《电气设备运行与维护》学习情景2-开关电器的运行与维护项目1讲解.ppt

1、,开关电器的运行与维护,广东水利电力职业技术学院,学习情境2,主讲人：吴靓,2,开关电器,概念：直接用于正常投切和故障切除电路的电气一次设备。 分类：1. 高压开关、低压开关； 2. 户内式、户外式； 3. 断路器、隔离开关类、负荷开关类、 熔断器、结合型开关。,3,目 录,4,4,项目一：高压断路器,5,学习目标,了解断路器在电力系统中的重要作用； 能说出各类型断路器的灭弧原理； 了解常见断路器的结构和运行维护内容。,6,目 录,7,高压断路器,概念：电力系统一次设备中负责控制和保护的关键电器，是高压开关设备中最重要、最复杂的一种。,系统正常运行时，根据需要投切电气设备或线路。,作用：,控制

2、,保护,系统发生故障时，迅速切除故障设备或线路。,8,高压断路器的结构,9,高压断路器的分类,按采用的灭弧介质的不同： 油断路器 真空断路器 六氟化硫（SF6）断路器 压缩空气断路器 空气断路器 磁吹断路器,10,高压断路器的分类,1. 油断路器 采用变压器油做灭弧介质； 分为多油断路器和少油断路器。 （1）多油断路器 油：灭弧介质、触头开断 后绝缘、带电部分对地绝缘； 优点：结构简单，制造方便， 易于加装单匝环形电流互感器 及电容分压装置。,11,高压断路器的分类,（2）少油断路器 油：灭弧介质、触头开断 后的绝缘； 带电部分对地绝缘则依靠 瓷瓶或其他固体介质； 优点：用油量少，体积小， 重

3、量轻，运输安装方便， 有利于防火防爆。,12,高压断路器的分类,2. 真空断路器 采用真空做灭弧介质 和灭弧介质； 优点： 体积小； 能频繁操作； 维修工作量小。,13,高压断路器的分类,3. 六氟化硫（SF6）断路器 采用SF6做灭弧介质和绝缘介质； 优点： 断口电压较高； 与少油断路器相比串联断口少； 允许断路次数多； 开断性能好； 占地面积小； 加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格。,14,高压断路器的分类,灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，燃弧时间短； 开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低； 电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作； 操作功小，机械特性稳定，操作噪

4、音小。,15,高压断路器的分类,4. 压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质和绝缘介质； 优点：灭弧能力强，动作迅速，能快速自动重合闸， 体积小，防火防爆，在低温下能可靠的工作，维护检 修方便。 缺点：工艺要求高，消耗 有色金属多，操作时噪声大， 并需一套专供操作用的压缩 空气设备。,16,高压断路器的基本功能,1在关合状态时，应为良好的导体，能可靠工作。 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； 通过短路电流时，也应承受短时发热和机械力的作用。 2在开断状态时，应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。 3在关合状态的任意时刻，

5、在尽可能短的时间内，能够开断额定电流和各类短路电流。,17,高压断路器的产品型号,例：ZN12-10/1000,户内式真空断路器，设计序号12，UN=10kV，IN=1000A。,18,高压断路器的主要技术参数,1. 额定电压 断路器长时间运行能承受的正常工作电压。 电压等级（kV）：10、35、60、110、220、330、500。 作用：决定断路器的绝缘水平、相当程度上决定了总体 尺寸、灭弧条件。 10220kV断路器的最高电压为1.15倍额定电压，330kV及以上为1.1倍额定电压。,19,高压断路器的主要技术参数,2. 额定电流 铭牌上所标明的断路器可以长期通过的工作电流。 长期通过额

6、定电流时，断路器各部分的发热温度不会超过允许值。 作用：决定断路器触头、导电部分的截面，某种程度上也决定了它的结构。,20,高压断路器的主要技术参数,3. 额定开断电流 断路器在额定电压下能可靠开断的最大短路电流的有效值。 作用：表征断路器的开断能力。 开断电流与电压有关，断路器降低电压级使用（例如10kV断路器用于6kV电网）时，具有相应增大的开断电流，但有一最大值，并称其为极限开断电流。,21,高压断路器的主要技术参数,4. 动稳定电流 表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。 其值由导电和绝缘等部件的机械强度所决定。 5. 热稳定电流 表明断路器承受短路电流热效应的能力。 用通

