轨道交通供电4牵引变电所的主要电气设备课件

单元2高压电气设备2.1概述一、变压器基础知识二、城市轨道交通供电系统干式变压器三、城市轨道交通牵引供电系统整流器四、变压器的运行与维护牵引供电系统：牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能低压供配电电系统：提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源，由降压变电所和动力照明配电线路组成。城市轨道交通内部供电系统牵引供电系统低压供配电电系统城市轨道交通内部供电系统城市轨道交通牵引供电系统构成示意图

高压供电系统城市电网牵引供电系统牵引变电所回流线馈线接触网轨道主变电所三相交流直流

牵引变电所是城市轨道交通牵引供电系统的核心，它负担对电动列车直流电能的供应，它的站位设置，容量大小，需根据所采用的车辆形式、车流密度、列车编组，经过牵引供电计算，经多方案比选确定。牵引变电所有两种形式：户内式变电所和户外式箱式变电所，前者适宜地下线路，后者适宜地面线路。牵引变电所的类型和原理牵引变电所的电源一般来自电力系统的区域变电所，牵引变电所的任务就是将电力系统提供的三相工频交流电变为牵引所用的电能。根据牵引制式的不同，牵引变电所又分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。根据不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、变相、变流作用。目前我国的牵引变电所主要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电所和城市轨道交通系统（地铁、轻轨）的直流牵引变电所。直流牵引变电所从双电源受电，经整流机组变压器降压，分相后，按一定整流接线方式由大功率硅整流器把三相交流电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流电，向电动车组供电。直流牵引变电所间距离仅几千米，一般不设分区所和开闭所。

在牵引变电所内通过整流变压器将AC35kV降到AC1180V，经整流器转换成DC1500V向接触网供电。牵引变电所内，由整流变压器和整流器组成整流机组。整流机组介绍8

直流供电盘馈电断路器

接触网上网隔离开关

变压器/整流器馈电线路整流变压器/整流器连接图

35kV断路器

整流变压器整流柜直流断路器9

变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。

变压器的主要部件是铁芯和套在铁芯上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次侧绕组中加上交变电压，产生交链一、二次侧绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。注:只要一、二次侧绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。（一）变压器的工作原理

简单地说:变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。

变压器在传递电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧的电流小，低压侧的电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变电流。K为变比

为了适应不同的使用目的和工作条件，变压器有许多类型，且各种类型的变压器在结构上、性能上差异也很大。变压器有许多分类方法。1.按用途分：(1)电力变压器：用于输、配电系统的升、降电压及配电变压器。配电变压器升压变压器降压变压器（二）变压器的分类(2)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器等。

(3)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。电压互感器电流互感器电炉变压器12脉整流变压器(4)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。

2.按相数分：干式试验变压器

高压试验变压器

串联谐振试验变压器

(1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。(2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。(3)多相变压器：用于多相系统的升、降电压。3.按绕组形式分：

(1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

(2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

(4)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

(3)多绕组变压器：用于电力系统中一种电压等级输入变换得到多种不同电压等级。如分裂变压器。

4.按冷却方式分：

(1)干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。(2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。5.按铁芯形式分：(1)芯式变压器：用于高压的电力变压器。

(2)壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。

6.按容量分：按电力部门的相关规定:630KVA以下为小型变压器；800--6300KVA为中小型变压器；8000--63000KVA为大型变压器；90000KVA及以上为特大型变压器；7.按中性点绝缘水平分为：全绝缘和半绝缘变压器。8.按绕组导线材料分为：铜线和铝线变压器。

9.按结构分为:全密封、非晶合金、调容、防雷、预装箱式、组合式、柱上单相、地下、超导变压器等。10.按调压方式分为：有载调压和无励磁调压变压器。有载调压变压器无励磁调压变压器三、变压器的型号表示型号

型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为

如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。1、变压器的构造:

1—信号温度计；2—铭牌；3—呼吸器；4—油枕；5—油标；6—安全气道；7—气体继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁心；13—绕组；14—放油阀；15—小车；16—接地端子

