高压交流断路器相关参数.ppt

高压交流断路器技术简介 一 高压交流断路器的定义和用途1 1定义高压交流断路器 它不仅可以切断和闭合高压电路中的空载电流及负荷电流 而且当系统发生故障时 通过与继电保护装置的配合 能够迅速的切断过负荷电流和短路电流 防止事故范围的扩大 它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力 1 2用途1 2 1控制作用根据电力系统运行的需要 将部分或全部电气设备 以及部分或全部线路投入或退出运行 1 2 2保护作用当电力系统某一部分发生故障时 它和保护装置 自动装置相配合 将该故障部分从系统中迅速切除 减少停电范围 防止事故扩大 保护系统中各类电气设备不受损坏 保证系统无故障部分安全运行 二 对高压交流断路器的要求2 1开断和关合能力的要求2 1 1能快速可靠的开断 关合各种负载线路和短路故障 且能满足断路器的重合闸要求 2 1 2能可靠的开断 关合其他电力元件且不引起过电压 2 2电气性能要求2 2 1载流能力2 2 2绝缘性能2 2 3机械性能 ZW27 12型柱上真空断路器 三 高压交流断路器的结构和分类3 1基本结构 开断元件 基座 绝缘支撑件 传动元件 操动机构 开断元件 开断 关合电路和安全隔离电源 包括导电回路 动静触头和灭弧装置 绝缘支撑元件 支撑开关的器身 承受开断元件的操动力和各种外力 保证开断元件的对地绝缘 包括瓷柱 瓷套管和绝缘管等 传动元件 将操作命令和操作动能传递给动触头 包括连杆 拐臂 齿轮 液压或气压管道 基座 用来支撑和固定开关 比如箱体 框架等 操动机构 用来提供能量 操动开关分 合闸 有电磁 液压 弹簧 气动等类型 三 高压交流断路器的结构和分类 操动机构 传动元件 开断元件 真空管组件 绝缘拉杆 绝缘支撑件 基座 壳体 三 高压交流断路器的结构和分类3 2主要分类3 2 1按灭弧介质或灭弧原理a油断路器 利用变压器油作为灭弧介质 分多油和少油两种 b压缩空气断路器 利用高速流动的压缩空气来灭弧 cSF6断路器 采用惰性气体SF6来灭弧 并利用它所具有的很高的绝缘性能来增强触头间的绝缘 d真空断路器 触头密封在高真空的灭弧室内 利用真空的高绝缘性能来灭弧 e磁吹断路器 断路时 利用本身流过的大电流产生的电磁力将电弧迅速拉长而吸人磁性灭弧室内冷却熄灭 三 高压交流断路器的结构和分类f固体产气断路器 利用固体产气物质在电弧高温作用下分解出来的气体来灭弧 3 2 2按电压等级a中压断路器 额定电压为3 6 40 5kV如ZW32 12 ZW37 40 5等b高压断路器 额定电压为72 5 252kV如LW36 126等c超高压断路器 额定电压为363 800kV如LW13 363等 ZW32 12型 LW36 126型 LW13 363型 三 高压交流断路器的结构和分类3 2 3按照控制 保护对象a发电机断路器b输变电断路器c馈电断路器d特殊用途断路器3 2 4按使用环境a户外型 如ZW27 ZW20A ZW32等 b户内型 如VS1 ZN85 ZN28等 ZW20A 12型户外高压交流真空断路器 VS1 12型户内高压交流真空断路器 四 高压交流断路器的术语和参数4 1特性参量术语4 1 1额定电压在规定的使用和性能的条件下能连续运行的最高电压 并以它确定高压开关设备的有关试验条件 4 1 2额定电流在规定的正常使用和性能条件下 高压开关设备主回路能够连续承载的电流数值 4 1 3额定频率在规定的正常使用和性能条件下能连续运行的电网频率数值 并以它和额定电压 额定电流确定高压开关设备的有关试验条件 四 高压交流断路器的术语和参数4 1 4额定短路开断电流在规定条件下 断路器能保证正常开断的最大短路电流 4 1 5额定短路关合电流在额定电压以及规定使用和性能条件下 开关能保证正常关合的最大短路峰值电流 4 1 6额定开断容量表征断路器开断能力的一个参数它是由开断电流通过计算而得出的 对于三相断路器 额定断流容量公式为 额定开断容量 3 额定开断电流 额定线电压4 1 7额定短时耐受电流 额定热稳定电流 反映断路器承受短路电流热效应的能力 它是在规定的使用和性能条件下 在规定的时间内断路器在合闸位置能够承载的电流的有效值 数值上就等于断路器的额定短路开断电流 四 高压交流断路器的术语和参数4 1 