断路器隔离开关设备课件Word下载.docx

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在切断电路时介质（如空气）由绝缘状态转变为导电状态，可分为如下几个过程：

A、强电场发射：

在开关触头刚刚分离的瞬间，触头间距离s很小，虽然触头间电压U不一定很高，则可能产生很强的电场强度E（E=U/s）。

如果电场强度超过3×

106V/M以上，金属触头阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。

这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生电子的原因。

B、热电子发射:

在触头即将分开的瞬间，触头压力以及接触面积减小，接触电阻（Rc）增大，电能损耗增大，在触头表面出现炽热点；

特别是电弧形成后，弧隙间的高温亦使触头表面受热出现强烈的炽热点。

高温使得自由电子能量增加，运动加剧，阴极表面就会有电子跑出，形成热电子发射。

C、碰撞游离：

强电场的作用下，自由电子向阳极加速运动，具有很高的速度和巨大的动能，不断地与其他中性质点（介质原子或分子）发生碰撞，使束缚在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象就称为碰撞游离。

新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。

碰撞游离连续进行就可能导致触头间充满了电子和离子，它具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。

d.热游离：

电弧的温度很高，介质在分子高温作用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞游离出自由电子和正离子，形成热游离，维持电弧燃烧，增加了开关电器灭弧困难。

③电弧的熄灭：

a.去游离：

电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程，去游离的方式有复合和扩散两种①复合去游离:

是指正离子与负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。

②扩散去游离:

是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质的现象。

b.电弧的熄灭：

游离去游离是电弧燃烧中的两个相反过程，游离过程使弧道中带电粒子增加，有助于电弧燃烧；

去游离能使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。

这两个过程的动态平衡，将使电弧稳定燃烧。

若游离过程大于去游离过程，将会使电弧愈加强烈地燃烧。

若去游离过程大于游离过程，将会使电弧燃烧减弱，以至最终电弧熄灭。

开关电器中，为了加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程。

（2）交流电弧的熄灭条件：

交流电弧中电流每半个周期要经过一次零值，这时电弧暂时自然熄灭，电流停止向弧隙输入电能，弧隙介质因高温而产生的热游离迅速减弱，此时，设法加强去游离，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。

因此交流电弧的熄灭条件就是电弧不发生重燃的条件。

电弧电流过零时电弧自然熄灭，而弧隙的绝缘能力要恢复到绝缘的正常状态尚需要一定的时间，此恢复过程称为弧隙介质强度的恢复过程。

电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的电压逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

综上所述，在电弧电流过零时，电弧自然熄灭。

此时，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。

如果电源恢复电压高于介质强度恢复电压，弧隙就被击穿，电弧重燃。

反之，如果恢复电压低于介质强度时，电弧便熄灭。

因此，交流电弧熄灭的条件是：

电弧电流过零，电弧自然熄灭时，介质强度恢复电压始终高于电源恢复电压。

（3）熄灭电弧的基本方法：

现代开关电器中，加速电弧熄灭的基本方法主要有以下几种：

①冷却灭弧法：

降低电弧的温度，使离子运动速度减慢，这样不但使热游离作用减弱，同时离子的复合作用也增强，有利于电弧的熄灭。

温度愈低，复合作用就愈强烈，电弧愈易熄灭。

②拉灭弧法：

在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。

a.用气体吹动灭弧：

利用任何一种较冷的绝缘介质的气流来纵吹电弧（气流方向与弧柱平行）或横吹电弧（气流方向与弧柱垂直），使电弧迅速扩散，加强冷却，从而达到灭弧的目的。

b.采用多断口灭弧：

在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。

其作用是：

在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；

同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。

c.利用真空灭弧：

真空具有较高的绝缘强度，将开关触头置于真空容器中，当电流过零时即能熄灭电弧。

为防止产生过电压，应当不使触头分开时电流突变为零。

宜在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。

当交流电流自然下降过零前后，这些金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。

d.将电弧分为多个串联的短弧：

交流电弧，在电流过零的瞬间，新阴极附近在0.1~1us的时间内，立即出现大约150~250V的介质强度，称为新阴极效应。

当触头两端外加交流电压小于150V时，则电弧将熄灭。

将长弧切成几个短弧串联就是利用新阴极效应灭弧。

一般是采用绝缘板夹着许多金属栅片组成灭弧栅，罩住开关触头的全行程。

当开关触头分离时，长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速移入灭弧栅，长电弧被灭弧片切割成一连串的短电弧，在电弧电流过零，电弧熄灭时，每两栅片间均立即出现150～250伏的介质强度，设有n个栅片，则灭弧栅片总的介质强度为n（150～250）V，若作用于触头间的电压小于该值时，不能维持电弧燃烧，电弧必然熄灭。

