第3章 电气设备的结构和工作原理

第一节 绝缘子和母线第二节 电力电缆和电抗器第三节 高压断路器及其操动机构第八节 隔离开关及其操动机构第九节 熔断器、负荷开关及重合器第十节 互感器,电气设备的结构和工作原理,绝缘子作用 用来支持和固定裸载流导体，并使裸载流导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。分类 按额定电压分：高压绝缘子、低压绝缘子1000V 按安装地点分：户内式、户外式 按结构形式分：支柱式、套管式、盘形悬式 按用途分： 电站绝缘子:支柱式、套管式 线路绝缘子:针式、盘形悬式、瓷横担组成 高压绝缘子主要由绝缘件和金属附件两部分组成。绝缘件材质：电工瓷、钢化玻璃,第一节 绝缘子和母线,支柱式绝缘子,悬式绝缘子,35kV3片; 110kV7片220kV13片; 330kV19片500kV24片,悬式绝缘子（续）,绝缘子的维护,运行中的绝缘子应保持清洁无脏污，瓷质部分应无破损和裂纹现象。对绝缘子应定期清扫，并应检查瓷质部分有无闪络痕迹，金具有无生锈、损害、缺少开口销的现象；瓷件与铁件胶合应完好，无松动。 在多灰尘和有害气体的地区，应对绝缘子加强清扫和制订防污措施。绝缘子防污的根本措施是消灭和减少污源。现在一般采用的防污措施有：采用防污性能好的绝缘子、增加绝缘子串或柱的元件数，以增大设备瓷绝缘的爬电距离；在绝缘子表面涂有机硅脂、硅油、地蜡等防污涂料；合理布置绝缘子，并在选择变电所所址及线路路径时，尽量避开污源，减轻污秽的影响；定期进行超声波探伤检测，检测中发现有缺陷的支柱瓷绝缘子必须进行立即更换。,套管式绝缘子,二、母线,母线起汇集和分配电能的作用；,二、母线,母线：在发电厂和变电站的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各种电器装置连接的导体。母线包括：一次设备部分的主母线和设备连接线、站用电部分的交流母线、直流系统的直流母线、二次部分的小母线等。母线的着色（1）三相交流母线：U相黄色，V相绿色，W相红色（2）直流母线：正极赭色，负极蓝色（3）直流均衡汇流母线及交流中性汇流母线：不接地者紫色，接地者紫色带黑色横条软母线因受温度影响而伸缩较大以及各股绞线常有相对扭动都会破坏着色层，故不需着色。,二、母线（续）,工程上应用的有软母线和硬母线；,二、母线（续）,硬母线分为敞露母线和封闭母线；,二、母线（续）,常用的硬母线材料有铜、铝和铝合金；常用敞露母线截面形状有矩形、槽形和圆管形；,二、母线（续）,（一）敞露母线1.按母线的使用材料分类（1）铜母线 :铜具有导电率高、机械强度高、耐腐蚀等优点，但在工业上有很多重要用途，而且产量少，价格贵，故主要用在易腐蚀的地区（如化工厂附近或沿海地区等）。 （2）铝母线:铝的导电率仅次于铜，且质轻、价廉、产量高，在屋内和屋外配电装置中广泛采用。 （3）铝合金母线:有铝锰合金和铝镁合金两种。铝锰合金母线载流量大，但强度较差，采用一定的补强措施后可广泛使用；铝镁合金母线机械强度大，但载流量小，焊接困难，使用范围较小。（4）钢母线:钢的机械强度大，但导电性差，仅用在高压小容量电路（如电压互感器回路以及小容量厂用、所用变压器的高压侧）、工作电流不大于200A的低压电路、直流电路以及接地装置回路中。,二、母线（续）,2.按母线的截面形状分类（1）矩形截面母线:常用在35kV及以下、持续工作电流在4000A及以下的屋内配电装置中。散热条件好，集肤效应小，安装简单，连接方便。当工作电流超过最大截面的单条母线之允许电流时，每相可用两条或三条矩形母线固定在支持绝缘子上，每相矩形母线的条数不宜超过三条。（2）圆形截面母线:用在110kV及以上的户外配电装置中以防止发生电晕。 （3）槽形截面母线: 常用在35kV及以下，持续工作电流在40008000A的配电装置中。优点：电流分布均匀，集肤效应小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高。 （4）管形截面母线:常用在110kV及以上，持续工作电流在8000A以上的配电装置中。优点：集肤效应小，电晕放电电压高，机械强度高，散热条件好。 （5）绞线圆形软母线:钢芯铝绞线由多股铝线绕单股或多股钢线的外层构成，一般用于35kV及以上屋外配电装置中。组合导线由多根铝绞线固定在套环上组合而成，用于发电机与屋内配电装置或屋外主变压器之间的连接。,二、母线（续）,（二）封闭母线 用外壳将母线封闭起来，用于单机容量在200MW以上的大型发电机组、发电机与变压器之间的连接线以及厂用电源和电压互感器等分支线。1.封闭母线的结构类型（1）按外壳材料:塑料外壳母线和金属外壳母线（2）按外壳与母线间的结构形式 1）不隔相式封闭母线: 三相母线设在没有相间板的公共外壳内，只能防止绝缘子免受污染和外物所造成的母线短路，而不能消除发生相间短路的可能性，也不能减少相间电动力和钢构的发热。 2）隔相式封闭母线:三相母线设在相间有金属（或绝缘）隔板的金属外壳之内，可较好地防止相间故障，在定程度上减少母线电动力和周围钢构的发热，但是仍然可能发生因单相接地而烧穿相间隔板造成相间短路的故障。 