高压开关设备技术规范

1、高压开关设备技术培训教材目 录第一章、 高压断路器基础知识.4第一节、 高压断路器的基本功能.4第二节、 高压断路器的分类和发展状况.5第三节、 开关电弧理论和绝缘介质特性.6第四节、 高压断路器的性能参数.8第二章、 .11第一节、 .11第二节、 .14第三节、 .18第三章、 高压组合电器.22第一节、 SF6封闭组合电器（GIS）的发展方向和技术问题.22第二节、 SF6封闭组合电器（GIS）的技术特点.25第三节、 户外紧凑型组合式开关设备.26第四章、 真空断路器结构特点和技术特点.28第一节、 真空断路器的技术特点.28第二节、 真空断路器的整体结构.31第三节、 永磁机构真空断

2、路器简介.33第五章、 隔离开关设备.34第一节、 隔离开关设备的功能和型式.35第二节、 技术先进厂家的高压隔离开关设备技术.36第六章、 高压开关设备的运行管理. .39第一节、 概述.39第二节、 高压开关设备的验收和投运.39第三节、 高压开关设备的运行维护.40第四节、 高压开关设备的操作.45第五节、 缺陷管理.48第六节、 事故处理及预案.50第七节、 技术管理.53第八节、 技术培训.56第七章、 高压开关设备的检修工作.57第一节、 检修的一般规定.57第二节、 检修的周期.58第三节、 检修前的准备工作.60第四节、 检修人员的要求.61第五节、 检修环境的要求.61第六节

3、、 检修项目及技术要求.61第七节、 检修报告.71第八节、 检修废油、废弃等的处理.71第九节、 检修后设备的投运.71第八章、 高压开关设备技术监督.73第一节、 高压开关设备的设计选型.73第二节、 高压开关设备的监造.73第三节、 高压开关设备的安装及投产验收.75第四节、 高压开关设备运行监督.76第五节、 高压开关设备检修监督.77第六节、 高压开关设备技术改造监督.78第七节、 高压开关设备缺陷监督.78第八节、 高压开关设备技术监督分析评估.79第九节、 高压开关设备监督告警.80第十节、 高压开关设备技术档案监督.81第九章、 高压开关设备预防事故措施.81第一节、 管理措施

4、.81第二节、 运行措施.81第三节、 技术措施.82第十章、 高压开关设备交接、预防性试验.89第一节、 高压开关设备交接、预防性试验89第二节、 高压开关设备交接、预防性试验规程.102第一章 高压断路器基础知识第一节、 高压断路器的基本功能 断路器（circuit-breaker）的定义为：能够关合、承载、开断运行回路的正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备。一般来讲对地电压高于1kV的断路器为高压断路器。高压断路器也应该能开断空载长线的充电电流（容性电流）、空载变压器的励磁电流（感性小电流）等等。通常使用的断路器分合频度不大，不经常承载、开断

5、和关合短路电流，但有些特殊断路器也用于频繁分合。总的来说，为实现断路器的作用，要求断路器具备以下最基本的功能：（） 在关合状态时为良好的导体，在长时间工作时各部位温度和温升低于最大允许发热温度和允许温升，能够承受短路情况下热的和机械的作用。（） 在开断状态时，具有良好的绝缘性能。在不同环境条件下，皆能承受对地同相以及不同相端子间的电压。（） 在关合状态的任一时刻，在尽可能短的时间内，能够开断额定开断电流及以下的各种故障电流。（） 在开断状态的任意时刻，在短时间内能关合处于短路状态下的电路。在实际的生产运行中，存在着各种类型的开关设备，国家相关标准也对其进行了定义。隔离开关（disconnect

6、or）：在分位时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合闸位置时，能承载正常线路条件下的电流及在规定时间内异常条件（短路）下的电流的开关。负荷开关（switch，load-breaking switch）：能关合、开断及承载运行线路正常电流（包括规定的过载电流），也能在规定的时间内承载规定的异常电流（短路电流）的开关。接地开关（earthing switch）：用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（短路）下，可在规定时间内承载规定的异常电流。但在正常的回路条件下，不要求承载电流。接触器（contactor）：手动操作除外，只有一个休止位置，能关合、承载及开断正常电流及规

7、定的过载电流的开断和关合装置。重合器（automatic circuit recloser）：能够按照预定的顺序，在导电回路中进行开断和重合操作，并在其后自动复位、分闸闭锁或合闸闭锁的自具（不需要外加电源）控制保护功能的开关设备。金属封闭开关设备：开关柜（metal-enclosd switchgear）：除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。组合电器（composite apparatus）：将两种或两种以上的高压电器按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而各电器仍保持原规定功能的装置。气体绝缘金属封闭开关设备；封闭式组合电器（gas insulated metal-enclos

8、ed switchgear，GIS）：至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。第二节、 高压断路器的分类和发展状况1. 断路器的分类按断路器灭弧原理来划分，有油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、磁吹断路器。按照断路器的用途来划分，有发电机保护用断路器、线路用断路器（包括输电用断路器和配电用断路器）、供电用断路器（一般为6.9kV40.5 kV）、高压直流断路器（开断直流回路）。2. 断路器的发展状况由于电力系统对输变电的质量和可靠性要求提高，对高压开关设备的性能要求也越来越高，另一方面由于基础理论，工艺水平，材料技术的不断进步，使得高压开关设备的技术有了

