断路器毕业设计论文终稿.docx
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断路器毕业设计论文终稿
江西电力职业技术学院
毕业设计
题目LW10B-252六氟化硫断路器构造设计及使用维护
班级：
07G06
姓名：
邱天
学号：
19
完成日期：
2010年5月22日
指导老师：
柯磊
摘要
LW10B系列支柱敞开式SF6断路器是我厂自行开发研制的新产品，本系列包括KV和KV两个电压等级产品，用于切合正常的负荷电流、故障电流及转换线路，实现对系统的控制和保护。
LW10B-252六氟化硫断路器的
大量使用，更是取代进口产品比较好的选择，所以探讨此型号断路器的构造设计
及使用维护，开关专业来说必须超前进行，以尽快适应新设备的管理水平和提
高设备的运行、检修维护水平。
关键词：
六氟化硫断路器 设备构造维护手段
毕业设计任务书
一、设计题目
LW10B-252六氟化硫断路器构造设计及使用维护
二、设计要求
1、建立工程设计的正确观点，掌握六氟化硫断路器设计的一般原则和方法；
2、能够通过多种途径自行收集资料，培养独立思考解决问题的能力；
3、学习使用网络、微机、相关软件和各类工具书，培养工程论文的写作能力；
三、设计任务
1、了解交流高压断路器关于IEC56、GB1984的国家标准；
2、掌握该断路器基本参数、详细结构、工作原理及使用情况；
3、掌握该断路器可用的操动机构不同的工作原理；
4、了解交流高压断路器现场安装情况；
5、掌握该断路器使用前后的实验和维护项目及其方法；
6、六氟化硫气体检漏、充气方法和平时的注意事项；
四、设计成果
1、要求字数5000以上，页数20页以上；
2、要求格式规范、主题明确、层次清楚、有自己独立见解；
3、使用WORD文档，必须有结构图和原理图及数据图表；
目 录
摘要……………………………………………………………………2
第一章交流高压断路器关于IEC56、GB1984的国家标准……………………6
1.1、交流高压断路器关于IEC56、GB1987国家标准前言与标准……………………6
1.2、IEC前言与序………………………………………………………………………7
第二章LW10B-252六氟化硫断路器基本参数、详细结构、工作原理及使用情况；…………………………………………………………………………10
2.1、LW10B-252六氟化硫断路器简介以及特点…………………………………10
2.2、LW10B-252六氟化硫断路器的主要参数……………………………………11
2.3LW10B-252六氟化硫断路器详细构造及工作原理………………………14
2.3.1极柱……………………………………………………………15
2.3.2本体的工作原理……………………………………………17
2.3.3液压系统结构与工作原理…………………………………18
第三章 断路器的运行、检修与维护……………………………………………20
3.1、断路器的日常巡视、检查………………………………………………………20
3.2、断路器的检修及缺陷消除………………………………………………………21
3.3、备品备件的储备与保管…………………………………………………………21
第四章掌握该断路器可用的操动机构不同的工作原理…………………………23
4.1、交流高压断路器的特点…………………………………………………………23
4.2、该断路器较过去的装置相比较…………………………………………………23
第五章交流高压断路器现场安装情况……………………………………………24
5.1、产品概括…………………………………………………………………………24
5.2、产品的现场安装步骤………………………………………………………………24
5.3、断路器充SF6气体…………………………………………………………………29
5.4、液压系统注油和排气………………………………………………………………30
第六章对于此断路器不足之处的一点了解………………………………………31
6.1、机构加热回路的监测手段有待于完善…………………………………………31
6.2、解决方法…………………………………………………………………………31
6.3、机构氮气泄露的监测手段有待完善……………………………………………31
总结……………………………………………………………………………………………27
后记………………………………………………………………………………………………28
参考文献…………………………………………………………………………………………29
第一章交流高压断路器关于IEC56、GB1984的国家标准
1.1、交流高压断路器关于IEC56、GB1987国家标准前言与标准
交流高压断路器是开关设备众多品类中的主导产品，也是一系列高压成套装置中的主要元件。
