1、第六章 電氣設(shè)備的原理與選擇高壓斷路器開關(guān)電器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其中尤以斷路器的地位最重要，結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜。高壓斷路器是用來在正常情況下接通和斷開電路，在故障情況下能啟動迅速開斷故障電流的開關(guān)設(shè)備。對斷路器的基本要求是：在各種情況下應(yīng)具有足夠的開斷能力，盡可能短的動作時間和高度的工作可靠性。斷路器最重要的任務(wù)就是熄滅電弧。所以，各種斷路器都有不同結(jié)構(gòu)的滅弧裝置。高壓斷路器的作用和功能 1、高壓斷路器具有兩方面的作用：（1）控制作用 （2）保護(hù)作用 2、高壓斷路器具有以下功能 （1）導(dǎo)電 （2）絕緣 （3）開斷 （4）關(guān)合 根據(jù)電網(wǎng)運行要求，將一部分電氣設(shè)備及線路投入或退出運行狀態(tài)、轉(zhuǎn)為備

2、用或檢修狀態(tài) 在電氣設(shè)備或線路發(fā)生故障時，通過繼電保護(hù)裝置及自動裝置使斷路器動作，將故障部分從電網(wǎng)中迅速切除，防止事故擴(kuò)大，保證電網(wǎng)的無故障部分得以正常運行 在正常的閉合狀態(tài)時應(yīng)為良好的導(dǎo)體，不僅對正常的電流，而且對規(guī)定的短路電流也應(yīng)能承受其發(fā)熱和電動力的作用，保持可靠地接通狀態(tài) 相與相之間、相對地之間及斷口之間具有良好的絕緣性能，能長期耐受最高工作電壓，短時耐受大氣過電壓及操作過電壓 在閉合狀態(tài)的任何時刻，應(yīng)能在不發(fā)生危險過電壓的條件下，在盡可能短的時間內(nèi)安全地開斷規(guī)定的短路電流 在開斷狀態(tài)的任何時刻，應(yīng)能在斷路器觸頭不發(fā)生熔焊的條件下，在短時間內(nèi)安全地閉合規(guī)定的短路電流 高壓斷路器的基本結(jié)

3、構(gòu) 高壓斷路器具有的基本結(jié)構(gòu):（1）通斷元件 （2）操動機(jī)構(gòu) （3）傳動機(jī)構(gòu) （4）絕緣支撐元件 （5）基座 通斷元件基座絕緣支撐元件中間傳動機(jī)構(gòu)操動機(jī)構(gòu) 執(zhí)行接通或斷開電路的任務(wù)。其核心部分是觸頭，而是否具有滅弧裝置或滅弧能力的大小則決定了開關(guān)的開斷能力 向通斷元件提供分、合閘操作的能量，實現(xiàn)各種規(guī)定的順序操作，并維持開關(guān)的合閘狀態(tài) 把操動機(jī)構(gòu)提供操作能量及發(fā)出的操作命令傳遞給通斷元件 支撐固定通斷元件，并實現(xiàn)與各結(jié)構(gòu)部分之間的絕緣作用 用于支撐、固定和安裝開關(guān)電器的各結(jié)構(gòu)部分，使之成為一個整體 國產(chǎn)高壓斷路器的型號含義三、高壓斷路器的種類和基本參數(shù)高壓斷路器的型號含義（一）高壓斷路器的種類

4、1油斷路器：利用油作為滅弧介質(zhì) 油斷路器按其油量多少和油的作用分為多油式和少油式兩大類。多油斷路器（DW-220型重48000kg）油量多，既作滅弧介質(zhì)，又作絕緣介質(zhì)。少油斷路器（SW6-220型重800kg）是在多油斷路器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的用油量很少，油主要起滅弧作用，不承擔(dān)帶電導(dǎo)體與接地部件之間的絕緣（空氣、陶瓷和有機(jī)絕緣材料），相對多油斷路器而言，其結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料，使用維護(hù)方便，因此得到廣泛應(yīng)用。分為縱吹 橫吹和機(jī)械油吹 縱吹和橫吹屬于自能式 利用電弧本身的能量，將變壓器油加熱，形成油蒸汽和大量氣體（氫氣）所組成的高壓（不超過滅弧裝置的機(jī)械強度）氣泡實現(xiàn)吹?。娀≡陟o止的氣泡中