也就是说，当所有栅片间的介质强度总和大于动、静头向外加电压，电弧就不再重燃。

e.利用有机固体介质的狭缝灭弧：

狭缝灭弧装置，灭弧栅片电陶土或有机固体材料制成。

当触头间产生电弧后，在磁吹线圈产生的磁场作用下，以电弧产生电动力，将电弧拉长进入灭弧栅片的狭缝中，电弧与栅片紧密接触，冷却电弧，加强去游离。

同时有机固体介质在高温作用下分解而产生气体，压力增大，使电弧强烈冷却，最终熄灭。

（4）各种开关电气的灭弧措施：

上述灭弧方法，在各种开关电器中采用不同的具体措施来实现。

在这些方法中，冷却灭弧是基本的，再配合其他灭弧方法，形成各种开关电器的灭弧装置。

①高压隔离开关和低压快分开关中，采用冷却灭弧及速拉弧。

②有填料封闭式熔断器，利用狭缝灭弧及冷却灭弧；

无填料封闭式熔断器，利用速拉电弧，冷却及增大压力等方法灭弧。

③低压断路器、接触器和带灭弧罩的刀开关，应用串联短弧及冷却灭弧等方法灭弧。

④SF6断路器、压缩空气断路器、油断路器及负荷开关等广泛利用气体吹弧方法。

⑤真空断路器应用真空的高绝缘强度和扩散性能灭弧。

三、高压开关设备：

（一）、断路器：

1、高压断路器：

（1）高压断路器的用途：

高压断路器在正常运行时接通或切断负荷电流；

在电力系统发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护装置自动、迅速切断故障电流，防止扩大事故范围；

同时高压断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电的可靠性。

因此，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。

断路器与隔离开关的区别是：

（1）断路器装有消弧设备因而可切断负荷电流和故障电流，而隔离开关没有消弧设备，不可用它切断或投入一定容量以上的负荷电流和故障电流。

（2）断路器多为远距离电动控制操作，而隔离开关多为就地手动操作。

（3）断路器能与继电保护，自动装置等配合工作。

（2）高压断路器的型号含义：

（3）高压断路器的主要技术参数：

①额定电压：

额定电压是指其导电和载流部分长期工作允许承受的（线）电压等级。

考虑到电网在实际运行中电压有可能略高于额定电压，因此断路器允许长期承受的最高工作电压高于额定电压值的10％～15％。

同时，按电网可能出现的短时过电压倍数，断路器的绝缘也具有对应的承受过电压的能力；

断路器的额定电压等级与电网的额定电压等级是一致的。

目前国家标准规定断路器的额定电压有3，6，35，110，220，330和500KV等。

②额定电流：

额定电流是指在规定环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。

国家标准规定，断路器的额定电流有：

200,400,630,1000,1600,2000,2500,4000,5000,6300,8000,10000,12500,16000,2000各级。

③额定开断电流：

额定开断电流是指断路器工作在电网额定电压下所能开断的最大的短路电流的有效值。

（有时也可用额定开断容量表示，额定开断容量定义为额定电压与额定开断电流的乘积）。

④额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）：

额定耐受峰值电流是表明断路器的机械结构能承受短路电流电动力冲击的能力，即断路器在闭合状态下时能通过的保证机械部分不变形及损坏的最大短路电流（峰值）。

⑤.额定短时耐受电流（额定热稳定电流）：

额定短时耐受电流是表明断路器通过短路电流时承受短时发热的能力，额定短时耐受电流值应等于额定短路开断电流值。

⑥额定短路持续时间（额定热稳定时间）：

当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间时，断路器的各部分温度不超过短时允许发热的最高温度。

