第3章 发电机出口开关.docx
《第3章 发电机出口开关.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 发电机出口开关.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第3章发电机出口开关
第3章发电机出口开关
3.1发电机出口开关
3.1.1概述
断路器是用来自动切断故障电力电路的一种保护电器，当电路中发生短路过载，失压等不正常现象，能自动切断电路，或在正常条件下用来分、合电路。
断路器能切断很大的短路电流，因而是许多电源设备的主要保护电器。
断路器的种类很多，本发电厂发电机保护断路器是一种压缩空气断路器，它的型号为PKG2C。
PKG2C断路器被设计安装在主变和发电机之间，它的主要目的是保护发电机。
A．断路器包括：
①3相断路器极，②气动控制柜，③气动继电器和④空气连接管，⑤断路器电气控制柜。
B．压缩空气设备包括：
板（6）上装有两台压缩机（7），和压缩机控制柜（8）。
一个高压储气板（9）与一个储气罐（10），一个自动疏水装置（11）和一个减压阀（12）。
一些连接管。
C．制造承包商：
发电机断路器是PKG2C型。
它们由GECALSTHOM设计制造，在Villeur-banne工厂运输配置，法国专为沙角“C”厂设计。
3.1.1.1PKG2C断路器技术参数
额定最大电压21kV
额定电压范围功率因数K1
额定持续电流33.7kA
额定频率50Hz
额定全波冲击耐受电压170kV（峰值）
额定短路电流（对称的）180kA
规定失步开关额定电流80kA
额定分断时间5Cycles
最小分闸时间5Cycles
关合闭锁容量（峰值）509kA
额定关合电流（相应我国）
操作循环CO·30min·CO
正常操作压力33.4bar
最小操作压力30.0bar
三极断路器重量15600kg
温度警告装置：
上限警告温度：
85℃（185℉）
下限警告温度：
75℃（167℉）
操作机构：
合闸控制电压范围：
110V（dc）
分闸控制电压范围：
110V（dc）
压力开关整定：
-B1min33.2barmax.34.2bar
-B2min32.6barmax.33.6bar
-B3min30.0barmax.30.8bar
-B13min30.0barmax.30.8bar
3.1.1.2压力控制的刻度（巴）
见表3-1。
表3-1
3.1.1.3PKG2断路器操作持续时间
具有三相气动控制柜
（控制柜和控制汽动继电器之间的管子4米长，控制气动电器与相之间的管子4米长）
时间以毫秒（ms）表示。
合闸与分闸继电器的可能中间时间不予考虑。
3.1.1.4空气消耗量
空气消耗量测量通过读压力表获得，一个操作之后接近30秒稳定，断路器已经预先用压缩机充气到达标准压力，每个极由供气阀合闸隔离，（见压力刻度表）。
操作型式
断路器型号
S
R0
R和V
C（2单元）
C（三单元）
C
2巴
2巴
1.5巴
1.5巴
1.5巴
O
14巴
12巴
9巴
8巴
7巴
CO
15巴
13巴
10巴
9巴
8巴
图解值是近似值。
注意：
1bar=14.5Psi
3.1.2PKG2C断路器介绍
3.1.2.1极，交流电弧的熄灭（见图3-2）
这种压缩空气断路器有三个分开的相，被封闭在导体箱（37）之中，用垫子（57）对地绝缘，用延长套连接发电机和升压变压器。
在这个箱子的顶部准备一块可以移去的板（39），在它的底部准备一个便于检查的板（40），基础建在内装延伸滚子（56）的横梁上。
起重环（60）允许断路器的极被吊起。
左侧（32）和（33）允许主灭弧室和辅助灭弧室在分闸位置检查动触头。
在通道（30）和（31）中插入锁住棒能够将这些动触头锁住在分闸位置。