7、电时间（一般取4S）和最大电流有效值来综合表示。,22,高压断路器的主要技术参数,7. 开断时间 从发出跳闸信号（即跳闸线圈加上电压）起，到断路器开断至三相电弧完全熄灭时为止所需要的全部时间。 开断时间=断路器的固有分闸时间+熄弧时间。 固有分闸时间：从跳闸线圈通电到动、静触头刚分离的时间。 熄弧时间：从触头刚分离到各相电弧完全熄灭的时间。,23,高压断路器的操动系统,作用：完成断路器的合闸、分闸动作。 组成：操动机构+传动机构。 操动机构：动力机构+扣住机构+脱扣机构。 传动机构：拉杆+提升机构+缓冲机构。,24,操动机构的分类,按操动能源： 手动型：人力合闸，弹簧力分闸。 电磁型：电磁力合

8、闸。 液压型：高压油推动活塞实现合闸与分闸。 气压型：压缩空气推动活塞实现合闸与分闸。 弹簧型：小功率电动机将弹簧拉伸储能实现 合闸与分闸。,自动操动机构,直接依靠电源,间接利用 电能，减 少对电源 的依赖,25,目 录,26,少油断路器,分为户内式和户外式。 优点：油量少、体积小、结构简单、价格便宜、 防火防爆等。 缺点：检修周期短，维护工作量大； 再加油会污染环境且易引发火灾。 110kV及以上的电力系统中已有被SF6断路器取代的趋势。 10kV电力系统中也已逐渐被真空断路器取代。,27,SN10-10型少油断路器,类型：户内型 用途：控制、保护发电厂变电站高压电气设备。 灭弧原理：纵横吹

9、和机械油吹联合作用。,操作机构：CD10型电磁机构/CT8弹簧机构/手动操作机构。,28,SN10-10型少油断路器的结构,1-油气分离器 2-上出线座 3-灭弧室 4-绝缘筒 5-动触头杆 6-紫铜滚轮 7-下出线座 8-塞杆,9-基座 10-主轴 11-绝缘拉杆 12-分闸弹簧 13-瓣形静触头,29,SN10-10型少油断路器的结构,逆止阀： 电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧，使内腔压力升高,油气分离器： 避免灭弧室完全封死，压力过高； 避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。,框架： 依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘。,3

10、0,问题讨论1,同一少油断路器，在开断大、中、小电流时，情况有何不同？开断哪一种电流速度最快？,31,操作项目1: 检修少油断路器任务1：解体少油断路器,32,任务1：解体少油断路器,1）拧开顶部四个螺钉，卸下断路器的顶罩，观察上帽内的惯性膨胀式油气分离器的结构，思考油气分离器的作用。 2）取下静触头和绝缘套，松开静触头的六角螺帽，取出小钢球，了解逆止阀的作用。观察瓣形静触头，共十二片紫铜镀银触指，其中四片较长的为弧触指，其它八片为工作触指。弹簧钢片将触指固定在静触座上。触指设计成长短不一以实现自净和减小接触电阻。,33,任务1：解体少油断路器,3）用专用工具拧开螺纹套，逐次取出绝缘隔弧片，取

11、出后在外重新装好，观察变压器油的进油方向及纵吹、横吹通道，说明灭弧原理。 4）用套筒扳手拧开绝缘筒内的四个螺钉，取下铝压环、绝缘筒和下出线座，注意密封圈的设置。 5）取出滚动触头，拉起导电杆。观察动触头、导电杆、紫铜滚动触头的相对位置，手动操作，观察导电杆运动的情况，说明滚动触头的作用。,34,操作项目1: 检修少油断路器任务2：检修少油断路器,35,任务2：检修少油断路器,1）将取出的隔弧片和大小绝缘筒，用合格的变压器油清洗干净后，检查有无烧伤、断裂、变形、变潮等情况。对受潮的部件应进行干燥，在干燥过程中应立放，并经常调换在烘箱内的位置。 2）将静触头上的触指和弹簧钢片拔出，放在汽油中清洗干