它能在系统故障与非故障情况下实现多种操作，是电力系统最主要的操作与保护装置。
它的性能及其考核方法、考核装置历来受到首要的关注。
国际上，交流高压断路器的标准为IEC56（1987）《高压交流断路器》，现正在修订中。
我国于1964年制定了JB518—64《交流高压断路器》及JB519—64《交流高压断路器的操动机构》，它们源于前苏联标准ГOCT687—41《交流高压断路器》。
这是当时的机械部标准。
1989年，我国制定了GB1984—89《交流高压断路器》国标。
由于运行部门有一些问题未能及时充分反映，由原水电部高压开关设备标准化技术委员会于1985年制定了水电部标准SD132—85《交流高压断路器技术条件》，又于1991年修订为电力行业标准DL/T402—91，后者沿用至今，已经过去5年。
科技进步使产品在品种、特性上发生许多变化，一些品类退居次要地位，另一些品类正在飞速发展。
标准也在随之变化，标准既要去约束产品使它健康发展，又要去推动产品，加快发展。
国际上，IEC56（1987）已有修订意见发布，见17A/438/CD［即17A（s）392—1995］（1995.2.28）。
之后，又发布了第3号修订件（1996.9）。
本文考虑了这些文件的内容。
原电力工业部于1995年初提出，标准应及时修订。
本标准修订经开关标委会秘书处1995年提出，1996年立项，于1996～1997年进行修订，并尽可能采用国际上的通用准则。
因此，本标准将DL/T402—91予以彻底修改，章节安排等同于IEC56（1987），凡能引用者一律不变，凡需要按国情补充者一律加注“采用说明”，使本标准“等效”采用国际标准，在原则上逐步一致。
近15年来，开关标委会秘书处组织人力完成了下列论证任务：
发热，绝缘水平，燃弧时间差，开、合感应电动机，开、合空载变压器，开、合变压器二次侧的短路故障，近区故障开断过程，开关柜内绝缘及凝露，真空断路器电寿命特性的表征值，气体绝缘金属封闭开关设备的泄漏与水汽（受潮），冲击电压的耐压试验方法（雷电与操作），首开极因数，合分时间，关合过程等。
本标准中已将这些内容列入。
这显示，我国标准既充分引用了国际上的一般规定，也反映了本国的研究水平。
本标准由中国电力科学研究院高压开关研究所提出。
本标准由电力行业高压开关设备标准化技术委员会归口。
本标准修订工作组单位及成员如下：
负责单位：
中国电力科学研究院高压开关研究所曹荣江、顾霓鸿、袁大陆、盛勇
参加单位：
中国电力企业联合会姚抚城
2.2、IEC前言与序
1）IEC在技术问题上的正式决议或协议，是由各技术委员会代表了对这些问题特别关切的所有国家委员会提出的，它们尽可能地表达出对所涉及的问题在国际上的一致意见。
2）这些决议或协议以推荐标准的形式供国际上使用，并在此意义上为各国家委员会所接受。
3）为了促进国际上的统一，IEC希望所有国家委员会在其本国条件许可范围内，采用IEC推荐标准的内容作为他们的国家规则。
IEC推荐标准和相应的国家规则之间的任何分歧，应尽可能在国家规则中明确指出。
序
本标准由IEC17（开关设备和控制设备）技术委员会下设的17A（高压开关设备和控制设备）分委员会起草。
本文为IEC56出版物的第四版，它取代IEC56—1，56—2，56—3，56—4，56—4A，56—5和56—6出版物以及它们的各项修订。
本标准的内容是以下列文件为基础的：
更详细的资料可以在上列文件中指出的相应表决报告中找到。
增补的条款均从序号101编起，附录及其插图命名为AA，BB等。
六个月法
表决报告
六个月法
表决报告
17A（CO）145
17A（CO）149
17A（CO）175
17A（CO）185+A
17A（CO）155
17A（CO）169
17A（CO）176，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ
17A（CO）186+A
17A（CO）156
17A（CO）170
17A（CO）177
17A（CO）187+A
17A（CO）157
17A（CO）171
17A（CO）178
17A（CO）188
17A（CO）159+A
17A（CO）172
17A（CO）179
17A（CO）190
17A（CO）160
17A（CO）167
17A（CO）180
17A（CO）191
17A（CO）161
17A（CO）165
17A（CO）181
17A（CO）192
17A（CO）173
17A（CO）183+A
17A（CO）195
17A（CO）201
17A（CO）174
17A（CO）184+A
17A/467/FDIS
17A/480/RVD
更详细的资料可以在上列文件中指出的相应表决报告中找到。
增补的条款均从序号101编起，附录及其插图命名为AA，BB等。
