高压断路器及其操动机构检修

山东省电力学校编写教材 高高压压断路器断路器 及其操作机构及其操作机构检检修修 山东省电力学校 山东省电力学校编写教材 1 前前 言言 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 山东省电力学校编写教材 2 目目 录录 第第一一章章 高高压压断断路路器器及及操操作作机机构构 5 5 第第一一节节 高高压压断断路路器器概概述述 5 5 第一单元 高压断路器主要作用 5 5 第二单元 高压断路器基本结构 5 5 第三单元 高压断路器主要组件结构原理 8 8 第四单元 高压断路器操动机构 1 12 2 第第二二节节 高高压压断断路路器器的的参参数数及及常常用用术术语语 1 16 6 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 第第三三节节高高压压断断路路器器的的分分类类及及特特点点 2 22 2 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 S SF F6断路器 第五单元 S SF F6全封闭组合电器 31 第第四四节节操操动动机机构构的的分分类类及及特特点点 3 35 5 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 第第二二章章真真空空断断路路器器 第第一一节节真真空空及及特特点点 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 第第二二节节真真空空断断路路器器概概述述 第一单元 真空断路器的特点 山东省电力学校编写教材 3 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 第第三三节节 真真空空断断路路器器的的操操动动机机构构 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 第第三三章章 真真空空断断路路器器检检修修 第第一一节节 真真空空断断路路器器的的维维修修与与安安装装调调试试 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 第第二二节节 Z ZN N2 28 8 1 10 0 型型真真空空断断路路器器及及 C CD D1 17 7型型电电磁磁操操动动机机构构检检修修 第一单元 Z ZN N28 10型真空断路器的结构及工作原理 第二单元 C CD D17型操动机构和工作原理 第三单元 Z ZN N28 10型真空断路器的 检查 维修与调整 第四单元 C CD D17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 第第三三节节C CD D1 10 0型型电电磁磁操操动动机机构构检检修修 第一单元 C CD D10型电磁操动机构 组成及工作原理 第二单元 C CD D10型电磁操动机构检修 第三单元 C CD D10型电磁操动机构的常见故障及处理 第第四四节节C CT T8 8型型弹弹簧簧操操动动机机构构检检修修 第一单元 C CT T8型弹簧操动机构的结构及工作原理 山东省电力学校编写教材 4 第二单元 C CT T8型弹簧型电磁操动机构特点 第三单元 C CT T8型弹簧型电磁操动机构检修 第四单元 C CT T8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 山东省电力学校编写教材 5 第第一一章章 高高压压断断路路器器及及操操动动机机构构 第第一一节节 高高压压断断路路器器概概述述 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 I IE EC C 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 第第一一单单元元 高高压压断断路路器器主主要要作作用用 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 第第二二单单元元 高高压压断断路路器器基基本本结结构构 一一 高高压压断断路路器器的的基基本本结结构构 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 山东省电力学校编写教材 6 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 