全封闭式组合电器(GIS).ppt

宝新能源 1 GIS的定义全部采用SF6气体作为绝缘介质 并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中金属封闭开关设备 它是由断路器 母线 隔离开关 电压互感器 电流互感器 避雷器 母线 套管8种高压电器组合而成的高压配电装置 全称为gasinsulatedsubstation 2 GIS厂商介绍目前GIS国外生产厂家主要有ABB 东芝 三菱 日立 西门子 阿尔斯通 阿海珐 Areva 集团等 国内生产厂家有西安西开高压开关厂 平高集团 西安高压电器研究所电器制造厂 泰开集团有限公司 正泰电气股份有限公司 上海西门子高压开关有限公司 厦门ABB华电高压开关有限公司 江苏现代南自电气有限公司 湖北永鼎开关有限公司 天水长城开关厂等 目前合企生产的GIS占国内市场相当人的份额 如占550kV断路器和GIS市场的80 占252kV断路器和GIS市场的50 占126kv断路器和GIS市场的30 3 GIS的特点GIS一般由各种不同的间隔组成 本站主要有两进两出线及电压互感器共四个半间隔 采用了三相共箱式结构 即三相灭弧室 安装在同一壳体内 GIS与传统敞开式配电装置相比主要由于其具有以下几个方面的优点 1 GIS具有占地面积小 体积小 重量轻 元件全部密封不受环境干扰 2 操作机构无油化 无气化 具有高度运行可靠性 3 GIS采用整块运输 安装方便 周期短 安装费用较低 检修工作量小时间短 共箱式GIS全部采用三相机械联动 机械故障率低 4 优越的开断性能 断路器采用新的灭弧原理为基础的自能灭弧室 自能热膨胀加上辅助压气装置的混合式结构 充分利用了电弧自身的能量 5 损耗少 噪音低 GIS外壳上的感应磁场很小 因此涡流损耗很小 减少了电能的损耗 弹簧机构的采用 使得操作噪音很低 3 GIS的整体参数 GIS进出线布置图 第二章 SF6气体性质1 SF6气体的物理和化学性质 1 纯净的SF6气体是无色 无味 无臭 不燃 在常温下化学性质稳定 属惰性气体 气体密度是空气密度的5 1倍 2 SF6气体在0 29Mpa压力时 绝缘强度与变压器油相当 灭弧能力是空气的100倍 在1 2Mpa时液化 为此SF6断路器中都不采用过高压力 使其保持气态 3 SF6气体有很强的电负性 SF6 e SF6 而正负离子容易复合成中性质点或原子 这是一般气体所没有的 则SF6气体较其他气体有更强的灭弧性能 4 而在断路器和GIS操作过程中 由于电弧 电晕 火花放电和局部放电 高温等因素影响下 SF6气体会进行分解 它的分解物遇到水分后会变成腐蚀性电解质 尤其是有些高毒性分解物 如SF4 S2F2 S2F10 SOF2 HF和S02 它们会刺激皮肤 眼睛 粘膜 如果吸入量大 还会引起头晕和肺水肿 甚至致人死亡 2 SF6气体压力与温度的关系 1 0 65Mpa气室过压报警 2 0 6Mpa断路器气室额定压力 3 0 5Mpa断路器闭锁压力 4 0 45Mpa其余气室过压报警 5 0 4Mpa其余气室额定压力 6 0 35其余气室补气压力 3 GIS室发生SF6泄漏的危害GIS室内空间较封闭 一旦发生SF6气体泄漏 流通极其缓慢 毒性分解物在室内沉积 不易排出 从而对进入GIS室的工作人员产生极大的危险 而且SF6气体的比重较氧气大 当发生SF6气体泄漏时SF6气体将在低层空间积聚 造成局部缺氧 使人窒息 另一方面SF6气体本身无色无味 发生泄漏后不易让人察觉 这就增加了对进入泄漏现场工作人员的潜在危险性 4 泄露气体伤害后主要症状 1 呼吸系统 刺激呼吸道 打喷嚏 呛咳 咽部干燥 有烧灼感 继而呼吸不畅 胸闷气短 严重时呼吸困难 喉头水肿 溃烂 2 眼部 流泪 怕光 烧灼感 充血 水肿 3 皮肤 瘙痒 皮疹 接触处可能有红肿 4 消化道 吞咽困难 恶心 呕吐 腹痛 5 神经系统 突然头痛 头昏 全身软弱无力 感觉抑郁 严重会惊厥 抽搐 休克 猝倒 昏迷 5 现场急救办法如果怀疑发生中毒现象 应采取以下措施 1 组织人员立即撤离现场 开启通风系统 保持空气流通 2 观察中毒者 如有呕吐应使其侧位 避免呕吐物吸入 造成窒息 3 皮肤污染 应立即用清水冲洗 换衣服 4 眼部伤害或污染用清水冲洗并摇晃头部 5 应弄清毒物性质 并保留呕吐物待查 6 现场应配备必要的药品 6 防护方法 1 减少SF6气体的排放量 提高气体的回收率 设备内的SF6气体不得向大气排放 