第三章高压电器及成套配电装置 (1)

1、第三章第三章 高压电器及高压电器及成套配电装置成套配电装置内容提要：内容提要：v本章比重占本章比重占25%第一节第一节 高压电器相关知识（短路，电弧）高压电器相关知识（短路，电弧）第二节第二节 高压断路器高压断路器第三节第三节 隔离开关隔离开关第四节第四节 高压负荷开关高压负荷开关第五节第五节 高压熔断器高压熔断器第六节第六节 高压电容器高压电容器第七节第七节 高压成套配电装置高压成套配电装置第八节第八节 高压高压/低压预装箱式变电站低压预装箱式变电站高压电器及成套配电装置高压电器及成套配电装置 3kV35kV常用的高压电器有断路器、隔离开常用的高压电器有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和电

2、容器等多种设备。关、负荷开关、熔断器和电容器等多种设备。 高压电器在高压电路中起着高压电器在高压电路中起着控制控制或或保护保护等作等作用。用。第一节第一节 高压电器相关知识高压电器相关知识电力系统短路基本概念电力系统短路基本概念 电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性点直接接地系统而言）通过金属导体、电弧或其点直接接地系统而言）通过金属导体、电弧或其他较小阻抗连接而形成的非正常状态称为他较小阻抗连接而形成的非正常状态称为短路短路。短路的基本类型有：短路的基本类型有： 三相短路三相短路、两相短路两相短路、两相接地短路两相接地短路和和单相短路单相短路第一节

3、第一节 高压电器相关知识高压电器相关知识短路电流危害（热、安培力、电弧、电压）短路电流危害（热、安培力、电弧、电压）v 短路电流通过电气设备时，将引起导体严重发热，造成导短路电流通过电气设备时，将引起导体严重发热，造成导体温度升高甚至熔化，并且会损坏绝缘。体温度升高甚至熔化，并且会损坏绝缘。v 短路电流通过电气设备时，在相间产生很大的电动力作用短路电流通过电气设备时，在相间产生很大的电动力作用于导体上，可能造成设备的形变和损坏。于导体上，可能造成设备的形变和损坏。v 短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备或烧伤短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备或烧伤周围人员，甚至引起火灾。周围

4、人员，甚至引起火灾。v 短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，将产生很大的短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，将产生很大的电压降，还会引起发电机端电压的降低，因此影响电力系电压降，还会引起发电机端电压的降低，因此影响电力系统的正常供电。统的正常供电。第一节第一节 高压电器相关知识高压电器相关知识高压电器中的电弧高压电器中的电弧 电弧电流的本质是电弧电流的本质是离子导电离子导电，即触头之间的正离子（，即触头之间的正离子（带正电）在触头间电场力的作用下向负极运动，负离子（带正电）在触头间电场力的作用下向负极运动，负离子（带负电）和自由电子在触头间电场力的作用下向正极运动带负电）和自由电子在触头间

5、电场力的作用下向正极运动而形成的电流。而形成的电流。 触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上并没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才能真正断上并没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才能真正断开。开。 当电感（或电容）性负载所占比例较大（即电压和电当电感（或电容）性负载所占比例较大（即电压和电流相位差较大时），恢复电压增加较快，不利于灭弧。对流相位差较大时），恢复电压增加较快，不利于灭弧。对于纯阻性负载，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。于纯阻性负载，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。第一节第一节 高压电器相关知识高压电器相关知识v触头

6、间介质击穿电压：触头间产生电弧的最小电触头间介质击穿电压：触头间产生电弧的最小电压；压；v触头间恢复电压：触头间电弧暂时熄灭后外电路触头间恢复电压：触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压；施加在触头之间的电压；灭弧条件：触头间介质击穿电压大于触头间恢复电灭弧条件：触头间介质击穿电压大于触头间恢复电压。压。第一节第一节 高压电器相关知识高压电器相关知识加速电弧熄灭的方法加速电弧熄灭的方法(原理原理)v气体吹动电弧气体吹动电弧(降温，带走带电质点降温，带走带电质点)v拉长电弧拉长电弧(增大表面积增大表面积)v电弧与固体介质接触电弧与固体介质接触(迅速冷却迅速冷却) 第二节第二节 高压断路器

