高压断路器及其操动机构检修.docx

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高压断路器及其操动机构检修

高压断路器

及其操作机构检修

山东省电力学校

前言

断路器检修实习是中等专业学校电力类专业的主要专业实习项目之一，充分掌握相关的专业知识和专业技能是该类专业教学大纲的重点要求。

根据我校专业课程和设备的实际情况以及分校的教学指导，特编写了这本《断路器检修实习》教材。

本教材着重从实际设备的结构原理、检修工艺要求及设备的故障缺陷处理着手，理论够用即可，重点在以基本检修的培养为主，尽可能提高学生的动手能力，未将来的就业、工作奠定坚实的实践基础。

本教材可作为电力类专业的《断路器检修实习》教材，也可用于为相关工种的技能培训教材。

本教材由山东省电力学校胡晓鹏编写，高洪雨审稿。

由于编写时间紧迫，编者水平有限，在编写中难免有疏误之处，恳请读者、教师及有关人员提出宝贵意见，并在教学实践中进行补充和调整，使其更加完善，为提高我校的教学质量发挥积极的作用。

第一章高压断路器及操作机构...............................5

第一节高压断路器概述.....................................5

第一单元高压断路器主要作用.......................................5

第二单元高压断路器基本结构.......................................5

第三单元高压断路器主要组件结构原理...............................8

第四单元高压断路器操动机构.......................................12

第二节高压断路器的参数及常用术语.........................16

第一单元高压断路器主要参数.......................................16

第二单元高压断路器常用术语.......................................20

第三节高压断路器的分类及特点.............................22

第一单元油断路器.................................................22

第二单元压缩空气断路器...........................................24

第三单元真空断路器...............................................25

第四单元SF6断路器

第五单元SF6全封闭组合电器........................................31

第四节操动机构的分类及特点...............................35

第一单元对断路器操动机构的要求...................................

第二单元操动机构的种类及特点.....................................

第二章真空断路器.........................................

第一节真空及特点.........................................

第一单元真空及真空度.............................................

第二单元真空间隙的绝缘性能.......................................

第三单元影响真空间隙击穿电压的主要因素...........................

第四单元真空电弧的特点...........................................

第二节真空断路器概述.....................................

第一单元真空断路器的特点.........................................

第二单元真空断路器的过电压.......................................

第三单元真空灭弧组成结构.........................................

第四单元真空断路器的原理.........................................

第五单元真空断路器的寿命.........................................

第三节真空断路器的操动机构...............................

第一单元真空断路器操动机构的分类.................................

第二单元两种操动机构的比较.......................................

第三单元各型真空断路器的主要技术参数.............................

第三章真空断路器检修.....................................

第一节真空断路器的维修与安装调试.........................

第一单元真空断路器的检修周期、项目及准备工作.....................

第二单元真空断路器的平时检查维修项目.............................

第三单元检修前的准备工作.........................................

第四单元机械参数的调整...........................................

第五单元真空灭弧室真空度的测度...................................

第六单元真空断路器使用中应注意的几个问题.........................

第二节ZN28-10型真空断路器及CD17型电磁操动机构检修.........

第一单元ZN28-10型真空断路器的结构及工作原理......................

第二单元CD17型操动机构和工作原理.................................

第三单元ZN28-10型真空断路器的检查、维修与调整....................

第四单元CD17型电磁操动机构的检修.................................

第五单元断路器本体调试...........................................

第六单元故障处理.................................................

第三节CD10型电磁操动机构检修.............................

第一单元CD10型电磁操动机构组成及工作原理........................

第二单元CD10型电磁操动机构检修..................................

第三单元CD10型电磁操动机构的常见故障及处理......................

第四节CT8型弹簧操动机构检修.............................

第一单元CT8型弹簧操动机构的结构及工作原理.......................

第二单元CT8型弹簧型电磁操动机构特点..............................

第三单元CT8型弹簧型电磁操动机构检修..............................

第四单元CT8型弹簧操动机构常见故障及处理..........................

附录

1.常见断路器型号及其主要生产厂家...................................