9、长足的进步。目前，高压开关设备正在向着高压大容量、自能化、小型化、组合化、智能化的方向发展。（） 高压大容量断路器。目前随着特高压输电系统工程的开展，500kV电压等级系统的不断发展，并且从技术经济性和可靠性角度的要求，都需要发展单元断口、容量大、电压高的断路器。（） 断路器灭弧的自能化。自能式灭弧室最大限度的利用了电弧自身的能量，使灭弧室建立起气吹熄弧所必需的操作功可降低为压气式的20%。由于自能式的断路器的操作功大大减小，必将大大提高断路器机械动作的可靠性。自能式断路器由于熄弧技术先进、操作功小、整体体积小、因而在126252kV电压等级应用逐渐增多，大有取代压气式断路器之势。（） 高压开

10、关设备的小型化。高压开关设备小型化的目的是为了减少占地空间、进一步与环境相协调和易于组合化。小型化有着重要的社会意义。（） 高压开关设备的组合化。高压开关设备的组合化要求主要基于小型化技术，最重要的目的是可以实现体积小、具有成套性、可靠性高、少维护、易于安装、抗严酷环境等。例如GIS，GIS几乎囊括了大部分高压电器和保护检测电器，使原来分立的电器功能成为一个整体概念，可以说目前GIS的设计生产水平成为高压开关设备水平的代表。（） 高压开关设备的智能化。目前随着光电互感器、数字化变电站理论的成熟和技术的发展，逐渐提出了电器智能化的要求，目前集中在断路器智能化上的要求主要有：断路器自身状态的检测和

11、故障诊断；对电网故障的诊断和信息远传技术；自动重合闸的智能控制；同步操作技术等。（） 高压开关设备的高可靠性。高压开关设备的可靠性主要体现在两方面，一方面为电气可靠性，另一方面则是机械可靠性。就目前的技术条件来说，电气可靠性已经大大提高，困扰高压电器整体水平的是机械可靠性问题。因为机械可靠性是和设计制造水平，材料技术息息相关的。提高机械可靠性是高压电器发展的主要努力方向。第三节、 开关电弧理论与绝缘介质特性（一） 电弧相关知识开关设备使用触头分断回路中的电流，在大气环境中开断电流，只要电压超过1220V，被开断的电流超过0.251A，在触头的间隙（弧隙）中通常产生一团温度极高、发出强光和能够导

12、电的近似圆柱形的气体，这就是电弧。电弧是由三个部分构成的，阴极区域、弧柱区域和阳极区域。电弧的阴极区域对电弧的发生和物理过程具有重要的意义，形成电弧放电的大部分电子是在阴极区产生或由阴极本身发射的。电弧放电时，实际上并不是整个阴极全部参加放电过程，阴极表面的放电只集中在一个很小的区域上。这个小区域称为阴极斑点，它是一个非常集中，面积很小的光亮区域，其电流密度很大，是电弧放电中强大电子流的来源。同样阳极表面也存在阳极斑点，它接受从弧柱中过来的电子。弧柱是由高温、游离了的气体形成的充满了带电粒子的等离子体。（二） SF6气体的基本特性近年来，SF6气体作为断路器的灭弧介质得到了迅速的发展。SF6气

13、体本来是作为具有空气数倍的绝缘强度的绝缘气体为人们所熟悉。它的灭弧能力非常强，由导电电弧向绝缘体的变化速度非常快。因此在高压断路器中SF6气体既作为灭弧介质，也作为绝缘介质。纯净的SF6气体是无色、无味、无毒和不可燃的卤素化合物气体。纯净的SF6气体是稳定和无毒的介质，但是高温分解出来的低氟化物却具有剧毒。尽管在温度降低后大部分低氟化物也会复合，但是总会残留一些，因此在生产检修中要格外注意。在20和0.1MPa时，其相对密度为6.135，即为空气相对密度的5倍。在0.1MPa气压时，沸点为-60。到150为止，SF6为化学惰性，和高压断路器中常用的金属等其他材料不发生化学作用。然而，在大功率电

14、弧引起的高温下，它能分解和游离成各种不同的成分，主要为SF4和SF2，以及少量的S2、F2、S、F等，在有湿气的时候对玻璃和金属有腐蚀作用。并且这些成分和蒸发的金属结合成一种极细的金属氟化物粉末，其电阻很高影响断路器的电气性能。因此断路器的触头表面必须有自洁功能，以除去在接触面上散布的这种金属氟化物。（三） 真空灭弧的基本特性在真空中熄灭电弧的研究很早就开始了。而真空灭弧室到20年代实际50年代才被迅速应用，并且在电力系统中进行应用。在真空中开断电流有很多优点：开断时不需要外加气体或者液体灭弧介质，真空是不可燃的，也不会放出火焰或者气体，无火灾或爆炸的危险；触头的电气寿命长；有较大的开断能力，