7、高压断路器 断路器用于在正常运行时接通或断开电路，断路器用于在正常运行时接通或断开电路，故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路，特殊情况（如自动重合到故障线路上时）下可，特殊情况（如自动重合到故障线路上时）下可靠地接通短路电流。靠地接通短路电流。 断路器的工作状态（断开或闭合）是由它的断路器的工作状态（断开或闭合）是由它的操动机构操动机构控制的。控制的。第二节第二节 高压断路器高压断路器高压断路器的类型高压断路器的类型 高压断路器按安装地点分可分为高压断路器按安装地点分可分为户内式户内式和和户户外式外式两种。两种。 按灭弧原或灭弧介质可分为按灭弧原

8、或灭弧介质可分为油断路器（多油油断路器（多油断路器和少油断路器）、真空断路器、六氟化硫断路器和少油断路器）、真空断路器、六氟化硫断路器断路器等等。等等。 多油断路器的特点多油断路器的特点：用油量多、金属耗材量大、：用油量多、金属耗材量大、易发生火灾或爆炸、体积较大、加工工艺要求不易发生火灾或爆炸、体积较大、加工工艺要求不高、耐用、价格较低等特点。高、耐用、价格较低等特点。 少油断路器的特点少油断路器的特点：耗材少、价格低等优点，但：耗材少、价格低等优点，但需定期检修，有引起火灾或爆炸的危险。需定期检修，有引起火灾或爆炸的危险。第二节第二节 高压断路器高压断路器v高压断路器的主要参数高压断路器的

9、主要参数 额定电压、额定电流、额定开断电流、关合额定电压、额定电流、额定开断电流、关合电流电流v断路器型号及含义断路器型号及含义ZN4-10/630型断路器：表示为型断路器：表示为“室内式真空断路器室内式真空断路器，设计序号为，设计序号为4，额定电压为，额定电压为10kV，额定电流为，额定电流为630A 第二节第二节 高压断路器高压断路器SF6断路器：断路器：使用寿命长、检修周期长、检修工作量小、不存在使用寿命长、检修周期长、检修工作量小、不存在燃烧和爆炸的危险。燃烧和爆炸的危险。vSF6是一种无色、无味、无毒、不可燃、易液化是一种无色、无味、无毒、不可燃、易液化，对电气设备不腐蚀的气体。，对

10、电气设备不腐蚀的气体。vSF6气体绝缘性和灭弧能力强，它的绝缘强度是气体绝缘性和灭弧能力强，它的绝缘强度是空气的空气的2.33倍，灭弧能力是空气的倍，灭弧能力是空气的100倍。倍。vSF6气体在电弧高温下会分解成低氟化物，电弧气体在电弧高温下会分解成低氟化物，电弧过零后，很快再结合成过零后，很快再结合成SF6气体。某些气体。某些SF6断路器断路器检修年限可达检修年限可达20年以上年以上。第二节第二节 高压断路器高压断路器vSF6气体严禁向大气排放，必须使用气体严禁向大气排放，必须使用SF6气体回收气体回收装置，避免污染环境，保证环境安全。设有装置，避免污染环境，保证环境安全。设有气体气体检漏设

11、备和气体回收装置检漏设备和气体回收装置。v新装新装SF6断路器投入运行前必须复测气体含水量断路器投入运行前必须复测气体含水量和漏气率，要求和漏气率，要求灭弧室的含水量灭弧室的含水量应小于应小于150ppm（体积比），其他气室小于体积比），其他气室小于250ppm（体积比）；（体积比）；SF6年漏气率小于年漏气率小于1%。v运行中的运行中的SF6断路器应定期测量断路器应定期测量SF6气体含水量，气体含水量，断路器新装或大修后，断路器新装或大修后，每三个月测量一次每三个月测量一次，待含，待含水量稳定后可每年测量一次。水量稳定后可每年测量一次。v每日定时记录每日定时记录SF6气体压力和温度。气体压力