二二 对对断断路路器器的的工工作作要要求求 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 开断元件 支撑绝缘 底 座 传动元件 操动机构 山东省电力学校编写教材 7 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 三三 高高压压断断路路器器的的产产品品和和含含义义 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 1 SN4 20G 8000 3000 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 2 KW4 300 1500 15000 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 3 LW7 220W 3150 15000 代表 户外六氟化硫断路器 设计序号7 额定 山东省电力学校编写教材 8 电压 220KVA 额定电流 3150A 额定断电容量 15000MVA 例 4 ZN5 10 1000 20 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 第第三三单单元元 高高压压断断路路器器 主主要要组组件件结结构构原原理理简简介介 一一 灭灭弧弧装装置置 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 二二 高高压压断断路路器器的的绝绝缘缘结结构构 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 三三 高高压压断断路路器器导导电电触触头头 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 一一 按按触触头头所所处处的的位位置置分分为为 1 静触头 即在分 合闸操作时固定不定的触头 山东省电力学校编写教材 9 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 二二 按按触触头头的的实实用用结结构构可可分分为为 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 四四 高高压压断断路路器器机机械械传传动动方方式式和和变变直直结结构构 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 五五 密密封封圈圈的的行行式式 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 山东省电力学校编写教材 10 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 图图 1 1 2 2 一一条条 O O 条条密密封封垫垫及及多多条条 O O 条条密密封封垫垫 1 几座 2 环 3 V 型圈 4 压环 5 活塞杆 图图 1 1 3 3 V V 型型密密封封圈圈用用作作单单向向密密封封 图图 1 1 4 4 两两组组背背对对背背 V V 型型密密封封圈圈 1 弹簧 2 密封面 3 盖板 4 轴 5 骨架 图图 1 1 5 5 轴轴用用骨骨架架油油封封结结构构 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 山东省电力学校编写教材 11 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 图图 1 1 6 6 自调芯轴向油轴结构自调芯轴向油轴结构 图图 1 1 7 7 卡套接头结构卡套接头结构 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 t t1 1 t t2 2 t t3 3三处都留有 1 1 2mm2mm 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 山东省电力学校编写教材 12 第四单元第四单元 高压断路器操动机构高压断路器操动机构 一 操动机构的产品型号含义一 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 12345 山东省电力学校编写教材 13 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 能源操动 机构 