5、熄弧能力有限）。 這種靠電弧本身能量熄滅電弧的方法，稱為“自能式”滅弧室（縱吹和橫吹）。SN10系列SW2、3、4、6、7等系列分類 35kV以下：戶內(nèi)式 是目前6-10kV使用最廣泛35kV以上（35-330kV）：戶外式少油高壓斷路器SN10-10型實例每相安裝一個儲油箱（三相聯(lián)動，箱中部是滅弧裝置）。對地絕緣采用兩個支持式絕緣子承擔(dān)。每相一個斷口可安裝于固定式開關(guān)柜內(nèi)或手車式開關(guān)柜SN10-10型單柱雙斷口 110KV 雙柱四斷口 220KV三柱六斷口 330KV （積木式；500kV以上禁止使用）機(jī)構(gòu)箱支持瓷套底座滅弧室：兩個對稱組成V形雙斷口均壓電容SW6型系列少油斷路器實例110k

6、V系統(tǒng)中使用廣泛少油高壓斷路器橫吹、縱吹和機(jī)械油吹的滅弧原理2壓縮空氣斷路器(高氣壓的采用-減小自由行程) “外能式”滅弧室。 采用壓縮空氣（1-4MPa）作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)。絕緣介質(zhì)具有不會老化、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。 觸頭間開距可做得比較小，電弧短，開斷能力強（排氣孔在開斷過程中打開，形成吹?。?。但在開斷小電流時，易形成過電壓。目前主要用于220kV及以上高壓系統(tǒng)中。 采用積木式結(jié)構(gòu)優(yōu)點：額定電流、開斷電流大（70kA），開斷時間短（全開斷時間為0.04s），滅弧能力強，無火災(zāi)危險，尺寸小，重量輕。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；有色金屬消耗量大，價格昂貴；需要裝設(shè)空氣壓縮機(jī)，復(fù)雜的壓縮空氣系統(tǒng)；噪聲大。3

7、. 真空斷路器高真空-減少碰撞電離以真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。所謂“真空”是相對而言的，指的是絕對壓力低于1個大氣壓的氣體稀薄的空間。在這樣的空間里，其絕緣強度很高，電弧很容易熄滅。真空度一般要求在1.3310-31.3310-7Pa之間。真空滅弧室的基本結(jié)構(gòu) 真空滅弧室是真空斷路器的核心元件，具有開斷、導(dǎo)電和絕緣的功能，主要由絕緣外殼、動靜觸頭、屏蔽罩和波紋管組成 。 真空滅弧室的性能主要取決于觸頭材料和結(jié)構(gòu)，還與屏蔽罩的結(jié)構(gòu)、滅弧室的材質(zhì)以及制造工藝有關(guān)。滅弧室的結(jié)構(gòu)優(yōu)點：觸頭開距短（10kV只需10mm，而油斷路器需125mm）；燃弧時間短，且與開斷電流無關(guān)，一般只有半個周期；觸頭壽命

8、長，開斷次數(shù)多；體積小，重量輕。缺點：對滅弧室工藝及觸頭材料要求高。真空斷路器適用場所 廣泛用于35kV及以下的電壓等級中。三、高壓斷路器的種類和基本參數(shù)4SF6斷路器-高電氣強度氣體的采用 采用六氟化硫(SF6)氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。SF6氣體是無色，無味、不燃、無毒、無老化的惰性氣體。 它具有很高的電氣絕緣強度(是空氣的2.53倍)和良好的滅弧性能(滅弧能力比空氣高100倍)。優(yōu)點：允許斷路次數(shù)多，檢修周期長；斷路性能好；多用于SF6封閉式組合電器，大大減少占地面積。缺點：要求加工精度高，密封性能好。對氣體和水分的檢測控制要求更嚴(yán)。SF6斷路器-高電氣強度氣體的采用SF6斷路器應(yīng)用（

9、1955） SF6氣體具有極為良好的絕緣性能和滅弧性能。絕緣性能。不會老化變質(zhì)。氣壓增大時絕緣能力隨之提高。滅弧性能?；∠督橘|(zhì)強度恢復(fù)過程極快。其滅弧能力相當(dāng)于同等條件下空氣的100倍。全世界SF6的產(chǎn)量在1995年大概是8 000t到9 000t之間，估計現(xiàn)在已突破20萬噸（包括儲存量）。全世界電力工業(yè)的SF6年用量在7 000t左右，其主要用于斷路器和其它輸配電設(shè)備。理論上，SF6氣體可以回收再利用，絕不允許泄漏到大氣中。然而，在實際運行中，有很大的泄漏。估計美國年泄漏的SF6氣體約相當(dāng)于8t CO2，而在10年前，大氣中的SF6氣體濃度幾乎感覺不到。這些泄漏氣體很大部分歸因于電力工業(yè)。