12、和温度。第二节第二节 高压断路器高压断路器断路器操作机构断路器操作机构作用：用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态作用：用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态 基本要求：基本要求：v足够的操作功足够的操作功v较高的可靠性较高的可靠性v动作迅速动作迅速v具有自由脱扣装置具有自由脱扣装置第二节第二节 高压断路器高压断路器操作机构的分类及特点操作机构的分类及特点分类：手动操动机构、电磁操动机构、弹簧储能操动机构、分类：手动操动机构、电磁操动机构、弹簧储能操动机构、气动操动机构、液压操动机构等气动操动机构、液压操动机构等电磁操动机构：结构简单、价格较低、加工工艺要求低、可电磁操动机构：结构简单、价格较

13、低、加工工艺要求低、可靠性高；缺点是合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸靠性高；缺点是合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸电源、机械笨重、机构耗材多。电源、机械笨重、机构耗材多。弹簧储能操动机构：只需要小容量合闸电源，对电源要求不弹簧储能操动机构：只需要小容量合闸电源，对电源要求不高（直流、交流均可）；缺点是操动机构的结构复杂、加高（直流、交流均可）；缺点是操动机构的结构复杂、加工工艺要求高、机件强度要求高、安装调试困难。工工艺要求高、机件强度要求高、安装调试困难。液压操动机构：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速液压操动机构：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、不需要大功率的合闸电

14、源；缺点是结构复杂、加工度快、不需要大功率的合闸电源；缺点是结构复杂、加工工艺要求很高、动作速度受温度影响大、价格昂贵。工艺要求很高、动作速度受温度影响大、价格昂贵。第二节第二节 高压断路器高压断路器断路器的运行维护断路器的运行维护(要点要点)（1）正常巡视：一般有人值班的变电所和升压变电）正常巡视：一般有人值班的变电所和升压变电所每天巡视不少于一次，无人值班的变电所由当所每天巡视不少于一次，无人值班的变电所由当地按具体情况确定，通常每月不少于地按具体情况确定，通常每月不少于2次；次；（2）新设备投入运行后，应相对缩短巡视周期，投）新设备投入运行后，应相对缩短巡视周期，投入运行入运行72h后转

15、入正常巡视检查。后转入正常巡视检查。（3）SF6断路器发生意外爆炸或严重漏气等事故，断路器发生意外爆炸或严重漏气等事故，尽量选择从尽量选择从“上风上风”接近设备。接近设备。第三节第三节 隔离开关隔离开关 隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置，不隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置，不允许用它带负荷进行拉闸或合闸操作。允许用它带负荷进行拉闸或合闸操作。隔离开关隔离开关拉闸时，必须在断路器切断电路之后才能再拉隔拉闸时，必须在断路器切断电路之后才能再拉隔离开关；合闸时，必须先合入隔离开关后，再用离开关；合闸时，必须先合入隔离开关后，再用断路器接通电路。断路器接通电路。第三节第三节 隔离开关隔离开关 隔离

16、开关的隔离开关的作用作用v隔离电源隔离电源v倒闸操作倒闸操作v拉、合无电流或小电流电路拉、合无电流或小电流电路电气设备运行状态分为电气设备运行状态分为运行、备用和检修运行、备用和检修三种工作三种工作状态。状态。倒闸操作：将电气设备由一种工作状态改变为另一倒闸操作：将电气设备由一种工作状态改变为另一种工作状态的操作。种工作状态的操作。v高压隔离开关运行拉、合以下电路：高压隔离开关运行拉、合以下电路：（1）拉、合电压互感器与避雷器回路；）拉、合电压互感器与避雷器回路；（2）拉、合母线和直接与母线相连设备的电容电流）拉、合母线和直接与母线相连设备的电容电流；（3）拉、合励磁电流小于）拉、合励磁电流小