传动 机构 提升 机构 触头 分合 命令 分合 指示 分合 指示 缓冲 器 山东省电力学校编写教材 14 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 1 1988 1989 年在同一电压等级中各类断路器所占比例 电压 KV 550 363252 126 72 5 40 5 24 12 27 5 55 年份1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 1988 1989 SF6 断路器 100 100 100 100 84 10 81 68 58 32 66 76 16 06 89 64 30 40 47 29 78 85 60 7 58 9 91 少油断路器 15 9 1 8 32 41 68 33 24 83 94 10 36 10 99 3 38 21 15 40 8 82 3 69 多油断路器27 99 19 09 3 89 2 96 真空断路器30 63 30 25 79 7 83 44 100 100 表 1 2 1999 年各类断路器产品产量 产量 电压 kV550 363 252 126 72 5 40 5 24 12 27 5 55 类别 SF6断路器 台 42 38 767 1209 398 2787 15 8373 11 40 660 1058 22 2028 41 6334 少油断路器 台 172 602 46 199 10 3120 125 756 115 733 11 7367 多油断路器 台 1125 2496 1867 3247 真空断路器 台 1783 70463 342 2043 66228 423 密封式组合电器1 42 645 25 GIS 间隔 5 8 94 450 敞开式组合34 60 电器 组 2 27 金属封闭开关3775 72219 设备 台 3936 66704 住住 内的数字为 内的数字为 19981998 年年 208208 个企业高压断路器产量的统计数据个企业高压断路器产量的统计数据 2 多油断路器 40 5kV 多油断路器 1999 年产量下降 12 73 12kV 多油断路器产 量下降 23 13 40 5kV 多油断路器产量下降是受户外 SF6 和户外真空断路器反发展的影响 12kV 多油断路器产量下降是真空和 SF6 柱上断路器的迅速发展和普及的必然结果 3 12kV 真空断路器比 1998 年增长 6 39 增长幅度远小于上年的 32 65 16300 台 且其真正增长的是户外真空断路器 柱上真空断路器 表 1 1 为 1998 1999 年不同电压等级中各类断路器所占的比例 从表中可以看出 1999 年度除 252kV 等级外 少油断路器所占比例均大幅度减少 40 5kV 级真空断路器所占比例基本与上年持平 SP6断路器所占比例增加明显 比上年增 山东省电力学校编写教材 15 长 16 89 少油和多油断路器所占比例减幅较大 在 12kV 产品中只有少油断路器减幅较 大 减少 5 13 其余产品变化较小 由表 1 2 可以看出 SP6 断路器市场中压产品增幅稍大 高压产品数量比较稳定 少 油断路器 252kV 增长纯属特制 其余电压等级都在减少 对六种特性断路器的性能列出 22 项分别进行对比 如表 1 3 所示 表 1 3 六种断路器的性能对比 特 性 类 型多油式 少油式 压缩空气式 真空式 SF6 GIS 1 电压等级 kV 10 220 10 330 110 1150 10 35 10 1150 35 500 2 最大开断电流 kA 20 以下 40 以下 50 以下 40 及以下 60 以下 60 以下 3 单断口电压水平 kV 55 55 110 154 62 5 122 5 40 5 250 550 250 4 城网改造中地位 不宜用 不宜用 不能用 可大用 可大用 可大用 5 农网中地位不宜用 可用 不能用 可大用 可用 可用 6 占地 面积和空间 大 较大 大 小 小 很小 7 能否发展成 GIS 不能 不能 不能 能 能 8 能否快速重合闸 不能 能 能 能 能 能 9 连续多次开断能力 不能 有限次数 十几次 8 50 次 6 20 次 20 次 10 燃弧时间长 长 短 短 短 短 11 能否频繁操作 不能 不能 能 能 能 能 12 切电容器过电压 较高 要加压油活塞 低 低 低 低 13 切电抗器过电压 高 高 低 低 14 噪音 较大 较大 特大 小 较小 较小 15 有无火灾危险 有 有 无 无 无 无 16 加工要求 低 低 高 低 