3）分相封闭式母线:每相导体分别用单独的铝制圆形外壳封闭。根据金属外壳各段的连接方法，又可分为分段绝缘式和全连式两种。,二、母线（续）,3.全连式分相封闭母线的特点优点： （1）运行安全、可靠性高 （2）母线附近钢构中的损耗和发热显著减小 （3）短路时母线之间的电动力大为减小 （4）母线的载流量可做到很大缺点：（1）有色金属消耗约增加一倍。 （2）外壳产生损耗，母线功率损耗约增加一倍。 （3）相同截面母线载流量减小。（三）绝缘母线 由导体、环氧树脂渍纸绝缘、地屏、端屏、端部法兰和接线端子构成，最适用于紧凑型变电站、地下变电所及地铁用变电站，占地面积减少，运行可靠。,二、母线（续）,2.母线的布置（1）水平布置: 三相母线固定在支持绝缘子上，具有同一高度 竖放式：散热条件好，母线的额定允许电流较其他放置方式要大，但机械强度不是很好。 平放式：载流量不大，机械强度较高。（2）垂直布置 : 三相母线分层安装，采用竖放式垂直布置， 散热性强，机械强度和绝 缘能力较高。 （3）槽形母线布置: 槽形 母线均采用竖放式，每相均 由两条相同母线之间每隔一 段距离用焊接片进行连接， 构成一个整体。（4）软母线的布置:一般 为三相水平布置，用绝缘 子悬挂。,二、母线（续）,在伸缩补偿器间母线端开有长圆孔，供温度变化时自由伸缩，螺栓8并不拧紧。补偿器由厚度0.20.5mm薄片叠成，数量应与母线的截面相适应，材料与母线相同。当母线厚度小于8mm，可直接利用母线本身弯曲的办法来解决。 当矩形铝母线长度大于20m、铜母线或钢母线长度大于30m时，母线间应加装伸缩补偿器。 连接螺栓应选用镀锌螺栓。为了使螺栓拧紧后作用在母线上的压力，在靠母线的表面上应加装平垫圈，螺母侧应装有弹簧垫圈，可防止螺母松动，且在母线热胀冷缩时起到缓冲作用。 1补偿器；2母线； 3支柱绝缘子； 4,8螺栓； 5垫圈；6衬垫；7盖板,二、母线（续）,母线维护的基本要求（1）母线安装完毕后，应把现场清理干净，特别是开关柜主母线内部等隐蔽的地方。支持绝缘子擦拭干净，再检测绝缘电阻和进行耐压试验。（2）母线在正常运行时，支持绝缘子和悬式绝缘子应完好无损，无放电现象。软母线弧垂应符合要求，相间距离应符合规程规定，无断股、散股现象。硬母线应平直，不应弯曲，各种电气距离应满足规程要求，母排上的示温蜡片应无融化；连接处应无发热，伸缩应正常。（3）母线的检修工作内容包括：清扫母线，检查接头伸缩节及固定情况；检查、清扫绝缘子，测量悬式绝缘子串的零值绝缘子；检查软母线弧垂及电气距离；绝缘子交流耐压试验等。（4）软母线损伤的原因：本身质量因素、长期通过负荷电流造成发热、气候条件的影响以及其他外部情况影响。导线损伤修补方法：补修管压接法、缠绕法、加分流线法、铜绞线绑接法、铜绞线叉接法以及液压法。,二、母线（续）,常用封闭母线分相封闭母线和共箱式封闭母线,第二节 电力电缆和电抗器,优点：防潮、防腐、防损伤，不占地面、不占用空中走廊、不妨碍观瞻，基本不受外力和气象条件影响、运行安全可靠 缺点：造价高、敷设麻烦、维护检修不便、难于发现和排除故障 电力电缆主要用于：发电厂、变电站的进出线；跨越海峡、山谷及江河地区；大城市缺少空中走廊的地区；国防等特殊需要的地区,第二节 电力电缆和电抗器,电力电缆分类。 按绝缘和保护层的不同，有以下几类：油浸纸绝缘电缆，适用于35kV及以下的输配电线路；聚氯乙烯绝缘电缆（简称塑力电缆），适用于6kV及以下的输配电线路；交联聚乙烯绝缘电缆（简称交联电缆），适用于1110kV及以下的输配电线路；橡皮绝缘电缆，适用于6kV及以下的输配电线路，多用于厂矿车间动力线；高压充油电缆，适用于110330kV变、配电装置至高压架空线及城市输电系统之间的连接线。,一、电力电缆（续）,结构及性能。 电力电缆主要由载流导体、绝缘层、保护层三部分组成。 按导体芯数不同分为单芯、三芯和四芯电缆。,一、电力电缆（续）,命名规则。,一、电力电缆（续）,电力电缆的连接附件 1.电缆终端 具有一定绝缘和密封性能，安装在电缆线路末端，将电缆与其他电气设备相连接。 作用：电缆终端绝缘、导体连接、密封和保护。 2.电缆中间接头 安装在电缆与电缆之间，将一段电缆与另一段电缆连接起来，起连接导体、绝缘和密封保护的作用。电缆之间的连接或电缆与电机、电器、架空线连接时，需要特殊处理措施，否则会降低电缆的绝缘性能。,一、电力电缆（续）,电力电缆的敷设（1）电缆敷设方法 1）电缆隧道：适用于敷有大量电缆的，诸如汽机厂房、锅炉厂房、主控制楼到主厂房、开关室及馈线电缆数量较多的配电装置等地区。 2）电缆沟道：适用于电缆较少而不经常交换的地区、辅助车间及架空出线的配电装置。 3）排管式电缆：一般适用于与其他建筑物、铁路或公路互相交叉的地带。 4）直埋式电缆：一般适用于汽机厂房、输煤栈桥、锅炉厂房运转层等。 5）电缆桥架敷设：特别适用于架空敷设全塑电缆。电缆的故障测试一般包括故障测距和精确定点。电桥法：利用电桥平衡时，对应桥臂电阻的乘积相等，而电缆的长度和电阻成正比的原理进行测试。脉冲法：应用脉冲信号进行电缆故障测距。