17、于2A的空载变压器；的空载变压器；（4）拉、合电容电流不超过）拉、合电容电流不超过5A的控制线路；的控制线路；第三节第三节 隔离开关隔离开关第三节第三节 隔离开关隔离开关隔离开关的分类：隔离开关的分类：按安装地点分：户内式，户外式；按安装地点分：户内式，户外式；按刀闸运动方式分：水平旋转式，垂直旋转式和插按刀闸运动方式分：水平旋转式，垂直旋转式和插入式；入式；按每相支柱绝缘子数目分：单柱式，双柱式，三柱按每相支柱绝缘子数目分：单柱式，双柱式，三柱式；式；按操作特点分：单极式，三极式；按操作特点分：单极式，三极式；按有无接地刀闸分：带接地刀闸，无接地刀闸；按有无接地刀闸分：带接地刀闸，无接地刀闸

18、；第三节第三节 隔离开关隔离开关隔离开关的类型隔离开关的类型GN2-10型隔离开关：表示为型隔离开关：表示为“10kV户内式隔离开户内式隔离开关，额定电流位关，额定电流位4003000A”。GW4-35型隔离开关：表示为型隔离开关：表示为“35kV户外式隔离开户外式隔离开关，额定电流位关，额定电流位6302000A”。GW5-35系列隔离开关：双柱式系列隔离开关：双柱式V形结构，支柱绝缘形结构，支柱绝缘子轴线之间的交角为子轴线之间的交角为50度。度。第四节第四节 高压负荷开关高压负荷开关 高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压下接通或断开负荷电流的专用电器

19、。它虽有灭弧下接通或断开负荷电流的专用电器。它虽有灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能切断和装置，但灭弧能力较弱，只能切断和接通正常的接通正常的负荷电流负荷电流，而，而不能用来切断短路电流不能用来切断短路电流。一般情况。一般情况下，负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器下，负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器起短路保护作用。起短路保护作用。 负荷开关有工作触头和灭弧触头。合闸时，负荷开关有工作触头和灭弧触头。合闸时，灭弧触头先闭合，然后工作触头再闭合；分闸时灭弧触头先闭合，然后工作触头再闭合；分闸时，工作触头先断开，然后灭弧触头再断开。，工作触头先断开，然后灭弧触头再断开。第四节第四节 高压负荷开

20、关高压负荷开关分类分类 按使用场所：户内式和户外式按使用场所：户内式和户外式 按灭弧方式：油浸式、产气式、真空和六氟化硫按灭弧方式：油浸式、产气式、真空和六氟化硫开关开关第五节第五节 高压熔断器高压熔断器 高压熔断器在通过高压熔断器在通过短路电流短路电流或或过载电流过载电流时熔断，时熔断，以保护电路中的以保护电路中的电气设备。在电气设备。在3Kv35kV小容量小容量装置中，熔断器可用于装置中，熔断器可用于保护线路、变压器、电动保护线路、变压器、电动机机及及电压互感器电压互感器等。等。 第五节第五节 高压熔断器高压熔断器分类分类 按安装地点：户外式和户内式按安装地点：户外式和户内式 按动作特性：

21、固定式和自动跌落式按动作特性：固定式和自动跌落式 按工作特性：限流式和非限流式按工作特性：限流式和非限流式 在冲击短路电流到达之前能切断短路电流的在冲击短路电流到达之前能切断短路电流的熔断器称为限流式熔断器；否则为非限流式熔断熔断器称为限流式熔断器；否则为非限流式熔断器。器。 第六节第六节 高压电容器高压电容器高压电容器用途与型号高压电容器用途与型号 高压电容器是电力系统的无功电源之一，用高压电容器是电力系统的无功电源之一，用于提高电网的功率因数。于提高电网的功率因数。第六节第六节 高压电容器高压电容器高压电容器安全运行高压电容器安全运行v电容器金属外壳应有明显接地标志，其电容器金属外壳应有明