很高 很高 17 产品积木式 不能 能 能 能 能 能 18 运输 不方便 方便 方便 很方便 方便 方便 检修周期 检修周期 检修周期 19 检修 很不方便 不方便 很不方便 10 年 很 10 15 年 10 20 年 方便 较小不方便 检修不方便 20 维修 麻烦 较麻烦 麻烦 简单 麻烦 麻烦 21 价格 便宜 便宜 最贵 较高 较高 高 已淘汰 使用最 在 10 高压 超 高压 超高 但运行中很 多 但已 已停止 35kV 中将 高压都在 压都在发展 22 发展趋势 多 35kV 级 停止发展 发展 成为主要 发展 有 有广阔的 仍需生产 发展产品 广阔前途 使用前途 优胜劣汰 这是自然法则 断路器的发展历史也是这样 性能优越 价格适中 方便 耐用的产品会得到用户的青眯而具有发展前途 而与此相反的产品则前景暗淡 终将面临 被淘汰的命运 使用中的断路器同其他电气设备一样 由于所用设备材料的磨损及劣化而需要更换 各部件之间相对位置的变更超出允许范围就需要进行调整 传动部分的润滑剂也要及时添 加 总之 为保证断路器的性能而必须进行定期的维护和检修 更有断路器一般动作频繁 山东省电力学校编写教材 16 零部件多 所用的材料品种也多 机械结构比其他输变电设备如变压器 互感器 避雷针 等更多复杂 导致它造成故障的原因 机率和部件也就比其他电气设备多 再加之由于安 装 调试和维护中存在的问题和制造中留下的缺陷等都构成故障发生的原因 第二节第二节 高压断路器参数及常用术语高压断路器参数及常用术语 第一单元第一单元 高压断路器主要参数高压断路器主要参数 高压断路器的特性和工作性能 可用它的基本参数来表征 一 主要额定参数一 主要额定参数 1 额定电压 额定电压是保证断路器正常长期工作的电压 产品铭牌上表明的额定电压为正常工作 的线电压 我国采用的额定电压等级有 3 6 10 20 35 66 110 22 33 500 750 kV 等 括号中的数值为用户有要求时使用 额定电压决定着断路器的绝缘尺寸 对于 35kV 以上 几乎是决定它的结构尺寸 同时 也决定断路器的熄弧条件 2 最高电压 考虑到输电线始端与末端的电压可能不同 以及电力系统调压的要求 因此 对电器 又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压 断路器应能长期在此电压下正常工作 我 国采用的最高电压有 3 6 7 2 12 24 40 5 72 5 126 123 252 245 363 550 800 1200kV 括号中的数值为用户有要求时使用 3 额定电流 额定电流是断路器可以长期通过的最大电流 电器长期通过额定电流时 其发热温度 不会超过国家标准 我国目前所采用的额定电流标准有 200 400 630 1000 1250 1600 2000 2500 3000 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000A 括号内数字尽量不采用 它们只适用于老产品 额定电流决定电器的发热 因而也将决定导电回路的尺寸和断路器触头的尺寸 4 额定电路开断电流 额定电路开断电流为在规定条件下 断路器能保证正常开断的最大短路电流 规定条 件 包括恢复电压参数 非周期分量比重 短路功率因数等 都应符合标准规定 通常 断路器开断电流时还包括分周期分量 所以一般情况下额定短路开断电流是用触头分离瞬 山东省电力学校编写教材 17 间电流交流分量有效值和直流分量百分数来表示的 若直流分量不超过 20 则额定开断 电流仅以交流分量有效值表示 并简称为额定短路电流值 即 6 3 8 10 12 5 16 20 25 31 5 40 50 63 80 100kV 5 额定短时耐受电流 额定短时耐受电流即额定热稳电流 为在规定的使用和性能条件下 在额定短路持续 时间内 机械开关在关合位置时能承载的电流有效值 额定短时耐受电流等于额定短路开 路电流 额定短时耐受电流即可理解为断路器在某一规定时间内允许通过的最大电流 它表明 断路器承受短路电流热效应的能力 6 额定峰值耐受电流 额定峰值耐受电流即额定动稳定电流 为在规定的使用和性能条件下 机械开关在合 闸位置时能承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值 其后短时耐受电流持续时 间不应大于 0 3s 额定峰值耐受电流标准值等于 2 5 倍额定短时耐受电流 并且等于额定短路关合电流 额定峰值耐受电流表明断路器在冲击短路电流作用下 承受电动力的能力 其值由导电 和绝缘等部件的机械强度所决定 7 