12、净，检查触指烧伤情况，轻者用0-0号砂纸打光，重者应更换。检查弹簧钢片，如有变形或断裂者应更换之。组装触指时，应保证每片触指接触良好，导电杆插入后有一定的接触压力。,36,任务2：检修少油断路器,3）检查滚动触头表面镀银情况是否良好，用布擦拭，切忌用砂纸打磨。 4）检查导电杆表面是否光滑，有无烧伤、变形等情况，从动触头顶端起60100mm处保持光洁，不能有任何痕迹。 5）检查本体的支持瓷套管和支架的套管瓷瓶有无裂纹、破损，如有轻微掉块可用环氧树脂修补，严重时应更换。,37,操作项目1: 检修少油断路器任务3：组装少油断路器,38,任务3：组装少油断路器,组装前将油箱用合格的变压器油冲洗干净，检

13、查油位指示器、传动拐臂的转动油封、放油阀等处的密封情况，更换各处的密封圈，然后按拆卸相反的顺序组装。,39,SW系列户外式少油断路器,类型：户外型 灭弧原理：纵横吹和机械油吹联合作用。 结构形式：串联灭弧室，多断口积木式。 操动机构：三相共用,40,SW系列户外式少油断路器,每相导电回路采用多断口： 110kV单柱双断口 220kV双柱四断口 330kV三柱六断口 采用多断口的优点： 增强灭弧能力、缩短分合闸时间、降低灭弧室的高度。,41,操作项目2：少油断路器的运行,42,操作项目2：少油断路器的运行,1）应经常检查巡视断路器的油面位置在规定的标准线上。油色应正常。无渗漏油现象。 2）瓷绝缘

14、部分应无破裂、掉瓷、闪络放电痕迹和电晕现象。表面应无脏污。 3）各部件的连接点处应无腐蚀及过热现象。 4）跳、合闸指示器标志应清晰，应与断路器位置保持一致。 5）户外断路器的操作箱应防雨严密，铁件无锈蚀。 6）操作机构应保证灵活可靠，无卡塞现象，并定期在传动部分加润滑油。,43,问题讨论2,如何判断少油断路器的运行状态 ？ 答：要判断少油开关的分合闸状态，有三个途径：一是看操作机构的位置指示， 二是看分合闸红绿指示灯， 三是看开关本体的分闸弹簧的拉伸状态、绝缘推拉杆、拐臂的位置。 如果发现有相互矛盾时，应从安全角度考虑？,44,目 录,45,真空断路器,以真空作为灭弧和绝缘介质。 真空：气体压

15、力在1.310-2Pa以下的空间。 绝缘强度：比变压器油及1个大气压下的SF6或空气的绝缘强度高得多。 优点：体积小、重量轻、嗓音小、无可燃物、 维护工作量少等。 缺点：开断小电流时更易产生截流引起过电压等。 用途：发电厂、变电所和高压用户变电所 3kV10kV电压等级。,46,真空断路器的结构,关键元件：真空灭弧室,47,真空断路器的结构,1. 外壳 作用：容纳和支持真空灭弧室内的种种零件； 当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。 要求：气密性、机械强度、绝缘性能。 材料：绝缘材料（硬质玻璃、高氧化铝瓷、微晶玻璃） 金属（不锈钢、无氧铜、可伐）。,48,真空断路器的结构,2. 波纹管 作用：动

16、触头运动的真空密封，其侧壁的允许伸缩量决定了灭弧室的触头最大开距,其疲劳寿命决定了真空灭弧室的机械寿命（几万次以上）。 材料：不锈钢、磷青铜、铁青铜。,49,真空断路器的结构,3. 屏蔽罩 作用：挡住电弧生成物的去路，防止其污染绝缘外壳引起绝缘,强度降低和绝缘破坏，有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复；使灭弧室内部电压均匀分布；使波纹管免遭电弧生成物的烧损。,50,真空断路器的结构,4. 触头 作用：决定真空灭弧室的开断能力、电气寿命，是灭弧室内最为重要的元件。,要求：导电好、耐弧性好、含气量低、导热好、机械强度高、加工方便。 材料：铜铬合金、铜合金。,51,问题讨论3：真空断路器是如何熄弧的,