应采用净化装置回收 经处理合格后方准使用 2 SF6电气设备安装与主控制室隔离 防止泄漏气体进入主控室 设备安装室内应有良好的排风系统 通风孔应设在室内下部 底部应设SF6气体泄漏报警器和氧量仪 3 工作人员不得单独或随意进入GIS室 因工作需要必须进入时应先排风20min 不准在设备防爆膜附近停留 工作人员在进入电缆沟或低位区前 必须测量氧气含量 如氧气含量低于18 时 不得进行工作 气体采样及处理渗漏时 工作人员要穿带防护用品 并在通风条件下进行 4 发生紧急事故应立即开启全部通风系统进行通风 发生设备防爆膜破裂事故时 应停电处理 并用汽油或丙酮擦拭干净 第三章 断路器 一 断路器本体部分1 外部形状弹簧机构 底座 断路器装配 密度继电器 防爆片 挡板 弹簧机构悬于底座侧面 断路器装配在底座上面 起到连接弹簧结构与断路器装配的作用 2 开断装置结构 绝缘支座 起着绝缘支撑的作用 下部实现的是对操动机构的绝缘 上部连接的是静触头座 静触头 里有可导电部件 实现电流互感器与断路器的通路 安装在静触头座上 动触头 其外部是动触头座 动触头是电流断开的位置 也是电弧产生的地方 因此对其电气 机械性能要求较高 所以用了铜钨合金材料制成 具有耐高温等良好的机械性能 动触头座 是有环氧树脂浇灌而成 有良好的绝缘性能 动触头藏于SF6气室内 气室的巧妙的设计使在电弧产生后能够有效的灭弧 期间有几个比较关键的地方是引弧环 导向筒及喷嘴 引弧环 主要是让电弧均匀分配以利于灭弧 导向筒 是使断路器分合时动作准确到位 喷嘴 就是要保证其喷出的SF6气体集中与于电弧 以便在电流过零时实现有效的灭弧 静弧触头 它与动触头相联 的是也是由铜钨合金制成 静弧触头的导电部分与静触头的可导电的部件相连 实现回路的导通 拉杆 是动触头动作的最直接的部件 在断路器分合闸栏杆带动灭弧装置里整个可动部件运动 实现分合闸 内拐臂 带动三相的拉杆 实现三相连动的的功能 4 绝缘结构对地的绝缘 通过断口间绝缘座 绝缘拉杆来实现 断口间的绝缘 通过断口间的绝缘筒 喷嘴 SF6气隙来实现的 相间绝缘 通过SF6气隙来实现的 3 断路器导电回路从电流互感器的电连接部分 静触头座 静弧触头 动动弧触头 压气缸 带状触指 导向筒 动触头座 另一端的电流互感器的导电部分 5 灭弧原理灭弧室采用的是双气室自能式的灭弧原理 有一热膨胀室和一压气室 在两室之间有一单向阀片 在压气室的下部外侧设有减压弹簧和一减压阀片 A B C三极灭弧室的绝缘栏杆分别与拐臂盒中的三个内拐臂相连 弹簧操动机构带动拐臂盒中的主传动轴 主传动轴通过拐臂与连杆传动 带动绝缘拉杆相连的三个拐臂运动 从而使A B C三极灭弧室共同进行合闸操作 6 灭弧过程 1 开断大电流时 主触头分开后 弧动 静触头随后产生电弧 电弧能量加热热膨胀室建立灭弧所需的压力 热膨胀室中的高压力气体经绝缘喷口吹向电弧 使电弧在电流过零时熄灭 随后阀门打开 排出多余气体 2 开断小电流 电抗 电容电流和空载线路 时 由于电弧能量小 依靠电弧能量难以建立灭弧所需的压力 因此必须设法提供附加吹气作用 附加气吹作用是动触头向下运动带动固定活塞的压气作用使辅助气室 压气室 中的压力升高 打开阀门 让气体通过压气室经绝缘喷口吹向电弧 1 静触头支座2 灭弧喷嘴3 主触头4 弧触头5 活动触头管6 压气缸 二 断路器操作机构 1 弹簧操作机构结构 6 1合闸弹簧6 2合闸脱扣器6 3合闸止位销6 4棘轮6 5棘爪6 6拉杆6 7传动轴6 8储能电机6 9主拐臂6 10凸轮6 11磙子6 12分闸止位销6 13分闸脱扣器6 14分闸弹簧6 15分闸弹簧拐臂6 16传动拐臂6 17主传动轴 弹簧操作机构 2 弹簧操作机构各部件的作用 1 合闸弹簧 它比分闸弹簧要大一些 弹簧的弹力也相对大一些 这主要是因为弹簧在合闸的同时要给分闸弹簧储能 对其操作功要求要高一点 2 合闸脱扣器 合闸时候将合闸弹簧预储存的能量释放出来 实现弹簧合闸 而脱扣器的能量主要来自合闸线圈 当合闸线圈受到合闸的信号之后 立即动作于合闸脱扣器动作 3 合闸止位销 合闸弹簧在预合储能的时 当储能电机带动棘轮既定位置 合闸止位销动作 将弹簧能量储存在既定的状态 4 棘轮 带动合闸弹簧的拉杆弹簧压缩储能 并且棘轮上面还安装有能够控制行程开关的部件 当棘轮转动到既定地方时 它会自动的将行程开关断开 使电机停止工作 5 棘爪 棘爪是与棘轮相配合作用的 棘轮转动的过程当中 