15、开断近区故障时不需要并联电容器或电阻；真空中介质强度高，触头开距很小，需要的操作功也小。真空中灭弧过程会出现一种特有的现象。对于工频电流的电弧，在电弧电流接近自燃零点时，由于金属蒸汽不足和电源电压不够高而会突然熄灭。熄灭后的真空间隙最终可以承受很高的电压。从熄弧前的几十伏电弧电压到能承受近100kV的电压（12mm真空间隙）需要一个过程，这个过程即为真空燃弧间隙介质强度恢复过程。在恢复过程中，真空间隙能承受外加电压的能力随时间的变化规律即为该真空间隙介质强度的恢复特性。熄弧后真空间隙在恢复电压的作用下有可能被击穿而引起电弧的重燃。引起重燃的原因有：燃弧和燃弧后电极放出过量的气体阴极表面吸附微小

16、的绝缘物和金属微粒等维持着较强的场致发射作用而重新形成阴极斑点恢复电压的电场强度超过500kV/cm以上产生场致击穿电流过零后间隙有残余粒子碰撞继续维持较高的游离密度。在恢复初期为重燃的主要原因，后期为主要原因。第四节、 高压断路器的性能参数（一） 电流的通过能力 断路器在闭合的状况下导电系统长期通过的电流，或在限定时间内能够安全通过的一定的负荷电流成为断路器的额定电流。在通过这个一电流时，断路器各部分的允许温度不能超过国家标准中规定的数值。国家标准中给出的断路器额定电流值为：200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、80

17、00、10000、12500、16000、20000（A）。 额定短时耐受电流又称额定热稳定电流，是在规定的短时间T内，断路器闭合位置所能耐受的电流。在流过这一电流的时间内，断路器的温升应不超过规定的数值。我国规定的短时间为2s。短时电流的通过能力，主要决定于触头的温升、熔焊、接触面的劣化和承受电动力的强度。 额定峰值耐受电流即为额定动稳定电流，是指断路器在闭合位置所能耐受的峰值电流，其值等于额定短路关合电流是其额定短路开断电流交流分量有效值的2.5倍。在通过这一电流时，断路器应不受损坏而能继续正常工作。 （二） 开断性能开断能力是断路器最重要的性能之一。额定开断电流也即额定短路开断电流，标志

18、着高压断路器开断短路故障的参数。国家标准规定断路器的额定短路开断电流是在标准规定的相应的工频及瞬态恢复电压下，能够开断的最大短路电流。有两个特征值表示：一是交流分量有效值，简称“额定短路电流”，二是直流分量百分数。标准规定，若直流分量不超过20%，则额定短路开断电流仅以交流分量有效值表征。（三） 合闸能力和操作性能1 合闸能力（1）. 额定短时耐受电流（热稳定电流）： 表示热稳定电流通过断路器时，在规定的时间（1s、4s、5s或10s，我国国标规定为4s）内，温度不超过规定的允许发热温度，且无触头熔焊或妨碍断路器正常工作的导体退火，变形的现象。热稳定电流一般用多少秒内允许通过的电流有效值来表示

19、。且一般采用与额定开断电流相等的数值。（2）. 额定峰值耐受电流（动稳定电流或极限通过电流）：指断路器的触头未分开之前或合闸时，允许通过短路电流的最大值。其值等于额定短路关合电流，是额定短路开断电流交流分量有效值的2.5倍。短路电流的最大峰值一般出现在短路电流发生后电流波形的第一个周波内。在通过此电流后，断路器应不受电动力的破坏且能继续正常工作。极限通过电流决定于断路器的导电部分和支持绝缘部分的机械强度，以及触头的结构形式。极限通过电流表示断路器对短路电流电动稳定性。2 操作性能和动作时间（1）分闸时间：从开关分闸操作起始瞬间（即接到分闸指令瞬间）起到所有极的触头都分离瞬间的时间间隔。（2）燃

20、弧时间：从首先分离极主回路触头刚脱离金属接触起，到各极中的电弧最终熄灭为止的时间间隔。（3）合闸时间：处于分闸状态的断路器，从接到合闸指令瞬间起到所有极的触头都接触瞬间的时间间隔。（4）分合时间（自动重合时）：重合操作时，从所有极的弧触头都分离瞬间起到首合极各弧触头都重新接触瞬间的时间间隔。 （5）合分时间（金属短接时间）：合操作中，从首合极各触头都接触瞬间起到随后的分操作时所有极中弧触头都分离瞬间的时间间隔。（6）合（分）闸同期性：开关合（分）时各极间及（或）同一极各断口间的触头接触（分离）瞬间的最大时间间隔。（7）合闸弹跳时间：指对于真空断路器在合闸过程中，动、静触头在接触瞬间发生的短暂、

21、多次的合分过程所需的时间。 图1-1-1 断路器分闸时间 图 1-1-2 断路器合闸时间图1-1-3 断路器自动重合闸时间（）3 机械寿命由于开关设备属于变电设备中唯一的机械运动为主的设备，因此其机械寿命的参数显得尤为重要，我国标准规定，在常温下应能正常连续进行3000次操作。但是由于断路器不仅仅正常操作，在实际情况中，经常需要开断故障电流，因此对断路器还应有电寿命的要求，一般对220SF6断路器开断额定短路电流次数的要求为20次。组合电器一般是将高压断路器、负荷开关、熔断器、隔离开关、接地开关、避雷器等电器设备组合在一起，还有电压互感器、电流互感器以及控制、测量、保护等装置组合成组合电器。组