,一、电力电缆（续）,电力电缆的维护 （1）挖掘时必须有电缆专业人员在现场监护，交待施工人员有关注意事项，以防止在电缆线路上面挖掘损伤电缆。 （2）清扫户内外电缆、瓷套管和终端头，检查终端头内有无水分，引出线接触是否良好，接触不良者应予以处理。 （3）保证沟内清洁，不积水。 （4）当电缆线路上的局部土壤含有损害电缆铅包的化学物质时，应将该段电缆装于管子中，并用中性土壤作电缆的衬垫及覆盖，在电缆上涂以沥青等，以防止电缆被腐蚀。 （5）电缆线路发生故障后，必须立即进行修理，以免拖延时间太长使水分大量浸入，而扩大损坏的范围。,电抗器是一种电感器件。现代的电抗器种类很多，应用十分广泛。电抗器在电路中主要用做限制短路电流，均流滤波，无功补偿，移相、储能、调压、功率放大等。电抗器可分为空芯式电抗器，铁芯式电抗器和饱和电抗器三种基本类型。根据冷却的方式，又可分为油浸自冷和空气自冷式两种。,二、电抗器,二、电抗器,按用途分1）并联：无功补偿作用 2）限流：限制短路电流的数值 3）滤波：限制高次谐波 4）消弧：消除过电压 5）通信：阻挡载波信号，完成通信 6）电炉：限制变压器的短路电流 7）起动：限制电动机的起动电流,二、电抗器,并联电抗器的作用（1）中压并联电抗器一般并联接于大型发电厂或110500kV变电站的663kV母线上，用来吸收电缆线路的充电容性无功。通过调整并联电抗器的数量，向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网剩余容性无功，调整运行电压，保证电压稳定在允许范围内。 （2）一般并联接于330kV及以上的超高压线路上，主要作用： 1）降低工频过电压； 2）降低操作过电压 3）避免出现自励磁谐振； 4）有利于单相自动重合闸,二、电抗器,限流电抗器的作用：限制短路电流（1）线路电抗器：串接在线路或电缆馈线上，使出线能选用轻型断路器以及减小馈线电缆的截面。（2）母线电抗器：串接在发电机电压母线的分段处或主变压器的低压侧，用来限制厂内、外短路时的短路电流，也称为母线分段电抗器。当线路上或一段母线上发生短路时，它能限制另一段母线提供的短路电流。（3）变压器回路电抗器：安装在变压器回路中，用于限制短路电流，以便变压器回路能选用轻型断路器。 其中分裂电抗器：分裂电抗器每相线圈有中间抽头，一般中间抽头接电源侧，两端头接负荷侧，现被广泛应用。,二、电抗器,串联电抗器 串联电抗器与并联电容补偿装置或交流滤波装置（也属补偿装置）回路中的电容器串联，其作用：（1）降低涌流倍数和频率。（2）吸收谐波，降低谐波电压值，减少畸变，提高质量。（3）限制谐波电流流入电容器组，保护电容器组。（4）内部短路时，减少短路电流；外部短路时，减少对短路电流的助增作用。（5）减少放电电流值。（6）电容器组的断路器在分闸过程中，降低操作过电压。,1、空芯式电抗器 空芯式电抗器只有线圈，没有铁心，实质上就是一个空芯的电感线圈。其空气磁路的磁导率小，电感值也小。而且不存在饱和现象。其电感是个常数，不随通过电抗器的电流大小而改变。 空芯电抗器主要做限流用。电抗器装于出线端或母线间，当线路或母线发生故障时，短路电流受到限制，使母线电压不致过低。,二、电抗器（续）,铁芯电抗器铁芯电抗器由于有导磁率比空气大得多的铁芯，其电感值比空芯式电抗器在。在容量相同时，铁芯式电抗器比空芯式电抗器体积要小，一般情况下，铁芯电抗器可分为：并联电抗器，消弧线圈，超动电抗器，电弧炉配套用串联电抗器，三相均衡用电抗器，进线电抗器，均流电抗器，滤波电抗器。 铁芯式电抗器的结构与变压器十分相似，主要由铁芯和线圈组成。但电抗器每相只有一个线圈。铁芯一般带有若干个气隙的磁路。其铁柱是分段的，用绝缘板隔开形成气隙。铁轭与铁柱电压紧装置通过螺标拉紧，形成整体。大容量铁芯电抗器一般分为油浸式。小容量铁芯，电抗器一般做成干式。,二、电抗器（续）,饱和电抗器饱和电抗器是利用铁芯，材料的饱和特性，以较小的直流功率来控制较大的交流负载的一种电器。电抗器根据结构不同可分为：扼流式饱和电抗器，自饱和式电抗器。,二、电抗器（续）,二、电抗器（续）,二、电抗器（续）,二、电抗器（续）,二、电抗器（续）,1.电抗器的布置和安装 线路电抗器通常都作垂直布置。各电抗器及与地之间用支柱绝缘子绝缘；中间一相电抗器的绕线方向与上下两边相反。 母线电抗器作水平布置或品字形布置。2.电抗器的运行维护 正常运行中：接头应接触良好无发热；周围应整洁无杂物；支持绝缘子应清洁并安装牢固，水泥支柱无破碎；垂直布置的电抗器应无倾斜；电抗器绕组应无变形；无放电声及焦臭味。,vs. 电力电容器,（1）并联电容器：并联在电网上用来补偿电力系统感性负载的无功功率，以提高系统的功率因数，改善电能质量，降低线路损耗；还可以直接与异步电机的定子统组并联，构成自激运行的异步发电装置。（2）串联电容器用来补偿线路的感抗，提高线路末端电压水平，提高系统的动、静态稳定性，改善线路的电压质量，增长输电距离和增大电力输送能力。（3）耦合电容器： 用于高压及超高压输电线路的载波通信系统，同时也可作为测量、控制、保护装置中的部件。 （4）均压电容器： 一般并联于断路器的断口上，使各断口间的电压在开断时分布均匀。 （5）脉冲电容器：用于冲击分压、振荡回路、整流滤波等。,vs. 电力电容器,电力电容器的基本结构: 电容元件、浸渍剂、紧固件、引线、外壳和套管。,1出线瓷套管2出线连接片3连接片4电容元件5出线连接片固定板6组间绝缘7包封件8夹板9紧箍10外壳11封口盖12接线端子,vs. 电力电容器,电力电容器的无功补偿1.补偿容量的配置原则 全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡2补偿方式（1）集中补偿: 电容器组集中于变电所一/二次侧母线，装设自动控制设备，随负荷的变化而自动投切。 接变压器一次侧:线路损耗降低，一次母线电压升高，对变压器及二次侧无补偿作用，安装费用高 接变压器二次侧:变压器增加出力，二次侧电压升高，补偿范围扩大，安装、运行、维护费用低 （2）分组补偿: 分组补偿降损节电效益显著，补偿的无功不再通过主干线以上线路输送，从而降低配电变压器和主干线路上的无功损耗。 特点：补偿范围更大，效果好，但投资大，利用率不高，一般适用于补偿容量小、用电设备多而分散和部分补偿容量相当大的场所。（3）个别补偿：把电容器直接装设在用电设备的同一电气回路中，与用电设备同时投切。一般适用于容量较大的高、低压电动机等用电设备的补偿。,vs. 电力电容器,电容器组的投入和退出（1）电容器组的投入/退出根据系统无功负荷潮流和负荷功率因数以及电压情况来决定，电压偏低时可投入电容器组。（2）停电时，除自动放电外，应进行人工充分放电，否则不得触及电容器。（3）在电容器组自网络断开后不得立即重新接入，若要立即接入，应使其端子上的电压不高于额定电压的10%。 （4）当变电站进行全部停电的操作时，应先拉开电容器组开关，后拉开各路出线开关；当变电所全部恢复送电时，应先合上各路出线开关，后合上电容器组开关。 发生下列异常情况之一时，应立即拉开电容器组开关，使其退出运行： 电容器组母线电压超过电容器组额定电压1.1倍；通过电容器组的电流超过额定电流的1.3倍；电容器周围环境温度或电容器外壳最热点温度超出允许范围；电容器接点严重过热或熔化；电容器内部或放电装置有严重异常声响；电容器外壳有明显的异形膨胀；电容器瓷套管发生严重放电、闪络；电容器喷油、起火或爆炸。,一、电力系统对高压断路器的要求,高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它担负着控制和保护的双重任务。如果断路器不能在电力系统中发生故障时开断线路。消除故障就会使故障扩大造成大面积的停电。因此，高压断路器性能的好坏，工作的可靠程度是决定电力系统安全供电的重要因素。高压断路器的发展将直接影响到电力系统的发展。,第三节高压断路器概论,（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,第三节高压断路器概论,为实现开断和关合，断路器必须具有以下三个部分组成：1）开断部分，包括导电和触头系统以及灭孤室；2）绝缘支撑部分，包括把处于高电位的导电和触头系统与低电位绝缘的绝缘元件，以及联系处于高电位的动触头系统与处于低电位的操动能源所用的绝缘连接件等；3）操动和传动部分，包括操动能源和把操动能源传到到动触头系统的各种传动机构。显然，此三部分中以开断部分中的灭孤室为核心。,二、高压断路器的种类和总体结构,按照灭孤介质的不同，断路器可划分为：（1）油断路器。指触头在变压器油中开断，利用变压油作灭弧介质的断路器。（2）压缩空气断路器。指利用高压力的空气来吹弧的断路器。吹弧所用空气压力一般在10134052kpa（1040atm）的范围内；（3）六氟化硫断路器。指利用高压力的六氟化硫（SF6）来吹弧的断所用的六氟化硫的压力一般在10131519.5kpa的范围内；（4）真空断路器，指触头在真空中开断，利用真空作为绝缘介质和灭弧提质的断路器。真空断器要求的真空度在104pa以上；（5）磁吹断路器，指在空气中由磁场将电弧吹入灭弧栅中使之拉长，冷却而熄灭的断路器；（6）固体产气断路器。指利用固体产气物质在电弧高温作用下分解出的气体来熄灭电弧断路器。,二、高压断路器的种类和总体结构(续）,断路器的命名规则：如： LW6-220/3150-50 SN10-10/630-16,二、高压断路器的种类和总体结构(续）,断路器的总体结构随电压，电流等级和所用灭弧原理而异，其形式多样。但就其对地绝缘方式来讲大体可划分为下以两种类型：（1）接地金属型这一类型断路器的结构特点是触头和灭弧室装于接地的金属相中，导电回路靠绝缘套引入。（2）瓷瓶支持型这一类型断路器的结构特点是安置触头和灭弧室的容器处于高电位，靠支持瓷瓶对地绝缘。,二、高压断路器的种类和总体结构(续）,断路器的分合操作靠操动机构实现。根据所用操作能源能量形式的不同，操动机构可分为：（1）手动机构。指用事先由人力合闸的机构；（2）直流电磁机构。指靠电磁力合闸的机构；（3）弹簧机构。指用事先由人力或电动机储能的弹簧合闸的机构；（4）液压机构；（5）气动机构。