⑦分闸时间：

断路器分闸时间指从断路器跳闸控制回路接受分闸信号瞬间起，到断路器各极触头间的电弧完全熄灭为止所经过的时间。

它包括固有分闸时间和燃弧时间。

⑧合闸时间：

断路器的合闸时间指从断路器的合闸控制回路接受合闸信号到主触头全部接通电路所经过的时间。

（4）高压断路器的分类：

高压断路器一般按下列方法分类：

①按断路器的安装地点可分为：

户内式和户外式两种②按断路器的灭弧介质及作用原理可分为：

油断路器（多油式和少油式），压缩空气断路器，真空断路器，SF6（六氟化硫）断路器，磁吹断路器等。

与之配套使用的操动机构的类型，按断路器操作合闸作功方式可划分有：

电磁机构，气动机构，液压机构，弹簧机构等。

目前配电装置中应用比较多的是少油断路器、真空断路器、SF6（六氟化硫）断路器。

（5）常用断路器的灭弧原理：

①少油断路器：

少油断路器以变压器油作为灭弧介质及动、静触头之间的绝缘。

而用空气、陶瓷或有机绝缘材料作为相与相之间或相与地之间的绝缘。

因此，少油断路器油量少、体积小、耗用钢材，价格便宜。

目前在我国10～220KV电力系统中得到广泛应用。

其灭弧原理是少油断路器在油中开断电流时，触头间将产生电弧。

高温电弧使油急速蒸发和分解。

于是电弧便在油蒸汽和油分解的气体气泡中燃烧。

油分解的气体中氢气约占70～80%，而且氢气的热导率非常高，并有很强的扩散作用。

氢气和其他冷热气体对弧道产生强烈的冷却和去游离作用，特别是当电流经过零值瞬间，这种作用更加强烈，有利于熄灭电弧。

断路器通常采用绝缘材料制成灭弧室，电弧在灭弧室中燃烧，利用灭弧室内升高的压力（可达几十兆帕）使油一方面流动，一方面与电弧接触，则灭弧效果更好。

②六氟化硫断路器：

六氟化硫断路器采用SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质，SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧能力，因此在断路器中的应用得到迅速发展。

SF6断路器的类型按灭弧方式分，有单压式和双压式；

按触头工作方式可分为定开距式和变开距式；

按总体结构分，有落地罐式和瓷瓶支柱式。

灭弧原理：

单压式SF6断路器只有一种压力较低的压力系统，既只有0.3～0.6MPa压力（表压）的SF6气体作为断路器的内绝缘。

在断路器开断的过程中，由动触头带动压力活塞或压气罩，利用压缩气流吹熄电弧。

分闸完毕，压气作用停止，分离的动静触头处在低压的SF6气体中。

双压式SF6断路器内部有高压区和低压区，低压区0.3～0.5Mpa的SF6气体作为断路器的主绝缘。

在分闸过程中，排气阀开启，利用高压区约1.5MPa的气体吹熄电弧。

分闸完毕，动、静触头处于低压气体中或高压气体中。

高压区喷向低压区的气体，再经气体循环系统和压缩机抽回高压区。

目前我国生产的SF6断路器采用单压式；

并且触头多采用变开距结构。

③真空断路器：

真空断路器是利用真空（真空度为10-4mm汞柱以下）具有良好的绝缘性能和耐弧性能等特点，将断路器触头部分安装在真空的外壳内而制成的断路器。

真空断路器具有体积小、重量轻、噪音小、易安装、维护方便等优点。

尤其适用于频繁操作的电路中。

真空灭弧室中电弧的点燃是由于真空断路器刚分瞬间，触头表面蒸发金属蒸汽，并被游离而形成电弧造成的。

真空灭弧室中电弧弧柱压差很大，质量密度差也很大，因而弧柱的金属蒸汽（带电质点）将迅速向触头外扩散，加剧了去游离作用，加上电弧弧柱被拉长、拉细，从而得到更好的冷却，电弧迅速熄灭，介质绝缘强度很快得到恢复，从而阻止电弧在交流电流自然过零后重燃。