第二章LW10B-252六氟化硫断路器
2.1LW10B-252六氟化硫断路器简介与特点
LW10B-252支柱式六氟化硫断路器是河南平高电气股份有限公司，在LW6B-252型产品的基础上开发研制的新产品，每相配用一台该公司自行开发研制的B型液压操动机构。
该液压机构阀系统采用集成块式的结构，体积小并放置在油箱中，既保持了液压机构动作快、特性稳定、低噪音、低磨损、高可靠性等特点，又减少了液压机构的外部渗漏，而且断路器本体直接安装在机构箱顶部，简化了机械连接和气路连接，进一步提高了整体的可靠性，同时也减少了占地面积，断路器可进行单相操作或三相电气联动操作。
另外LW10B-252断路器还可选用ABB公司生产的HMB-4.3型液压弹簧操动机构，以及由平高公司自行研制并整合了ABB公司阀系统的CYT-40或50型液压操动机构。
该产品的设计，吸取了国内外各型断路器的优点，具有开断能力强，绝缘性能高，检修周期长，维护量少等诸多特点，是电力系统电网改造优先考虑的换代产品，而且该产品为每极单柱单断口，断口无需均压电容器，这样也减少了用户备品备件的储备成本。
LW10B-252断路器配用的国产B型液压操动机构，较原来LW6B-252断路器配用的液压机构在结构上没有很大的改动，因此在运行、维护和检修方面可以互相借鉴参考。
因哈东一次变电所选用的LW10B-252断路器只配用B型机构及CYT机构，在此，我们仅把这两种机构作为讨论的重点对象。
下面就结合我所的特点，介绍一下此断路器在运行、检修、维护方面的一些做法，以抛砖引玉，寻求共同进步。
2.2LW10B-252六氟化硫断路器主演参数
通常用下列参数表征高压断路器的基本工作性能：
（1）额定电压（标称电压）：
它是表征断路器绝缘强度的参数，它是断路器长期工作的标准电压。
为了适应电力系统工作的要求，断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。
对3—220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高15%左右；对330KV及以上，最高工作电压较额定电压约高10%。
断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。
（2）额定电流：
它是表征断路器通过长期电流能力的参数，即断路器允许连续长期通过的最大电流。
（3）额定开断面电流:
它是表征断路器开端能力的参数。
在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流，其单位用断路器触头分离瞬
间短路电流周期分量有效值的千安数表示。
当断路器在低于其额定电压的电网中
工作时，其开断电流可以增大。
但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大
值，称为极限开断电流。
（4）动稳定电流：
它是表征断路器通过短时电流能力的参数，反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。
断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。
断路器通过动稳定电流时，不能因电动力作用而损坏。
（5）关合电流：
是表征断路器关合电流能力的参数。
因为断路器在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时断路器将关合很大的短路电流。
这样，一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使断路器造成损伤。
断路器能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。
额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，两者都等于额定开断电流的2.55倍。
（6）热稳定电流和热稳定电流的持续时间：
执稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数，但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。
热稳定电流是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值，此时断路器不应因短时发热而损坏。
国家标准规定：
断路器的额定热稳定电流等于额定开断电流。
额定热稳定电流的持续时间为2S，需要大于2S时，推荐4S。
（7）合闸时间与分闸时间：
这是表征断路器操作性能的参数。
各种不同类型的断路器的分、合闸时间不同，但都要求动作迅速。
