比大气重，防止在封闭环境造成窒息伤害。,（2）SF6气体绝缘性和灭弧能力强，可使断路器结构简单、尺寸小、减少占地。,（3）SF6气体自身性能稳定，检修周期长。,（4）SF6气体与水或其它杂质混合后，在电弧作
13、用下会分解为低氟化合物和低氟氧化物。对金属有腐蚀，产生的部分气体有毒。在使用时，要严格控制水和杂质的含量（防止产生化学反应和降低绝缘水平）。,（5）SF6断路器应该设有气体检漏设备和气体回收装置。保护环境。,第二节 高压断路器,三.SF6(六氟化硫）断路器,2.SF6断路器的结构,SF6断路器在结构上可分为支柱式和罐式（含GIS）,支柱式断路器特点（相比较罐式）：价格便宜，安装方便，工艺简单，体积小（单个断路器）罐式断路器：设备中心低，结构稳定，抗震性能好，防污性能好（母线全封闭），占地少（设备单元），多用于多震、污染严重，土地昂贵的地方。,第二节 高压断路器,三.SF6(六氟化硫）断路器,2
14、.SF6断路器的结构,（1）支柱式SF6断路器灭弧过程（p62）在接到分断命令时，动触头带动压气缸运动，在缸体内建立压力，当喷口被打开时，高压SF6气体吹动电弧，使电弧熄灭。该过程中，高温造成的SF6气体分解，有利于气缸内压力建立，增强灭弧能力，电弧熄灭后，低氟化合物重新结合成SF6气体，使SF6气体在封闭的断路器内循环使用。,（2）对断路器SF6气体的要求 水分会造成绝缘降低；同时水分与SF6气体在高温下产生有严重腐蚀性的氟化物和低氟氧化物（有毒），会腐蚀部件，威胁人身安全。因此，对断路器中SF6气体要求：新装断路器投运前必须复测气体含水量和漏气率：灭弧室内含水量小于150ppm，其它气室小
15、于250ppm；气体年漏气量小于1%。运行中断路器应定期测量SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每3个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。,第二节 高压断路器,四.断路器操作机构,1.断路器操作机构的作用与要求,（1）断路器操作机构的作用：用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态，其性能好坏直接影响断路器的工作性能。,（2）对断路器操作机构的基本要求足够的操作功较高的可靠性动作迅速具有自由脱扣装,第二节 高压断路器,四.断路器操作机构,2.断路器操作机构的分类,分类原则：按照合闸能源取得方式进行分类。,断路器操作机构的种类：电磁操作机构：优点：结构简单，价格低、工艺要求低、可靠性高 缺点
16、：合闸功率大、配大功率直流电源、机构笨重、耗材多弹簧操作机构：优点：需要的电源容量小，电源要求低 缺点：工艺要求高、结构复杂、机件要求强度高、安装调试困难,第二节 高压断路器,2.断路器操作机构的分类,分类原则：按照合闸能源取得方式进行分类。,液压操作机构：优点：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、电源容量要求小 缺点：结构复杂、工艺要求高、动作受温度影响手动操作机构：不推荐，尽量避免气动操作机构：结构复杂、稳定性查，逐步淘汰,液压操作机构,第二节 高压断路器,四.断路器操作机构,3.操动机构型号及含义,C表示操动机构,D电磁式 T弹簧式 Y液压式 S手动式 Q气动式,设计序号,X-表
17、示箱式操动机构,G改进型,C,例如：CT19 表示弹簧操作机构 设计序号19,第二节 高压断路器,四.断路器操作机构,4.CT19弹簧操动机构,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,1.断路器投入运行的要求：新装和大修的断路器，投运前按照规范验收。新装的断路器，依照电器装置安装工程及施工验收规范及有关规定,2.断路器正常运行巡视检查（通用检查项目）p68,走、看、听、测,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,3.油断路器巡视检查,油断路器巡视检查项目和标准,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,4.SF6断路器
18、的巡视检查,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,5.真空断路器的巡视检查,真空断路器巡视检查项目和标准,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,6.弹簧机构巡视检查,弹簧机构巡视检查项目和标准,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,7.断路器特殊巡视,(一)设备新投运及大修后，巡视周期相应缩短，72小时以后转入正常巡视。（二）根据设备实际情况安排夜间巡视，夜间巡视应闭灯进行。(三)遇有下列情况，应对设备进行特殊巡视：1 设备负荷有显著增加；2 设备经过检修、改造或长期停用后重新投入系统运行；3 设备缺陷近期有发