,二、高压断路器的种类和总体结构（续）,二、高压断路器的种类和总体结构（续）,表征高压断路器性能的有下列参数。1、额定电压UN这是断路器的标准电压，以kV为单位。2、额定电流IN额定电流是指断路器可以长期通过的电流以A为单位。3、额定开断电流INbr额定开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不妨碍其继续工作的最大短路电流。4、热稳定电流（额定短时耐受电流）It热稳定电流是指在某一规定的短时间t内断路器能承受的电流有效值。5、动稳定电流ies动稳定电流是指断路器在闭合位置时允许通过的最大短路电流峰值。6、额定关合电流iNcl额定关合电流是指断路器在额定电压下能可靠地闭合的最大短时电流峰值。,三、高压断路器的基本技术参数,7、动作时间固有分闸时间：指断路器从接到分闸命令起到三相触头分离的时间间隔。燃弧时间：指断路器从三相触头分离到三相电弧完全熄灭为止的时间间隔。全开断时间：是指断路器从接到分闸命令起到三相电弧完全熄灭为止的一段时间间隔。 一般为0.060.12S。分闸时间小于0.06S的断路器，称为快速断路器。,三、高压断路器的基本技术参数（续）,8、合闸时间合闸时间是指自断路的操动机构接到合闸指令起到各相触头均接触时止的一段时间。9、额定操作顺序1）无自动重合闸断路器的额定操作顺序分为两类： 一种是发生永久性故障断路器跳闸后两次强送电的情况，即“分180s合分180s合分” 另一种是断路器合闸在永久故障线路上跳闸后强送电一次，即“合分15s合分”2）能进行自动重合闸断路 器的额定操作顺序为 “分0.3s合分 180s合分”,三、高压断路器的基本技术参数（续）,最高工作电压（kV）通常规定，220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330kV及以上的设备规定为额定电压的1.1倍 我国采用的额定电压等级：3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV等,三、高压断路器的基本技术参数（续）,第三节高压断路器概论,SF6断路器 具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度为空气的2.53倍；具有优异灭弧性能，SF6气体的灭弧能力为空气的100倍，开断能力大约为空气的23倍。这是由于SF6气体及其分解物具有极强的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。电流过零前的截流小，能避免产生较高的过电压。 SF6气体在常温（低于500）下是一种化学性能非常稳定的惰性气体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用的，它不侵蚀与它接触的物质。 纯SF6气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性强的电解质，会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及类似材料易受损害）,SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合物）清除设备内的潮气和SF6气体的分解物。SF6断路器缺点：1制造工艺要求高，制造成本高，价格昂贵。2SF6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。,第三节高压断路器概论,SF6断路器优点：1开断短路电流大，一般达到40-50kA以上，最高可以达到80kA。2载流量大，额定电流可达12000A，触头烧损小，电气寿命长。3SF6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障而不产生过电压，可降低设备绝缘水平。4SF6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。5SF6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。6SF6断路器结构设计紧凑，体积减小，能大幅度减小占地面积。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。,第三节高压断路器概论,2.起监视作用，一般采用弹簧管式压力表。,3.利用压力来控制有关指令和信号的输出，用于控制操动机构电动机的起动、停止，输出闭锁断路器分闸、合闸、重合闸的指令。,8. 用于电动机油泵或空气压缩机系统的一种安全保护装置，当油压或气压超过规定的最高压力值时，机构装置动作，泄压至规定的压力值时自动关闭。,5.测量SF6气体的专用表计，起监视作用，带指针及有刻度。有的SF6气体密度表也带有电触点，兼作密度继电器使用。,9. 用来测量SF6气体的专用表计，起控制和保护作用，不带指针及刻度。,7.