棘爪总是一格一格给它定位 并发出滴答滴答的声响 6 拉杆 作用很简单 就是实现能量的传递 7 传动轴 它是有钢铸造而成 同拉杆一样 实现一些动作部件的连接 8 储能电机 它是动力的源泉 为合闸线圈的储能提供动力 他控制引线均引接至汇控柜里面 电源的来源也是由引接进来的 本操动机构用的是750W的电动机 9 减速器 由于电机的转速很快 而齿轮等转动的速度却比较慢 为了实现两者之间的协调 所以要让电机的速度降来 10 主拐臂 目的是为了实现三相连动凸轮 分闸装置里面的一部分 与磙子等部件组成一个整体 11 其他 另外的分闸止位销 分闸脱扣器 均与合闸时作用相同 只是方向相反而已 3 动作过程 实物图 1 合闸弹簧储能操作当断路器合闸操作完毕时 限位开关将储能电机接通 电机带动棘爪推动棘轮顺时针旋转 通过拉杆将合闸弹簧储能 棘轮过死点后 在合闸弹簧力的作用下棘轮受到顺时针的力矩 但合闸脱扣器又将棘轮上的合闸止位销锁住 从而将机构保持在合闸预备状态 2 合闸操作弹簧机构处于分闸位置且合闸弹簧已储能 当合闸电磁铁受电动作后 合闸脱扣器释放棘轮上的合闸止位销 在合闸弹簧的作用下 棘轮通过传动轴带动凸轮顺时针旋转 凸轮推动主拐臂上磙子 从而带动主拐臂旋转 并通过拉杆带动传拐臂顺时针旋转 传动拐臂旋转时不仅带动拐臂盒中的主传动轴顺时针旋转将断路器本体合闸 并带动分闸弹簧拐臂对分闸弹簧储能 当断路器合闸到位后 分闸脱扣器又将主拐臂上的分闸止位销锁住 从而保持断路器本体在合闸位置和分闸弹簧在压缩储能状态 4 断路器弹簧操作机构优 缺点优点 1 合 分闸电流都不大一般在1 5A 2 5A 要求电源的容量也不大 2 既可远方电动储能 电动合 分闸 也可就地手动储能 手动合 分闸 因此 在直流电源消失的情况下也可手动合 分操作 3 动作快 且能快速自动重合闸 4 无论合闸弹簧的状态如何 断路器都可以完成分闸操作 5 可进行大量的机械开断操作 缺点 1 结构较复杂 冲力大 构件强度要求高 弹簧机构经常发生拒绝电动合闸的情况 主要原因在于 电动储能不到位 挂簧拐臂还没有过死点位置 行程开关便将储能电机电源切除 这时将无法实现电动合闸 由于操作合闸按键后 断路器拒绝合闸 辅助开关不能及时切除合闸回路 经常引起合闸线圈长期带电而烧毁合闸线圈或行程开关 2 跳闸后分闸不到位 合 分闸指针指在合 分位置中间 因此 无法确认断路器是否确已分开 动静触头开距是否符合要求 不得已只好用上一级断路器将其切除 造成暂时的大面积停电 延误了送电时间 将事故扩大 三 断路器技术参数 四 SF6断路器的运行维护SF6断路器在运行 检修过程中 一定要遵守 DL T639 1997六氟化硫电气设备运行 试验及检修人员安全防护细则 1 运行中的巡视检查 1 检查断路器的外绝缘部分应完好 无损坏 脏污及闪络放电现象 2 对照温度 压力曲线 观察压力表指示应在规定的范围内 并定期记录压力 温度值 3 分 合闸位置指示器应指示正确 并分 合闸应到位 4 整体紧固件应无松动 脱落 5 储能电机及断路器内部应无异常声响 6 断路器的分 合闸线圈应无焦味 冒烟及烧伤现象 7 断路器接地外壳或支架接地应良好 8 断路器外壳或操动机构箱应完整 无锈蚀 9 断路器各件应无破损 变形 锈蚀严重等现象 2 SF6断路器运行中的维护 1 每年对外壳锈蚀部分进行防腐处理及补漆 2 应定期对断路器转动及传动部位作一次润滑 半年一次 并操动3次应正常 3 每两年一次对断路器所有密封面定性检漏 不应有10 6ul以上的漏点存在 4 每年应进行一次SF6气体微量水分测试 测试结果对照水分 温度曲线 不应超过300pp 20 5 其它项目 如绝缘 操作试验等可按有关规定定期进行 试验结果应符合相关标准 3 解体检修防护当出现下列情况时 SF6断路器应返回制造厂进行解体大修 1 断路器运行时间已达到10年 经检查后存在有严重影响设备安全运行的异常现象 2 操作次数已达断路器所规定的机械寿命次数 3 累计开断电流达到断路器所规定的累计开断数值 4 注 异常现象的判定及累计开断数值可参见制造厂诊断说明 第三章 隔离开关 接地开关 一 分类1 按功能可分为隔离开关和接地开关 隔离开关 快速隔离开关 普通隔离开关 配电动弹簧机构 弹簧机构 切合母线 转移电流 隔离线路 接地开关 快速接地开关 普通接地开关 配电动弹簧机构 弹簧机构 切合静电 电磁感应电流 关合峰值电流 工作接地 2 按结构来分可分为角形开关和线形开关 角形开关 