断路器与隔离开关.ppt

断路器 隔离开关 主讲人 张世杰 目录 1断路器与隔离开关的概述2断路器与隔离开关的作用3断路器与隔离开关的分类4断路器与隔离开关的结构5断路器与隔离开关的主要性能与参数含义6断路器与隔离开关的区别7断路器与隔离开关的异常及事故处理 1断路器与隔离开关的概述 断路器 能够关合 承载和开断正常回路条件下的电流 并能关合 在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置 隔离开关 在分闸位置能够按照规定的要求提供电气隔离断口的机械开关装置 2 1断路器与隔离开关的作用 断路器 高压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流 在电气设备或线路发生短路故障或严重过负荷时 由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流 以防止扩大事故范围 2 2断路器与隔离开关的作用 隔离开关 1 隔离电压 在检修电气设备时 用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离 以确保检修的安全 2 倒闸操作 投入备用或旁路母线以及改变运行方式时 常用隔离开关配合断路器 协同操作来完成 3 分 合小电流 分 合避雷器 电压互感器和空载母线 分 合励磁电流不超过2A的空载变压器 关合电容电流不超过5A的空载线路 3 1断路器的分类 按操作方式分 有电动操作 储能操作和手动操作 按结构分 有万能式和塑壳式 按使用类别分 有选择型和非选择型 按灭弧介质分 有油浸式 真空式和空气式 按动作速度分 有快速型和普通型 按极数分 有单极 二极 三极等 按安装方式分 有插入式 固定式和抽屉式等 按使用范围分为 高压断路器和低压断路器 3 1断路器的分类 结构 万能式断路器 塑壳式断路器 3 1断路器的分类 灭弧介质 油浸式断路器 真空式断路器 空气式断路器 3 1断路器的分类 安装方式 插入式断路器 固定式断路器 抽屉式断路器 3 1断路器的分类 使用范围 高压断路器 低压断路器 3 2隔离开关的分类 按装设地点分 户内式和户外式 按极数分 单极和三极 按绝缘支柱数目分 单柱式 双柱式和三柱式 按隔离开关的动作方式分 闸刀式 旋转式 插入式 按有无接地刀闸分 带接地刀闸和不带接地刀闸 按所配操动机构 手动式 电动式 液压式等 3 2隔离开关的分类 装设地点 户内式隔离开关 户外式隔离开关 3 2隔离开关的分类 极数 单极隔离开关 三极隔离开关 3 2隔离开关的分类 绝缘支柱数 单柱式隔离开关 双柱式隔离开关 三柱式隔离开关 3 2隔离开关的分类 动作方式 闸刀式隔离开关 旋转式隔离开关 插入式隔离开关 4 1断路器的基本结构 1通断元件 是断路器的核心部分 由触头 导电部分 灭弧介质 灭弧室组成 2操动机构 是使断路器分闸 合闸并将断路器保持在合闸位置的设备3绝缘部分 实现带电部分和接地部分的绝缘 包括支持绝缘子和操作绝缘子 4传动机构 接受操动机构的力矩 将运动传动给触头 以完成断路器的动作 通断元件 中间传动机构 绝缘支撑件 操动机构 基座 合闸弹簧 分闸弹簧 电动机 储能指示 分闸指示 合闸指示 4 2隔离开关的基本结构 1导电部分 传导电路中的电流 关合和开断电路 包括触头 闸刀 接线座 2绝缘部分 实现带电部分和接地部分的绝缘 包括支持绝缘子和操作绝缘子 3操动机构 通过传动装置 控制刀闸分合 并供给操动力 4支持底座 将导电部分 绝缘子 传动机构 操动机构等固定为一体 并使其固定在基础上 5 1断路器的参数及主要性能 由字母和数字两部分组成的 例如 SN10 10 3000 750型 1 额定电压及额定电流 1 额定电压 正常工作的线电压 电力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3 220kV范围内 其最高工作电压较额定电压约高15 左右 对330kV以上 规定最高工作电压较额定电压高10 5 1断路器的参数及主要性能 2 额定电流指在额定频率下长期通过此电流时 断路器无损伤 且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度 我国规定额定电流为 200 400 630 1000 1250 1600 1500 2000 