用于降低断路器触头间弧隙的恢复电压速度，提高近区故障开断能力，装设在63kV及以上电压等级的单断口SF6断路器。,1.限制合闸或分闸以及重合闸过程中的过电压，改善断路器的使用性能。,4.主要由过滤罐和吸附剂组成。,10.活性炭、分子筛、氧化铝、硅胶。,6.分为压力释放阀和防爆膜。,气体压力表,压力继电器,安全阀,气体密度表,密度继电器,并联电容,并联电阻,净化装置,吸附剂,压力释放装置,第三节高压断路器概论,瓷柱式SF6断路器,第三节高压断路器概论,罐式SF6断路器,结构特点：灭弧室安装在接地的金属罐中，高压带电部分用绝缘子支持，对箱体的绝缘主要靠SF6气体。绝缘操作杆穿过支承绝缘子，把动触头与机构驱动轴连接起来，在两个出线套管的下部都可安装电流互感器。,第三节高压断路器概论,罐式SF6断路器优点：结构重心低，抗震性能好，灭弧断口间电场较好，断流容量大，可以加装电流互感器，还能与隔离开关、接地开关、避雷器等融为一体，组合成复合式开关设备。借助于套管引线，基本上不用改装就可以用于全封闭组合电器之中。缺点：罐体耗用材料多，用气量大，系列性差，难度较大，造价比较昂贵。,第三节高压断路器概论,罐式SF6断路器,第三节高压断路器概论,1SF6气体密度的监测2SF6断路器的检漏3SF6断路器的含水量监测4SF6断路器在运行中的检查,压力表监测：在运行中可直观地监测气体的压力的变化，平均压力是否异常 。,密度继电器监：当气体泄漏时，先发补气信号，继续泄漏，对断路器进行分闸闭锁，并发闭锁信号。,定性检漏：判断泄漏率的相对程度。方法有：抽真空检漏、发泡液检漏、检漏仪检漏、局部蓄积法、分割定位法、压力下降法等。,定量检漏：测定SF6气体的泄漏率，方法有：挂瓶法、扣罩法、局部包扎法等。定量测量应在充气24h后进行，判断标准为：年漏气率不大于1。,测量方法：重量法、电解法、露点法、电容法、压电石英振荡法、吸附量热法和气相色谱法。,重量法是国际电工委员会（IEC）推荐的仲裁方法，电解法和露点法为其推荐的日常测量方法。,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。,第三节高压断路器概论,第三节高压断路器概论,二、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合。,少油断路器,第三节高压断路器概论,第三节高压断路器概论,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。 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,多油断路器,第三节高压断路器概论,油断路器的检修 检修周期：油断路器一般每34年进行一次大修，新安装的断路器在投运一年后应进行一次大修。大修项目：断路器的外部检查及修前试验，放油；导电系统和灭弧单元的分解检修；绝缘支撑系统(支持瓷套等)的分解检修；变直机构和传动机构的分解检修；基座的检修；更换密封圈、垫；操动机构的检修；复装及调整试验(包括机械特性试验和电气、绝缘试验)；除锈刷漆，绝缘油处理注油或换油；清理现场，验收。小修项目：断路器外部的检查和清洁，渗漏油处理；消除运行中发现的缺陷；检查外部传动机构和弹簧等；检查所有螺栓、螺帽、开口销；清扫检查操动机构，加润滑油；预防性试验。 临时性检修：当发现断路器有危及安全运行的缺陷时（如回路电阻严重超标、接触部位有明显过热，多油断路器介质损耗因数值超标，少油断路器直流泄漏电流值超标，严重漏油等），或正常操作次数达到规定值时（达200次及以上时或达到规定的故障跳闸次数后），应进行临时性检修。,第三节高压断路器概论,真空断路器的优点：1触头间隙小，整机体积小，操动机构功率小，重量轻。2操作时噪声小，不会污染。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。4介质强度恢复迅速快，适合于频繁操作，多次重合闸。5介质不会老化，不更换，维护工作量小。6使用安全，能适用于各种不同的场合，特别是危险场所。7触头部分完全密封，工作可靠，通断性能稳定。8灭弧室安装调试简单、方便。真空断路器的缺点：1开断感性负载或容性负载时，容易引起过电压。2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。,第三节高压断路器概论,ZN28-10真空断路器,第三节高压断路器概论,第八节高压隔离开关及其操动机构,隔离开关也叫刀闸。它是用来隔离电压并造成明显的断开点，以保证电气设备在检修或备用时，与母线或其他正在运行的电设备隔离。由于隔离开关没有特殊的灭孤装置，因此必须在对应的断路器断路后，才允许抗开或合上。为了防止误操作，隔离开关和断路器一般都装设有连锁装置。隔离开关的种类和型式很多，按装设地点分为户内式、户外式；按组装极数分为单极式、三极式；按每极绝缘支柱数目分为单柱式、双柱式和三柱式。,第八节高压隔离开关及其操动机构,隔离开关的主要用途：在检修设备时用来隔离电压，使检修的设备与带电部分之间有明显可见的断口；在改变设备状态时用来配合断路器协同完成倒闸操作；（倒换线路或母线：用隔离开关将电气设备或线路从一组母线切换到另一组母线上。）