合闸时间是指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间，断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。
固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。
熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。
所以，分闸时间也称为全分闸时间。
（8）操作循环：
这也是表征断路器操作性能的指标。
架空线路的短路故障大多是暂时性的，短路电流切断后，故障即迅速消失。
因此，为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，断路器应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。
此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。
我国规定断路器的额定操作循环如下：
自动重合闸操作循环:
分——t’——合分——t——合分
非自动重合闸操作循环:
分——t——合分——t——合分
其中
分——表示分闸动作；
合分——表示合闸后立即分闸的动作；
t’——无电流间隔时间，即断路器断开故障电路，从电弧熄灭起到电路重新自动接通的时间，标准时间为0.3S或0.5S，也即重合闸动作时间；
t——为运行人员强送电时间，标准时间为180S。
使用环境：
1、环境温度：
-30℃-+40℃
2、海拔高度：
≤1000M
3、风压：
≤700Pa
4、抗震水平：
≤9度地震烈度
5、空气污秽程度
表1LW10B-252型SF6断路器的主要技术参数
序号
项目
单位
参数
LW10B-252/3150-40
LW10B-252/3150-50
1
额定电压
KV
252
2
额定电流
A
3150
3
额定频率
Hz
50
4
额定短路开断电流
KA
40
50
5
额定失步开断电流
KA
10
12.5
6
进区故障开断电流（L90/L75）
KA
36/30
45/37.5
7
额定线路充电开合电流（有效值）
A
160
8
额定短时耐受电流
KA
40
50
9
额定短路持续时间
s
3
10
额定峰值耐受电流
KA
100
125
11
额定短路开合电流
KA
100
125
12
额定操作顺序
O-0.3s-CO-180s-CO
13
分闸速度
m/s
9±1
14
合闸速度
m/s
4.6±0.5
15
分闸时间
ms
≤32
16
开断时间
周波
2.5
17
合闸时间
ms
≤100
18
分闸同期性
ms
≤3
19
合闸同期性
ms
≤5
20
贮压气预充氮气压力（15℃）
MPa
17+1.0
15±0.5
21
额定油压
MPa
28±1.0
26±1.0
22
额定SF6气压（20℃）
MPa
0.4
0.6
23
SF6气体年漏气率
%
≤1
24
SF6气体含水量
ppmv
≤150
25
SF6气体重量
Kg/台
25
27
26
每台断路器重量
Kg
1800*3
27
保温加热器电源
V
AC220
28
断路器机械寿命
次
3000
29
额
定
绝
缘
水
平
工频耐压1min（有效值）
KV
断口间415/460*（干、湿试）
极对地360/395*（干、湿试）
雷电冲击电压1.2/50/us（峰值）
KV
断口间950/1050*
极对地850/950*
注：
1）分、合速度是指断路器单分、单合时的速度值，其定义如下：
a.分闸速度：
触头刚分点至分闸后90mm行程段的平均速度；
b.合闸速度：
触头刚合点至合闸前40mm行程段的平均速度。
2当海拔高度要求在2000m时，产品的额定绝缘水平安表1中斜线上方的数据；
当海拔高度要求不超过1800m时，产品的额定绝缘水平安表1中斜线上方的数据。
2.3LW10B-252六氟化硫断路器构造与工作原理
产品整体结构
LW10B-252型SF6断路器为瓷柱式结构，其三级结构及布置图见图1.，根据用户的要求，支柱瓷套可分为双节（图1-a）和单节（图1-b）两种；接线方式又可分为上接线板对准前门（X型）和下接线板对准前门（M型）两种型式，高进低出或低进高出均可（图1所示的产品型式即为X型）。
每台断路器由三个独立的单极组成，单极结构见图2。
断路器单极主要由灭弧室、支柱、液压机构及密度继电器等零部件组成。
现把各组成部分的结构与工作原理分述如下：
图1-a双节支柱瓷套
图1-b单节支柱瓷套
图2单极结构
2.3.1极柱
极柱主要有灭弧室，支柱瓷套及拐臂箱等组件组装而成见图3每一极5柱为一气密单元。
极柱自上而下，分为上出线板，灭弧室，下出线板，支柱瓷套，绝缘拉杠，拐臂箱，机构操作杠几部分组成
⑴上下出线板