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000A 5 1断路器的参数及主要性能 2 额定开断电流和额定断流容量 1 额定电压下能断开的最大电流 其值应大于设备安装地点的最大短路电流 它是标志断路器开断能力的一个重要参数 我国规定额定开断电流为 1 6 3 15 6 3 8 10 12 5 16 20 25 31 5 40 50 63 80 100kA等 5 1断路器的参数及主要性能 2 额定断流容量 把额定条件下的开断能力称为额定断流容量 我国根据国际电工委员会 IEC 的规定 现只把额定开断电流作为表征开断能力的唯一参数 而断流容量仅作为描述断路器特性的一个数值 5 1断路器的参数及主要性能 3 关合能力说明断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流 其数值以关合操作时 瞬态电流第一个大半波峰值来表示 断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外 还与断路器操动机构的合闸功率的大小有关 5 1断路器的参数及主要性能 4 耐受性能断路器应具有足够的耐受短时短路电流作用的能力 1 短时热电流 热稳定电流 在规定的时间内 规定标准时间为2s 需要大于2s时推荐4s 断路器在合闸位置 可能经受的短时热电流有效值 kA 称为短时热电流 或短时耐受电流 短时热电流通过断路器时 各零部件的温度不应超过短时发热最高允许温度 且不致出现触头熔接或软化变形 以及其它妨碍正常运行的异常现象 5 1断路器的参数及主要性能 2 峰值耐受电流 动稳定电流 即在规定的使用条件和性能下 断路器在合闸位置时所能经受的电流峰值 它与关合电流不同的是 峰值耐受电流是断路器处于合闸位置时通过的短路电流 而关合电流则是由于断路器关合短路故障所产生的短路电流 峰值耐受电流反映了断路器承受由于短路电流产生电动力的耐受性能 它决定断路器的导电部分和绝缘支撑件的机械强度以及触头的结构形式 5 1断路器的参数及主要性能 5 操作性能 1 全开断时间 指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间间隔 分闸时间与燃弧时间之和 分闸时间 从断路器接到分闸命令瞬间到所有相的触头都分离的时间间隔 燃弧时间 是指某一相首先起弧瞬间到所有相电弧全部熄灭的时间间隔 5 1断路器的参数及主要性能 全开断时间是反应断路器开断过程快慢的主要参数 它直接影响故障对设备的损坏程度 故障范围 传输容量和系统的稳定性 2 合闸时间处于分闸位置的断路器 从接到合闸命令瞬间起到所有相的触头均接触为止的时间称为合闸时间 5 1断路器的参数及主要性能 6 自动重合闸性能自动重合闸的操作循环 分 0 3s 合分 180s 合分 断路器开断故障电路 从电弧熄灭起到电路重新接通的时间 称为无电流间隔时间 一般为0 3s或0 5s 断路器开断时间与无电流间隔时间之和称为自动重合闸时间 5 1断路器的参数及主要性能 油断路器 概述以密封的绝缘油作为开断故障的灭弧介质的一种开关设备 有多油断路器和少油断路器两种形式 它较早应用于电力系统中 技术已经十分成熟 价格比较便宜 广泛应用于各个电压等级的电网中 结构特点 多油断路器 结构简单 制造方便 便于在套管上加装电流互感器 配套性强 其绝缘油既是灭弧介质 又是主要的绝缘介质 少油断路器 结构简单 制造方便 可配用各种操动机构 其绝缘油主要作为灭弧介质技术性能特点多油断路器 额定电流不易做得很大 开断小电流时 燃弧时间较长 开断速度较慢 少油断路器 开断电流大 全开断时间较短 油断路器 优点 结构简单 价格便宜缺点 检修周期短维护工作量大潜在火灾危险被SF6断路器取代的趋势 110kV及以上系统 被真空断路器取代的趋势 10kV电力系统 油断路器小结 电弧 形成 用开关电器切断通有电流的电路时 只要电源电压大于10 20V 电流大于80 100mA 在开关电器的动 静触头分离瞬间 触头间就会出现电弧 熄灭 此时 触头虽已分开 但电路中的电流还在继续流通 只有电弧熄灭 电路才被真正断开 电弧特性 电弧温度随时间变化电弧电流数值随时间变动 电弧的功率也随电弧电流变动电弧功率增大时 电弧的温度增加 反过来 当电弧功率减小时 电弧的温度降低 电弧有热惯性电弧的温度跟不上电流的变化 存在一个滞后过程 交流电弧每半周自动熄灭一次随着交流电流周期性变化 