角形隔离开关 角形接地开关 线形隔离开关 线形开关 线形接地开关 主回路直角拐弯处 主回路直角拐弯接地处 主回路直线隔离处 主回路直线接地处 断路器下出线口至母线筒 主回路有转折 电流互感器至和出线套管之间 二 线形隔离开关和线形接地开关动作特性 2 线形接地开关动作过程动触头与连板相连 并贯穿绝缘子 动作时机构主轴上的拐臂旋转60o 从而主轴上的拐臂也旋转60o 从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o 内拐臂通过滚针轴承与连板相连 并带动连板沿导向杆作直线运动 实现分 合操作 1 线形隔离开关过程动触头座固定在绝缘子上 动触头与触头座内的齿条相连 当操动机构接到操作命令后 机构主轴上的拐臂旋转60o 与拐臂相联的连杆带动齿轮箱主轴上的拐臂旋转60o 在绝缘拉杆的连接下 通过齿轮 齿条传动带动动触头运动 使隔离开关的动触头沿其中心线作直线运动 实现分 合操作 3 角形接地开关角形接地开关的结构如图所示 触头支座固定在绝缘支座上 动触头与托架相连 并贯穿触头支座 当操动机构接到操作命令后 机构主轴上的拐臂旋转60o 通过与机构拐臂相连的连杆带动接地开关主轴上的外拐臂旋转60o 从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o 内拐臂再带动托架沿导向杆作直线运动 使接地开关的动触头沿其中心线作直线运动 实现分 合闸操作 合闸终了 动触头插入静触头内 分闸完毕 动触头缩进触头内 保证接地开关断口间有充足的绝缘距离 4 角形隔离开关角形隔离开关的触头座固定在盘式绝缘子上 动触头与托架相连 并贯穿于触头座 当操动机构接到操作命令后 机构主轴上的拐臂旋转60o 通过与机构拐臂相连的连杆带动开关主轴上的外拐臂 旋转60o 从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o 内拐臂再带动托架沿导向杆作直线运动 使隔离开关的动触头沿其中心线作直线运动 实现分 合闸操作 三 操作机构1 电动操作机构一般隔离开关配用电动操作机构 电动操作机构是由电动机 传动机构 微动开关 辅助开关等组成 它是由电动机带动蜗杆 蜗轮转动 使隔离开关和接地开关通过连杆系统实现分合闸操作 2 电动操作机构电动弹簧操动机构是由电动机 传动机构 贮能弹簧 缓冲器 微动开关 辅助开关等组成 它是由电动机带动蜗杆 蜗轮转动 在带动拐臂转动使弹簧压缩储能 当弹簧能量释放时 带动机构的输出轴转动 通过连杆系统使隔离开关和接地开关实现分合闸操作 为了监视隔离开关的断口状况 在外壳上可以开设观察窗 隔离开关的分合闸位置可以由操作拐臂与隔离开关制动螺钉之间的间隙确定 四 投运前的检查项目1 接地开关速度的测量速度采用旋转测量的方法 分闸 合闸速度的定义如下 分闸速度 从刚分点到刚分点后10ms行程内的平均速度 合闸速度 从刚合点到刚合点前10ms行程内的平均速度 测速时的注意事项 测速在额定工作气压和额定操作电压下进行 2 投运前的检查项目 1 手摇机构进行慢分 慢合操作 检查电机电源回路是否切换 动作正常 2 在85 100 110 额定电压下进行电动操作三次 应正常 3 检查分 合闸动作时间 三极同期性 应满足技术要求 4 隔离开关每极回路电阻小于70 5 接地开关每极回路电阻 80u 6 快速接地开关气室 接地开关与隔离开关处于同一气室中 的SF6气体水分含量不超过150ppm 普通隔离 接地开关气室的SF6气体水分含量不超过250ppm 第四章 电容式电压互感器 1 电压互感器的结构 1 保护盖板2 静触头3 绝缘子4 接地端子5 充放气装置6 吸附剂及爆破片7 吊攀8 运输支撑 2 电容式电压互感器原理 被测装置与地之间有若干相同的电容器串联 此时将电容器串分成电容C1和电容C2两部分 电容C1和C2串联 U1为原边电压 Uc2为C2上的电压 空载时 电容C2上的电压Uc2 则C2上的电压为 式中分压比K C1 C1 C2 改变C1和C2就可得到不同的分压比 而Uc2与一次电压U1成正比 则测得Uc2就可以测到U1 这就是电容式电压互感器的原理 3 原理图解说中间变压器T 将中压电容器上的电压降到所需的二次电压值 也起电压隔离作用 排流线圈L1 将电容分压器的工频电流引入大地补偿电感L 串入电感 可以补偿电容内阻抗 使电压稳定 保护间隙P 限制冲击过电压 氧化锌避雷器BL 