22、合电器的最根本好处是减小设备的占地面积，提高设备运行的可靠性。第一节 高压组合电器一般有封闭式组合电器（GIS）、绝缘金属封闭式组合电器（C- GIS）（充气柜）以及发展迅速的户外紧凑型组合式开关设备。、SF6封闭式组合电器（GIS）的发展方向和技术问题封闭式组合电器（GIS）是20世纪60年代中期才出现的一种新型电器装置。是在断路器基础上发展起来的。GIS是将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器和连接母线等封闭在金属壳体内，充以有优异绝缘性能和灭弧性能的气体，作为相间和对地的绝缘。由于GIS既封闭又组合，所以占地面积小，占用空间少，不受外界环境条件的影响，不产生噪声和无线电干

23、扰，运行安全且维护工作量少，因而得到大力发展。一般情况下GIS的占地面积仅为敞开式布置的10%一下甚至更小，占用空间也更小。（一） GIS的结构特点GIS有单相封闭式和三相封闭式（三相共筒式）两种不同结构。早期的GIS是单相封闭式，各种高压电器的每一相放在各自独立的接地圆筒形外壳中，运行中不会出现相间短路故障，并且带电部分电场分布均匀。但是分筒式的结构钢外壳中感应电流引起的损耗大，外壳数量以及密封面大，增加了漏气的可能性。同时随着电压的升高占地面积也会增大。图1-3-1三相母线共筒式排列结构示意图1-屏蔽罩 2-盖 3-母线 4-外壳 5-绝缘体三相共筒式（图3-1）就是将主回路元件的三相装在

24、公共的接地外壳内，通过环氧树脂浇注绝缘子支撑和隔离。这种GIS结构紧凑，与单相封闭式GIS相比一般可缩小占地面积40%以上。由于外壳数量少，可以大大节省材料，同时密封点数少所以漏气故障率就低。此外还可以减少涡流损耗和现场安装维修的工作量。三相共筒式的缺点是内部电场不均匀，相间影响大，易出现相间短路。目前三相共筒式已能做到363kV全三相共筒化，500kV等级做到母线三相共筒化。图1-3-2 252kV三相共筒式GIS结构图（二） GIS高电压、大容量小型化GIS从问世以来一直向着高电压大容量和小型化的方向发展。断路器是GIS中最重要的组成部分。目前363kV和550kV单断口的断路器已经研制成

25、功，大大缩小了GIS的体积。在126kV252kV电压等级上开发出了配弹簧操动机构的自能式小型化的断路器，也使得GIS的体积大大减小。高性能氧化锌（ZnO）避雷器的使用降低了雷电冲击绝缘水平，大大减小了绝缘尺寸和GIS尺寸。另外目前许多GIS中使用了三工位的隔离开关，即关合、隔离和接地由一个开关完成。还有环氧树脂浇注技术的进步使得浇注大型绝缘筒成为可能。（三） GIS设备需要考虑的其他因素1、 金属异物 试验表明，当存在金属异物时，如果使外电压上升，则金属异物首先在外壳上立起来，不久浮起；如果进一步是电压升高，则金属异物浮起的高度增加，最终在高压导体和外壳之间来回移动，当电压继续升高时就会发展

26、为闪络。2、 水分影响气体内含有水分的主要原因有：新气体中含有水分；安装过程中进入水分。当中混入的水分为气态存在的时候，对绝缘性能几乎没有什么影响，如果气体中存在固体绝缘件，当水分附着在绝缘件表面，沿面绝缘特性就会受到影响。同时水分对气体的分解生成物也有影响。分解气体及水分含量达到一定量以上，则会使绝缘性能降低。（四） GIS的发展方向1、 复合化 GIS向着更加小型化的方向发展，复合化的主要措施有：将电缆终端、电压互感器、避雷器、隔离开关、接地开关置于一个罐内，以减少充气罐的数目，从而大大缩小体积。2、 二次智能化现代高压断路器和GIS发展的一个显著特征是二次系统现代化，即由传统的机电系统向

27、以计算机为中心的现代智能化系统发展。利用的新的传感器技术采集信息，用光纤传输信息，用计算机处理信息，监视断路器和GIS运行状态，实现状态检修，这样做可以大大的提高运行可靠性，同时大大节省检修费用，带来巨大的经济技术效益。第二节 SF6绝缘金属封闭式组合电器（C-GIS）的技术特点C-GIS是GIS技术与开关柜技术相结合的产物，也称作气体绝缘开关柜（C代表cubicle）。C-GIS具有柜式外壳，它是将三相高压元件装在内设间隔的焊接钢板箱体内，箱体内充略高于大气压的气体作为绝缘，及时压力降到零表压，仍具有全耐压强度。C-GIS不受外界条件的限制，可以运行在环境恶劣的场所。目前在12126kV的电