电弧电流每隔半周过零一次 在电弧电流自然过零前后 电源向弧隙输送的能量较少 电弧温度和热游离下降 而去游离作用继续进行 电弧将自然熄灭 1 利用灭弧介质不同灭弧介质具有不同的传热能力 介电能力 热游离温度和热容量 这些参数数值越大 去游离作用就越强 电弧就越容易熄灭 2 采用特殊金属材料作灭弧触头采用熔点高 导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料 如采用铜 钨合金和银 钨合金等 3 利用气体或油吹动电弧吹弧利于冷却而使复合加强 带电离子的扩散 4 采用多断口熄弧电弧被拉长 触头分离速度加快 断口电压降低 5 提高触头分离速度迅速拉长电弧 可使弧隙的电场强度骤降 使电弧的表面突然增大 有利于电弧的冷却和带电粒子的扩散 高压断路器熄灭交流电弧的基本方法 以开断电路为例 过程可分为 1 动 静触头分离的瞬间在触头之间产生电弧 2 绝缘油在电弧的高温作用下 被迅速蒸发和分解成油蒸汽和其他气体 在电弧周围形成混合气泡 3 气体被密封在灭弧室内 使灭弧室内压力不断增高 电弧中游离质点的浓度增加 增强了复合 加强了去游离作用 由于温度和压力差 气泡内产生剧烈的扰动 加强了对弧柱的冷却作用 灭弧 4 随着触头间距的增大 电弧被拉长 在电弧电流过零时 断口间的介质强度很快恢复 使电弧熄灭 结论 油断路器是一种自能式断路器 即是利用电弧本身的能量来熄灭电弧 灭弧 SF6断路器 SF6开关利用压缩的SF6气体为灭弧和绝缘介质 利用电弧的能量 产生SF6压缩气体 熄灭电弧 用以切断额定电流和故障电流 转换线路 实现对高压输变电线路和电气设备的控制和保护 并配以操作机构进行分 合闸及自动重合闸SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质 具有开断能力强 动作快 体积小等优点 但金属消耗多 价格较贵 近年来SF6断路器发展很快 在高压和超高压系统中得到广泛应用 尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器 是高压和超高压电器的重要发展方向 SF6气体第一次被用于断路器是在五十年代初 由于SF6气体同空气和变压器油相比有许多优异的电气绝缘和灭弧性能 近年来 SF6在电气设备上的应用有了很大的发展 尤其是在高压和超高压断路器上 还有全封闭组合电器 现在 新安装的110kV及以上电压等级的断路器 包括大部分的35kV断路器已经全部是SF6断路器了 SF6分子由一个硫原子和六个氟原子构成 它的密度也大约是空气的五倍 在常温下 SF6气体是无色 无味 无毒并且透明的惰性气体 它非常稳定 通常情况下很难分解 它既不溶于变压器油也不溶于水 SF6断路器 一个操作机构 单相操作或三相电气联动 1个操作机构三相机械联动 SF6断路器 SF6断路器 剖面图 1高压接线端2灭弧室瓷套3支柱瓷套4分子筛5横梁6传动箱7支架8连杆9操动机构箱10断路器位置指示器11合闸弹簧位置指示器12密度计13分闸弹簧14绝缘拉杆 SF6断路器 Vt Vc 合闸位置 压气过程 热能效应 分闸位置 Vt 热能室 Vc 压气室 SF6断路器动触头 SF6断路器开断单元 SF6断路静触头 弹簧机构 拐臂 合闸凸轮 惯性飞轮 合闸弹簧 分闸弹簧 指示器 合闸弹簧位置 储能或释能 凸轮 分闸系统 合闸系统 合闸凸轮 弹簧机构 弹簧结构 说明 弹簧结构合闸过程 合闸线圈通电动作 合闸掣子拖开 合闸弹簧释能 合闸轴旋转180 分闸弹簧储能 主轴旋转60 拐臂就停靠在分闸掣子 合闸完成 合闸弹簧储能 电机一旦通电后 它就会通过惯性飞轮上的减速齿轮以及链条给合闸弹簧储能 合闸弹簧储能到位后 齿轮停在惯性飞轮上没有齿的位置 而减速齿轮则会停下来 以免合闸掣子受力变形 注 在合闸弹簧储能的过程中 合闸线圈中的电流将被切断 以免发生意外的合闸操作 分闸 分闸线圈通电时或手动操作分闸杠杆时 分闸掣子就会脱开拐臂 在分闸弹簧的作用下 主轴将沿顺时针方向旋转60 直到 分闸 位置 缓冲器将吸收剩余的能量 以便分闸动作能平衡完成 SF6断路器的优缺点 1SF6的优点灭弧性能强 且灭弧后不变质 可重复使用 SF6气体绝缘性好开断能力强 噪音小 无火灾危险 机电磨损小等2SF6的缺点高温下会分解出有腐蚀性的气体 对铝合金有严重的腐蚀作用 高温分解后生成有毒的低氟化物 SF6断路器的检查 日常巡视 1 断路器各部分及管道无异声 