用来限制补偿电抗器和变压器的过电压 阻尼电阻ZD 防止持续的铁磁谐振 4 电容式电压互感器的误差 1 当C2两端接入电压表和继电器等负荷时 回路中流过的负荷电流增大 实测的Uc2 减小 为此 在实用中分压电容C2的两端接入中间变压器 减小二次回路电流以减小测量误差 2 中间变压器的接入 将使分压系数发生变化 并受到二次负载影响而改变C2两端的等效阻抗 为了稳定分压系数 从而保证互感器的精度 中间变压器输入端串入谐振电感L 3 电容和电感均有内阻 受频率的影响较大 当电网频率变化时 电抗也要发生变化 因此 电容式电压互感器的变比对电网频率的变化较为敏感 其精度仍然相对较低 4 由于L是个非线性电感 当电网电压升高或副边负载阻抗下降时 互感器电流增加 当L进入饱和区时 感抗与负载之和与电容电抗相等 互感器进入铁磁谐振状态 这时产生很大的电流并在电容C2两端形成很高的过电压 当非全向进入谐振状态时 副边开口三角形输出超过零序电压整定值 使继电保护误发电网接地信号 5 电压互感器参数 1 变压比是使一次绕组和二次绕组的额定电压之比 2 准确级次 是以最大变比误差和相角误差来区分的 准确级次在数值上就是变比误差等级的百分限值 3 电压互感器的容量 是指二次绕组允许接入的负荷功率 分为额定容量和最大容量两种 以VA值表示 由于电压互感器的电压是随着二次负荷功率的大小而变化的 容量增大 准确度降低 6 电压互感器的接线方式 4 电压互感器接线方式 电压互感器在三相系统中要测量的电压有 线电压 相对地电压和单相接地时出现的零序电压 1 一台单相互感器可测量35KV及以下系统的线电压 或110KV以上中性点直接接地系统的相对地电压 2 两台单相电压互感器接成V V型接线它能测量线电压 但不能测量相电压 这种接线方式广泛用于中性点非直接接地的系统 3 一台三相三柱式电压互感器的Y Y型接线它只能测量线电压 不能用来测量相对地电压 因为一次侧绕组的星型接线中性点不能接地 在中性点非直接接地系统发生单相接地时 接地相对地电压为零 未接地相对地电压上升 3倍 三相对地电压失去平衡 出现零序电压 有零序电压的作用下 电压互感器的三个铁芯柱中将出现零序磁通 三相零序磁通同相位 在在三个铁芯柱中不能形成闭合回路 只能通过空气气隙和外壳成为回路 使磁路磁阻增大 这样可使电压互感器过热 甚至烧坏 4 一台三相五柱式电压互感器的Y0 Y0 D型接线其一次侧绕组和基本二次绕组接成星型 且中性点接地 辅助二次绕组接成开口三角形 因此 三相五柱式电压互感器可以测量线电压和相对地电压 也可以作为中性点非直接接地系统对地的绝缘监察以及实现单相接地的继电保护 这种接接线广泛用于6 10KV屋内配电装置中 三相绕组在中间三个柱上 当系统发生单相接地时 零序磁通可通过两边铁芯组成回路 因此磁阻很小 则零序电流很小 中性点非直接接地三相系统中 正常运行时各相电压为相电压 三相电压的向量和为零 因此开口三角形两端子间有电压 为各辅助二次绕组中零序电压之的向量和 规定开口三角形两端子间的额定电压为100V 因为各相零序电压相等 相位相同 故辅助二次绕组的额定电压为100 3V 5 三台单相电压互感器的Y0 Y0 D型接线在中性点非直接接地系统中采用三只单相电压互感器 情况与三相五柱式电压互感器相同 只是在单相接地时 各相零序磁通以各自的电压互感器铁芯成为回路 在110kV及以上中性点直接接地系统中 也广泛采用这种接线 只是一次侧不装熔断器 基本二次绕组可供测量线电压和相对地电压 辅助二次绕组接成开口三角形 供单相接地保护用 因为当发生单相接地时 未接地相电压并不发生变化 仍为相电压 开口三角形两端子间的电压为非故障相对地电压的向量和 规定开口三角形两端子间的额定电压为100V 5 电压互感器接线应注意的问题 1 二次回路接线应采用截面积不小于1 5mm2的绝缘铜线 排列应当整齐 连接必须良好 盘 柜内的二次回路接线不应有接头 2 电压互感器的外壳和二次回路的一点也应良好接地 用于绝缘监视的电压互感器的一次绕组中性点也必须接地 3 为防止电压互感器一 二回路短路的危险 一 二次回路都应装有熔断器 接成开口三角形的二次回路即使发生短路 也只流过微小的不平衡电流和三次谐波电流 故不装设熔断器 4 电压互感器二次回路中的工作阻抗不得太小以避免超负载运行 5 电压互感器的极性和相序必须正确 6 对于电压互感器回路断线处理 1 根据继电保护和自动装置有关规定退出有关保护 防止误动作 