8额定峰值耐受电流 额定动稳定电流 在规定的使用和性能条件下 断路器在合闸位置能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流 峰值耐受电流等于2 5倍额定短时耐受电流 与额定短路关合电流相等 4 1 9额定短路持续时间 额定热稳定时间 断路器在合闸位置能够承载额定短时耐受电流的时间间隔 标准值为2S 需要时可选大于或者小于2S的数值 国标中推荐0 5S 1S 2S 3S 4S 4 1 10温升开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气温度的差值 4 1 11额定短时工频耐受电压按规定的条件和时间进行试验时 设备耐受的工频电压标准值 有效值 四 高压交流断路器的术语和参数4 1 12额定操作 雷电 冲击耐受电压在耐压试验时 设备绝缘能耐受的操作 雷电 冲击电压的标准值 4 2操作术语4 2 1操作动触头从一个位置转换至另一个位置的动作过程 4 2 2分 闸 操作开关从合位置转换到分位置的操作 4 2 3合 闸 操作开关从分位置转换到合位置的操作 四 高压交流断路器的术语和参数4 2 4 合分 操作开关合后 无任何有意延时就立即进行分的操作 4 2 5操作循环从一个位置转换到另一个位置再返回到初始位置的连续操作 如有多位置 则需通过所有的其他位置 4 2 6额定操作顺序根据实际运行需要制定的对断路器的断流能力进行考核的一组标准的规定操作 分为两类 a无自动重合闸断路器操作顺序 分 180s 合分 180s 合分或合分15s 合分b能进行自动重合闸的断路器的操作顺序 分 0 3s 合分 180s 合分其中0 3s称为无电流间隔时间 就是从电弧全部熄灭和首合 四 高压交流断路器的术语和参数相电路重新接通的时间 这个时间取决于断路器开关故障后恢复灭弧能力所需的时间 180s为强送电时间 4 2 7关合 接通 用于建立回路通电状态的合操作 4 2 8开断 分断 在通电状态下 用于回路的分操作 4 2 9自动重合 闸 操作开关分后经预定时间自动再次合的操作顺序 4 2 10自动重关合在带电状态下的自动重合 闸 操作 ZW8 12型户外高压交流真空断路器 四 高压交流断路器的术语和参数4 2 11开合开断和关合的总称 4 2 12短路开断对短路故障电流的开断 4 2 13短路关合对短路故障电流的关合 4 2 14近区故障开断对近区故障短路电流的开断 4 2 15触头开距分位置时 开关的一极各触头之间或连接的任何导电部分之间的总间隙 ZW37 40 5型户外高压交流真空断路器 四 高压交流断路器的术语和参数在真空断路器中 触头的开距主要取决于的额定电压和耐压要求 一般额定电压低时触头开距选得小些 但开距太小会影响分断能力和耐压水平 开距太大 虽然可以提高耐压水平 但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降 设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些 10kV真空断路器的开距通常在8 12mm之间 4 2 16超行程合闸操作中 开关触头接触后动触头继续运动的距离 超行程有两方面作用 一是为触头提供接触压力 二是保证在运行磨损后仍然保持一定接触压力 使之可靠接触 一般接触行程可取开距的20 30 左右 10kV的真空断路器约为3 4mm 真空断路器的实际结构中 触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置 也有相当的预压缩量 有预压力 这是为使合闸过程中 当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时 动触头有能力抵抗电动力 而不致于向后退缩 当触头碰接瞬间 接触压力陡然跃增至预压力数值 防止合闸弹跳 足以抵抗电动斥力 并使接触初始就有良好状态 随着超行程的前进 触 四 高压交流断路器的术语和参数头间的接触压力逐步增大 超行程终结时 接触压力达到设计值 超行程不包括合闸弹簧的预压缩量程 它实际上是触头弹簧的第二次受压行程 4 2 17平均分闸速度开关分 闸 过程中 动触头的运行速度 断路器的平均分闸速度一般而言速度越快越好 这样可以使首开相在电流趋近于0前2 