28、压等级中，国外各大制造公司都有C-GIS的产品。目前1272.5kV等级中的产品种类较多。（一）、C-GIS的特点C-GIS有以下的有点：缩小变电所面积，因为主回路导电部分全部封闭在气体中，不受尘埃、湿气和周围环境的影响，可长期保持可靠性和安全性。由于C-GIS占地面积小，从而与变压器的接线布置方便，不受地面和建筑物的限制。（二）、 C-GIS的分类和结构C-GIS的分类可以按断路器分为断路器和真空断路器；按照用途分为电力配电、变电和工业配电用；按照内部结构高压元件分为有隔板和无隔板、气体绝缘母线与固体绝缘母线式；按照结构可以分为圆筒式和箱式结构。目前C-GIS从早期的圆筒式结构发展成和通常开

29、关柜相似的箱式结构。第三节、户外紧凑型组合式开关设备 户外紧凑型组合式开关设备就是将高压元件高度集成化，开发研制出的，这种紧凑型组合式开关有两大优点：一是相对于敞开式开关，可以大大减少占地面积。二是相对于GIS，可以大大节省费用。（一） 高度集成的高压开关设备（HIS）西门子推出的HIS是一中高度集成的高压开关设备，是将现有的空气绝缘和绝缘的优势结合在一起的组合。HIS的特点是断路器的直接连接，不需要许多的户外套管或绝缘子，也不需要基础和支撑结构，这种组合式的开关设备的基础就是水平放置在支架上的断路器。断路器可以和电流互感器组合，在一侧或者两侧可装隔离开关，还可以装封闭式接地开关。（二） PA

30、SS组合开关设备PASS意为插接式开关系统，是ABB公司基于敞开式开关和全封闭式组合电器开发的。PASS的主要特点是它的集成化和多个功能集成在一起的模块化。这种模块包括断路器、隔离开关、电压和电流互感器，母线为空气绝缘。PASS与敞开式开关设备的接线的最大区别是没有线路侧隔离开关和接地开关。由于线路侧的隔离开关作用是在维修时起到隔离作用，由于PASS的高可靠性所以很多PASS接线中取消了线路侧隔离开关。图1-3-3 8DN8 型145kV三相封闭HIS示意图1 断路器 2 断路器弹簧操作机构3 隔离开关和接地开关 4 分离模块5 电流互感器 6 电压互感器7高速接地开关 8 电缆终端模块9 室

31、外封闭 10 框架 图1-3-4 MO型双母线PASS的接线图1 隔离开关和接地开关 2 断路器 3电流互感器第四章、真空断路器结构特点和技术第一节、 真空断路器的技术特点真空灭弧室是真空断路器中的一个重要部件。由于真空间隙的绝缘强度很高，开断后介质恢复速度快，因此灭弧室触头开距很小，利用金属波纹管与操动机构连接操作。图1-4-1 真空灭弧室结构示意图一、 外壳外壳用来密封真空灭弧室，不仅要容纳和支持真空灭弧室内的种种零件，而且当动、静触头在开断位置时起绝缘作用。因此对外壳首先要求气密性好，不能有漏孔存在，其次要有一定的机械强度和绝缘性能。二、 波纹管金属波纹管被普遍用作动触头运动的真空密封。

32、波纹管的一端固定，连在灭弧室的一个端面上，另一端运动，连至动触头的导杆上。常用的波纹管有液压成型式和焊接式。波纹管的伸缩量决定了触头开距的大小，寿命决定了开关开断的次数，目前真空断路器的机械寿命一般在几万次以上。 a）液压成型 b）膜片焊接 图 1-4-2 真空灭弧室波纹管三、 屏蔽罩在触头周围设置屏蔽罩，可以挡住电弧生成物的去路，防止绝缘外壳因为电弧生成物的污染而导致的绝缘强度的降低和绝缘破坏。屏蔽罩结构一般分为两种：一种为内屏蔽罩，外壳承担两端之间的绝缘；另外一种为外屏蔽罩，屏蔽罩成为真空壳体的一个主要部分，两端的陶瓷（或玻壳）承担绝缘。在真空灭弧室的设计中，屏蔽罩的结构形状和表面状态对绝

33、缘性能影响很大。四、 触头触头是真空灭弧室内最为重要的元件，真空灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头决定。目前真空开关的触头接触方式为对接式。真空灭弧室的开断能力主要和触头的结构有关，真空触头主要有三种型式：平板触头，横磁场触头，纵磁场触头。a）平板触头 b）杯状横磁场触头 c）螺旋横磁场触头d）纵磁场触头1 e）纵磁场触头2图 1-4-3 真空断路器触头型式1. 平板触头 最初的真空灭弧室采用简单的平板触头。要增大开断电流，就得增大触头面积，当触头面积较小的时候，其极限开断电流和直径几乎呈线性关系，但是当触头直径大于50mm后，直径的增加，极限开断电流就很少增加了。当电流超过10kA时，真空