上下出线板为一次线路用见图3。
下出线板与下支撑座是为一体式结构下出线板在断路器正反两面皆有出线，上出线板出线方向可根据用户的需要进行安装。
若用户没有要求，上出线板安装在正面的一侧。
上线出线板的接线孔尺寸按3150A和1250A两种接线方式
⑵灭弧室
图3
图3为灭弧室的结构示意图，整个灭弧室由动触头装配、静触头装配、鼓形瓷套装配三部分组成。
动触头装配由喷管、压环、动触头、动弧触头、护套、滑动触指、触指弹簧、缸体、触座、逆止阀、压气缸、接头和拉杆组成；静触头装配由静触头接线座、触头支座、弧触头座、静弧触头、触指、触指弹簧、触座、均压套组成；鼓形瓷套装配由鼓形瓷套及铝合金法兰组成。
⑶支柱瓷套
支柱瓷套起支撑灭弧室以及对地绝缘的作用，瓷套内装有绝缘拉杠，拉杠起对地绝缘和机械传动的作用，支柱瓷套也由优质高强瓷制成，具有很高的强度和很好的气密性
2.3.2本体的工作原理
⑴合闸
图3所示位置为分闸位置，当断路器合闸时，工作缸活塞杆向上运动，通过拉杆、绝缘拉杆带动灭弧室拉杆（22）向上移动，使接头（20）、动触头（19）、压气缸（18）、喷管（10）同时向上移动，移动到一定位置时，静触头首先插入动弧触头中，即弧触头首先合闸，紧接着动触头的前端即主触头插入主触指中，直到完成合闸动作，在压气缸快速向上移动的同时阀片打开，是灭弧室六氟化硫气体迅速进入压气缸内。
⑵合闸时电流通过
当接线方式为高进低出时，电流由端子
（1）进入，经触头支座
（2）、触座（6）、触指（7）、动触头（19）、滑动触指（15）、触座（17）、缸体（21）及缸体上的下接线端子引出。
当接线方式为低进高出时，电流方向与此相反。
分闸时与合闸动作相反。
⑶分闸
分闸时与合闸动作相反，工作缸活塞缸向下运动，通过绝缘拉杠、拉杠（22）带动动触头系统迅速向下移动，首先主触指和动触头脱离接触，然后弧触头（5）和（12）分离。
在动触头向下运动过程中，阀片关闭，压气缸内腔的SF6气体被压缩后实时向电弧区域喷吹，使电弧冷却和去游离而熄灭，并使断口间的介质强度迅速恢复，以达到开断额定电流及各种故障电流的目的。
动触头总行程200±1mm。
主触头开距：
150±4mm。
弧触头超程：
40±4mm。
2.3.3液压系统结构与原理
LW10B-252型断路器的液压操作方式为分相操作，三项分别配有相同的液压机构。
机构由以下元件组成低压油箱
（1）、油泵电机（15）、油过滤器（17）、压力开关（11）、压力表（10）合闸电磁铁（8）、分闸电磁铁（5）、二级阀、分闸一级阀
（2）、合闸一级阀（14）、辅助开关（7）、工作缸（6）、贮存器（12）及控制面板。
工作原理：
贮压：
接通电源，电机（M）带动油泵转动，油箱
（1）中的低压油经过滤器（17）、低压油管、油泵，进入贮压器（12）上部，压缩下部的氮气，形成高压油，由于贮存器的上部与工作缸活塞上部及二级阀相连通，因此，高压油同时进入图5中所示的高压区域，当油压达到额定工作压力值时，压力开关的相应接点断开，切断电机电源，完成贮压过程。
在贮压过程中或贮压完成后，如果由于温度变化或其他意外原因使得油压升高达到安全阀开启压力时，压力开关内的安全阀自动打开，把高压油放回到油箱中，当油压降到额定压力时，安全阀关闭。
合闸操作：
合闸磁铁8接受命令后，打开合闸一级阀14的阀口14.1，关闭阀口14.2，高压油经一级阀进入二级阀阀杆19的活塞下部，推动滑杆向上运动，从而带动管阀向上封住工作缸下部的合闸阀口，打开管阀下部的分闸阀口，高压油经管阀内腔进入工作缸下端，由于工作缸活塞下部受力面积大于上部，便产生一个向上的力，推动活塞，向上运动实现合闸。
工作缸活塞向上运动的同时也带动辅助开关转换，主控室内的合闸指示信号接通，分闸回路接通，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“合”。
合闸电磁铁电源切断后，合闸一级阀在弹簧力及油压作用下阀口14.1关闭，14.2打开，切断高压油路成为图示状态，二级阀阀杆活塞下部与油箱连通。
分闸操作：
分闸电磁铁5接受命令后，打开分阀一级阀的2的阀口2.1，关闭阀口2.2，高压命令油进入二级阀阀杆19的活塞上部，推动阀杆向下运动，从而带动管阀向下，使管阀与工作缸下部的合闸阀口分开，管阀下部进入分闸阀口如图示状态，阻止高压油通过管阀内腔向上流动；同时，工作缸活塞下部与由箱联通恒威低压状态，活塞在上部油压作用下向下运动，实现实现分闸。
同时带动辅助开关转换，主控室内的分闸指示信号接通，合闸回路接通，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“分”。
分闸电磁铁电源切断后，分闸一级阀在弹簧力及油压的作用下阀口2.1
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