2 检查高 低压熔断器及自动开关是否正常 如熔断器熔断 应查明原因立即更换 当再次熔断时则应慎重处理 3 检查电压回路所有接头有无松动 断头现象 切换回路有无接触不良现象 7 对于电流互感器二次回路开路处理方法 1 立即报告调度值班员 按继电保护和自动装置有关规定退出有关保护 2 查明故障点 在保证安全前提下 设法在开路处附近端子上将其断路 短路时不得使用熔丝 如不能消除开路 应考虑停电处理 9 停用电压互感器应注意的问题 1 不使保护自动装置失去电压 2 必须进行电压切换 3 防止反充电 取下二次熔断器 包括电容器 4 二次负荷全部断开后 断开互感器一次侧电源 10 电压互感器故障对继电保护的影响电压互感器二次回路经常发生的故障包括 熔断器熔断 隔离开关辅助接点接触不良 二次接线松动等 故障的结果是使继电保护装置的电压降低或消失 对于反映电压降低的保护继电器和反映电压 电流相位关系的保护装置 譬如方向保护 阻抗继电器等可能会造成误动和拒动 11 光电式电压互感器介绍光电互感器是基于光学和电子学原理发展起来的比较成熟及最有发展前景的一种超高压条件下的测量方法 光电互感器大致可分为三大部分 高电位侧信号采集处理部分 地电位侧信号处理部分 高电位侧电源供电部分 采用罗哥夫斯基线圈 低功率电流互感器 串联感应分压器等新技术 使测量准确度达到0 级 又在结构中采用光纤能量和信号传输 特种固态绝缘脂真空灌注等技术 增强了抗 性能和绝缘性能 使可靠性大大提高 12 相对于传统的电磁式互感器 光电互感器有明显的优点 在高电压 大电流的测量环境中 光纤或光介质是良好的绝缘体 它可以满足高压工作环境下的绝缘要求 没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险 以及传统充油电压 电流互感器漏油 爆炸等危险 不会产生磁饱和及铁磁共振现象 它尤其适用于高电压 大电流环境下的故障诊断 频带宽 可以从直流到几百千赫 适用于继电保护和谐波检测 动态范围大 能在大的动态范围内产生高线性度的响应 适应了现在电力系统的数字化信号处理要求 它还可用于以保护 监控和测量为目的高速遥感 遥测系统 整套测量装置结构紧凑 重量轻 体积小 各个功能模块相对独立 便于安装和维护 适于网络化测量 第五章 电流互感器 1 电流互感器工作原理 ZF12 126 L 型GIS电流互感器采用一次穿心式电流互感器 母线作为电流互感器的一次绕组 只有一匝 在母线管的外面包着环形铁芯 与母线同心 二次绕组在铁芯的外面 用环氧树脂浇铸在一起 由于接在电流互感器二次绕组内的测量仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小 所以电流互感器在正常运行时 接近于短路状态 相当于一个短路运行的变压器 这是电流互感器与变压器的主要区别 2 电流互感器的误差在理想条件下 电流互感器二次电流Is Ip Kn 变比 不存在误差 实际流入互感器二次负载的电流Is Ip Kn Ie Ie为励磁电流 即建立磁场所需的工作电流 这样在电流幅值上就出现了变比误差 另外励磁阻抗一般被作为电抗 电感 性质处理 而二次负载一般为阻抗 电阻 性质 因此在二次感应电势Es的作用下 Is和Ie是不同相位的 因此造成了一次电流Ip Is Ie Kn与二次电流Is存在角度误差 测量用电流互感器只要求在正常运行时准确 而继电保护用电流电流互感器却要求在短路状态下准确 即要求互感器对稳态短路电流和暂态短路电流均能准确转换 3 电流互感器的表示方法我们以5P30 30VA说明常见的对互感器的表示方法 其中5为准确级 误差极限为5 P为互感器形式 保护级 30为准确限值系数 30倍的额定电流 30VA表示额定二次负荷 容量 4 电流互感器的饱和前面我们讲到电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起的 正常运行时励磁阻抗较大 因此Ie很小 以至于这种误差是可以忽略的 但当CT饱和时 饱和程度越严重 励磁阻抗越小 励磁电流极大的增大 使互感器的误差成倍的增大 影响保护的正确动作 最严重时会使一次电流全部变成励磁电流 造成二次电流为零的情况 引起互感器饱和的原因一般为电流过大或电流中含有大量的非周期分量 这两种情况都是发生在事故情况下的 这时本来要求保护正确动作快速切除故障 但如果互感器饱和就很容易造成误差过大引起保护的不正确动作 