额定短路持续时间 机械开关在合闸位置时能承载额定短时耐受电流的时间间隔 220kV 及以上机械开关的额定短路持续时间为 2s 110kV 以及下为 4s 负荷开关为 2s 和 4s 8 额定操作顺序 操作顺序是指在规定的时间间隔内 一连串规定的操作 额定操作顺序分为两种 一种 为自动重合闸操作顺序 即 合分 t 合分 为无电流时间 取 0 3s 或 0 5s t 为 180s 另一种为非自动重合闸操作顺序 即分 t 合分 t 合分 通常 t 取 15s 断路器的 开断能力与操作顺序相对应 二 主要调整参数二 主要调整参数 1 总行程 在分 合操作过程中 断路器动触头从起始位置到终止位置的距离 2 超行程 山东省电力学校编写教材 18 合闸操作中 断路器触头接触后动触头继续运动的距离 3 分闸速度 断路器在分闸过程中动触头的运动速度 实施时常以某尽量小区段的平均值表示 4 触头刚分速度 断路器分闸过程中 动触头与静触头分离瞬间的运动速度 测试有困难时 常以刚分后 10ms 内的平均值表示 5 合闸速度 断路器合闸过程中 动触头的运动速度 实施时 常以某尽量小区段的平均值表示 6 触头刚合速度 断路器合闸过程中 动触头与静触头接触的运动速度 测试有困难时 常以刚合前 10ms 内平均值表示 7 合闸时间 处于分闸位置的断路器 从合闸回路通电起到所有极触头都接触瞬间为止的速时间间隔 称为合闸时间 除非另有说明 合闸时间就是直到主弧触头都接触瞬间的时间 根据 GB3309 高压开关设备常温下的机械实验 合闸时间是从合闸命令开始到最后一级的弧触 头接触瞬间的时间间隔 在以前的有关标准中 合闸时间又称为固合时间 8 分闸时间 断路器分闸时是从接到分闸指令开始到所有极的弧触头都分离瞬间的时间间隔 根据脱 扣方法的不同 具体定义如下 1 对用任何形式辅助动力脱扣的断路器 分闸时间是处于合闸位置的断路器从分闸 脱扣器带点瞬间起到所有各极的弧触头均分离瞬间为止的时间间隔 2 对用主回路电流而不借助任何形式的辅助动力脱扣的断路器 分闸时间是处于合 闸位置的断路器从主回路电流脱扣器动作电流的瞬间起到所有各极弧触头均分离瞬间为止 的时间间隔 在以前的有关标准中 分闸时间又称为固分时间 从电力系统对开断路器电流的要求看希望分闸愈快愈好 即分闸时间越短越好 9 全开断时间 全开断时间是从开关接到分闸指令瞬间起到各极电弧最终熄灭时为止的时间间隔 实际 上 全开断时间等于断路器的分闸时间和燃弧时间之和 如图 1 10 所示 山东省电力学校编写教材 19 短路 t0 断路器 接到 t 电弧熄灭 预击穿 t3 触头 t4 触头 t5 电弧 开始 开断命令 接触 分开 熄灭 t0 继电保护动作时间 t 断电器全分析时间 自动重合闸的无电流间隔时间 t3 t4 j 金属短接时间 t5 燃弧时间 图图 1 1 1010 自动重合闸操作时的有关时间自动重合闸操作时的有关时间 10 开分合闸同期性 开关合时各极间及 或 同一级各断口间的触头接触瞬间的最大时间差异 11 开关分闸同期性 开关分时各极间及 或 同一极各断口间的触头分离瞬间的最大时间差异 12 自动重合闸时间 开关分后经预定时间自动再合闸的操作顺序称自动重合闸 重合闸作中 从接到分闸指 令瞬间起到所有极的动 静触头都重新接触瞬间额时间间隔为重合闸时间 13 无电流时间 在自动重合闸过程中 从断路器所有极的电弧最终熄灭起到随后重合闸时任一极首先通 过电流为止的时间间隔 14 金属短接时间 在合闸操作过程中 从首合极各触头都接触起到随后的分闸操作时所有极中弧触头都分 离瞬间的时间间隔 金属短接时间的长短要满足断路器自卫能力的要求 原则上应大于其 分闸时间和预击穿时间之和 15 油断路器的燃弧距离和引弧距离 燃弧距离是指静触头端部 或引弧环端面 至第一个横吹的距离 对灭弧室的灭弧性能 影响很大 该距离一般由两部分组成 一是灭弧室横吹喷口本身的结构尺寸 即固有尺寸 二是静触头端部至第一片灭弧片上部的油间隙尺寸 它是可以调整的 检修中应保证这一 尺寸符合标准 在纵吹灭弧室中 从结构上讲没有确切的燃弧距离 而把这一尺寸称为引 弧距离 在安装和检修断路器时应调整使其符合标准要求 对于不同电压等级的断路器 其基本参数也有所不同 咧如 对于 63 220kV 电压等级 要表明额定雷电冲击电压 对于 330kV 及以上电压等级 还要加标额定操作冲击耐压水平 山东省电力学校编写教材 20 对于有特殊要求的 应标明额定线路充电开断电流 额定电缆充电开断电流 额定电容 器开断电流等参数 第二单元第二单元 常用术语常用术语 1 复燃 断路器在开断过程中 在电流过零且熄弧后 