2.ZN28-10断路器检修实习工具清单一览表.............................

3.电气常用就旧图形符号对照表......................................

4.DB8001使用说明书...............................................

5.DM5000使用说明.................................................

参考为献

第一章高压断路器及操动机构

第一节高压断路器概述

断路器是能开断、闭合和承载运行状态的正常电流，并能在规定时间内承载、闭合和开断规定的异常电流（如短路电流）的电器设备，通常也称为开关。

IEC标准的定义是：

所设计的分、合装置应能关合、导通和开断正常状态电流，并能在规定的短路等异常状态下，在一定时间内进行关合、导通和开断。

通常将额定电压为3kv及以上主要用于开断或闭合电路的高压电器称为高压断路器。

本章将主要介绍高压断路器的有关问题。

在电力系统中，高压断路器同发电机、变压器、路线等一样，都是电力系统中的重要设备。

第一单元高压断路器主要作用：

1、在正常的闭合状态时应为良好的导体，不仅为正常电流，且对规定的短路电路也应能承受其发热和点动力的作用而可靠地接通。

2、对地及断口间具有良好的绝缘性能。

3、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开断额定电流以下的电流。

4、在开断状态的任何时刻，应能在断路器触头不发生熔焊的条件下，在短时间内安全地闭合规定的短路电流。

断路器的工作特点是：

瞬时的从导通状态变为绝缘状态或者瞬时的从绝缘状态变为导通状态。

总之，高压断路器在电力系统中起了两方面的作用：

一是控制作用，即根据电网运行的要求，将一部分电器设备或线路投入或退出运行状态，转为备用或检修状态；二是保护作用，即在电气设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置动作断路器，将故障部分从电网中迅速切除，保护电网的无故障部分得以正常运行。