漏气声等 异味 管道夹头正常 2 引线连接部位无发热现象 无腐蚀 接线板连接的导线无过紧 过松 断股状况 接线板无变色 温度应正常 不超过90 3 套管无脏污 无裂痕 无放电声和电晕 5 接地完好 6 断路器分 合位置指示正确 7 壳体及操作机构完整 不锈蚀 弹簧储能位置正常 特殊巡检1 下雪天气 检查断路器各接头应无过热 融雪 冒汽现象 2 气温突变 气体压力正常 符合厂家标准 3 雷雨 大风天气或雷击后 检查瓷套管有无闪络痕迹 断路器上应无杂物 防雨帽应完整 接头无松动 无发热现象 4 断路器切断故障电流后 检查断路器的分 合位置指示正确 本体 接头处有无击穿等 真空断路器 真空间隙的绝缘强度与灭弧性性能非常优越 具有结构简单 体积小 重量轻 寿命长 维修量小和适用于频繁操作等特点 VD4真空断路器 VD4真空断路器是ABB驰名的灭弧室和浇极柱研发和制造技术 以及先进的操动机构研发 设计和生产技术的完美结合 VD4真空断路器的灭弧室被整体浇注在环氧树脂中 结构更坚固 保护真空灭弧室 减少灰尘和潮湿对灭弧室外绝缘的影响 灭弧室将开关的主触头永久的密封在真空环境中 构成了开断灭弧单元 VD4开关外形 VD4真空开关 VD4开关柜 上部为低压室中部为高压室下部为电缆室 VD4开关柜 1 母线室 低压室后部 柜体后上部为母线室 母线为上下 一 字形排列 与其搭接的三相分支母线 分别引至母线室内的三相上静触头盒中 柜与柜之间的母线室均用金属板间隔 2 手车室 高压室 柜体前中部为手车室 也称断路器室 手车室与母线室和电缆室各设一组静触头盒 以提供电源侧与负荷侧的隔离断口 PT手车室除外 3 电缆室 柜体后下部为电缆室 在该隔室内 装设有电流互感器 零序电流互感器以及接地开关 4 继电器仪表室 低压室 柜体前上部为继电器仪表室 在该隔室内装有各种继电器和端子排 其它用于控制和观察的开关 仪表 切换片及微机综合保护均安装在仪表门上 VD4真空断路器 整体浇注极柱 1 上出线端2 真空灭弧室3 环氧树脂壁4 动出线杆5 下出线端6 软连接7 触头压力弹簧8 绝缘拉杆9 极柱固定嵌件10 操动机构连接处 VD4真空断路器 VD4断路器的操动机构VD4断路器的操动机构属于弹簧储能型式 标准配置机械防跳装置 可装配各种闭锁机构以防止错误操作 开关储能该开关有电动和手动两种方式 电动储能采用交 直流两用单相串激电动机 储能时间小于15S 开关处于工作状态后 不管开关的主回路是否带电 储能电机的电气回路就处于工作状态 电机就进行储能 合闸弹簧储能到位后 位置开关自动断开储能回路 手动储能 包括开关本体分 合闸 一般情况下只在开关空载调试和检测时使用 VD4真空断路器的优缺点 油断路器 1 灭弧室开断后介质恢复快 介质不需要冷却和更换 电弧能量低 无损耗 触头压力小 2 断口开距小 合闸所需能量小 使用寿命长 3 开断电流大 触头电损耗小 主回路接触电阻小 具有足够的重合闸操作次数 4 可靠性高 维护量小 维护成本低 仅为少油断路器的1 20左右 1 容易产生操作过电压 在开断感性电流时 会出现电流截断现象造成较高的过电压 因此要加装过电压吸收装置 这样设备量增加 维护量增加 费用也上升 2 运行中不易监测真空度 3 国内产品体系不多 真空断路器的检查检修 真空断路器检查内容 1 检查真空包外壳应无变形 2 支持绝缘子应无裂痕及放电异声 3 运行中的真空包应无放电声 4 引线接触部分无过热 引线驰度适中 5 检查各部位螺钉有无松动 弹簧有无损坏 6 分 合位置指示正确 并和当时实际运行工况相符 7 支持绝缘子清洁 无裂痕及放电异声 8 真空灭弧室无异常 9 引线接触部分无过热 弛度适中 试温蜡片有无融化 10 断路器各电源及重合闸指示灯是否正确 空气断路器 空气断路器是以压缩空气作为灭弧介质 此种介质防火 防爆 无毒 无腐蚀性 取用方便 空气断路器靠压缩空气吹动电弧使之冷却 在电弧达到零值时 迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧 空气断路器开断能力强 开断时间短 但结构复杂 工艺要求高 有色金属消耗多 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 1户内式隔离开关 GN19系列隔离开关 1 静触头 2 基座 3 支柱绝缘子 4 拉杆绝缘子 5 动触头 每相导电部分主要由触刀 动触头 和静触头组成 