每个相包括：
在主灭弧室
（1）安装有消音器（19）、（21），在两端连接于安全有利的延长套（41）。
一个辅助灭弧室（9），与主灭弧室
（1）并联。
两个控制阀，一个合闸控制阀（17）和一个分闸控制阀（18）。
一个冷却系统（43）。
整个装置永远填充压缩空气，被两个绝缘支持（27）和（28）支撑着。
本断路器开断额定短路电流的能力为180KA，要切断这样大的短路电流，是一个值得慎重对付的问题。
本断路器采用压缩空气吹熄电弧，利用压缩空气与电弧紧密结合，加强电弧复合和扩散的消游离作用，使电弧电阻增加，使电弧压降增加，等于在电路串入一个大电阻，减小短
路电流，尤其要利用电弧自然过零的特点来熄灭电弧。
图3-1
图3-2
图3-2PKG2C型断路器总图说明表
代号
名称
1
主灭弧室
2
动触头
3
可控吹弧阀VS1
4
静触头
5
自动吹弧阀
6
绝缘外壳
7
动触头同侧储气室和VS1
8
静触头同侧储气室和VS2
9
辅助脱扣室
10
动触头
11
静触头
12
自动吹弧阀
13
绝缘外壳
14
插入电阻器
15
吹弧阀VS1
16
延时单元
17
合闸控制阀
18
脱扣控制阀
19
上部灭弧筒（与VS1同侧）
20
下部灭弧筒（与VS1同侧）
21
上部灭弧筒（与VS2同侧）
22
下部灭弧筒（与VS2同侧）
23
灭弧筒的过滤器（与VS1同侧）
24
灭弧筒的过滤器（与VS2同侧）
25
灭弧筒的放气器（与VS1同侧）
26
灭弧筒的放气器（与VS2同侧，辅助灭弧室的吹弧阀）
27
绝缘支座（与动触头和VS1同侧）
28
绝缘支座（与静触头和VS2同侧）
29
冷却系统的绝缘支座
30
绝缘管道（在至灭弧室检查动触头位置并为动触头锁定提供管道）
31
绝缘管道（在辅助灭弧室检查动触头位置，并为动触头锁定提供管道）
32
检查主灭弧室动触头位置的观察孔
33
检查辅助灭弧室动触头位置的观察孔
34
照明灯
35
照明系统（通过观察孔32和33观察）
37
极外壳
38
上部主面板（用于检查）
39
上部辅助面板（用于检查）
40
侧板（用手检查）
41
断路器与母线的连接延长套（联系发电机和升压变压器）
42
断路器与母线封闭外壳的连接延长套
43
冷却系统的辐射散热器
44
冷却系统支座管道
45
控制压缩空气温度的恒温器
46
合闸检查开关和控制装置
49
过滤器（辅助灭弧室吹弧）
50
电流互感器（发电机侧）
51
电流互感器（升压变压器侧）
55
支座
56
槽钢横梁内装延伸滚子
57
绝缘垫
58
通风散热器
59
电动循环系统
60
吊环
61
照明系统（35）和合闸检查开关（46）的接线端子
62
三个绝缘管道（一个合闸，一个分闸和一个供应压缩空气）
63
合闸控制管道
64
分闸控制管道
65
对极供应压缩空气管道
66
到气动控制柜的压缩空气管道
67
通用压缩空气管道
交流电流在每一周波内有两次自然过零，在电流自然过零时电源对弧隙停止输入能量，电弧自然暂时熄灭，这是熄灭电弧切断线路的最好时机。
在电流过零之后，弧隙中的过程是非常复杂的，存在电的作用和热的作用，是相互联系的电的矛盾（作用电压的恢复与介质强度的恢复）和热的矛盾（对弧隙输入的热量与从弧隙散失的热量）的发展过程。
如果热量输入不显著，则一方面弧隙介质强度不断增长，而另一方面触头两端的外加电压也不断地增加，如果介质强度增加的速度超过触头间外加电压的增长速度，电弧就在过零之后不会重燃，永远熄灭，反之，电弧就要重燃，这种电弧重燃的现象，叫做重击穿或电击穿，电流过零后，触头间不断上升的外加电压称为恢复电压。
电流过零后，弧隙仍处于高温状态，因此弧隙介质强度不高。
有时由于弧隙中残留有游离气体，弧隙间存在一定的残余电导。