第二单元高压断路器基本结构

一、高压断路器的基本结构

尽管高压断路器类型很多、结构比较复杂，但总体上均可分为如图1—1所示的几个部分。

1、开断元件

由断路器的动、静触头以及灭弧室、载流回路、均压电容以及辅助切换装置（包括辅助触头和并联电阻）等组成。

它是断路器的核心元件，控制、

保护等方面的任务都需由它来完成。

其他组成部分都是配合开断元

件，为完成上述任务而设置的。

2、支撑绝缘

由绝缘子、瓷套或其他材料的绝

缘件组成。

用来支撑断路器的器身，把处于

高电压为的开断元件与地点位部件在

电器上隔绝，确保其对的绝缘，承受图1—1断路器组成的逻辑框图

断路器的操作力与各种外力。

3、传动元件

由各种连杆、齿轮、拐臂或空气管道等组成。

将操作指令及操作传递给开断元件的触头和其他部件的中间环节。

4、底座

是整台断路器基础，一般指断路器的底座、底架或罐体。

用来支撑和固定断路器。

5、操动机构

由电磁、弹簧、液压、气动及手动、电动机等各类操动机构的本体和配件组成。

向开断元件的分、合操作提供能量，并实现各种规定顺序的操作。

二、对断路器的工作要求

断路器是电力系统中的控制设备，而电力系统的运行状态是多种多样的，并且其负荷状态也是经常变化的。

因此，对断路器的总体要求是，不论电力系统处在什么状态，不论遇到什么样的负荷情况，断路器都能有效地关合和断开所控制的线路和设备。

断路器常开断的负荷有：

空载长线、电容器组、空载变压器、高压电动机、电抗器、电缆线路等。

由于断路器所开断的负荷不同，对其要求也不相同。

1、对开断一般性短路故障的要求是，能够可靠、快速地切断故障，并能进行重合闸。

2、对开断空载变压器和高压电动机的要求是，不致引起过电压而导致套管，瓷瓶的闪络，以致演变成灭弧室炸裂和断路器爆炸。

3、对开断空载长线的要求。

断路器投、切空载长线是一种常规的操作。

该操作对电网的安全运行极为重要。

据不完全统计，20年来，我国220KV电网因切断空载长线引起的各种事故达15次，其中有断路器爆炸、外绝缘对地闪络、灭弧室内络、变压器首端匝间绝缘击穿等。

为使断路器能有效地切断空载长线，要求切断时电弧无重燃，金属性短路的时间要小。

4、对于开断电容器组的要求。

运行试验证明，断路器投、切电容器组时，虽然容性电流不大，但在操作中将产生过电压，常引起断路器、避雷器爆炸，瓷瓶对地闪络，电容器击穿等。

因此，要求断路器在切断电容器时，无电弧重燃，在母线上不引起操作过电压。

三、高压断路器的产品和含义

第一位字母代表断路器类别：

S-少油第七位数字代表额定断

D--多油；K--压缩空气；L—六氟化硫流容器（MVA）

Z—真空；Q—产气；C—磁吹第六位数字代表额定电流（A）

第二位字母代表安装地点第五位字母代表补充工作特性

N—户内；W—户外G—改进型；F—分相操作

第三位数字为设计序号，代表不同的系列第四位数字代表额定电压（KV）

第五位的工作特性还有其它内容，即：

K—有快速分闸设置Z—有重合闸装置H—带限流电阻

X—带操动机构箱T—有脱扣器W—防污型

高压断路器的型号较多，国产断路器的型号，根据国家技术标准的规定，采用统一的字母（汉语字母拼音）和数字混合编制如下：

例1SN4-20G∕80003000代表：

改进型户内少油式断路器，设计序号4，额定电20KV，额定电流8000A，额定断电容量3000MVA。

例2KW4-300∕150015000代表：

户外压缩空气断路器，设计序号4，额定电压330KV，额定电流1500A，额定断电容量15000MVA

例3LW7-220W∕315015000代表：

户外六氟化硫断路器，设计序号7，额定电压220KVA，额定电流3150A，额定断电容量15000MVA。

例4ZN5-10∕100020代表：

户内真空断路器，设计序号5，额定电压10KV，额定电流1000A，额定开断电流20KA。

第三单元高压断路器主要组件结构原理简介

一、灭弧装置

为了提高断路器的开断性能，断路器均设有灭弧装置，最主要的部分是是灭弧室。

从灭弧能量的来源分，灭弧室可分为自能式和外能式两种。

主要利用电弧本身能量来熄弧的灭弧室称为自能式灭弧室，其开端性能与被开断电流的大小有关，在其额定开断电流内，被开断的电流越大，电弧的能量就越大，燃弧时间越短；开断电流越小时，灭弧能力越差，燃弧时间反而越长。