17、真空介质绝缘强度高,电弧生成物在真空中扩散速度高,电弧电流过零后触头间隙的介质强度能很快恢复,触头间介质击穿电压大于恢复电压,电弧彻底熄灭,电流过零后几微秒内弧隙便没有多少金属蒸气,52,户内型真空断路器,种类很多，原理结构基本相同，区别在于额定电流、额定开断电流、外形尺寸和布置方式，以及操动机构等不尽相同。,ZN12-10,ZN5-10,ZN28-10,53,ZN28-10系列断路器结构图,54,户外型真空断路器,结构：积木式 组成：本体、操动机构、箱盖 本体：导电回路、绝缘系统、密封件、壳体。,操动机构：电动机储能弹簧 具有电动关合、电动开断、手动储能、手动关合、手动开断、过电流(或短路)

18、自动脱扣开断六种功能。,55,户外型真空断路器本体内部结构,1-动端支架 2-三相主轴 3-绝缘拐臂 4-连杆 5-机构主轴 6-真空灭弧室 7-电流互感器 8-静端支座,9-绝缘底座 10绝缘子 11-机构,56,操作项目:维护检修真空断路器任务1：检查真空断路器,57,任务1：检查真空断路器,1）断路器运行前应进行一次全面的外观检查，应将绝缘件表面揩拭干净，机械转动摩擦部位，应涂润滑油。 2）投运前，应按照运行规程中的操作程序进行操作，确认无异常现象后方可投入运行。 3）灭弧室真空度靠严格的生产工艺和出厂检测来保证。在使用现场检验灭弧室真空度是否合格的最简便的方法是对灭弧室进行42kV的工

19、频耐压试验。 4）按表定期检查。（见下页） 5）超行程的减少，就是触头的磨损量。因此，每次调整超行程必须进行记录，当触头磨损量累计超过4mm时，应更换灭弧室。,58,真空灭弧室的检查内容,59,操作项目3:维护检修真空断路器任务2：对真空断路器进行维护,60,真空断路器故障原因及处理方法,61,扩展：真空断路器优缺点详述,真空断路器灭弧部分的工作十分可靠，故其有许多优点： 开断能力强，可达50kA；开断后断口间介质恢复速度快，介质不需要更换。 触头开距小，10kV级真空断路器的触头开距只有10mm左右，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。具体比较如

20、下图所示。,62,扩展：真空断路器优缺点详述,熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。 动导杆的惯性小，适用于频繁操作。 开关操作时，动作噪音小，适用于城区使用。 灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险。 触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能。工作可靠，通断性能稳定。灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。 在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要维修、检查，即使维修检查，所需时间也很短。 在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。 具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。,63,扩展：真空断路器优缺点详述,真空断路器也有一定的缺点：

21、对开断感性小电流时，断路器灭弧能力较强的触头材料容易产生截流，引起过电压。这种情况下要采取相应的过电压保护措施。 产品的一次投资较高。它主要决定于真空灭弧室的专业生产及机构可靠性要求，如果综合考虑运行维护费用，采用真空断路器还是比较经济的。,64,目 录,65,SF6断路器,利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质。 无色、无嗅、无毒和不可燃的惰性气体。 电负性气体，即其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力。 在严格控制水分的情况下，其电弧分解物没有腐蚀性。 最优良的灭弧介质和绝缘介质。 优点：灭弧能力强，介质强度高； 介质恢复速度特别快。,66,SF6断路器的灭弧装置,灭弧室结构：压气式、旋弧式、

22、自能式。 （1）压气式灭弧装置 灭弧原理： 用途：在110kV及以上的电力系统广泛使用。,动触头,压气缸,SF6气体,压缩,压力,向外排出,纵吹,熄灭电弧,67,SF6断路器的灭弧装置,（2）旋弧式灭弧装置 灭弧原理： 用途：在1035kV及以上的电力系统使用。,静触头1,导电杆4,电弧,分开,转移,熄灭电弧,线圈2接入电路,产生磁场,电弧会沿圆周旋转,吹弧,68,SF6断路器的灭弧装置,（3）自能式灭弧装置 灭弧原理： 用途：在110220kV及以上的电力系统使用。,静触头,动触头,电弧,分开,加热,熄灭电弧,SF6气体,吹弧,压力,(辅助气室气体助吹),压力不足时,69,SF6断路器的类型