19、展；4 恶劣气候、事故跳闸和设备运行中发现可疑现象；5 法定节假日和上级通知有重要供电任务期间。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,7.断路器特殊巡视,(四)特殊巡视项目1 大风天气：引线摆动情况及有无搭挂杂物；2 雷雨天气：瓷套管有无放电闪络现象；3 大雾天气：瓷套管有无放电，打火现象，重点监视污秽瓷质部分；4 大雪天气：根据积雪溶化情况，检查接头发热部位，及时处理悬冰；5 温度骤变：检查注油设备油位变化及设备有无渗漏油等情况；6 节假日时：监视负荷及增加巡视次数；7 高峰负荷期间：增加巡视次数，监视设备温度，触头、引线接头，特别是限流元件接头有无过热现象，设
20、备有无异常声音；8 短路故障跳闸后：检查隔离开关的位置是否正确，各附件有无变形，触头、引线接头有无过热、松动现象，油断路器有无喷油，油色及油位是否正常，测量合闸保险丝是否良好，断路器内部有无异音；9 设备重合闸后：检查设备位置是否正确，动作是否到位，有无不正常的音响或气味；10 严重污秽地区：瓷质绝缘的积污程度，有无放电、爬电、电晕等异常现象。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,8.断路器正常维护工作,(1)合闸后检查合闸熔丝是否正常，若更换时应核对容量是否符合要求。(2)配合停电机会，进行检查转动部位，清扫。(3)不带电部位的定期清扫(4)依照规定对机构进行润
21、滑(5)冬季应检查加热装置是否正常。（6）值班人员发现缺陷应及时汇报，并作好记录。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,9.断路器操作,(一)一般规定1 断路器投运前，应检查接地线是否全部拆除，防误闭锁装置是否正常。2操作前应检查控制回路和辅助回路的电源，检查机构已储能。3检查油断路器油位、油色正常；真空断路器灭弧室无异常；SF6断路器气体压力在规定的范围内；各种信号正确、表计指示正常。4 长期停运超过6个月的断路器，在正式执行操作前应通过远方控制方式进行试操作23次，无异常后方能按操作票拟定的方式操作。5 操作前，检查相应隔离开关和断路器的位置；应确认继电保护已
22、按规定投入。6操作控制把手时，不能用力过猛，以防损坏控制开关；不能返回太快，以防时间短断路器来不及合闸。操作中应同时监视有关电压、电流、功率等表计的指示及红绿灯的变化。7操作开关柜时，应严格按照规定的程序进行，防止由于程序错误造成闭锁、二次插头、隔离挡板和接地开关等元件损坏。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,9.断路器操作,8 断路器（分）合闸动作后，应到现场确认本体和机构（分）合闸指示器以及拐臂、传动杆位置，保证开关确已正确（分）合闸。同时检查开关本体有、无异常。9 断路器合闸后检查：(1)红灯亮，机械指示应在合闸位置；(2)送电回路的电流表、功率表及计量表
23、是否指示正确；(3)电磁机构电动合闸后，立即检查直流盘合闸电流表指示，若有电流指示，说明合闸线圈有电，应立即拉开合闸电源，检查断路器合闸接触器是否卡涩，并迅速恢复合闸电源；(4)弹簧操动机构，在合闸后应检查弹簧是否储能。10 断路器分闸后的检查：(1)绿灯亮，机械指示应在分闸位置；(2)检查表计指示正确。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,10.断路器不正常运行和事故处理（1）断路器运行中，由于某种原因造成油断路器严重缺油，SF6断路器气体压力异常，发出闭锁操作信号，应立即断开故障断路器的控制电源。断路器机构压力突然到零，应立即拉开打压及断路器的控制电源，并及时
24、处理。（2）真空断路器，如发现灭弧室内有异常，应立即汇报，禁止操作,按调度命令停用开关跳闸压板。（3）油断路器由于系统容量增大，运行地点的短路电流达到断路器额定开断电流的80时，应停用自动重合闸，在短路故障开断后禁止强送。（4）断路器实际故障开断次数仅比允许故障开断次数少一次时，应停用该断路器的自动重合闸。,第二节 高压断路器,五.断路器的运行维护（掌握 p68-p72）,10.断路器不正常运行和事故处理（5）断路器有下列情形之一者，应立即停电处理套管严重破损和放电者断路器灭弧室冒烟或内部有一场声响油断路器严重漏油，油位器中见不到油六氟化硫气室严重漏气，发出操作闭锁信号真空断路器真空损坏、不能可靠合闸、合闸后异响、合闸贴心上升不返回、分闸脱扣器拒动断路器动作分闸后，值班人员应立即记录故障发生时间，并立即进行事故特巡，判断断路器本身无故障强送后，无论成功与否，均应对断路器外观进行仔细检查断路器故障跳闸拒动，造成越级分闸，在恢复系统送电前，应将发生拒动的断路器脱离系统保持原装，待查清拒动原因并消除缺陷后方可投入运行六氟化硫断路器发生泄露或爆炸后，应选择从上风口接近，必要时带防护设备,