主要利用外部能量来灭弧的灭弧室称外能式灭弧室，在开断大电流或小电流时，外部提供的灭弧能量基本相同，因此燃弧时间比较稳定。

从吹弧方向来分，灭弧室又有横吹和纵吹两种。

灭弧介质的吹弧方向基本与电弧轴向平行的灭弧室叫纵吹灭弧室。

灭弧介质的吹弧方向基本与电弧轴向垂直的灭弧室叫横吹灭弧室。

二、高压断路器的绝缘结构

高压断路器的绝缘结构由导电部分对地、相间和断口绝缘三部分组成。

少油、空气和瓷柱式SF6断路器等得对地绝缘主要由支柱或支持瓷套、绝缘拉杆及相应的液体、气体介质所构成。

多油断路器和落地罐式SF6断路器的对地绝缘包括套管、绝缘拉杆和液体、气体介质。

共箱式断路器的相间绝缘主要是变压器油或SF6气体，而分箱式断路器的相间绝缘为空气绝缘介质。

断口绝缘包括液体或气体绝缘介质以及相应的灭弧绝缘筒及瓷套等。

三、高压断路器导电触头

操作时相对运动而能力、合或滑动的两个导体叫触头，有时将触头称为可作相对运动的电接触连接。

导电触头按功能分有主触头、弧触头、控制触头和辅助触头。

主触头是指开关主回路中的触头，在合闸位置承载主回路电流。

弧触头是指在切合电路时，能耐受电弧作用的触头，在有的断路器中，主触头也兼作弧触头。

（一）按触头所处的位置分为：

1、静触头，即在分、合闸操作时固定不定的触头。

2、动触头，在分、合闸操作中运动的触头。

3、中间触头，主要是指在分、合闸操作过程中与动触杆一直保持接触的滑动触头

（二）按触头的实用结构可分为：

1、对接式（端接式）触头，其特点是结构简单，加工方便，但没有自清洗作用，接触电阻不稳定，合闸时易弹跳，检修时调整工作量较大。

2、梅花形（玫瑰形）触头，它是线接触触头，有自清洁作用，接触电阻稳定，电动稳定性好，不会出现合闸弹跳，但结构比较复杂，加工量大。

3、指形触头（片状触头），有自清洁作用，不会产生触头弹跳，电动稳定性好，适应于额定电流较大的断路器中，但不易构成灭弧触头。

4、滚动式触头，只适合用作中间触头，接触面有自清洁作用。

四、高压断路器机械传动方式和变直结构

1、传动方式有：

（1）杠杆传动；

（2）四连杆传动；

（3）齿轮（包括蜗轮传动）传动；

（4）链条轮或凸轮传动；

为了将操动机构以及传动结构所输出的部分、合闸操作的弧形运动变为动触杆的直线运动，就必须经过变直结构进行转换。

2、常用的变直结构有：

（1）有导向的变直结构

又称曲柄----摇杆结构，它是利用导向装置使导电杆做直线运动，从结构上可分为带推杆和带拉杆的结构，分别在DW8--35、SN10--10和SW4--110∕220等断路器中采用。

（2）无导向的变直结构

从结构原理上可分为准确椭圆和近似椭圆变直结构，前者在DW1—35和SW6--110∕220型断路器中采用，后者在DW2—35和SN4—10型等断路器中采用。

（3）混合式变直结构，结构上综合了椭圆变直结构和有导向变直结构的原理。

五、密封圈的行式

1、平板型密封圈

它是依靠其轴向被压缩而产生径向扩展，利用材质固有弹性而形成的密封面，其特点是结构简单，适用于瓷套对瓷套、瓷套对金属法兰和金属法兰之间的平面静密封。

2、O形密封圈

即可以做端面、侧面静密封

又可做滑动密封，O形密封圈的密

封性能与密封面的加工精度和压缩

量等因素有关，结构上应设有定位

槽。

3、平板饿O形组合式密封垫

她包括带一条O形的密封结

构和带多条O形的密封结构，具有

O形和平板形密封的特点，

如图1—2所示。

图1—2一条O条密封垫及多条O条密封垫1-几座2-环3-V型圈4-压环5-活塞杆

图1—3V型密封圈用作单向密封

图1—4两组背对背V型密封圈1-弹簧2-密封面3-盖板4-轴5-骨架

图1—5轴用骨架油封结构

4、V型密封圈

适用于转动或轴向滑动的密封部位，若用做单向密封，一般由3只组成，如图1—3所示，它不是主要利用橡胶本身的塑性和压塑量起密封作用，而是利用被密封的介质（油或气体）的压力对唇口上的作用起密封效果，对于受高压力作用的密封部位，装配时，V型方向一定要朝向受高压力作用的一侧，不能装反。