23、,根据外形结构分为：绝缘子支柱式、落地罐式。 （1）绝缘子支柱式高压SF6断路器,结构特点：积木式结构、安置触头、金属筒或绝缘筒的灭弧室容器、高电位、靠支持绝缘子对地绝缘。,70,SF6断路器的类型,优点：可以用串联若干个开断元件和加高对地绝缘的方法 组成更高电压等级的断路器；气体积较罐式断路器 小，用气量也小；耐压水平高，结构简单，运动部 件少，系列性好。 缺点：重心高，抗震能力较差，使用场所受到一定限制； 电流互感器没有办法安装在断路器本体。 灭弧室：单柱型、T型或一Y型。,71,SF6断路器的类型,（2）落地罐式高压SF6断路器,结构特点：触头和灭弧室装于接地的金属箱、导电回路靠绝缘套套

24、管引入、高压带电部分与外壳之间的绝缘主要由SF6气体和环氧树脂浇注绝缘子承担。,72,SF6断路器的类型,（2）落地罐式高压SF6断路器 优点：可在进出线套管上装设电流互感器，提供电流信号； 用出线套管的电容制成电阻分压器，提供电压信号； 与隔离开关、接地开关、避雷器等组成复合式开关设 备；重心低，抗震性能好，结构稳固，外绝缘部位少 可用于多地震地区以及高原和环境污秽地区。 缺点：制造难度较大、气体容积大，气量多，金属材料消耗 多、价格较高。,73,特别提示,1）新装SF6断路器投人运行前必须复测气体含水量和漏气率，要求灭弧室的含水量应小于150ppm（体积比）其他气室小于250ppm（体积比

25、）；SF6气体的年漏气量小于1。 2）运行中SF6断路器应定期测量SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每三个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。,74,岗位技能：高压断路器的运行与维护,1.正常巡视,75,正常巡视,根据高压断路器运行规程，断路器正常运行的巡视周期和项目规定如下： (1)正常运行巡视周期 1)新设备投运72h后即可转入正常巡视； 2)有人值班的变电所和升压站每天当班巡视不少于一次，无人值班的变电所由当地按具体情况确定，通常每月不少于二次。,76,正常巡视,(2)正常运行巡视项目 1)SF6断路器巡视检查项目 每日定时记录SF6气体压力和温度； 断路器各部分及管道无异声(

26、如漏气声、振动声等)及异味，管道夹头正常； 套管无裂痕，无放电声和电晕； 引线连接部位无过热，引线弛度适中； 断路器分、合位置指示正确，并和当时实际运行工况相符； 落地罐式断路器应检查防爆膜有无异状： 接地良好； 巡视环境条件，附近无杂物。,77,正常巡视,2)真空断路器巡视检查项目 断路器分、合位置指示正确，并与当时实际运行工况相符； 支持绝缘子无裂痕及放电异声； 真空灭弧室无异常； 接地完好； 引线接触部分无过热。,78,正常巡视,3)电磁操动机构巡视检查项目 机构箱门平整，开启灵活，关闭紧密； 检查分、合闸线圈及合闸接触器线圈无冒烟异味； 直流电源回路接线端子无松脱、无铜绿或锈蚀； 传动

27、系统轴销无松脱； 加热器正常完好。,79,正常巡视,4)液压操动机构巡视检查项目 机构箱门平整，开启灵活，关闭紧密； 检查油箱油位正常，无渗漏油； 高压油的油压在允许的范围内； 每天记录油泵电机启动次数； 机构箱内无异味； 加热器正常完好。,80,正常巡视,5)弹簧操动机构的巡视检查项目 机构箱门平整，开启灵活，关闭紧密； 断路器在运行状态，储能电机的电源闸刀或熔丝应在闭合位置； 检查储能电机、行程开关接点无卡住和变形，分、合闸线圈无冒烟异味； 断路器在分闸备用状态，分闸连杆应复归，分闸锁扣应到位，合闸弹簧应处在储能状态； 加热器正常良好。,81,正常巡视,2、高压断路器运行中的特殊巡视 根据高压断路器运行规程，在运行中对断路器的特殊巡视规定如下： (1)新设备投运的巡视检查，周期应相对缩短，投运72h后可转入正常巡视； (2)夜间闭灯巡视，有人值班的