34、电弧聚集，并聚集在局部地区，随着电弧温度的增加，产生严重的熔焊点，失去了开断电流的能力。所以平板电流一般用于8000A以下。2. 横磁场触头 为了防止触头局部熔焊，利用电弧沿特殊路径流过触头产生横磁场而驱动电弧在触头表面上运动。横磁场触头通常为杯状横磁场触头和螺旋横磁场触头。3. 纵磁场触头 纵磁场触头沿正极性真空弧柱的轴向施加一磁场，使其熄灭更加强烈。目前纵磁场触头在实验室中能做到200kA，并且仍有可能进一步发展。4. 触头材料 现在真空断路器的触头材料一般为CuCr。由于真空断路器一直被过电压问题困扰，目前国外大力研究低过电压触头材料来限制过电压。比如以银为主的铜银硒低过电压触头材料，在

35、CuCr触头中添加高蒸汽材料以及用铜铬-多元材料等。但是由于CuCr触头将截流值成功的限制在35A，故一般情况下不采用限制过电压的措施。第二节、 真空断路器的整体结构真空断路器外绝缘分为空气绝缘和复合绝缘两种，空气外绝缘断路器结构简单，造价低。复合绝缘产品采用的是整体固封环氧树脂工艺，由于环氧树脂具有许多良好的特性，如良好的加工工艺，良好的绝缘性能以及非常高的耐压强度和机械强度，因此可以大大提高真空断路器的绝缘强度。减少相间绝缘距离，可以使断路器体积大大减小。另外真空断路器的整体结构有组合式和一体化式，组合式的断路器操动机构是独立的，有利于加工配套。一体化式布置断路器为目前的使用较多的型式，比

36、如VS1型断路器，这种断路器操动机构为断路器的固有组成部分，一体化成型，这样的设计减少了中间的传动环节，使结构简单、紧凑。同时这样的设计也能使用户不经过调试而直接投入使用。图1-4-4 VS1型户内真空断路器总体结构1 上出线座 2 上支架 3 真空灭弧室 4 绝缘筒 5 下出线座6 下支架 7 绝缘拉杆（内加触头簧） 8 传动拐臂 9 分闸弹簧10 传动连板 11 主轴传动拐臂 12 分闸保持掣子 13 连板14 分闸脱口器 15 手动分闸顶杆 16 凸轮 17 分合指示牌连杆图1-4-5 VS1弹簧操动机构1 储能到位切换用微动开关 2 销 3 限位杆4 滑块 5 拐臂 6 储能传动轮 7

37、 储能轴8 滚轮 9 储能保持掣子 10 合闸弹簧11 手动储能蜗杆 12 合闸电磁铁 13 手动储能传动蜗轮14 电机传动链轮 15 电机输出轴 16 储能电机 17 联锁传动弯板18 传动链条 19 储能保持轴 20 闭锁电磁铁 21 拐臂 22 凸轮 23 储能传动链轮 24 边板 25 储能指示牌 图1-4-6 在开启位置下的弹簧机构示意图第三节、 永磁机构真空断路器简介和传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构、工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置，故障发生情况少，可靠性较高。（一） 永磁机构的合闸都是采用电磁操动。按照机构在分闸操作时的不同可以

38、分为电磁操动（也即俗称的双稳态）和弹簧机构（也就是单稳态）两种型式。从线圈数目上分为单线圈和双线圈两种（图4-7），从外形上可以分为方形机构和圆形机构。方形电磁铁 圆形电磁铁 图1- 4-7两种形状电磁铁和永磁机构纵向剖面图 1 静铁心 2 动铁心 3、4 永磁体 5分闸线圈 6 合闸线圈 7 驱动杆（二） 永磁机构的特点和技术先进性1、永磁机构最大的特点就是工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置，结构简单。从而使永磁机构的使用寿命非常长，能做到10万次以上甚至更高。另外因为没有机械脱扣、锁扣装置，高速运动部件少，使得永磁机构发生故障的几率非常小，机械可靠性非常高。2、在操作动力方

39、面，永磁机构可以采用储能电容或者电池进行供电，和弹簧机构一样可用小功率电源进行驱动。3、目前钕铁硼永磁体产生的磁场很强，永磁机构能够提供非常大的吸合力，使真空开关触头的压力更大。第五章、隔离开关设备第一节、 隔离开关设备功能和型式装设隔离开关的最大目的是为了确实可靠地隔离电源。要求隔离开关在分断状态下应有明显可见的断口。在关合状态下，导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流。一、 隔离开关实现的功能1、 隔离开关在分闸后应建立可靠的绝缘间隙，将被检修线路和设备与电源隔开。隔离开关在任何状态下都不能被击穿，因此它的断口耐压一般比其对地绝缘的耐压高出10%15%。2、 根据运行需要变换母

40、线接线方式。3、 可以用隔离开关开断或者关合一定长线路的充电电流和一定容量空载变压器的励磁电流。4、 某些分断速度较快的隔离开关与接地开关配合的话，可以在某些终端变电站代替断路器使用（系统内基本没有这种现象）二、 隔离开关的型式隔离开关一般分为户内隔离开关和户外隔离开关。户外隔离开关因为触头，机构都暴露在空气中，要应付例如覆冰，锈蚀，所以要求也相应提高。双柱式隔离开关（图5-1），它的转臂也即主刀闸固定在绝缘瓷柱顶端的活动出线上。这种开关不占上部空间，但相间距离要求比较大。三柱式隔离开关（图5-2），与双柱式隔离开关相比相间间距要求小。两端的绝缘支柱固定在支架上，中间的绝缘瓷瓶安装在转轴上。图