静触头是安装在固定于底架上面的两个支持绝缘子上 触刀的一端通过螺栓轴销与一个静触头链接 转动触刀与另一端静触头构成可分连接 触刀中间有拉杆瓷瓶 两端都有夹紧弹簧 维持触刀对静触头的压力 2户外式隔离开关 GW4系列 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 GW4系列采用双柱式水平回转式结构 每极两个绝缘支柱带着导电闸刀反向回转90 形成一个水平断口 按接地方式可分为 不接地 单接地 双接地 隔离开关与接地开关之间设有机械联锁 本系列隔离开关的特点 1 接地端通过软连接过渡 导电可靠 维修方便 2 触头元件用久后可更换新件 保养容易 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 3GW5型户外式隔离开关 1 底座 2 3 闸刀 4 接线端子 5 挠性连接导体 6 棒式绝缘了 7 支承座 8 接地刀闸 GW5 110D型隔离开关 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 1户外高压隔离开关 采用单柱V形握手式结构 布置紧凑 体积小 重量轻 技术指标先进 宜于广泛采用 2为了设备检修时接地方便 35kV以上的户外隔离开关都可配备接地刀闸 接地刀闸和工作闸刀可以通过操作把手闭锁动作 即两者不能同时合闸 避免发生带电接地故 3GW5系列户外隔离开关每极两个绝缘柱带着导电闸刀反向回转90 形成一个水平断口 两个支柱V型交角50 安装在一个底座上 安装灵活方便 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 3户外式隔离开关 GW6系列 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 户外单柱式隔离开关为剪刀式结构 静触头悬挂在母线上 分闸后形成垂直的绝缘断口 断口清晰可见 便于运行监视 为折叠式 缩小产品所占空间 具有占地面积小的优点 可装设一个接地刀闸 供接地用 隔离开关与接地开关之间设有机械联锁 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 5 GW7系列户外式隔离开关 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 单极三柱水平转动式结构 用于额定电压126 550KV的电力系统中 供有隔离电源和无负荷时分合电路之用 由底座 支柱绝缘子 导电部分 操动机构等组成 每极由三个支柱绝缘子构成 550KV每极由四个支柱绝缘子构成 两边的支柱是固定的 中间支柱是转动的 动闸刀装在中间支柱绝缘子上部 静触头分别装在两边支柱绝缘子上部 由操动机构带动中间支柱绝缘子转动进行分合闸操作 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 6GW16系列户外式隔离开关 动触头是机械手式单臂折叠型 传动机构密封在主刀闸管内部 动触头是钳夹结构 夹住静触头导电杆 5 2隔离开关的主要性能及常用型号 隔离开关的检查检修 1绝缘子完整 无裂纹 无放电现象 2操动机构及机械各部分无损伤 不锈蚀 各机件紧固 位置正确 无歪斜 松动 脱落等不正常现象 3闭锁装置良好 辅助触点的位置应正确 4刀片和刀嘴的消弧角应无烧伤 过热 变形 锈蚀 倾斜 触头接触应良好 接头和触头不应有过热现象 其温度不应超过70 5接地开关接地应良好 特别是易损坏的可挠部分应无异常 6断路器与隔离开关的区别 断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高 主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护 可具有短路保护 过载保护 漏电保护等功能 除此之外 还具有良好的灭弧功能 隔离开关一般是不能带负荷分断的 结构上没有灭弧罩 没有灭弧的功能 7断路器与隔离开关的异常及事故处理 断路器隔离开关 7 1断路器的异常运行分析 响声不正常 1 原因 套管和支持瓷柱严重破坏和连续放电套管内或油箱内有起泡声和放电声二次接线接触不良出席那放电声或着火现象电气接线部位烧红变色而出现放电等 2 处理 视其故障程度 判准部位 回报调度 紧急停电处理接触发热 1 原因 开断容量不足 过负荷 切除大电流故障和