在 1 4 工频周期以内触头间非剩余电流的 电流重现 2 重燃 断路器在开断过程中 在电流过零且熄弧后 在 1 4 工频周期以上时间内触头间非剩余 电流的电流的重现 3 燃弧时间 在断路器分闸的过程中 从电弧产生起 致电弧最终熄灭为止 其间所经过的时间 4 动合触头 常开触头 当断路器的主触头合时闭合而主触头分时断开的控制触头或辅助触头 5 动断触头 当断路器的主触头合时断开而主触头分时闭合的控制触头或辅助触头 6 自能灭弧室 主要利用电弧本身能量灭弧的灭弧室 7 外能灭弧室 主要利用外加能量灭弧的灭弧室 8 空气垫 油断路器灭弧室中油面下储存空气的小室 用以改善灭弧性能 9 防跳装置 在合闸操作中 只要引起合闸操作的操动机构仍保持在闭合的位置 如果由于某种原因 使断路器分闸 也能再合闸的保护装置 10 脱扣器 与断路器机械连接的一种装置 用它来释放保持装置以使开关分或合 11 自由脱扣开关装置 山东省电力学校编写教材 21 当合闸操作起始后需要立即转为分闸操作时 即使合闸指令继续保持着 其动触头也能 返回且分闸装置的开关装置 12 首开相因数 三相电力系统中 三相短路第一相开断后 在断路器安装处的完好相和另外两短路相之 间的工频电压与短路消除后用一处相电压之比 13 真空寿命 用以衡量真空灭弧室自出厂之日起 经运输 存放 安装和运行过程中 其内部真空度 是否在允许工作的最低真空度之内 14 机械寿命 断路器自出厂之日起的机械动作次数 完成一个分合即算一次 一般可达 10000 次以上 15 电寿命 断路器在额定短路电流下的开断次数或者是在额定工作电流下的开断次数 山东省电力学校编写教材 22 第三节第三节 高压断路器分类及特点高压断路器分类及特点 高压断路器按不同的方法分类 其种类也各不相同 一般按其采用的灭弧介质及作用 原理分类 可以分为以下几种类型 第一单元第一单元 油断路器油断路器 采用油作为灭弧介质的断路器称为断路器 断路器中的油除了作为灭弧介质外 还作为触头开断后的弧隙绝缘以及带电部分与接 地外壳之间的绝缘介质 称为多油断路器 油只作灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质 而带电部分对地之间的绝缘采用瓷介 质 则称为少油断路器 少油断路器的用油量少 体积也相应要小 耗钢材也少 例如 SW6 220 型少油断路器 的三相油重只有 800kg 而 DW3 220 型多油断路器的油重达 4800kg 所以 目前我国 110kV 及以上电压等级的多油断路器已停止生产 运行多年的也几乎全部淘汰更新 经过城网和 农网改造以后 我省已基本完成无油化改造 在其他省市使用的 10kV 电压等级的断路器中 油断路器的品种和数量赤极为有限 只有 35kV 的多油断路器仍在少量生产和使用 其主要 型号如表 1 4 所示 表表 1 41 4 35kV35kV 多油断路器的主要型号多油断路器的主要型号 序号 型号 配用操动机构型号 序号 型号 配用操动机构型号 1 DW1 35D G CD2 40 3 DW8 35 CD11 X 2 DW2 35 R CD3 X 1 4 DW13 35 一 多油断路器一 多油断路器 多油断路器之所以还有一定的市场 主要是结构简单 以 35kV 的 DW2 35 型为例 每相 有两个断口 可靠性高 结构简单 运行单位易于掌握 对气候的适应性较强 可以安装 套管式电流互感器配套性好 另外 其价格低廉 既有相当的吸引性 当然 它的缺点也 是明显的 用油量多 消耗金属材料多 体积庞大 维修工作量大 再者 其分闸 合闸 山东省电力学校编写教材 23 速度低 动作时间长 开断电流较小 只适宜在离电源点较远的边远地点使用 多油断路 器的基本结构可以 DW2 35 型为例说明每相由高压电容套管 套管式电流互感器 静触头 灭弧室 导电衡梁 提升杆 传动机构 油箱 框架和操动机构等部件组成 三相为分箱 式结构 如图 1 11 所示 1 放油阀 2 动触头 3 导向管 4 套管式电流互感器 1 螺母 2 防雨罩 3 排气阀盖 4 铝帽盖 5 铝帽 5 油位指示计 6 传动机构 7 电容套管 8 油箱盖 6 接地端 7 喇叭形基座 8 灭弧室玻璃钢筒 9 灭弧单元玻 9 油平面 10 灭弧室 11 油箱 12 电容器 璃钢筒 10 动触杆 11 中间触头 12 17 27 螺栓 13 图图 1 11DW1 11DW2 2 35 35 型多油断路器的基本结构图型多油断路器的基本结构图 导轨 14 T 字杆 15 油缓冲器 16 调节螺栓 18 绝缘拉杆 19 断 路器底座 20 下瓷套 21 