进一步影响系统安全 因此对于电流互感器饱和的问题我们必须认真对待 5 10 误差曲线 保护用电流互感器 首先要说明保护用的电流互感器的10 倍数 由于电流互感器的误差与励磁电流I0有着直接的关系 当通过电流互感器的一次电流增长时 使铁芯产生磁饱和 励磁电流急剧增加 引起的电流互感器误差迅速增加 当一次电流成倍增长的情况 在系统发生短路故障时要可靠动作 要求保护用电流互感器能比较正确地反映一次电流的情况 因此 对保护用的电流互感器提出一个最大允许误差值的要求 即允许变比误差最大不超过10 角误差不超过7 所谓10 倍数 就是指一次电流倍数增加到n倍时 一般规定6 15倍 电流误差达到10 此时的一次电流倍数n称为10 倍数 10 倍数月大表示此互感器的过电流性能越好 影响电流互感器误差的另一个主要的因素是二次负载阻抗 二次阻抗增大 时二次电流减小 使励磁电流增大 为了使一次电流和二次阻抗这两个影响误差主要因素相互制约 保证误差在10 范围之内 电流互感器产品规范给出了10 误差曲线 所谓电流互感器10 误差曲线 就是电流误差为10 的条件下 一次额定电流的倍数和二次阻抗的关系曲线 利用10 误差曲线 可以求出与保护计算用一次电流倍数相适应的最大允许二次负载阻抗 6 电流互感器的接线方式 1 单相式接线 只能测量一相的电流以监视三相运行 故常用于三相对称的电路中 例如电动机回路 2 星形连接 可测量每相电流 用于测量电压为380 220V的三相四线制仪表 监视每相负荷不对称情况 3 不完全星形连接 这种接线形式只用两台电流互感器 测量两相的电流 但通过公共导线可测第三相的电流 通过公共导线上的电流是所测两相电流的向量和 该接线方式通常用于发电厂 变电所6 10KV馈线回路中 用来监视三相系统运行情况 4 继电保护用的电流互感器接线 用于中性点直接接地的电力系统中的保护装置时 采用星形接线 在中性点非直接接地的电力系统中 允许短时间单相接地运行 且大多数情况下都装设有单相接地信号装置 所以广泛采用不完全星形接线方式 保护用电流互感器的三角形接线应用于Y 接线的变压器差动保护 7 电流互感器的二次开路问题电流互感器在正常运行时 铁芯中的总磁通很小 二次绕组的感应电动势不超过几十伏 如果二次侧开路 二次电流的去磁作用消失 其一次电流完全变为励磁电流 引起铁芯内磁通剧增 铁芯处于高度饱和状态 加之二次绕组的匝数很多 根据电磁感应定律E 4 44 fNB 就会在二次绕组两端产生很高 甚至可达数千伏 的电压 不但可能损坏二次绕组的绝缘 而且将严重危及人身安全 再者 由于磁感应强度剧增 使铁芯损耗增大 严重发热 甚至烧坏绝缘 因此 电流互感器二次侧开路是绝对不允许的 这是电气试验人员的一个大忌 鉴于以上原因 电流互感器的二次回路中不能装设熔断器 二次回路一般不进行切换 若需要切换时 应有防止开路的可靠措施 8 如何处理CT二次开路故障 1 操作时注意安全 要站在绝缘垫上 戴好绝缘手套 使用绝缘良好的工具 发现CT二次开路 要先分清是哪一组电流回路故障 开路的相别 对保护有无影响 汇报调度 解除有可能误动的保护 3 尽快设法在就近的试验端子上用良好的短接线按图纸将CT二次短路 再检查处理开路点 4 若短接时发现有火花 那么短接应该是有效的 故障点应该就在短接点以下的回路中 可进一步查找 若短接时没有火花 则可能短接无效 故障点可能在短接点以外的回路中 可逐点向前变换短接点 缩小范围检查 5 在故障范围内 应检查容易发生故障的端子和元件 对检查出的故障 能自行处理的 如接线端子等外部元件松动 接触不良等 立即处理后投入所退出的保护 若开路点在CT本体的接线端子上 则应停电处理 若不能自行处理的 如继电器内部 或不能自行查明故障的 应先将CT二次短路后汇报上级 9 补充 光电式电流互感器 1 光电式电流互感器不用铁芯做磁耦合 因此消除了磁饱和及铁磁谐振现象 互感器运行暂态响应好 稳定性高 保证了系统运行的高可靠性 2 电磁感应式互感器二次回路不能开路 低压侧存在因开路而引起的高电压隐患 光电式互感器的高压和低压之间只存在光纤联系 而光纤具有良好的绝缘性能 因此可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离 低压侧不存在因开路而产生高压的危险 同时因没有磁耦合 消除了电磁干扰对互感器性能的影响 3 电网正常运行时 电流互感器流过的电流并不大 但发生短路时 短路电流非常大 