第5章 500KV SF6开关Word文件下载.docx

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在这一瞬间，对空气吹弧的电弧弧柱，其电导仍是足够大的，以至于在过零之后，引起电弧的重燃。

SF6中的电弧能够维持弧芯直到电流达到很小的数值的性质，使SF6断路器在切断空载变压器时仅出现小的过电压。

研究指出，在电流辐值为1~3千安时，在辐值附近，电弧弧柱中出现多量的F-、SF-负离子。

在电流零点附近，存在F-、SF-以及F-2负离子，而F2-负离了有共振的兆征。

其他存在的SF5+、SF4+、、SF2+等正离子或分子状的生成物，在电弧熄灭后至多要在10-4秒内复合完毕。

所以，在SF6气体中灭弧反应的特点是：

刚接近电流零点前发生共振的负离子，在电流过零后就急速地复合。

这是解释电弧电学的或光学的过渡过程的关键。

由于SF6中的电弧在电流过零后剩余弧柱的截面小，复合的作用快，复合过程的时间常数仅约为10-9秒，因此，可以说，在电弧电流过零之后，剩余弧柱的介质强度很快地恢复到某种程度的初始阶段，然后再逐渐地增加到某一极阻值。

SF6中的电弧在弧后剩余弧柱介质强度恢复的性质，是压缩空气中的电弧无法相比的。

在电流过零后弧隙介质恢复强度N2在10千伏以下，SF6在40千伏以上。

由于SF6中电弧的这一特点，所以SF6断路器在切断近区故障时不需要采用并联电阻。

同时，由于剩余弧柱的介质强度恢复的快，在切断空载线路时，能阻止电弧重燃，也不会产生过电压[1][2]。

5.1.3SF6断路器灭弧室的结构及其气动过程

SF6断路器的灭弧室基本上有两种形式：

（一）单压式；

（二）双压式。

除此之外，采用SF6作为灭弧室尚有其他原理（简单断点，生压断点与熄弧断点等），但都是灭弧能力不强，限用于切断能力较低的负荷开关中或要求熄灭小电流的隔离刀闸中。

单压式灭弧室

单压式灭弧室又称为压气式灭弧室，只有一个气压系统，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中汽缸与活塞的相对运行，造成短时的气流来吹灭电弧。

