发电厂变电站电气设备高压开关电器.ppt
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1、第六章 高压开关电器,第一节 高压断路器概述,教学内容,本节教学内容一、高压断路器的定义二、高压断路器的作用和功能三、高压断路器的基本结构 四、高压断路器的基本类型 五、高压断路器的技术参数 六、高压断路器的型号含义,首页,一、高压断路器的定义,一、高压断路器的定义 额定电压为3kV及以上,能够关合、承载和开断运行状态的正常电流,并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流(如短路电流、过负荷电流)的开关电器称为高压断路器。,首页,二、高压断路器的作用和功能,1、高压断路器具有两方面的作用:(1)控制作用(2)保护作用 2、高压断路器具有以下功能(1)导电(2)绝缘(3)开断(4)关合,根据
2、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,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,在正常的闭合状态时应为良好的导体,不仅对正常的电流,而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用,保持可靠地接通状态,相与相之间、相对地之间及断口之间具有良好的绝缘性能,能长期耐受最高工作电压,短时耐受大气过电压及操作过电压,在闭合状态的任何时刻,应能在不发生危险过电压的条件下,在尽可能短的时间内安全地开断规定的短路电流,在开断状态的任何时刻,应能在断路器触头不发生熔焊的
3、条件下,在短时间内安全地闭合规定的短路电流,三、高压断路器的基本结构,高压断路器具有的基本结构:(1)通断元件(2)操动机构(3)传动机构(4)绝缘支撑元件(5)基座,通断元件,基座,绝缘支撑元件,中间传动机构,操动机构,执行接通或断开电路的任务。其核心部分是触头,而是否具有灭弧装置或灭弧能力的大小则决定了开关的开断能力,向通断元件提供分、合闸操作的能量,实现各种规定的顺序操作,并维持开关的合闸状态,把操动机构提供操作能量及发出的操作命令传递给通断元件,支撑固定通断元件,并实现与各结构部分之间的绝缘作用,用于支撑、固定和安装开关电器的各结构部分,使之成为一个整体,四、高压断路器的基本类型,高压
4、断路器按灭弧介质的不同分类(1)油断路器(2)压缩空气断路器(3)真空断路器(4)六氟化硫(SF6)断路器,采用绝缘油作为灭弧介质的断路器。,采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器。,在真空中开断电流,利用真空的高绝缘强度来实现灭弧的断路器。,采用具有优良灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器。,五、高压断路器的技术参数,(1)额定电压(kV)(2)最高工作电压(kV)(3)额定电流(A)(4)额定短路开断电流(kA)(5)额定关合电流(kA)(6)额定热稳定电流(kA)(7)额定动稳定电流(kA)(8)合闸时间(s),保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压(线电压),我国采用的额
5、定电压等级:3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV等,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,我国采用的最高电压有:3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800、1200kV等,断路器在规定的基准环境温度下允许长期通过的最大工作电流有效值,我国采用的额定电流有:200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等,在额
6、定电压下,断路器能可靠开断的最大短路电流有效值,当电压不等于额定电压时,断路器能可靠开断的最大电流,称为该电压下的开断电流,在电压低于额定电压时,开断电流可以比额定开断电流大,称其最大值为极限开断电流,我国规定的高压断路器的额定开断电流为:1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等,在额定电压下,断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值。额定关合电流反映断路器关合短路故障的能力,主要决定于断路器灭弧装置的性能、触头构造及操动机构的型式。,断路器在规定时间(通常为4s)内允许通过的最大短路电流有效值。,额定热稳定电流表明断路器承受短
7、路电流热效应的能力,其值等于额定短路开断电流,断路器在闭合状态下,允许通过的最大短路电流峰值,又称极限通过电流,额定动稳定电流表明断路器在冲击短路电流的作用下,承受电动力效应的能力,它决定于导体和绝缘等部件的机械强度,额定动稳定电流大小等于额定关合电流,且等于额定短时耐受电流的2.55倍,断路器从接到合闸命令(合闸回路通电)起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔,称为合闸时间,五、高压断路器的技术参数,(9)分闸时间(s)分闸时间是反映断路器开断过程快慢的参数1)固有分闸时间t1 2)灭弧时间t2 3)全分闸时间tt,指断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时所经过的时间,触头分离到各相电弧完全