上瓷套 22 连接法兰 23 油位指示器 24 30 放油阀 25 罩壳 26 分合闸指示器 28 中间机构器 29 灭弧 单元基座 31 导电连接 32 灭弧单元瓷套 33 并联电容器 34 起吊 孔 35 分闸弹簧 36 主拐臂 图图 1 121 12 断路器结构图 断路器结构图 SWSW4 4 110 110 二 少油断路器二 少油断路器 少油断路器曾经是多油断路器的替代产品 我国在 20 世纪 70 90 年代曾在 10 220kV 上大量使用 是这个电压等级的主要产品 主要有 SN10 10 SW2 35 SW2 110 SW4 110 SW6 110 SW2 220 SW4 220 SW6 220 SW7 220 型等产品 详见附表 1 以 SW4 110 型为例 其机构如图 1 12 所示 随着新技术的发展 曾经在 10kV 电压等级中占主导地位的少油断路器已经被能更为优 越的真空断路器所替代 仅在 110kV 及 220kV 电压等级中少量使用 以 SW2 110 和 SW2 220 为例 该断路器有以下特点 1 用油量少 同电压等级少油断路器的用油量只有多油断路器的 10 左右 2 体积小 重量轻 钢材消耗量只有多油断路器的 20 30 3 主要技术参数比多油断路器好 积木式机构的少油断路器适用于 220kV 及以上电压 山东省电力学校编写教材 24 等级使用 4 少油断路器仍使用变压器油 易燃易爆 有火灾危险 电气寿命短 5 开断电流大 可达 40kV 且切合空载长线性能好 6 机构简单 产品系列化强 7 安装维修方便 其断口 中间结构箱 支柱瓷套的油相通 便于维修 8 动作快 可靠性高 所配的液压操动机构具有防失压打压慢分性能 9 抗震性能较好 另外 与 SF6断路器相比 少油断路器的价格优势非常明显 因此 在要求不高的场合 仍有一定市场 电压在 110kV 及以上的户外式少油断路器 采用串联灭弧积木式机构 图 1 13 呈 Y 形体的机构 两个灭弧室分 别装在两侧 组成 V 形排列 构成双断口的结构 一个 Y 形 体构成一个单元 根据电压的 110kV 220kV 330kV 要求 可用几个单元串联起来 图图 1 131 13 积木式机构示积木式机构示 如每个单元的电压为 110 千伏 则用两个串联即成 220kV 3 个串联即成 330kV 如图 1 13 所示 这种结构的优点是 灭弧室及零部件均可采用标准元件 通用性强 使产品系 列化 便于生产和维修 灭弧室研制工作量相对减少 便于相更高电压等级发展 断路器 的绝缘油在每个柱上分成三个部分 并且相互隔绝 上部灭弧单元的油作为灭弧和绝缘用 中部中间机构箱中的油作为分闸缓冲器及机构润滑油用 下部支持瓷套 支柱 中的油作 为绝缘用 SW4 220 和 SW4110 型少油断路器为了使各灭弧单元分布均匀 在各灭弧单元上并联 了 1800PF 的并联电容器 使电压不均匀系数分别可达 1 09 和 1 05 第二单元第二单元 压缩空气断路器 简称空气断路器 压缩空气断路器 简称空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质的断路器 称为压缩空气断路器 压缩空气除了作灭弧介 质外 还作为触头开断后的弧隙绝缘介质 空气断路器具有灭弧能力强 动作迅速等特点 但结构较复杂 有色金属消耗量较大 因此 它一般应用于 220kV 及以上电压的大系统中 压缩空气断路器是利用预先贮存的压缩空气来灭弧 它的灭弧性能与压缩空气有关 空 山东省电力学校编写教材 25 气压力愈高 绝缘性能愈好 灭弧性能也愈好 我国一般选用的压缩空气的压力为 3MPa 我国生产的空气断路器的型号有 KW1 KW3 KW4 KW5 型 由于压缩空气断路器需要有气动机构作为压缩空气能量和传送能量的机构 而这种机 构结构较复杂 需要体积庞大的空气压缩设备 转动设备 而且其密封部件工作可靠性较 差 所以它正被性能更为优越的 SF6 断路器所淘汰 第三单元第三单元 真空断路器真空断路器 真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质 在真空容器中进行电流开断与闭合的断路 器 真空是相对而言的 为绝对压力低于一个大压力的气体稀薄空间 真空的程度用真空 度表示 亦即稀薄气体空间的绝对压力值 用 Pa 来表示 绝对压力越低 则真空度越高 要满足真空灭弧的要求 真空灭弧室出厂时真空度不低于 1 32 10 5Pa 保存有效期不 得低于 6 6 10 2Pa 目前 我国的真空断路器已在 10kV 电压级发出户内式额定电压 12kV 额