假如剩余电导的数值足够大，在恢复电压的作用下，就会出现一定的剩余电流，对弧隙输入能量。
如果由剩余电流输入弧隙的能量大于由弧隙散失的能量，电弧也要重燃。
这种现象叫做热复燃。
如果在灭弧装置中加强消游离作用，使由剩余电流输入弧隙的能量小于弧隙散失的能量，使剩余电流无法维持，则电弧熄灭，不再重燃。
本断路器用压缩空气灭弧，当主灭弧室触头分开之际，在触头间产生强大的电弧，用压缩空气从中间向两端沿着电弧长度方向（轴向）吹弧，加强电弧的消游离作用，增大电弧电阻和电弧压降，等于在电路中串入一个大电阻，减小短路电流。
此后辅助灭弧室起作用。
当辅助灭弧室触头分开产生电弧，也用压缩空气沿着电弧长度方从中间向两端纵向吹向电弧，故谓之双向纵向灭弧。
这种灭弧方法效果很好，比横吹（径向）灭弧方法、单向纵吹灭弧方法的效果都强。
当电弧进入辅助灭弧室之后，最后又串入辅助电阻器，进一步加强消游离作用，在过零瞬间使电弧熄灭，不再重燃。
1．主灭弧室
电流流过静止部分和动触头部分之间，通过波形金属条构成的滑动触头环。
切断电流在柔性指形静触头组（4）与管形动触头
（2）之间进行，两者封闭在绝缘室（6）之中。
纵吹灭弧是打开两个吹弧阀产生的，一个阀（3）标记为VS1是被控制的，另一个阀标记为VS2是自动的。
辅助接点（46）接于接线板，显示断路器在合闸操作的最终位置。
2．辅助灭弧室
辅助灭弧室（9）位于主灭弧室下面，与主灭弧室并联。
它包括：
一个动触头（10）和一个吹弧阀VS1（15）及一个延时装置（16）。
一个静触头和自动吹弧阀（11和12）
一个电阻装置包括几个并列排着的元件，连接于消音器（22）。
剩余电流的切断在柔性指形触头组（11）与管形动触头组（10）之间采用双向纵吹灭弧的方法来完成；两者都放在绝缘封闭壳（13）之中。
双向纵向吹弧的产生：
开启吹弧阀VS1（15），让动触头管（10）排气吹弧，
自动吹弧阀VS2（12）在静触头一边排气吹弧。
延时装置（16）控制电阻器接入的时间。
3．阀门与消音器
在灭弧室的任一边，阀门VS1和VS2吹出的空气直接到消音器（19-20）和（21-22）。
两个控制阀（17）和（18）通过消音器（19-20）将空气排到大气。
消音器（19-20）向大气放气，通过过滤器（23）、绝缘支持（27）以及处于支持（27）两边的两个阀门（25）。
消音器（21-22）向大气放气，通过过滤器（24），绝缘支持（28）以及处于支持（28）两边的两个阀门（26）。
由阀门（12）吹出的压缩空气排到大气经过两个过滤器（49）、绝缘支持（28）和两个阀门（26）。
值得注意的是两个消音器承载着正常额定电流时动触头
（2）和静触头（4）一直与接线端（41）连接着。
4．冷却系统
冷却系统设置在外壳（37）之上，包括两组由独立的风扇（58）冷却的散热器（43）和加速压缩空气循环的电动风扇（59）。
每组散热器做成肋管散热束，与灭弧室内部交流通过两个管子（44）和两个绝缘支持（29）。
温度监测装置（45）指示任何位置压缩空气不正常的温升。
3.1.2.2气动控制柜
断路器的极通过一个气动继电器和连接管被三相气动控制柜气动控制。
气动控制柜包括（图3-3）。
气动闭锁装置
（1）备有2个分闸电磁阀
（2），一个合闸电磁阀（3），一个手动分闸装置（4），一个手动合闸装置（5），一个压力表（6），和一个排气阀（7）。
一个安全阀（8）。
断路器极的压缩空气控制的四个压力开关（9）。
一个辅助切断开关（10）以及一个位置指示器（11）。
一个储藏室的锁定棒（12）。
3.1.2.3断路器的电气控制柜（图3-4）
这个控制柜由两部分组成，它包括一切电气设备，控制控钮，光讯号，继电器，加热器等。
断路器控制部分有下列各项：