8、熄灭所经过的时间,断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。它等于断路器固有分闸时间与灭弧时间之和,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,五、高压断路器的技术参数,(10)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 操作顺序分为两类: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
9、分180s合分”,六、高压断路器的型号含义,产品名称;S少油断路器,D多油断路器,L六氟化硫(SF6)断路器,Z真空断路器,K压缩空气断路器,Q自产气断路器,C磁吹断路器,安装地点;N户内型,W户外型,设计序号,额定电压(或最高工作电压)(kV),补充特性:C手车式,G改进型,W防污型,Q防震型,额定电流(A),额定开断电流(kA),例如:ZN2812/125025,表示户内式真空断路器,设计序号为28,最高工作电压12kV,额定电流我1250A,额定开断电流为25kA。,思考练习,思考练习1.开关电器的作用是什么?有哪些种类?2.简述高压断路器的作用和基本结构。3.高压断路器应具有哪些基本功
10、能?4.高压断路器有哪几类?5.高压断路器的技术参数有哪些?,本节结束!,第六章 高压开关电器,第二节 油断路器,教学内容,本节教学内容一、油断路器的灭弧原理二、油断路器的结构类型三、油断路器的使用知识,首页,一、油断路器的灭弧原理,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。(4)随着触头间距的增大,电
11、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。,首页,约有70%80%是具有强烈冷却作用和扩散作用的氢气。,以开断电路为例,过程可分为:(1)产生电弧。(2)在电弧周围形成混合气泡。(3)增强了复合,加强了去游离作用;加强了对弧柱的冷却作用。(4)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。采用各种类型的灭弧装置,可提高介质强度的恢复速度,缩短燃弧时间。如横吹灭弧室、纵吹灭弧室以及纵横吹灭弧室等。,二、油断路器的结构类型,1.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
12、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。,实例:DW835型断路器 断路器采用三相分箱式结构,三相及操动机构装在一个公共支架上。每相由高压电容套管、套管式电流互感器、静触头、灭弧室、导电横梁、提升杆、传动机构、油箱、框架和操动机构组成。各相分别装在单独的油箱盖上,每相两个断口,每个断口由一个
13、电容套管和灭弧室组装而成。采用纵横吹灭弧。电流互感器在电容套管芯外并固定于油箱盖上,每台断路器可附装612个套管式电流互感器。三相的触头传动系统用拉杆连在一起,由一个操动机构进行联动操作。操动机构利用直流电磁铁进行合、分闸操作,也可手动分闸。操动机构箱采用三开门结构,箱内装有电磁操动机构、直流接触器、保护合闸线圈的熔断器、接线端子、电缆出线盒等。箱外装有紧急手动分闸手柄。,1油箱盖;2提升结构;3电容套管;4灭弧室;5电流互感器6油箱;7铁架;8升降机构;9操动机构;10静触头;11罩;12水平拉杆;13垂直拉杆,二、油断路器的结构类型,2.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
14、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。种类:按安装地点分为户内式和户外式两种。,二、油断路器的结构类型,实例:(1)SN1010系列户内少油断路器 SNl010系列少油断路器基本结构相似,均由框架、传动系统和箱体三部分组成。,1排气孔盖;2-注油螺栓;3回油阀;4-上帽装配;5-上接线座;6
15、-油位指示计;7-静触座装配;8-逆止阀;9-弹簧片;10-绝缘套筒;11-上压环;12-绝缘环;13-触指;14-弧触指;15-灭弧室装配;16-下压环;17-绝缘筒装配;18-下接线座装配;19-滚动触头;20-导电杆装配;21-特殊螺栓;22-基座装配;23-油缓冲器;24-放油螺栓;25-合闸缓冲器;26-轴承座;27-主轴;28-分闸限位器;29-绝缘拉杆;30-支持绝缘子;31-分闸弹簧;32框架装配,框架上装:分闸弹簧31、支持绝缘子30、分闸限位器28和合闸缓冲器25。传动系统:包括转轴27和绝缘拉杆29。箱体中部装:灭弧室,采用纵横吹和机械油吹联合作用的灭弧装置,通常为三级横
16、吹,一级纵吹。箱体的下部:球墨铸铁制成的基座22,基座内装有转轴、拐臂和连板组成的变直机构,变直机构连接导电杆。基座下部:装有分闸油缓冲器23和放油螺栓24,分闸油缓冲器在分闸时起缓冲作用,吸收分闸终了时的剩余能量。导电回路:电流由上接线座5引入,经过静触头7、导电杆20和滚动触头19,从下接线座18引出。,当断路器分、合闸时,操动机构通过主轴、绝缘拉杆和基座内的变直机构,使导电杆上下运动,实现断路器的分、合闸。,二、油断路器的结构类型,(2)SW6110、SW6220系列户外少油断路器 户外少油断路器主要由底架、支柱绝缘子、传动系统、触头系统、灭弧系统、缓冲器及油位指示器等部分组成。,l座架