10、SF6氣體的排放每減少1t，按GWP（全球溫暖化系數(shù)）換算，就相當(dāng)于減少了24 000t的CO2氣體排放量（或相當(dāng)于6 500t碳）。 1997年被列入必須限制排放的氣體SF6和N2混合:替代SF6 但也有不足：第一，混合氣體的電氣強度比純SF6氣體低，要提高擊穿電壓，就必須增大氣壓，從而增加設(shè)備的尺寸；第二，液化回收困難 。SF6斷路器的滅弧方式 雙壓式滅弧 （110kV及以上電壓等級）單壓式滅弧 （110kV及以上電壓等級）旋弧式滅弧 （ 10-35kV及以上電壓等級）單壓式滅弧 利用活塞壓氣原理，又稱壓氣式滅弧室只有一個氣壓系統(tǒng) 依靠分閘時氣缸（動觸頭系統(tǒng)帶動）與活塞（固定）的相對運動

11、結(jié)構(gòu)簡單，造價低，性能亦能滿足要求，故獲得迅速發(fā)展 SF6斷路器分類 SF6斷路器的結(jié)構(gòu)按照對地絕緣方式的不同可以分為落地罐式和瓷柱式兩種。 SF6斷路器的結(jié)構(gòu)類型 1.瓷柱式SF6斷路器 1-并聯(lián)電容；2-端子；3-滅弧室瓷套；4-支持瓷；5-合閘電阻；6-滅弧室；7-絕緣拉桿；8-操動機(jī)構(gòu)箱“I”形布置： 一般用于220kV及以下的單柱單斷口斷路器 “Y”形布置：一般用于220kV及以上的單柱雙斷口斷路器 “T”形布置 ：一般用于220kV及以上特別是500kV的單柱雙斷口斷路器 斷路器的滅弧室可以布置成“T”或“Y”形，單斷口，可布置成單柱式“I”形，滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣套管對地

12、絕緣。瓷柱式（支柱式）SF6斷路器系列性強，可以用不同個數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)滅弧單元及支柱瓷套組成不同電壓等級的產(chǎn)品。 如Y型布置，LW6-220型，每相單柱雙斷口，即每相有兩個滅弧室（單壓變開距），每個滅弧室各有一個斷口，每個斷口并聯(lián)有2500pF的均勻電容；支柱有兩節(jié)瓷套。（SW6系列220kV四個斷口） Y型布置LW-500型，每相雙柱四斷口，每個斷口除并聯(lián)均勻電容外，還并聯(lián)有合閘電阻（100歐姆）；支柱有三節(jié)瓷套。SF6斷路器的結(jié)構(gòu)類型 2.罐式SF6斷路器110kV500kV均有落地罐式1套管；2支持絕緣子；3電流互感器；4靜觸頭；5動觸頭；6噴口工作缸；7檢修窗；8絕緣操作桿；9油緩沖器；10

13、合閘彈簧；11操作桿110kV、220kV產(chǎn)品為每相單斷口結(jié)構(gòu)，330kV、500kV產(chǎn)品為每相雙斷口結(jié)構(gòu)。(二)高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)1額定電壓UN* 保證斷路器長期工作的電壓。* 產(chǎn)品銘牌上注明的電壓是指正常工作的線電壓。* 我國采用的額定電壓等級有：(3，6，1035，60，110220、330，500)kV。* 考慮到輸電線始端和末端的電壓可能不同，以及電力系統(tǒng)調(diào)壓的要求對電器又規(guī)定了與各級額定電壓相應(yīng)的最高工作電壓。斷路器應(yīng)能在其最高工作電壓下長期正常工作。一般，當(dāng)電壓小于220kV時，暈高工作電壓為1.15倍額定電壓，當(dāng)電壓為330kV及以上時，最高工作電壓為1.1倍額定電壓2額定電

14、流IN 斷路器可以長期通過的最大電流。 電器長期通過額定電流時，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。3額定開斷電流INbr* 斷路器在額定電壓下能正常可靠開斷的最大短路電流。它標(biāo)志斷路器的開斷能力。4額定開斷容量SNbr*對三相電路有200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000等1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等5. 關(guān)合能力（INcl） 當(dāng)斷路器合閘時，如果線路上存在故障（預(yù)伏故障），則在觸頭尚未接觸之