（6）断路器的拒动的原因：

（1）直流回路断线。

（2）操作电压过低。

（3）转换接点接触不良。

（4）跳、合闸部分机械连杆有缺陷。

（5）开关操作机构异常。

（6）SF6开关气体压力低闭锁。

（7）同期或同期闭锁回路故障。

（8）保护投入不正确。

（二）、本工程断路器：

1、500kVSF6罐式断路器:

500kV采用一台半断路器接线，最终出线2～3回。

本期2×

600MW机组接入500kV系统，出线1回接入昭通500kV变电所，线路长约180km。

本期接线实为四角形接线，安装四台断路器及相应的隔离开关，配成两个不完整串，进出线均装设隔离开关。

（1）系统最高工作电压：

550kV；

（2）额定频率：

50Hz；

（3）系统接地方式：

中性点直接接地；

（4）隔离开关处的系统短路电流：

50kA。

（5）设备的主要参数：

型式：

户外三相SF6罐式断路器（按有合闸电阻执行）合闸电阻为400欧，接入时间约为10ms。

500kVSF6断路器4台：

设备名称

设备型号

数量

500kVSF6罐式断路器

LW13A–550/Y，3150A，50kA，125kA,（电气三相联动）

4台

（6）、合闸电阻为400欧，接入时间约为10ms。

（7）、额定参数：

额定电压：

550kV；

额定频率：

50Hz；

额定电流：

3150A；

额定短路开断电流：

50kA（有效值）；

额定热稳定电流（3s）：

50kA（有效值）

额定关合电流：

125kA（峰值）

额定动稳定电流：

开断时间：

≤40ms；

分闸时间：

≤20ms

合闸时间：

≤100ms

合分时间：

30ms～50ms

（8）、套管式电流互感器：

额定电流比：

2×

2000/1A（保护级）

1×

1000～2×

2000/1A（计度测量级）

铁芯数：

12

级次组合（二次线圈配置）：

0.2S/0.5/5P40/5P40/TPY/TPY－CB－TPY/TPY5P40/5P40//0.5/0.2S

二次线圈配置图：

（9）性能要求：

断路器应为户外三相式，它们由三个单相组成，每相由接地的金属罐、充气套管、电流互感器和操动机构等部件组成。

操作机构型式采用德国ABB液压碟簧机构，操作机构应可靠地满足断路器按额定操作顺序操作及重合闸的要求。

2、220kVSF6断路器：

220kVSF6断路器3台

220kVSF6单断口断路器

3AP1-FG，252kV-4000A-50kA三相机械联动

2台

3AP1-FI，252kV-4000A-50kA分相操作

1台

（1）设备的主要参数及性能的要求：

名称

技术数据

断路器型式与时间参量

断路器型式或型号

3AP1-FG

252kV-4000A-50kA

三相机械联动

3AP1-FI

252kV-4000A-50kA

分相操作

额定电压

252kV

额定电流

4000A

额定频率

50Hz

额定操作顺序

O-0.3S-CO-180S-CO

开断时间

≤59ms

≤60ms

固有分闸时间

364ms

374ms

合闸时间

658ms

636ms

重合闸无电流间隔时间

0.3s及以上，可调

合分时间

455ms

（2）额定电压：

220kV

（3）最高工作电压：

252kV

（4）额定频率：

50Hz

（5）断路器的型式：

断路器为单断口瓷柱式SF6断路器。

（6）操动机构：

断路器的操动机构为弹簧式。

断路器应能远方和就地操作,其间应有联锁。

断路器应配备就地指示分、合闸位置的红、绿指示器。

断路器应设有两套相同而又各自独立的分闸装置,每一套分闸装置动作时或两套装置同时动作时均应保证设备的机械特性。

操动机构自身应具备防止跳跃、防止非全相合闸和保证合分时间的性能。

SF6断路器应具备高低气压闭锁装置。

（三）、高压隔离开关：

1、隔离开关：

（1）高压隔离开关的用途：

隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，在分闸状态有明显可见的断口，在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和短路电流。