2位开关（-S5）（“就地控制”，“远方控制”），
2位开关（-S6）（“手动、自动”操作）控制散热器，
2位开关（-S7）选择循环风机（1组或2组），
合闸按钮（-S3），
分闸按钮（-S4），
加热器电源显示灯（-H1）
断路器操作计数器（-P1）。
3.1.3压缩机装置
见气动图3-1、图3-5和图3-6。
供应压缩空气的压力达255巴，通过减压装置供给断路器（周围循环）压力为34巴。
3.1.3.1压缩机（见图3-6）
BECKER压缩机，SV300/250是一个四级汽缸的压缩机，带空气冷却，由电动机驱动，有柔性靠背轮连接和自动疏水系统。
3.1.3.2压缩机起动柜（图3-8）
这个柜子适用于压缩机的自动、监视和设备保护。
在门上，由外看，下列部分是对应的：
二位开关（-S50）压缩机的选择开关，
压缩机（+Q60）的操作开关（-S60）“自动——停止——试验”
压缩机（+Q70）的操作开关（-S70）“自动——停止——试验”
压缩机（+Q60）的手动疏水按钮（-S65），
压缩机（+Q70）的手动疏水按钮（+S75），
压缩机（+Q60）的起动计数器（-P60），
压缩机（+Q70）的起动计数器（-P70），
图3-3
图3-4
图3-5
图3-6
图3-7
图3-8
压缩机（+Q60）的时间计数器（-P61），
压缩机（+Q70）的时间计数器（-P71），
消除故障按钮（-S56），
试验灯按钮（-S55），
压缩机（+Q60）电流表（-P65），
压缩机（+Q70）电流表（-P75）。
3.1.3.3减压阀和高压储气罐（见图3-5、7和9）
支架
（1）支撑储气球（R1）
（2），
高压容器的自动疏水装置（3）通过隔离阀（V3）配装在球的底部，凝结水被排到污水集合器。
由压缩机出来的压缩空气流程，减压阀（4）包括，第一路排充到隔离阀（V6），3个高压开关（-B30，B31，B32）到一个压缩机起动监视器和压力表（MHP），
第二路安装一个安全阀（SSHP），监视储气球的压力，
一个隔离阀（V4），
一个过滤器（F1），
一个高压放气阀（DV2），
一个减压电磁阀（-Y4），
一个低压隔离阀（V5），
一个低压放气阀（DV3），
一个动作计数器（-P4）（图3-9）（充气操作次数）。
3.1.4主灭弧室和辅助灭弧室的操作
元件图（图3-10）表示：
主灭弧室动触头和辅助灭弧室动触头处在合闸位置；
阀门（控制阀和吹弧阀）合闸，在待动作位置。
3.1.4.1分闸操作
1．跳闸控制阀的分闸操作（双位阀）
由气动控制板（在气动控制柜内）接收到分闸冲击，管道（9b）变得充满压缩空气。
首先，在管道（9b）中的压缩空气作用在分闸控制阀的活塞（31）上，引起：
两个滑动阀（32，36）分开；
在开口（38）处压力停止建立；
结果，管道（33）、（34）和（37）通向大气。
阀（32、36）立即打开，在两个灭弧室操作所需的时间内在空间（101）的压缩空气变为操作和保持阀（32、36）在分开位置。
当空间（101）通过开口（102）通向大气，压缩空气的压力消失。
在脱扣冲程末了，被阀（40）闭锁在空间（39）中的压缩空气产生对脱扣控制阀的阻尼动作。
其次，在管道（9b）中的压缩空气经过管道（92）通过阀（108）被（109）阻住不致放到大气，作用在合闸控制阀活塞（85）的后面，对于重新关闭和锁住滑阀（86）以及准备分闸所必须的气动路线。
快速关闭合闸控制阀（当脱扣脉冲发出时）这样使合闸之后，马上跳闸是可以实现的（CO操作过程）。
2．在主灭弧室中控制吹弧阀VS1的分闸
由于脱扣控制阀的分闸导致管道（33）压力下降，通过滑动阀（50）上的开口（43）与滑动阀体上开口（44），使吹弧阀VS1活塞前面压力降低。
通过管道（45），压缩空气压力作用在活塞后面，使阀VS1分开。