用来分合小电流，可用来分、合电压互感器、避雷器和空载母线；关合电容电流不超过5A的空载线路；关合励磁电流不超过2A的空载变压器；隔离开关的接地刀闸可代替接地线，保证检修工作安全。,12kV的隔离开关，容许关合和开断5km以下的空载架空线路；40.5kV的隔离开关，容许关合和开断10km以下空载架空线路和1000kVA以下的空载变压器；126kV的隔离开关，容许关合和开断320kVA以下的空载变压器。对隔离开关的基本要求：具有明显的断点。应有可靠的绝缘。具有足够的热稳定、动稳定。操作性能好。结构简单、动作可靠。带接地刀闸的隔离开关必须装设连锁机构,第八节高压隔离开关及其操动机构,第八节高压隔离开关及其操动机构,双柱单断口水平旋转式结构，广泛用于10220kV配电装置中,绝缘支柱,底座,轴承座,导电闸刀,触头,交叉连杆,接线端子,挠性导体,第八节高压隔离开关及其操动机构,第八节高压隔离开关及其操动机构,绝缘支柱,底座,传动装置,导电闸刀,静触头,操动机构,第八节高压隔离开关及其操动机构,第八节高压隔离开关及其操动机构,底座,操动瓷柱,支持瓷柱,导电折架,传动装置,动触头,静触头,接地开关,第八节高压隔离开关及其操动机构,第九节熔断器、负荷开关及重合器,高压熔断器结构简单，价格便宜，短路保护动作迅速可靠，安装简易，维护方便。已广泛用在电网中，用于保护电气装置免受过载电流和短路电流的损害。高压熔断器主要由熔管、金属熔体、支持熔体的触刀及绝缘支持件等组成；高压熔断器的工作原理是：熔断器串联接入被保护电路中，在正常工作情况下，由于电流小，金属熔体温度低不致熔化，电路可靠接通；一旦电路发生过负荷或短路，电流增大，金属熔体温度超过熔点而熔化，将电路切断。熔断器的开断能力决定于熄灭电弧能力的大小。熔体熔化时间的长短，取决于通过的电流的大小和熔体熔点的高低。高压熔断器按使用条件可分为户内式及户外式。,一、高压熔断器,表征高压熔断器性能的有下列参数。1、熔断器的额定电压UN这是熔断器的标准电压，以kV为单位。2、熔断器的额定电流（或称熔管的额定电流）INt这是指熔断器壳体的载流部分和接触部分设计时可以长期通过的电流，以A为单位。3、熔体的额定电流INs这是指在额定电压下，长期通过熔体而熔体不会熔化的的最大电流。4、熔断器的极限分断电流INbr是指熔断器能切断的最大电流。5、熔断器的安秒特性是指熔体熔断时间t与通过电流I的关系曲线。一般呈反时限特性。,一、高压熔断器（续）,选择高压熔断器时应注意：（1）高压熔断器的额定电压应大于或等于实际，工作的最高电压。（2）填石英砂有限流作用的熔断器，不允许使用在低于或高于它们的额定电压的线路上。（3）熔丝的熔定电流应小于熔断器的额定电流，但大于回路持断，工作电流。（4）根据保护动作选择性要求来校验熔额定电流，以保证装设回路中前后保护动作时间的配合。（5）保护电压互感器的高压熔断器必须按工作电压和开断能力两项加以选择。,一、高压熔断器（续）,一、高压熔断器（续）,一、高压熔断器（续）,一、高压熔断器（续）,二、负荷开关,高压负荷开关主要用来接通或断开负荷电流，带有热脱扣器的负荷开关还具有过载保护功能，但本身不能开断短路电流。负荷开关可用来开断和关合负荷电流和小于一定倍数（通常为34倍）的过载电流；也可以用来开断和关合比隔离开关允许容量更大的空载变压器，更长的空载线路，有时也用来开断和关合大容量的电容器组。35kV及以下通用型负荷开关具有以下开断和关合能力。开断不大于其额定电流的有功负荷电流和闭环电流；开断不大于10A的电缆电容电流或限定长度的架空线充电电流；开断1250kVA及以下的变压器空载电流；关合不大于其“额定短路关合电流”的短路电流。,二、负荷开关（续）,负荷开关按安装地点分户内式、户外式；负荷开关按灭弧原理和灭弧介质分为：固体产气式；压气式；油浸式；真空式；SF6式。,负荷开关与限流熔断器串联组合（负荷开关熔断器组合电器）可以代替断路器使用，即由负荷开关承担开断和关合小于一定倍数的过载电流，而由限流熔断器承担开断较大的过载电流和短路电流。 熔断器可以装在负荷开关的电源侧，也可以装在负荷开关的受电侧。 目前，国内外的环网供电单元和预装式变电站，广泛使用负荷开关熔断器的结构型式，用它保护变压器比用断路器更为有效，其切除故障时间更短，不易发生变压器爆炸事故。,二、负荷开关（续）,SF6负荷开关,二、负荷开关（续）,三、重合器,自动重合器是一种具有监测、控制、保护、重合闸功能的高压开关设备。自动重合器与熔断器或分段器配合构成配电网自动化方案，在我国配电网系统中得到推广使用；自动重合器分类：按相数分：单相式；三相式；按灭弧介质分：油介质；真空介质；SF6介质。按控制方式分：液压控制方式；电子控制方式。,第十节互感器,互感器是一次系统和二次系统间的联络元件。