一般是活塞静止，汽缸运动，压缩气体吹灭电弧，故称这种汽缸为压汽缸。

单压式灭弧室又可以分为两大类：

1．变开距

图5-1表示变开距灭弧室的工作原理图，活塞是固定不动的。

图（a）表示触头在合闸位置。

分闸时，操动机构通过连杆使带有动触头和绝缘喷口的工作汽缸（压力缸）向右运动，在活塞5与压气缸4之间产生压力。

图5-1（b）表示产生压力的情况。

等到绝缘喷口脱离静触头后，在触头间产生电弧，同时气缸内气体在压力作用下纵向吹向电弧，使电弧熄灭，如图5-1（c）所示。

图5-1（d）表示电弧熄灭后，触头在分闸位置。

在这种灭弧室结构中，电弧可能在触头运动的过程中熄灭，所以称为变开距。

2．定开距

图5-2表示单压式定开距灭弧室。

触头间的开距不变。

图5-2（a）表示触头在合闸位置。

分闸时，操动机构带着动触头和压气缸运动，在活塞与压汽缸之间的被压缩，产生高气压。

当动触头脱离左边的喷嘴触头后，产生电弧，而且被压缩的SF6气体产生吹弧作用如图5-2（b）所示，这种吹弧方式类似双向纵向吹弧。

当电弧熄灭之后，触头处在图5-2（c）所示的分闸位置。

单压式灭弧室中的SF6气体只有一种气压，其值约为5个大气压。

当分闸时，由于压气缸与活塞的作用，吹弧系统的SF6的压力可比原来压力提高一倍。

变开距与定开距灭弧室的比较如下：

（注：

分闸位置：

动静触头之间的距离叫做触头开距）

1．吹气情况。

变开距的气吹时间比较富裕，压气室内的气体利用得比较充分。

定开距吹弧时间短促，压气室内的气体利用率稍差。

2．断口情况。

变开距的开距大，断口间的电场分布情况较差。

绝缘喷嘴置于断口之间，经电弧多次灼伤之后，可能影响断口绝缘。

定开距的开距短，断口之间电场比较均匀，绝缘性能较稳定。

3．电弧能量。

变开距的电弧拉的较长，电弧能量较大。

定开距的电弧长度一定，电弧能量较小，对熄弧有利。

4．行程与金属短接时间。

变开距可动部分的行程较小，超行程与金属短接时间亦较短。

定开距的行程较大，超行程与金属短接时间较长。

双压式灭弧

双压式灭弧室有高压和低压两个气压系统，灭弧时喷嘴打开，高压SF6气体经过喷嘴吹向低压系统，吹过电弧使电弧熄灭。

在这种灭弧室中，有的灭弧室常处在高压气体中，称为常充高压；

有的灭弧室仅在灭弧过程中处在高压气体中，称为瞬时充高压。

图5-1压气式变开距灭弧室工作原理图：

1—静触头2—绝缘喷嘴3—动触头4—压气缸5—活塞

图5-2单压式定开距灭弧室：

1—压气缸2—动触头3—带喷嘴的空心触头4—活塞

图5-3双压式灭弧室结构示例：

1—动触头的横担2—动触头上的孔3—静触头的载流触4—吹弧屏罩5—定弧极

6—中间触头7—绝缘操作棒8—绝缘支持棒9—灭弧室

图5-3是双压式灭弧室结构示例，图示结构系统放在低压的SF6箱内。

当触头关合时，静触头触指与动触头的周围接触，定弧极（灭弧静触头）则处于动触头一端的中空部分。

触头系统被吹弧喷嘴和吹弧屏罩所环绕以控制电弧的位置和热气体运动。

动触头具有中空的喷嘴形，在用弹簧加压的中间触头内移动。

动触头具有侧面孔口，让热的SF6气体从高压区吹向低压区。

在分闸时，当动触头脱离静触头，在定弧极与动触头中空内壁之间产生电弧。

这是通向高气压系统的主阀已打开，SF6气体从高压区域顺着箭头所示方向吹向低压区域，电弧受喷嘴与吹弧屏罩的控制，最后在SF6吹拂的作用下熄灭。

在双压式灭弧室中，每一单元有两断口，可以提单元电压。

单压式灭弧室与双压式比较，有下列不同点：

1.断口的电压较低，在相同的断路器的额定电压下，采用的断口数较多；

2.动作时间较长；

3.开断电流稍小些，但是它的结构简单，造价经济，能满足用户需要，故发展迅速。

本厂采用的500KVELKSP3-2型SF6断路器是一种单压式变开距两个灭弧室串联的结构，将在灭弧室结构中予以论述。

在SF6断路器灭弧室中所用的喷嘴材料，现在一般采用聚四氟乙稀塑料。

这种绝缘树脂具有高的机械性能，容易加工，相当地能抵抗高温，在电弧的直接作用之下，因有蒸发作用而不会碳化。

SF6灭弧室采用此种绝缘塑料，对于保证灭弧性能是有作用的。

喷嘴不宜采用陶瓷。

原因是：

陶瓷性脆，在电弧的作用下容易丧失绝缘性能。

此外，陶瓷还容易受SF6气体的分解物的侵蚀。

SF6灭弧室不能和压缩空气灭弧室中一样，采用金属材料的喷嘴。

理由是：