22、显接地标志，其外壳应与外壳应与金属架构共同接地金属架构共同接地。v电容器应有温度测量设备，可在适当部位安装温电容器应有温度测量设备，可在适当部位安装温度计或贴示温蜡片；一般情况下，环境温度在度计或贴示温蜡片；一般情况下，环境温度在40之间时，之间时，充矿物油的电容器允许温升为充矿物油的电容器允许温升为50，充硅油的电容器允许温升为，充硅油的电容器允许温升为55。v允许过电压，电容器组在正常运行时，可在允许过电压，电容器组在正常运行时，可在1.1倍倍额定电压额定电压下长期运行。下长期运行。第六节第六节 高压电容器高压电容器v 允许过电流，电容器组允许在允许过电流，电容器组允许在1.3倍额定电流倍

23、额定电流下长期运行下长期运行。v 正常情况下，高压电容器组的投入或退出应根据系统无功正常情况下，高压电容器组的投入或退出应根据系统无功潮流潮流、负载功率因素和典雅等情况确定。一般功率因素低、负载功率因素和典雅等情况确定。一般功率因素低于于0.85时，要投入高压电容器组；功率因素超过时，要投入高压电容器组；功率因素超过0.95且仍且仍有上升趋势时，高压电容器组有上升趋势时，高压电容器组应退出运行；系统电压偏低应退出运行；系统电压偏低时，也可投入高压电容器组。时，也可投入高压电容器组。v 当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：电容当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：电容器爆炸，电

24、容器喷油或起火，瓷套管发生严重放电、闪络器爆炸，电容器喷油或起火，瓷套管发生严重放电、闪络，接点严重过热或熔化，电容器内部或放电设备有严重异，接点严重过热或熔化，电容器内部或放电设备有严重异响，电容器外壳有异形膨胀。响，电容器外壳有异形膨胀。第六节第六节 高压电容器高压电容器高压电容器组运行操作注意事项：高压电容器组运行操作注意事项：v 停电时，先拉开高压电容器支路的断路器，再拉其他各停电时，先拉开高压电容器支路的断路器，再拉其他各支路的断路器。送电时，先合各支路的断路器，最后再合支路的断路器。送电时，先合各支路的断路器，最后再合高压电容器组的断路器。事故情况下，全站无电后，必须高压电容器组的

25、断路器。事故情况下，全站无电后，必须将高压电容器组的支路断路器先断开。将高压电容器组的支路断路器先断开。高压电容器的保护熔断器突然熔断时，在高压电容器的保护熔断器突然熔断时，在未查明原因之前未查明原因之前，不可更换熔体恢复送电不可更换熔体恢复送电。高压电容器高压电容器禁止在自身带电荷时合闸禁止在自身带电荷时合闸。如果电容器刚断电。如果电容器刚断电即又合闸，因电容器本身有存储的电荷，电容器所承受的即又合闸，因电容器本身有存储的电荷，电容器所承受的电压可能达到电压可能达到2倍以上的额定电压。高压电容器组再次合倍以上的额定电压。高压电容器组再次合闸，应在其断电闸，应在其断电3min后进行。后进行。第

26、六节第六节 高压电容器高压电容器v 高压电容器组在运行中的常见故障和处理：高压电容器组在运行中的常见故障和处理：（1）电容器渗漏油）电容器渗漏油原因：搬运方法不当；温度变化剧烈原因：搬运方法不当；温度变化剧烈处理方法：正确搬运；巡视检查；调节电容器温度处理方法：正确搬运；巡视检查；调节电容器温度（2）电容器外壳膨胀）电容器外壳膨胀原因：内部发生局部放电；产生过电压；使用期限已过原因：内部发生局部放电；产生过电压；使用期限已过处理方法：立即停运处理方法：立即停运（3）电容器爆炸）电容器爆炸原因：内部发生相间短路；相对外壳的击穿原因：内部发生相间短路；相对外壳的击穿处理方法：应立即切断电容器与电网