电磁式电流互感器因存在磁饱和问题 难以实现大范围测量并在一个通道同时满足高精度计算和继电保护的需要 而光电式电流互感器有很宽的动态范围 过电流可达几万安培 4 光电式电流互感器可以测量出线路上的谐波 而电磁式电流互感器难以进行这方面的工作 不存在因充油 充气而产生的易燃 易爆等危险 5 电磁式电流互感器绝缘结构复杂 电压等级越高 造价越高 光电式电流互感器中采用由绝缘材料做成的玻璃光纤 结构简单 造价低 体积小 重量轻 只有普通互感器的1 40的重量 适应了电力计量与保护数字化 微机化和自动化的发展的潮流 第六章 避雷器 1 概述ZF12 126 L 型三相母线共箱式GIS采用无间隙金属氧化物避雷器作为该GIS的保护元件 它用于保护GIS的电气设备绝缘免受雷电和部分操作过电压的损害 2 工作原理该避雷器主绝缘为六氟化硫气体 芯体是氧化锌阀片 其非线性电阻特性比碳化硅优异 在运行电压下阻性泄漏电流小 没有串联火花放电间隙 不存在续流和放电迟延问题 其接地端子经放电记录器和短路片 供测量泄漏电流用 再经内部一根导线从底部引出至大地 避雷器在正常运行电压下 基本上处于绝缘状态 仅流过数百微安的泄漏电流 其中大部分是容性电流 当过电压侵入时 避雷器工作在伏 安特性的低阻区域 放电电流经过避雷器泄入大地 过电压过后 避雷器又恢复到正常运行电压下的工作状态 3 氧化锌避雷器伏安特性伏安特性曲线可分为3个典型的区域 区域 是小电流区 电流在1mA以下 曲线较陡峭 正常运行相电压下 氧化锌阀片工作在此小电流区 其阻值很大 电阻率高达1010 cm 相当于绝缘体 通过的漏电流很小 uA 区域 为工作电流区 电流在10 3 3 103之间 此区域内曲线平坦 呈现出理想的非线性关系 区域 为饱和电流区 此区域中非线性系数又增大 伏安特性明显上翘 4 常见异常分析及处理 1 泄漏电流表为零 可能引起该现象的原因有 1 表计指示失灵 2 屏蔽线将电流表短接 1 处理 用手轻拍表计看是否卡死 无法恢复时 应添报缺单修理或更换 2 处理 用绝缘棒将屏蔽线与避雷器导电部分相碰之处挑开 既可恢复正常 2 泄漏电流表指示偏大根据历史数据进行分析 如发现表计打足 应判断避雷器有问题 应立即汇报调度 将避雷器退出运行 请检修检查 3 避雷器内部有放电声在工频情况下 避雷器内部是没有电流通过的 因此 不应有任何声音 若运行中避雷器内有异常声音 则认为避雷器损坏失去作用 而且可能会引发单相接地 这种情况 应立即汇报调度 将避雷器退出运行 予以调换 第七章 套管和母线 1 出线套管作用套管的作用是供架空线与GIS连接使用 2 套管结构1 接线板2 导电杆3 瓷套装配4 屏蔽环5 连接筒6 分子筛7 静触头8 接头9 绝缘子 出线套管结构与布置简图 3 母线结构通过导电连接件和GIS其它元件接通 满足不同的主接线方式来汇集分配传送电能 4 母线结构母线筒内导体为三角形布置 盘式绝缘子通过导体和触头将三相母线固定于一定的位置上 并起对地绝缘作用 5 补偿器作用现场当若干节母线对接时 会存在微量长度误差 这些微量长度误差可通过伸缩节来吸收 伸缩节是通过调整六角螺母和双头螺柱适量增减尺寸 来补偿微量长度误差 最大调节尺寸 500 5mm 第九章 SF6气体密度开关 1 密度开关结构 左图所示的SF6气体密度开关主要由弹性金属曲管1 齿轮机构和指针2 双层金属带3等零部件组成 实际上是在弹簧管式压力表机构中加装了双层金属带而构成的 空心的弹性金属曲管1与断路器相连 内部空间与断路器中的SF6气体相通 弹性金属曲管1的端部与起温度补偿作用的双金属带3铰链连接 双层金属带3与齿轮机构和指针机构2铰链连接 2 SF6气体密度开关工作原理 1 没有安装时的情况 2 充气时的情况 3 运行时的情况 4 漏气时的情况3 使用SF6气体密度表的注意事项在气室内外温度达到平衡之后 才能准确测量出SF6气体的压力值 SF6断路器在运行时 密度表读数误差的大小 取决于断路器的负荷电流和回路电阻所引起的温升的大小 4 密度继电器的动作检测 1 检测要求及周期对新投设备 电气设备交接试验标准 中明确规定对新投运的SF6断路器气体密度继电器进行检测 对运行设备 电力设备预防性试验规程 规定密度继电器检测时间为 a 1年 3年 b 大修后 c 必要时 在现场运行中 为保断路器的开断能力及绝缘性能初期一般为每年1次 2 检测内容在现场对密度继电器性能的检测主要内容有 a 报警 补气 启动压力值 b 闭锁启动压