15、前就會發(fā)生擊穿，形成電?。A(yù)擊穿），其產(chǎn)生的不良影響甚至比在合閘狀態(tài)下流過極限電流更為嚴(yán)重。 工程上常以額定關(guān)合電流表征斷路器的關(guān)合短路故障電流的能力，用額定電壓下，斷路器能可靠關(guān)合短路電流的第一個半波的峰值（短路沖擊電流）來衡量。 6額定動穩(wěn)定電流imax(額定峰值耐受電流)表示斷路器對短路電流的動穩(wěn)定性。7額定熱穩(wěn)定電流It（等于額定開斷電流）表示斷路器能承受短路電流熱效應(yīng)的能力。 通常It=INbr 4S熱穩(wěn)定電流8熱穩(wěn)定電流作用時間t在此時間內(nèi)，當(dāng)熱穩(wěn)定電流通過斷路器時，其 發(fā)熱溫度不超過規(guī)定允許值。9合閘時間斷路器合閘線圈通電起到主觸頭剛接觸為止的時間。10分閘時間 斷路器跳閘線圈通

16、電起到三相內(nèi)電弧完全熄滅為止。分閘時間等于斷路器固有分閘時間和燃弧時間之和固有分閘時間：跳閘線圈通電起到觸頭剛分離為止燃弧時間：觸頭分離到各相電弧完全熄滅為止11、自動重合閘性能不成功自動重合閘后，有些情況下，當(dāng)高壓斷路器斷開一定時間（180s）后，由運行人員再行合閘，叫做強送電。強送電后，如果故障仍未消除，高壓斷路器立即再分閘一次。高壓斷路器的上述動作程序稱為自動重合閘操作循環(huán)四、高壓斷路器的選擇與校驗高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四、高壓斷路器的選擇與校驗（一）高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四、高壓斷路器的選擇與校驗（一）高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四

17、、高壓斷路器的選擇與校驗2.選擇斷路器的額定電壓 UNUNS3.選擇斷路器的額定電流 IN Imax4.選擇斷路器的額定開斷電流INbr I”或ItkI”-短路次暫態(tài)電流有效值（對于中慢速斷路器）5. 按關(guān)合電流選擇四、高壓斷路器的選擇與校驗（二）高壓斷路器的校驗校驗斷路器的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定隔離開關(guān)的原理與選擇 隔離開關(guān)(俗稱“刀閘”)是一種最簡單的、供配電系統(tǒng)中使用最多的高壓開關(guān)，沒有滅弧裝置。 它既不能斷開正常負(fù)荷電流，更不能斷開短路電流，否則即發(fā)生“帶負(fù)荷拉刀閘”的嚴(yán)重事故。此時產(chǎn)生的電弧不易熄滅，甚至造成“飛弧”(相間或相對地經(jīng)電弧短路)，會損壞設(shè)備并嚴(yán)重危及人身安全。隔離開關(guān)的主要用途

18、1.隔離電壓 隔離開關(guān)的主要用途是保證檢修裝置時工作的安全。在需要檢修的部分和其它帶電部分之間，用隔離開關(guān)構(gòu)成足夠大的明顯可見的空氣絕緣間隔。隔離開關(guān)的斷口在任何狀態(tài)下都不能發(fā)生火花放電，因此它的斷口耐壓一般比其對地絕緣的耐壓高出10%15%。必要時應(yīng)在隔離開關(guān)上附設(shè)接地刀閘，供檢修時接地用。2倒閘操作 投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式，常用隔離開關(guān)配合斷路器，進(jìn)行電路的切換操作。一、隔離開關(guān)的主要用途3分、合小電流 隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能開斷或閉合負(fù)荷電流和短路電流。但具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力。拉合電壓互感器、避雷器電路。拉合母線和直接與母線相連設(shè)備的電容電流。拉

19、合勵磁電流小于2A的空載變壓器（電壓35KV、容量為1000KVA及以下；電壓110KV、容量3200KVA及以下）拉合電容電流不超過5A的空載線路（電壓10KV、長度5km及以下的架空線路；電壓35KV、長度10km及以下的架空線路）。隔離開關(guān)基本要求分開后應(yīng)具有明顯的斷開點，易于鑒別設(shè)備是否與電網(wǎng)隔開。斷開點之間應(yīng)有足夠的絕緣距離，以保證在過電壓及相間閃絡(luò)的情況下，不致引起擊穿而危及工作人員的安全。有足夠的動熱穩(wěn)定、機(jī)械強度、絕緣強度。跳、合閘時的同期要好，要有最佳的跳合閘速度，以盡可能降低操作過電壓。應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單動作可靠。帶有接地刀閘的隔離開關(guān)必須裝設(shè)聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，以保證隔離開關(guān)的正確操作。隔離開關(guān)技術(shù)參數(shù)額定電壓Ue：額定電流Ie：動穩(wěn)定電流（極限通過電流）ies：熱穩(wěn)定電流It：指隔離開關(guān)長時間運行能承受的正常工作電壓。（決定了絕緣水平、尺寸）指隔離開關(guān)的觸頭結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電部