隔离开关的主要用途如下：

①检修设备隔离高压电源：

用隔离开关断口的可靠绝缘能力，将需要检修的设备与带电部分相互隔离。

②倒换母线：

在断口两端接近等电位的条件下，带负荷进行分闸、合闸；

变换双母线或其他不长的并联线路的接线方式。

2用以接通和切断小电流的电路。

在发电厂允许用隔离开关进行的操作：

（1）电压互感器的停、送电操作；

（2）在母联、专用旁路开关不能使用的情况下，允许用刀闸向220、66千伏空载母线充电或切除空载母线，但必须确认母线良好；

（3）在系统无接地状况下投入或切除消弧线圈；

（4）变压器中性点刀闸的投入或切除。

禁止用隔离开关进行那些操作:

1）带负荷拉、合刀闸。

2）拉合320KVA及以上的变压器充电电流。

3）拉合6KV以下系统解列后两端电压差大于3℅的环流。

4）雷雨天气拉合避雷器。

（2）高压隔离开关的主要技术参数：

隔离开关的主要技术参数有：

额定电压、额定电流、额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）、额定短时耐受电流（额定热稳定电流）、额定短时持续时间（额定热稳定时间）等。

各参数的意义及额定等级与高压断路器的主要技术参数相同。

（3）高压隔离开关的型号含义：

（二）、本工程隔离开关：

1、500kV隔离开关：

500kV隔离开关共11组：

序号

备注

1

500kV双柱水平伸缩式隔离开关

GW17B-550DW/3150A-50kA单静双接地；

主刀、地刀均配CJ11电动机构

3组

主变进线2组；

出线1组（出线侧配B类地刀）

2

500kV共静触头组合式隔离开关

GW17B-550DW/3150A-50kA双静三接地；

#1串2组；

#2串1组

3

500kV单柱垂直断口单臂折叠式隔离开关

GW16B-550DW/3150A-50kA单接地；

5组

#2串2组；

联络变进线1组

注:

以上设备均为Ⅳ级防污。

2、设备的主要参数：

（1）单柱,单接地，单臂折叠式,垂直断口，户外型隔离开关；

（2）双柱，双接地，水平断口，户外型隔离开关；

（3）三柱共静触头，三接地，户外型隔离开关；

额定参数：

项目

主刀

地刀

（1）额定电流

3150A

/

（2）长期通流能力

（3）额定短时耐受电流及短路持续时间

50kA（3s）

（4）额定峰值耐受电流

125kA

（5）额定关合电流

（6）开/合电容电流/电压（主刀/地刀）

2A*

1.6A/8kV

50A/50kV（B类）

（7）开/合电感电流/电压（主刀/地刀）

0.5A*

80A/2kV

400A/35kV（B类）

（8）开合母线转移电流能力

恢复电压

400

开断电流

2500A

开断次数

100

注：

*主刀开、合感应电流是在全电压下进行。

3、性能要求：

（1）隔离开关为户外三相式，分别为三柱式、双柱式水平双断口及单柱式垂直断口。

操动机构：

（1）操动方式隔离开关主刀闸和接地刀闸采用分相式电动操动机构；

同时具备三相电气联动功能，并能在就地单相操作。

2、220kV隔离开关：

220kV隔离开关共5组

220kV双柱式水平断口隔离开关

GW4B-220DW/2000A-40kA单接地，主刀、地刀均配CJ5B电动机构

2组

联络变、启/备变进线,基础高度约2500mm

GW4B-220DW/2000A-40kA双接地，主刀、地刀均配CJ5B电动机构

1组

220kV母线设备

基础高度约2500mm

GW4B-220DW/3150A-50kA单接地，主刀、地刀均配CJ5B电动机构

220kV镇雄变出线,基础高度约2500mm

4

GW4B-220DW/3150A-50kA双接地，主刀、地刀均配CJ5B电动机构

220kV镇雄变出线,基础高度约3000mm

（1）设备的主要参数：

GW4B－220DW／2000A，双柱水平断口,双接地，主刀采用CJ5B电动机构（可手动操作），地刀采用电动机构（可手动操作），1组。

GW4B－220DW／3150A，双柱水平断口,双接地，主刀采用CJ5B电动机构（可手动操作），地刀采用电动机构（可手动操作），1组。

GW4B－220DW／2000A，双柱水平断口,单接地，主刀采用CJ5B电动机构（可手动操作），地刀采用电动机构（可手动操作）