其主要作用如下：电流互感器将一次电路大电流变成小电流（5A或1A），供给测量仪表和保护装置的电流线圈，电压互感器将一次电路高电压变成低电压（100V），供给测量仪表和保护装置的电压线圈，使测量仪表和保护装置标准化和小型化；使二次回路可采用低电压、小电流控制电缆，实现远方测量和控制；使二次回路不受一次回路限制，接线灵活，维护、调试方便；使二次设备与一次部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身安全。取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。 在电力系统中，互感器主要分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV） 。,一、电磁式电流互感器,工作原理 与变压器工作原理相似，其特点与下：一次绕组与被测电路相串联，匝数很少，流过的电流是被侧电路的负荷电流，而与互感器本身二次侧电流无关；二次绕组与仪表和保护装置的电流线圈相串联，阻抗很小，近视于短路状态运行。定义：电流互感器的额定互感比：磁动势平衡方程式：,一、电磁式电流互感器（续）,误差 由磁式平衡方程式 得：定义：电流误差：相位误差：二次电流反相量与一次电流相量间的夹角，二次电流反相量超前为正。,一、电磁式电流互感器（续）,运行工况对误差的影响一次电流I1的影响 二次负载阻抗及其功率因数的影响二次绕组开路,二次绕组开路 运行中的电流互感器一旦二次侧开路，铁心将处于高度饱和状态。一方面导致铁芯损耗加剧、过热而损坏互感器绝缘；另一方面导致磁通波形畸变为平顶波。 在磁通过零时，将产生很高的尖顶波电势，其峰值可达几千伏甚至上万伏，这将危及工作人员、二次回路及设备的安全。 此外，铁心 中的剩磁还会 影响互感器的 准确度。故运 行中的电流互 感器二次侧不 得开路。,一、电磁式电流互感器（续）,一、电磁式电流互感器（续）,准确级和额定容量准确级 准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。测量用电流互感器的准确级有：0.1，0.2，0.5，1，3和5级；保护用电流互感器按用途分为稳态保护用（P）和暂态保护（TP）两类。稳态保护用电流互感器规定有5P和10P两种准确级 。额定容量额定容量SN2：是指在额定二次电流IN2和额定二次负荷阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量，即,一、电磁式电流互感器（续）,分类按安装设地点分：户内式户外式按安装设方式分：穿墙式支柱式装入式按一次绕组匝数分：单匝式复匝式按绝缘分干式浇注式油浸式气体式,一、电磁式电流互感器（续）,结构,一、电磁式电流互感器（续）,接线方式（1）单相接线：主要用来测量单相负荷电流或三相系统中平衡负荷的某一相电流。（2）两相V形接线：又称不完全星形接线，在6-10kV中性点不接地系统中应用较广泛。 （3）两相电流差接线：通常应用于继电保护线路中。 （4）星形接线：用来测量负荷平衡或不平衡的三相电力系统中的三相电流。,8. 新型电流互感器简介新型电流互感器按耦合方式可分为无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合式。光电式电流互感器性能最好，基本原理是利用材料的磁光效应或光电效应，将电流的变化转换成激光或光波，通过光通道传送，接收装置将收到的光波转变成电信号，并经过放大后供仪表和继电器使用。非电磁式电流互感器的共同缺点是输出容量较小，需要较大功率的放大器或采用小功率的半导体继电保护装置来减小互感器的负荷。,一、电磁式电流互感器（续）,电流互感器使用注意事项（1）电流互感器在工作中二次侧不得开路。规定电流互感器二次侧不允许装设熔断器，如需拆除二次设备时，必须先用导线或短路压板将二次回路短接。（2）电流互感器二次侧有一点必须接地。（3）电流互感器在接线时要注意其端子的极性（4）电流互感器必须保证一定的准确度，电流互感器的负载阻抗不得大于与准确级相对应的额定阻抗。电流互感器必须保证一定的准确度，才能保证测量精确和保护装置正确地动作。电流互感器的负载阻抗不得大于与准确级相对应的额定阻抗。因为若负载阻抗过大，则电流互感器的准确度不能满足要求。电流互感器一次侧的额定电流小于或等于一次回路的负荷电流，且不宜小得太多，否则，电流互感器的准确度也不能满足要求。,一、电磁式电流互感器（续）,电流互感器在接线时要注意其端子的极性。在安装和使用电流互感器时，一定要注意端子的极性，否则其二次仪表、继电器中流过的电流就不是预期的电流，可能引起保护的误动作、测量不准确或仪表烧坏。图中， L1和K1为同名端，L2 和K2也为同名端，同名 端在同一瞬间的极性相 同，即同时为高电位和 低电位。,一、电磁式电流互感器（续）,二、电磁式电压互感器,工作原理 与变压器工作原理相似，其特点与下：一次绕组与被测电路相并联，二次绕组与仪表和保护装置的电压线圈相并联；容量很小类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高安全性；二次阻抗很大，近视于开路（空载）状态运行。定义：电压互感器的额定互感比：,二、电磁式电压互感器（续）,误差定义：电压误差：相位误差：二