吹弧道（46，54）通过气孔（47）向大气吹弧。
在行程终端，VS1的活塞阻塞开口（44）关闭，在密闭空间形成空气压力对VS1产生气动阻尼动作。
3．在主灭弧室自动吹弧阀VS2的分闸
由于阀VS1打开使吹弧道（46，54）中的压力下降，通过滑动阀体上的孔（55）使吹
图3-9
图3-10
弧阀VS2活塞前面的压力下降。
经过管道（56）的压缩空气作用在活塞的后面，打开VS2。
因此吹弧道（54）经过通风孔（57）将气排向大气。
吹弧道（46，54）两端通向大气压。
一个双向纵向吹弧在主灭弧室动触头开口之间进行。
在行程末了，在阀VS2周围和阀体之间的封闭空间的压缩空气构成对阀VS2的阻尼动作。
4．主灭弧室动触头的分闸
由于分闸控制阀分闸导致管道（34）中的压力下降，反应作用在动触头活塞的前面。
活塞被作用在它后面的压力推动，触头分开。
移动触头所需的空气流由管道（67，67a）提供，而管道（67，67a）的气流通过合闸控制阀中开口（87）一直由动触头曳漏阀（75）控制。
在行程末了，管道（34）中的孔一下被活塞（65）阻断了，处在活塞前面空间的压缩空气被阀（69）阻住了，构成对动触头的阻尼动作。
在上述触头分离处，封闭在灭弧室内的压缩空气分头双向纵吹灭弧。
空气分头通过阀VS1、管道（46）和阀VS2、管道（54）排出。
5．辅助灭弧室控制吹弧阀VS1的分闸
由于分闸控制阀的分闸导致管道（37）和空间（110）中压力下降，通过开口（111）和重合滑动阀（150）上的开口与滑动阀体上的开口（144），影响吹弧VS1活塞前面压力降低。
当通过管道（145）的压力作用在活塞的后面，打开阀VS1。
吹弧道（71）通过排气口（147）向大气排气吹弧。
在行程未了，阀VS1的活塞封住开口（144），密闭空间的空气压力因此形成对阀VS1的气动阻尼动作。
6．辅助灭弧室中自动吹弧阀VS2的分闸
由于辅助灭弧室中吹弧阀VS1的分闸导致吹弧管道（71）中的压力下降，通过滑动阀（97）上的开口（106）和在滑动体上的开口（94）影响吹弧阀VS2（93）活塞前面空间（104）的压力下降。
当压力通过管道（95）作用在VS2活塞的后面，打开阀VS2（93），吹弧道（71）因此通过孔（96）向大气排气吹弧。
因此吹弧道（71）两端通向大气，双向纵吹灭弧在辅助灭弧室动触头开口处形成。
7．辅助灭弧室动触头的分闸
通过延时阀（112）使辅助灭弧室动触头的分闸在主灭弧室动触头分闸之后。
分闸控制阀分闸引起管道（37）和空间（110）中的压力下降，通过管道（113）反应到延时阀座（112）的面上。
通过漏气延时孔（115）使空间（114）的压力下降之后，延时阀（112）被通过开口（116）的压力作用在的活塞上分闸。
当延时阀（112）分闸，通过管道（113）、空间（110）、管道（37），管道（117）中压力下降，直接反应到动触头活塞的前面。
压力作用在活塞的后面，驱动活塞，使触头分开。
驱动触头所需的空气流，由管道（67，67b）供给，通过合闸控制阀的开口（87）和动触头开口（68）。
在行程末了，密闭在动触头周围和汽缸底部之间空间的压缩空气形成对动触头的气动阻尼动作。
在上述触头分开处，被串入电阻器（201）减少的电流，在封闭的灭弧室内被压缩空气双向纵吹灭弧所熄灭。
压缩空气通过吹弧道（71）、辅助灭弧室吹弧阀VS1及风口（147）排到大气，同样另一端通过自动吹弧阀VS2（93）及风口（96）排出。
8．分闸控制阀的闭合
一个分闸冲击之后，管道（9b）由气动控制板通向大气，结果作用于活塞（31）上的气动冲击消失。
压缩空气通过阀（40）进入空间（39），作用于滑动阀（32）的端部，形成重新关闭的能量。
弹簧（41）的力变为增加的气动关闭的能量。