3ms时能开断故障电流 否则首开相不能开断而延续至下一相 原来首开相变为后开相 燃弧时间加长了 增加了开断的难度 甚至使开断失败 但分闸速度太快 分闸的反弹也大 反弹太大震动过剧亦容易产生重燃 分闸速度的快慢 主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的储能大小 为了提高分闸速度 可以增加分闸弹簧的储能量 也可以增加触头弹簧的压缩量 这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度 降低了技术经济指标 10kV的真空断路器 平均分闸速度能保证在0 95 1 2m s比较合适 四 高压交流断路器的术语和参数4 1 18平均合闸速度开关合 闸 过程中 动触头的运动速度 平均合闸速度主要影响触头的电磨损 合闸速度太低 预击穿时间长 电弧存在的时间长 触头表面电磨损大 甚至使触头熔焊而粘住 降低灭弧室的电寿命 但速度太高 容易产生合闸弹跳 操动机构输出功也要增大 对灭弧室和整机机械冲击大 影响产品的使用可靠性与机械寿命 平均合闸速度通常取0 6m s左右为宜 4 2 19触头刚分 合 速度刚分 合 速度是指刚分后 刚合前 一段时间 或一段距离 的平均速度 如果定义为时间 GB3309 高压开关设备常温下的机械试验 的推荐性定义为刚分后 刚合前10ms的平均速度 也可以定义为距离 根据不同型号的真空开关 一般以刚分后 刚合前6mm或5mm的平均速度 四 高压交流断路器的术语和参数4 2 20合 分闸时间合 分闸时间是指从合 分闸线圈的端子得电时刻计起 至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔 合 分闸线圈是按短时工作制作设计的 一般情况下合闸线圈的通电时间不到100ms 分闸线圈的不到60ms 分 合闸时间一般在断路器出厂时已调好 无须再动 当断路器用在发电系统并在电源近端短路时 故障电流衰减较慢 若分闸时间很短 这时断路器分断的故障电流就可能含有较大的直流分量 开断条件更为恶劣 这对断路器的开断是很不利的 所以用于发电系统的真空断路器 其分闸时间尽可能设计长些为宜 4 2 21电弧持续时间 电弧持续时间是指从断路器某极触头首先起弧瞬间至各极均熄弧瞬间的时间间隔 4 2 22全开断时间全开断时间是指从分闸回路接到分闸命令至所有极电弧熄火时的时间 此时间等于断路器的分闸时间与电弧持续时间之和 四 高压交流断路器的术语和参数4 2 23合闸 分闸时间 金属短接时间 在合闸操作期间 第一相触头合的瞬间和在接着发生的分闸操作期间所有相的弧触头分开瞬间之间的时间间隔 4 2 24触头接触压力合闸时触头上外加压力和真空管自闭力之和称为触头的接触压力 以真空断路器为例 在无外力作用时 动触头在大气压作用下 对内腔产生一个闭合力使其与静触头闭合 称为自闭力 其大小取决于波纹管的端口直径 灭弧室在工作状态时 这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触 必须施加一个外加压力 这个这个接触压力有如下几个作用 a保证动 静触头的良好接触 并使其接触电阻少于规定值 b满足额定短路状态时的动稳定要求 应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力 以保证在该状态下的完全闭合和不受损坏 c抑制合闸弹跳 使触头在闭会碰撞时得以缓冲 把碰撞的动能转为弹簧的势能 抑制触头的弹跳 四 高压交流断路器的术语和参数d为分闸提供一个加速力 当接触压力大时 动触头得到较大的分闸力 容易拉断合闸熔焊点 提高分闸初始的加速度 减少燃弧时间 提高分断能力 触头接触压力是一个很重要的参数 在产品的初始设计中要经过多次验证 试验才选取得比较合适 如触头压力选得太小 满足不了上述各方面的要求 但触头压力太大 一方面需要增大合闸操作功 另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高 技术上不经济 4 1 25合闸弹跳时间断路器在合闸时 触头刚接触开始计起 随后产生分离 可能又触又离 到其稳定接触之间的时间 这一参数IEC无规定 而我国规定10kV断路器的合闸弹跳时间必须小于2ms 这