27、的连接处理方法：应立即切断电容器与电网的连接（4）电容器发热）电容器发热原因：室温过高；接头螺丝松动；长期过电压；过负荷；频繁投切原因：室温过高；接头螺丝松动；长期过电压；过负荷；频繁投切处理方法：改善通风条件；停电拧紧螺丝；调换额定电压较高的电容器；不频繁处理方法：改善通风条件；停电拧紧螺丝；调换额定电压较高的电容器；不频繁投切投切（5）电容器有异常响声）电容器有异常响声原因：内部有局部放电（有原因：内部有局部放电（有“滋滋滋滋”声）；内部绝缘崩裂前兆（有声）；内部绝缘崩裂前兆（有“沽沽沽沽”声）；声）；处理方法：经常巡视，注意声响；停运检修处理方法：经常巡视，注意声响；停运检修第七节第七节

28、 高压成套配电装置高压成套配电装置 高压成套配电装置是由制造厂成套供应的设高压成套配电装置是由制造厂成套供应的设备，运抵现场后组装而成的高压配电装置。它将备，运抵现场后组装而成的高压配电装置。它将电气主电路分成若干个单元，每个单元即一条回电气主电路分成若干个单元，每个单元即一条回路，将每个单元的断路器、隔离开关、电流互感路，将每个单元的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器，以及保护、控制、测量等设备器、电压互感器，以及保护、控制、测量等设备集中装配在一个整体柜中（通常称为一面或一个集中装配在一个整体柜中（通常称为一面或一个高压开关柜），由多个高压开关柜在发电厂、变高压开关柜），由多个高压开

29、关柜在发电厂、变电所或配电所安装后组成的电力装置称为成套配电所或配电所安装后组成的电力装置称为成套配电装置。电装置。第七节第七节 高压成套配电装置高压成套配电装置 高压开关柜应具有高压开关柜应具有“五防五防”连锁功能，即连锁功能，即v防误分、合断路器；防误分、合断路器；v防带负荷拉合隔离开关；防带负荷拉合隔离开关；v防带电合接地刀闸；防带电合接地刀闸；v防带接电线合断路器；防带接电线合断路器；v防误入带电间隔。防误入带电间隔。 采用断路器、隔离开关、接地开关与柜门之间的强采用断路器、隔离开关、接地开关与柜门之间的强制性机械闭锁或电磁锁方式实现。制性机械闭锁或电磁锁方式实现。第七节第七节 高压成

30、套配电装置高压成套配电装置 RGC型开关柜为金属封闭单元组合型开关柜为金属封闭单元组合SF6式高压开式高压开关柜。常用于额定电压关柜。常用于额定电压3kV24kV、额定电流、额定电流630A单母线接线的发电厂变电所中。单母线接线的发电厂变电所中。第七节第七节 高压成套配电装置高压成套配电装置 RGC型开关柜由标准单元组成，共包括型开关柜由标准单元组成，共包括7个标准单元，电个标准单元，电缆可以在开关柜的左侧或右侧与母线直接相连。最大可用缆可以在开关柜的左侧或右侧与母线直接相连。最大可用5个标准单元组成一个大单元，由于运输条件和装卸的限个标准单元组成一个大单元，由于运输条件和装卸的限制，当超过制

31、，当超过5个小单元时，应分成两个部分。个小单元时，应分成两个部分。v RGCC电缆开关单元电缆开关单元v RGCV断路器单元断路器单元v RGCF负荷开关熔断器组合单元负荷开关熔断器组合单元v RGCS母线分段单元母线分段单元v RGCM空气绝缘测量单元空气绝缘测量单元v RGCE侧面出线空柜转接单元侧面出线空柜转接单元v RGCB正面出线空柜转接单元正面出线空柜转接单元第七节第七节 高压成套配电装置高压成套配电装置环网开关柜环网开关柜 为了提高供电可靠性，使用户可以从两个方为了提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，通常将供电网连接成环形，这种供向获得电源，通常将供电网连接成环形，这种供电方式简称为环网供电。电方式简称为环网供电。10kV配电系统中，因负载容量不大，其高压回路通配电系统中，因负载容量不大，其高压回路通常采用常采用负荷开关负荷开关或或真空接触器真空接触器控制，并控制，并配有高压配有高压