控制阀一旦关闭：
通过开口（38），气压在管道（33，34）中建立；
通过（100，102），气压在管道（37）、空间（110）和管道（113，117）中建立。
通过开口（100）气压在空间（101）中建立。
9．主灭弧室控制吹弧阀VS1的自动闭合
阀VS1的分闸被滑动阀（50）延时，滑动阀（50）被作用在活塞（51）上的压力推动。
这种动作通过调节孔（48）延缓空间（49）的放气而延时。
随着滑动阀（50）运动，其上的开口（43）被阻塞，通道（52）和开口（44）连通，气压再加于阀VS1活塞的前面。
以相等的压力作用在VS1活塞的两边，反力弹簧（53）变为操作力，使阀VS1重新合闸。
压力一旦平衡，滑动阀（50）被弹簧力拉回，回到原来位置。
10．主灭弧室自动吹弧阀VS2的自动重合闸
阀VS2的分闸被滑动阀（58）延时。
滑动阀（58）是被作用在活塞（59）上的压力所推动。
这个运动被延时空间（61）所延时，它是通过调节孔（60）缓慢放气延时的。
随着滑动阀（58）运动，开口（55）被堵住，当环形通道（62）和VS2活塞前面再度受到压力时，以相等的压力作用在VS2活塞的两边，反回弹簧（63）变为操作力，阀VS2重新合闸。
随着压力平衡，滑动阀（58）被它们弹簧拉回，回到它的原来位置。
两个阀门VS1和VS2重新合闸，压力在吹弧道（46，54）中再建立。
11．辅助灭弧室控制吹弧阀VS1的自动闭合
阀VS1的分闸时间被滑动阀（150）延时。
滑动阀（150）被作用在活塞（151）上的压力所推动。
这个运动被装有调节孔（148）延缓空间（144）的放气所延时。
随着滑动阀（150）的移动，孔（143）被阻塞，通道（152）与开口（144）接通，阀VS1的活塞前面再度施压。
以相等压力作用在阀VS1汽缸的两边，反回弹簧（153）变成操作力，阀VS1重新关闭。
压力一下变为平衡，滑动阀（150）被它的弹簧拉回，回到原来位置。
12．辅助灭弧室自动吹弧阀VS2的自动闭合
吹弧阀VS2（93）的分闸时间被滑动阀（97）延时。
滑动阀（97）被通过管道（98）作用在它的活塞后面的压力所推动。
这个运动被延时空间（99）通过校正孔（103）缓慢放气所延时。
随着滑动阀（97）的运动，开口（94）被封住，管道（105）的开口被疏通。
环形空间（104）经过管道（98，105）再受压，阀VS2（93）活塞两边压力均衡，反回弹簧变为操作力，阀VS2重合闸。
压力一旦变为均衡，滑动阀（97）被它的弹簧拉回原位。
脱扣控制阀和吹弧阀VS2（93）重新闭合，压力再在弧道中建立。
13．辅助灭弧室脱扣延时阀自动闭合
空间（110）的压力反作用在空间（119），
通过阀体上开口（118）与阀连通，
经过通道（113）和开口（115），活塞两边压力相等，反回弹簧变为操作力，脱扣延时阀闭合。
3.1.4.2合闸操作
1．合闸控制阀的脱扣
由气动控制装置接收到合闸脉冲，压力在管道（9a）中建立。
在管道（9a）中的压缩空气推动合闸控制阀的活塞（85），引起：
滑动阀（86）分闸，
开口（87）处压力建立停止，
因此，管道（67，67a，67b）通向大气。
在行程末了，在空间（88）中的压缩空气被阀（66）封住，构成对合闸控制阀的气动阻尼动作。
2．主灭弧室动触头合闸
由合闸控制阀的开启导致管道（67a）中压力下降，反应到动触头活塞（65）的反面，活塞被作用在它前面的压力推动，触头合闸。
移动触头所需的空气流由管道（34）供给，经过分闸控制阀开口（38）和动触头阀（69）。
在行程末了，一旦管道（67a）的开口被活塞（65）阻塞，闭塞在活塞后面空间的压缩空气被阀（75）阻住，形成对动触头的气动阻尼动作。
3．辅助灭弧室动触头合闸
辅助灭弧室动触头合闸在主
升级会员 