17、;2支持绝缘子;3三角形机构箱;4灭弧装置;5传动拉杆;6操动机构;7均压电容器;8支架;9卡固法兰;10直线机构;11中间机构箱;12导电杆;13放油阀;14玻璃钢筒;15下衬筒;16调节垫;17灭弧片;18衬环;19调节垫;20上衬筒;21静触头;22压油活塞;23密封垫;24铝压圈;25逆止阀;26铁压圈;27上法兰;28接线板;29上盖板;30安全阀片;31帽盖;32铝帽;33铜压圈;34通气管;35瓷套,36中间触头;37毛毡垫;38下铝法兰;39导电板;40M10螺丝;41M12螺母;42导向件;43M14螺丝;44压油活塞弹簧;45M12螺丝;46胶垫;47压油活塞装配,断路器各
18、断口单元均为标准结构,每柱由底架、支柱瓷套、中间传动机构和两个断口组成,呈“Y”型布置。SW6110型每相为一柱两个断口,SW6220型每相由两柱四个断口串联组成。,底架:由型钢焊接而成,上面装有传动拐臂、油缓冲器和合闸保持弹簧。支柱瓷套:采用弹簧卡固固定,构成对地绝缘,内有绝缘油和提升杆。中间传动机构:位于支柱瓷套上部的三角箱内。灭弧室:主体是一个高强度环氧玻璃钢筒,它起压紧保护灭弧室瓷套的作用,也作为开断时高压力的承受件,筒内放有隔弧板,组成多油囊的纵吹灭弧室。为了均衡电压分布,在各断口上并联有均压电容器。,触头座内装有压油活塞,以提高开断小电流的性能。导电部分装有铜钨合金触头、触指、保护
19、环,以提高开断能力,延长使用周期。每相断路器配用一台液压操动机构操动,由电气实现三相机械联动。,三、油断路器的使用知识,1.检查和维护 工程交接验收时应检查:断路器固定牢靠,外表清洁完整;电气连接可靠且接触良好;无渗油现象,油位油色正常;断路器及其操动机构的联动正常,无卡阻现象;分、合闸指示正确;调试操作时,辅助开关动作准确可靠,触点无电弧烧损;瓷套完整无缺,表面清洁;油漆完整,相色标志正确,接地良好。正常运行时应检查:油色、油位正常,本体各充油部位不应有渗漏;瓷套管清洁,无破损裂纹、放电痕迹;各连接头接触良好,无发热松动;绝缘拉杆及拉杆绝缘子完好无缺;分、合闸机构指示正确;操动机构箱盖关闭严
20、密;分合闸线圈无焦臭味,二次线部分无受潮、锈蚀现象。,三、油断路器的使用知识,2.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,
21、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。,思考习题,思考练习简述少油的基本特点和使用要点。,本节结束!,第六章 高压开关电器,第三节 真空断路器,教学内容,本节教学内容一、真空电弧及有关概念二、真空断路器的特点三、真空断路器的过电压及限制措施四、真空灭弧室的基本结构五、真空断路器实例六、新型真空断路器简介七、真空断路器的使用知识,首页,一、真空电弧及有关概念,
22、1真空 绝对压力低于正常大气压的气体稀薄的空间。2真空度 真空的程度,用气体的绝对压力值来表示,绝对压力值越低表示真空度越高。3真空断路器 在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。,真空间隙气体稀薄,气体分子的自由行程大,发生碰撞游离的机会少,击穿电压高,绝缘强度高。,真空度一般要求在1.3310-31.3310-7Pa之间。,4真空中的电弧 真空电弧的形成:在开断电流时,随着触头的分离,触头接触面积迅速减少,其电流密度非常大,温度急剧升高,使接触点的金属熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。由于金属蒸汽温度很高,同时又存在很强的电场,导致强电场发射和金属蒸汽的电离,从而发展成真空电弧。真空电弧实质:触
23、头电极蒸发出来的金属蒸汽导电。真空电弧的特性主要取决于:触头材料及其表面状况还与剩余气体的种类、间隙距离和电场的均匀程度有关。真空电弧的熄灭:在真空电弧中生成带电粒子和金属蒸汽具有很高扩散速度的特性,在电弧电流过零,电弧暂时熄灭时,使触头间隙介质强度能很快恢复而实现灭弧的。,真空断路器触头间隙绝缘强度的恢复,取决于带电粒子的扩散速度、开断电流的大小以及触头的面积、形状和材料等因素。在燃弧区域施加横向磁场和纵向磁场,驱动电弧高速扩散运动,可以提高介质强度的恢复速度,还能减轻触头的烧损程度,提高使用寿命。,二、真空断路器的特点,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
24、,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。,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
25、密封工艺、制造工艺要求很高,价格较高。,三、真空断路器的过电压及限制措施,1过电压产生的原因 当真空电弧电流减小时,提供的金属蒸汽不够充分和稳定,难以维持真空电弧的稳定燃烧,真空电弧通常不在电流自然过零时熄灭,而是在过零前的某一电流值突然熄灭。随着电弧的熄灭,电流也突然降至零,这一现象称为截流,该电流称作截断电流。在感性电路中,截流将引起操作过电压。截断电流与电弧电流、负载特性、触头材料及磁场方向等因素有关。2限制截流过电压的措施 在电容器组并联金属氧化物避雷器(MOA);并联电容器或RC阻容吸收装置。,四、真空灭弧室的基本结构,真空断路器主要由真空灭弧室、支架和操动机构三部分组成。真空灭弧室
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