在压缩空气灭弧室中，压缩空气的吹弧速度高，本身对喷嘴与电弧的接触有保护作用；

在SF6灭弧室中，吹弧速度低，不能保护金属喷嘴使其不受电弧的侵袭。

采用取四氟乙烯的喷嘴时，在重复的切断电弧中，切断电流可达70KA。

设计喷嘴的形状时，要防止产生涡流使气流产生扰动。

和压缩空气吹弧比较，SF6吹弧时死区问题不是那么严重。

这是由于SF6的复合速度高，介质强度恢复的快，并不要求清扫弧道和尽快地排除游离气体。

5.1.4SF6断路器整体结构举例

图3-4表示一种单压式变开距两个灭弧室串联钢罐落地形式的SF6断路器。

在这种结构中，灭弧元件置充有SF6气体的金属箱内，引出线通过绝缘出线套管引出。

断路器整体形成“U”形，这就是所谓“U”结构。

在绝缘套管的底部装有电流互感器。

图示断路器采用气动机构，其动作程序如下：

5.1.4.1分闸

如图5-4，分闸线圈15通电，压缩空气对主阀A室充气，从而主阀向右移动，储气筒18内的压缩空气即对操作工作缸B室充气，驱动操作活塞12。

此时，与操作活塞相连的操作杆10，受到箭头所示的牵引力，通过绝缘操作杆8，高速驱动喷口工作缸（压气缸）6，生产吹弧作用，使电弧熄灭。

在分闸动作同时，分闸电磁铁复位，这样，A室中的压缩空气排向大气，主活塞也随之复归原位，同时，B室中的压缩空气也排向大气。

借助于安装在操作活塞首端的连杆机构，保持在分闸状态。

5.1.4.2合闸

合闸线圈14通电，衔铁被吸引，向着箭头所示方向转动，钩链脱落，挂钩17向箭头方向转动，释放滚子，操作活塞受合闸弹簧10的作用力向箭头所示方向驱动。

合闸完毕，连杆机构保持在合闸位置以准备下一次分闸动作。

5.1.5500KVELKSP3-2型SF6断路器

根据前面介绍有关SF6断路器的知识，来理解所要学习、操作、管理和维护的ELKSP3-2型断路器。

本断路器有立式（垂直）和卧式（水平）两种，它们的外形图分别如图5-5和图5-6所示。

该图尚未装上出线套管，如装上出线套管，卧式断路器就会成为类似图5-4所示的结构，可称为“U”表结构。

立式结构装上出线套管就将成为倒“U”形结构。

5.1.5.1ELKSP3-2断路器结构整体布置

断路器有两个串联的灭弧室，置操动机构于一端，比图5-4所示结构优越。

图5-4所示断路器结构将操动机构放在两个灭弧室中间，会降低整体结构的耐压水平。

具有独立的操动机构，让操动机构的连杆等器件远离断路器的带电主体部件（触头系统），使断路器额定电压得以提高，又用电容器使两个灭弧断口均压，所以本断路器能用两个串联弧室提高额定电压到500KV。

5.1.5.2ELKSP3-2断路器的灭弧室

图5-5示出SF6断路器灭弧室的内部结构简图。

其中另部件代号说明如下：

551——触指式静触头环；

553——静弧触头柱；

552——静触头支架（座）；

516——灭弧室绝缘体（外壳）；

544——动触头环（主动触头）；

546——辅助喷嘴；

545——动弧触头；

541——压气缸；

543——压气缸架；

530——压气活塞；

547——绝缘喷嘴；

540——气流导管；

533——振动膜片；

531——压力阀；

550——触指盒。

对于这种灭弧室的工作原理，原来资料说得不够详细。

我们根据现象和理解，不一定吻原设计意图，来阐述它的灭弧原理。

首先设定这是一种单压式变开距的灭弧室结构。

它实际上与图5-1结构的动作原理相类似，也可绘出类似图5-1那样四个动作位置图。

不同之处是：

两种结构的动静触头各处于相反的位置；

图5-7绘在触头分闸位置；

动静触头结构不完全相同。

当ELKSP5-2断路器的灭弧室处于合闸位置时，静触头触指环551紧紧抱住动触头，大部分电流通过主触头，小部分电流通过弧触545和553。

此时，压气缸541已随动触头运动，到达静触头附近，压气活塞530仍停留在原先位置未动，结果在压气缸中储存很多SF6气体，类似图5-1（a）的情况。

在分闸过程，操动机构使带有动触头和绝缘喷嘴547的压气缸运动，在活塞530与压气缸541之间产生压力，当主触头分离，电流迅速转移到弧触头，其情况类似图5-1（b）。

当压气缸继续运动，弧触头分开，在动弧触头545和静弧触头柱553之间产生电弧，同时压气缸内SF6气体在压力作用通过辅助喷嘴546吹向电弧，增加电弧消游离作用，增加电弧电阻，减少电弧电流，在电流过零瞬间SF6具有介质恢复强度极快的特点，将电弧熄灭。