41、1-5-1 双柱式隔离开关 图1-5-2三柱式隔离开关 1 轴承座 2支架 3 绝缘 1 转动轴 2 支架 3 固定绝缘瓶4 转动头 5 转臂 （闸刀） 4 转动绝缘瓷柱 5 刀闸转臂6 高压出线座 7 操作机构 6 高压出线端 7 操作机构8 接地开关 8 接地开关（刀闸）单柱型隔离开关（图5-3），这种隔离开关的静触头被独立安装在架空母线上，靠操作机构带动传动机构，使动触头像剪刀一样向上运动，夹住母线，从而实现合闸。图1-5-3 单柱型隔离开关第二节、技术先进厂家的高压隔离开关设备技术。（一） AREVA公司1、AREVA公司生产的主要隔离开关产品有以下几种：35千伏至220千伏电压等级双

42、柱水平开启式S2DA;35千伏至550千伏电压等级三柱水平旋转式S3C/S3CD;110千伏至800千伏以上电压等级单柱垂直开启式SPV(L);220千伏至800千伏以上电压等级双柱水平伸缩式SPO(L);35千伏至800千伏以上电压等级单柱垂直开启式STA/STB。2、AREVA隔离开关产品的技术特点：1） 触头部分A、 阿海珐公司生产的隔离开关的触头采用了国际先进的镀银技术。通过此技术，阿海珐隔离开关的触头表面镀银硬度达到210韦氏，超过国内标准120韦氏的要求。使得触头表面的操作摩擦系数更小，触头接触性更好，触头的使用寿命更长。水平开启隔离开关的触头采用了特殊的鸭舌状“回路型”触指的设计

43、方式。当短路电流产生时，触指下段和对端平行触指下段之间会产生相互吸引的电应力。斥力的作用使得回路型触指的鸭舌部分向内合紧。这样就保与其它高压隔离开关的触头暴露在空气中不同，AREVA高压隔离开关的触头在分开和闭合的位置上都封闭在外壳内，可防止覆冰和污染对触头的损害。L型触头的静触头呈漏斗状，主触头是固定的实心镀银铜棒。铜棒顶端为灭弧用辅助触头。整个主触头面被绝缘垫圈封闭，不受任何外界的影响。漏斗状的设计提供了大偏差的进入能力。漏斗状的特殊设计结构使得动触头在接触到漏斗的边缘后，就可以非常平稳的滑入静触头。L型触头的结构保证了隔离开关的高性能，并使隔离开关拥有更长的使用寿命（确保完好运行三十年）

44、。但此形式触头多用于500千伏各类开关中。2） 挠性连接部分挠性连接部分使用一叠高强度铝合金薄片叠置而成，两头进行焊接。一组铝合金薄片的同通流能力为4000A。这种设计不通过转动部分传输电流，从而使电流传输过程中不存在间隙。连接部分完全封闭和外部隔绝，并具有自润滑功能，使得运行中并不需要进行润滑维护。3） 材料使用在一些关键部位，比如触头材质，润滑剂，轴承、压紧弹簧使用的均为进口材料，质量可靠。润滑剂使用的是进口的二硫化钼锂基脂润滑。进口材料的使用虽然增加了成本，但是保证了设备的运行寿命。隔离开关传动拉杆为球头结构，可以满足不同方向转动要求，球头材料选用优质不锈钢材料，拉杆采用铝合金材料，保证

45、了设备在长期运行中强度和防锈蚀的要求。绝缘子，底座等非重要部件一般采用国内厂家生产的产品，但都经过AREVA的质量标准检验。（二） 西门子隔离开关产品1）CR系列技术特点：CR系列为水平旋转中心断口式（GW4型），使用范围126-252kV，主回路结构简单，材料为铜铬锆合金，触头形式采用两组具有自力的动触头和特殊的鼓型静触头，鼓型触头接触面为菱形，这种结构保证了触头接触的时候不会因为压力变形而减少有效的电接触，并且是触头和触指接触的压力约1.5*225N。触指采用的材料为西门子独有的石墨镀银铜合金，西门子将断路器石墨触头技术运用在隔离开关的触指上，这种材料具有很好的弹性，并且在高温的情况下稳定

46、性好，表面不易出现变化。旋转部件也采用机电分离的方式，通过镀锡铜软辫导电。2）PR系列技术特点：PR系列为垂直断口剪刀式隔离开关，适用于110kV-500kV电压等级。垂直断口式的隔离开关能节约很大空间。额定电流 3150A/4000A，PR隔离开关在动触头上使用的是铜镀银技术，220kV以上等级隔离开关在触头上另附了一层AgSn合金，通过合金材料可以分合1600A的母线转移电流。另外PR系列隔离开关操作机构和传动结构都有死点闭锁，避免出现脱落的情况。3）KR&TR系列水平折臂式：水平折臂式隔离开关可以减少占地面积，触头型式采用和AREVA相似的U型回路触头，可以在大电流通过的情况下紧