对于双向密封部位，如液压结构储压筒活塞上的密封面，一侧是高压油，另一侧是高压氮气，这时就必须由两组背对背V型密封圈组合使用，如图1—4所示。

5、轴用骨架油封

如图1—5所示，油封与转动轴之间形成一个菱角形密封面，密封接触压力一方面靠橡胶的弹性，另一方面靠箍紧弹簧的作用力。

结构上，密封圈被紧密配合地压入封盖内而形成静态密封。

6、自调芯轴向油封

1-基座2-封面3-弹簧4-盖板1-接头2-卡套3-螺帽4-管子

图1—6自调芯轴向油轴结构图1—7卡套接头结构

如图1—6所示，油封上具有两道唇口形状的密封面，每道密封唇口与骨架油封相似。

其密封唇口部分与轴芯具有一定自调芯能力，可补偿由于零件加工误差而形成的不同心，性能上比骨架油封优越。

7、卡套接头密封

卡套接头结构如图1—7所示，它是由接头、卡套螺帽和管子组成。

拧紧螺帽时，卡套受到接头内部锥面挤压产生变形，其刃口切人管子璧内形成一圈密封线，能获得可靠地密封性能，又能防止管子轴向位移。

卡套接头的密封部分包括卡套刃口嵌入管子内壁上的接合面和卡套与接头内锥面的接触面，后者在卡套装配后，卡套被轴向挤压，使其挤紧接头的锥面上，从而形成一道密封线。

卡套装配后，一定要保证图中t1、t2、t3三处都留有1～2mm的间隙，即当拧紧螺帽时，使管子连同卡套在接头中尚有轴向前进的余地。

第四单元高压断路器操动机构

一、操动机构的产品型号含义

操动机构产品型号的组成，采用如下格式：

特征数字

派生标志

设计序号

结构形式

产品名称

第一位用拼音字母表示操动机构（即C）。

第二位用拼音字母表示传动结构类型。

如：

S—手动D—电磁J—电动机

T—弹簧Q—气功Y—液压Z—重锤

第三位用数字表示设计序号。

第四部分代表最大合闸力矩或其他特征标志。

二、操动机构的组成

1、合闸结构

即能量转换部分，对于电磁操动结构是合闸电磁铁及相应组件；对于弹簧操动机构，是指蓄能弹簧和相应的蓄能机构以及合闸脱扣装置等元件；对于液压操动机构是指油泵、储压筒、合闸阀及合闸电磁铁等部件。

2、保持结构

对于机械传动式操动机构是指维持支架或其他维持装置；对于液压操动机构，是指保持阀及相应的高压油补充回路。

3、分闸机构

是指能快速脱扣分闸的结构。

对于机械式操动机构，是指分闸脱口装置及相应的连杆系统；对液压或气动操动机构，是指分闸阀及相应的阀系统。

4、输出装置

它是指电磁、弹簧操动机构的主轴或液压、气动结构的活塞杆等。

5、辅助设备

主要是由辅助开关、中间继电池、接触器等辅助元件组成的信号和保护回路。

三、操动机构逻辑框图

操动机构的组成逻辑框图如图1—8所示，包括如下及部分。

图1—9操动机构逻辑框图

1、提升机构

它是断路器内的传动装置。

其作用是通过传动机构传递过来的能量，带动断路器的导电杆的运动，从而使断路器的触头分断或者接通。

2、缓冲器

其作用是，在高压断路器的合闸活分闸过程中，在某些特定的位置，要求有规定的速度。

例如，当行程终了时，要求机构要于稳定停止；在分闸过程中，当达到最大速度时，必须对运动机构制动，以减小冲击。

缓冲器或称缓冲装置，则为机械制动元件，其主要作用是吸收机构运动的功能，使机构从高速运动状态平稳地到静止状态。

缓冲器共有油缓冲器、弹簧缓冲器和橡胶垫缓冲器三类。

其中，前两类应用于断路器内部，后一种应用于断路器的操动机构。

四、高压断路器的发展

随着电力系统运行电压的提高和断路器容量的不断扩大，对断路器的断流和灭弧性能提出了更严格的要求，出现了不同原理、多种形式的断路器，如：

多油断路器、少油断路器、真空断路器、SF6断路器、SP6断路器、SP6气体绝缘金属铠装全封闭组合电器（GIS）等，随着科技的发展，新原理、新材料、新工艺的应用和制造水平的提高，性能优越的断路器的应用将越来越广泛，如表1—1、表1—2所示。

从上述表1—1及表1—2中可看出：

（1）少油断路器全面减产。

126kV少油断路器减少20.37%；72.5kV少油断路器减少60%；40.5kV少油断路器减少72.85%（比上年减少534台）；10kV少油断路器减少57.65%（比上年减少4247台）。

少油断路器产量的逐年减少，反映了高压开关设备无油化为大势所趋。

表1—11988、1989年在同一电压等级中各类断路器所占比例（%）

电压（KV）55036325212672.540.5241227.5∕55

年份19881989198819891988198