其情况略同于图5-1（c）。

当然，ELKSP3-2型断路器的灭弧室比图5-1灭弧室要先进得多。

单独藉压气缸541中的压力由辅助喷嘴吹弧，吹扳的能力可能有限，若能在分闸过程中由操作机构藉气流导管540再加一个高压SF6气流吹弧，则吹弧的效果一定特别显著。

果真如此，则这种灭弧室成了双压式灭弧室，喷嘴546成了辅助喷嘴，而547成了主导喷嘴。

另一方面SF6气体一般有5个大气压力，当动触头离开静触头，气流导管540中的SF6气体也有向静触头方向的吹弧压力。

图5-7就成了分闸最后位置，与图5-1（d）相类似。

本断路器的灭弧室实际是一种单压式变开距的灭弧室。

在合闸过程，压气缸541的运行将增大气缸的容量，通过振动膜片533填充SF6气体。

5.1.5.3ELKSP5-2SF6断路器的操作机构

断路器开断电流大，触头压力大，反作用机械特性很大，需要很大的操作力才能使断路器合闸。

小型断路器大多采用电磁操动机构。

中、大型断路器，为了减小起动功率，多采用弹簧储能操动机械。

它利用小功率电动机通过机械装置使弹簧压缩或拉伸储能，侍合闸弹簧储备足够的合闸能量，突然解扣，释放弹簧储能，使断路器合闸。

这种利用小功率电动机使弹簧合闸的机构叫做弹簧储能操动机构。

本断路器采用先进弹簧储能液压操动机构，型号为AHMA4和AHMA8，见图5-6、图5-7、图5-8。

用小功率液压泵电动机驱动液压泵。

液压泵将液压油从低压储油库加压输送到高压部分，油压愈升愈高，将蝶形储能弹簧逐渐压缩。

利用液压泵的行程开关控制蝶形储能弹簧压缩的距离和液压泵电动机的停止和启动。

合闸

当蝶形弹簧储能达到要求后，工作活塞顶部是常充压的。

在分闸位置时，工作活塞的底部与低压油区相通。

这样就确保工作活塞的底部与低压油区相通。

这样就确保工作活塞可靠地保持在分闸位置。

当操作合闸控制阀（电磁阀）时，通过转换开关的切换，隔断工作活塞底部与低压油系统的联系，接通与高压油系统的联系。

此时工作活塞上、下部都接入高压油系统，由于工作活塞底端一侧的面积大于活塞带有操作联杆一侧的面积，以致活塞被压力差推动到合闸位置。

蝶形弹簧的张力逐渐降低油压。

高压侧液压油的减少，马上由液压泵来补充。

只要系统的压力不变，操作活塞杆就将保持在合闸位置。

用一个压力控制的机械闭锁装置（止定螺栓）防止在失调时引起压力下降，导致活塞杆自动往分闸方向滑动。

液压弹簧装置配有不同数目的蝶形弹簧：

AHMA4OCO（分合分）6个蝶形弹簧

CO—CO（合分—分合）8个蝶形弹簧

AHMA8OCO（分合分）12个蝶形弹簧

CO—CO（合分—合分）16个蝶形弹簧

分闸

操作分闸控制阀，使转换阀返回到起始位置，让液压流从操作活塞底部侧流向低压油区，使工作活塞移到分闸位置，实现断路器分闸。

图5-4单压式灭弧室钢罐落地形式SF6断路器

300千伏，3000安，21000兆伏安，40千安，断口数2。

气动机构，操作空气压力15大气压，两周波开断。

1.套管2.支持绝缘子3.电流互感器4.表静触头5.动触头6.喷口工作缸7.检修窗8.绝缘操作杆9.油缓冲器10.合闸弹簧11.操作杆12.操作活塞13.主阀14.合闸线圈15.分闸线圈16.铁17.挂钩18.贮气筒

图5-5

图5-6

图5-7

图5-8

图5-9

图5-10

5.2SF6开关运行及维护

5.2.1断路器型号ELKSP3-2，配AHMA型操动机构，垂直式和水平式

5.2.1.1概述

适用范围

本操作指导适用于：

ELKSP型六氟化硫断路器，配1-极弹簧储能液压操动机构（型号AHMA，规格3），配两个灭弧室。

安装方式：

垂直和水平。

设计：

户内；

户外。

型号说明

ELKSP32

SF6气体绝缘

普通型

金属封闭设计

断路器

规格

电流通流容量

灭弧室数目

安装方式

5.2.1.2结构

断路器（图5-5、5-6）

垂直式断路器图（5-5）或水平式断路器（图5-6）有三个完全相同的断路器极，每极都拥有一套独立的操动机构（AHMA型）和两个灭弧室。

灭弧室为串联安装。

断路器极（图5-11）

电流联接的安装方式：

立式安装；

U或Z形。

卧式安装；

U形

灭弧室主要组成结构在图5-11中展示。

绝缘气体由ELKWT型密度继电器监视。

根据客户需要，还可加装接触式压力计。

根据客户对规格要求或技术上需要，断路器极上装有ELKXC型安全膜装置，以向外界减压。

操动机构（图5-5，5-6，5-12）

根据工艺要求，断路器极上装有AHMA1.4或AHMA1.8型弹簧储能液压操动机构。

操动机构为箱式结构单元。

在检修断路器时，它既可以和断路器相分离，也可以连在一起。

厂方对操动机构的调整不会因此而改变。

操动机构在另外的操作手册中予以介绍。

图5-11

图5-12

5.2.1.3功能

断路器极主要部件的功能

灭弧室:

当断路器极断开，动静触头分离而将灭弧室中的主电流回路截断。

在下一个电流过零点时，合成电弧将被熄灭。

在断路器合闸时，主电流电路在灭弧室中闭合。

均压电容：

在触头分离情况下，均压电容将提供均匀电压分布。

外壳：

壳内封装有断路器极的SF6气室。

SF6（六氟化硫）气体是绝缘与灭弧介质。

密度继电器，接触式气压计：

参阅单独的操作指导。

密度继电器用于监视给气室内气体密度。

若气体密度下降到某允许值以下，密度继电器将通过电气控制闭锁任何开合操作。

接触式气压计检测（通过一接触器）SF6气室中气压。

当气体压力下降时，该装置将关闭，从而触发—报警信号。

操动机构：

参看单独的操作指导。

弹簧储能液压操动机构用于驱动灭弧室工作。

操动机构以控制器获取其分合指令。

控制系统：

控制系统中集合了所有监视和控制系统的指令，并负责所有开合操作。

控制系统安装在控制间中。

5.2.1.4灭弧室概述

概述

灭弧室，见图5-7，从动部件包括以下几个主要元件:

气流导管540；

压气缸541；

压气缸底座543；

触环544；

弧触头545；

辅助喷口546；

绝缘喷口547。

触环544组成了动触头，而指盒550内的触指511组成了主电流通路中的静触头。

弧触头545为动触头，而固定触棒553为弧电流通路上的静触头。

灭弧室依据压气活塞原理工作。

随着压气缸的运动，压气缸541和压气活塞530间容积改变，从而使在辅助喷口546和绝缘喷口547间产生压力成为可能。

随着灭弧室从动部件的分离运动，主电流首先被截断而无电弧产生。

电流转到弧触头上并可继续流通。

在弧触头分离后，由于压气缸541的分闸运动而被压缩的SF6气体通过辅助喷口546和绝缘喷口547吹向电弧。

电弧冷却，并在下一个电流过零点熄灭。

合闸时，弧触头在主电路触头闭合前闭合。

预击穿因此被限制在弧触头上。

压气缸541的运动将增大气体压缩室的容积，并通过孔板533填充SF6气体。

5.2.1.5SF6气室

为方便SF6气体监视，填充与放空，特提供以下器件：

密度继电器：

安装在装配法兰盖145上的密度继电器联接器210上。

断路器壳142中的气体联接件（CDN20mm和8mm）（图5-11）。

装配法兰盖145上的气体联接件（DN8mm）（图5-11）。

用于监视断路器极的SF6气室中的气体密度。

a．当SF6气室中气体密度ρ低于39.2g/dm3（600KPa*）=6.0bar，20℃下）2.446lb/ft3[87lbf/in2*],68°

F，“第1分闸回路”和“合闸回路”被闭锁。

同时发出“隔离”信号，即断路器应从装置中手动隔离出。

b．如果密度ρ低于40.5g/dm3[620KPa=6ba,20]=2.527lblft3[89.9（bf/in2*）,68°

F]，将给出“填充气体”信号。

c．如果密度ρ低于39.2g/dm3[600KPa=6.0ba,20℃]=2.446lbft3[87lbf/in2,08°

F]，“第2分闸回路”被闭锁。

正常分闸条件下的开合操作只有在SF6气体压力大于“分闸”闭锁压力下力有效。

如果想在气体压力低于“分闸”闭锁压力情况下执行开合操作，须与制造商协商获取。

如果发出“告警”信号，断路器应从电源中切除。

（切除操作由其它可操作开关元件完成）。

5.2.2弹簧储能液压操动机构

5.2.2.1结构（图5-8）

图5-8，5-9和5-10中可以看到AHMA的结构特点和主要部件。

所有的液压元件都集中在高压区，这些元件环绕分布在高压中心区主轴的周围。

在移开外壳罩后，很容易接触到电气监视元件和控制元件。

控制电缆经端子引到外部。

辅助开关S512204由联接件与活塞杆机构联动。

采用大尺寸的机构作位置指示器，便于分合位置的识别。

壳罩S51028由防雨塑料制成，如有必要，在取下几颗螺钉后能将之分成可取下的两部分。

由于其高度集中的设计使整个设备结构紧凑。

这种液压弹簧装置没有液压管道连接。

低压液压回路是密封的，全部通过高度可靠的静密封来实现。

根据它们的容量和存贮的分合周期，液压弹簧装置配有不同数目的弹簧。

CO-CO（合分-合分）8个蝶形弹簧

AHMA8OCO（分合分）12个蝶形