47、紧抓住静触头。转台内部使用二硫化钼油脂润滑，并在内部空的地方填充海绵体，避免出现冷凝水。4）DR系列双断口隔离开关：和其他型式的隔离开关一样，触头的压力来自金属材料的弹性，不需要压紧弹簧，由于西门子使用的石墨镀银铜合金的弹性良好，可以保证触头压力达到要求。并且自润滑使触头免于维护。5）西门子公司隔离开关材料选用。隔离开关的某些关键部位，比如触头材质，润滑剂，轴承、等选用的均为进口材料。润滑剂使用的是进口的二硫化钼锂基脂润滑。隔离开关传动拉杆为球头结构，可以满足不同方向转动要求，球头材料选用优质不锈钢材料，拉杆采用不锈钢材料，保证了设备在长期运行中强度和防锈蚀的要求。第六章 高压开关设备的运行管

48、理第一节 概 述高压开关设备投入电网运行后，就成为了电力网络的元件之一，其运行的稳定性、安全性直接关系到电网安全，为保证设备安全、可靠和经济工作，标准化、制度化细致的运行管理措施是必要而且必需的。根据多年运行管理经验，国家电网公司及天津电力公司都对此制定了相应的管理制度、规范。这里结合天津电网对高压开关设备的相关运行管理规范，对该类设备的运行管理进行介绍。高压开关设备的运行管理从设备入网验收、投运时就开始了。它主要涉及以下几个方面：（1）、设备的验收和投运（2）、设备的运行维护（3）、（4）、设备缺陷管理（5）、事故处理及预案（6）、可以看出运行管理是高压开关设备入网运行后“生老病死”的全过程

49、管理，运行管理水平的高低直接影响到设备健康水平，也是其他技术工作的基础。第二节 高压开关设备的验收和投运一、 高压开关设备的验收每套进入电网运行的高压设备在竣工投运前必须通过验收。这是设备入网的第一关，也直接影响着设备全寿命过程中的整体健康水平。把住验收关，不让任何一台有缺陷的设备流入电网是提高电网安全可靠性的一道极其重要的保障。二、 参加验收人员的技术水平和责任意识也是保证验收工作高质量完成的必要因素。所以必须在日常就加强运行人员的专业素质和岗位责任教育。高压开关设备的投运设备通过验收，就具备了入网运行的条件。在设备正式投运前运行人员应经过培训，熟练掌握高压开关设备的工作原理、结构、性能、操

50、作注意事项和使用环境等。投运操作所需的专用工具、安全工器具、常用备品备件应完备。设备投入的电网系统，应根据系统运行方式，编制设备事故预案。这里事故预案就是预想新设备在投运过程中可能出现的种种问题所采取的处理方案，防止故障扩大，及时消除对系统的影响。投运的必备条件可归纳为下面几方面：a) 验收合格并办理移交手续；b) 设备名称、运行编号、标志牌齐全；c) 运行规程齐全、人员培训合格、操作工具及安全工器具完备。第三节 高压开关设备的运行维护高压开关设备投运后的运行维护主要包括巡视检查、正常维护、测温几方面工作。一、 巡视检查根据运行需要，巡视检查一般分为正常巡视和特殊巡视两种巡视。正常巡视检查的内

51、容重点是开关设备的绝缘介质、导电部位、传动部位、外绝缘、运行位置、安装基础、闭锁装置等。特殊巡视则主要侧重从天气、负荷变化、故障跳闸等方面做了特别的要求。根据开关设备种类不同，正常巡视项目和巡视重点又应根据开关类别有不同的侧重。、 正常巡视开关设备本体巡视一般应检查标志牌接地线、接地螺栓表面应无锈蚀、压接牢固，基础无下沉、倾斜，分、合闸位置指示器应与实际运行方式相符，引线连接部位是否接触良好，是否存在发热变色现象，套管、瓷瓶是否存在断裂、裂纹、损伤、放电现象，端子箱电源开关应完好、名称标志齐全、封堵良好、箱门关闭严密，各连杆、转轴、拐臂、传动机构无裂纹、弯曲、变形、锈蚀，轴销齐全等表1-3-1GIS的巡视检查项目和标准序号检 查 项 目标 准1外观检查无变形、无锈蚀、连接无松动；传动元件的轴、销齐全无脱落、无卡涩；箱门关闭严密；无异常声音、气味等。2气室压力在正常范围内，并记录压力值。3闭锁完好、齐全、无锈蚀。4避雷器在线监测仪指示正确，并记录泄漏电流值和动作次数。5带电显示器指示正确。6防爆装置防护罩无异样，其释放出口无障碍物，防爆膜无破裂。7汇控柜指示正常，无异常信号发出；操动切换把手与实际运行位置相符；控制、电源开关位置正常；连锁位置指示正常；柜内运行设备正常；封堵严密、良好；加热器及驱潮电阻正常。8设备室通风系统运转正常，氧量仪指