变压器的最主要部件由铁芯与绕组两部分构成。铁芯和绕组装配在一起称为器身。如图所示:油浸式电力变压器结构（四）变压器的结构与参数

铁芯是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。变压器的一次绕组和二次绕组都绕在铁芯上。它主要由铁芯柱、铁轭和紧固件组成。如图所示:铁芯柱铁轭紧固件作用是:固定绕组。作用是:使磁路闭合。作用是:使铁芯不松动。

为了提高导磁性能和减少铁损，铁芯多采用含硅量约为5%，厚度为0.23～0.35mm或0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的冷轧硅钢片叠装而成。1.铁芯简介

按绕组套入铁芯柱的形式、结构型式和工艺特点，变压器的铁芯主要分为芯式、壳式、渐开线式和成型卷片式等。(1)芯式变压器

芯式变压器的一、二次绕组套装在铁芯的两个铁芯柱上，如图所示。

芯式变压器的特点:结构和工艺比较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，广泛应用于容量大、电压高的变压器，电力变压器均采用芯式结构。（2）壳式变压器

壳式变压器的铁芯包围绕组的上下和侧面，如图所示。

壳式变压器的特点:这种结构机械强度好，铁芯容易散热，但制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难，用铜量较多。小型干式变压器多采用，此外，还通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合。例如，电炉用变压器，由于这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。（3）铁芯的装配

根据铁芯柱与铁轭在装配方面的不同，铁芯可分为对接式和叠接式两种。(1)对接式

对接式是先将铁芯柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。(2)叠接式

叠接式是将铁芯柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图所示。奇数层偶数层奇数层偶数层单相四片铁芯交叠方法三相六片铁芯交叠方法绕组--变压器的电路（1）绕组简介

绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘扁铜(铝)线或绝缘圆铜(铝)线在绕线模上绕制而成。变压器中，工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。（2）绕组的分类

根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁芯柱上排列方式不同，可分为同心式和交叠式两种。1)同心式绕组

高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同心地套在铁芯柱上。为减少绕组与铁芯间绝缘距离，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面，两绕组中间加绝缘纸筒绝缘，如图所示。同心式绕组的几种基本形式(1)圆筒式绕组:一般用于三相容量在630KVA以下，电压不超过15KV的变压器的高、低压绕组。(2)螺旋式绕组:一般用于容量在800KVA以上，电压在35KV以下的三相变压器的大电流绕组。(3)连续式绕组:应用范围较大，它的机械强度高，散热条件好，一般用于三相容量在630KVA以上，电压为3～110KV的变压器绕组。(4)纠结式绕组:焊头多，绕制费时，一般用于三相容量在6300KVA以上，电压在110KV以上的变压器的绕组。(2)交叠式绕组—饼式绕组

高压绕组和低压绕组均作成若干个圆饼状，沿着铁芯柱的高度交叠地排列放置，为了减少绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭(最下层和最上层)，如图所示。交叠式绕组的特点:

交叠式绕组具有漏抗小、机械强度高，引出线的布置和焊接都比较方便，多用在低电压，大电流的电焊、电炉变压器以及壳式变压器中。油箱及变压器油

油箱是变压器的外壳。箱内装有变压器油、铁芯和绕组，油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。油箱主要作用是保护铁芯和绕组不受外力作用而损坏及避免受潮，同时通过变压器油把铁芯和绕组产生的热量散发出去，如图所示。变压器油箱主要有两种形式:平顶油箱和拱顶油箱。平板式——小容量排管式——

较大容量散热气式——大容量强迫油循环—大容量1.平顶油箱的箱沿在上部，箱盖是平的，这种油箱多用于6300KVA及以下的变压器。2.拱顶油箱的箱沿在下部，箱盖做成钟罩形，又称为钟罩式油箱，用于8000KVA及以上的变压器。1.油箱--机械支撑、冷却散热变压器油--冷却、绝缘、散热

电力变压器绕组与铁芯装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：1.绝缘：绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间2.散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱3.有关变压器油的要求:

高的介质强度和低的黏度，高的发火点和低的凝固点，且不含酸、碱、硫、灰尘等杂质及水分。冷却装置(包括散热器、冷却器)强油水冷却器干式变压器横流式冷却风机

dbf系列变压器专用冷却风机

变压器散热器常用冷却介质--变压器油（油浸式）、空气（干式）油浸方式--油浸自冷；油浸风冷(人工通风)；强迫油循环冷却；强迫油导向循环冷却。(7)测温装置

（1）额定电压（2）额定电流（3）额定容量（4）变比（5）铜损（6）铁损（7）阻抗电压降（8）空载电流（9）连接组别变压器的主要技术参数3、变压器的主要技术参数4、变压器的分类（1）按变压器的应用方式分：升压变压器和降压变压器。（2）按变压器的相数分：单相、三相和多相变压器。（3）按线圈形式分：单线圈变压器（自耦变压器）、双线圈变压器、三线圈变压器。（4）按变压器铁心和线圈的相对位置分：心式变压器和壳式变压器两种。心式变压器的线圈包在铁心的外围，壳式变压器的铁心包在线圈的外围。（5）按变压器绝缘和冷却方式分有油浸式、干式和充气式三种。（6）按调压装置的种类分有载调压变压器和无载调压变压器。一、变压器发展趋势：早期的城市轨道交通直流牵引系统，通常采用三相桥式整流电路，随着技术的发展，逐步被12脉波和等效24脉波整流电路代替，我国今后建设的城市轨道交通整流变电站将会以24脉波为主，系统电压等级则有35kV和10kV两种。

二、整流器作用：把三相交流电转换为直流电整流器接线图

35kV

母线

35kV

交流断路器整流变压器+1500V母线负母线整流器C

R直流断路器联跳38二、整流器1、工作原理2、12脉波整流原理所谓分裂变压器就是将低压绕组分裂成相等容量的两个绕组，此时若两个低压绕组的负荷不平衡，两段母线电压将会略有偏差。采用分裂变压器和普通变压器相比，在同容量和同电抗时，低压侧短路电流减少了一半。图2—15就采用了轴向分裂结构。漏抗取代平衡电抗器的优点：一是24脉波整流电路可将4个三相整流桥直接并联，省去两个平衡电抗器及其磁损耗，消除平衡电抗器铁心有可能饱和的风险；二是整流机组重量、体积、造价比下降，损耗降低，减少工程投资成本。缺点：一是因整流变压器漏抗值有限，小负荷区段整流器工作在推挽状态，使此间交直流侧谐波稍有增加，但是与额定工况相比很小，另外，变压器二次侧5、7次谐波电流增加，但不会影响网侧谐波电流；二是由于无平衡电抗器限流，特大容量整流器直流侧短路电流很大，保护应多加考虑。该整流方式，由于整流相数的增加，其产生的谐波分量较6脉波整流有较大的降低，输出电压也较稳定。其直流输出波形如图2—15所示，0~2内共有12个脉动波形。为提高功率因素，降低网侧电压波形畸变，减少对电网的干扰，降低输出直流电压的纹波系数，城轨供电系统牵引变电所整流机组采用等效24脉波整流电路。3、等效24脉波整流机组图2-16中，两台低压双输出电压的12相整流变压器，且和低压输出电压相差15o相位角。VD1和VD2为2台12相整流器。和VD1单独工作时，输出12脉波的直流电源；和VD2单独工作时，也输出12脉波的直流电源。+VD1和+VD2并联(直流输出端子并联)工作时，由于和具有15o相位差，合成输出24脉波的直流电源，实现将三相交流电源整流输出24脉波直流的目的。当然，二者也可以串联工作。4、24脉波整流变压器系统1）基本结构24脉波整流变压器系统有各种不同的结构组合。第一种情况下，可以采用单列四台变压器和四台全波整流器构成24脉波整流变压器系统，但这种系统占地面积大，维护复杂。第二种情况下，可以采用两台变压器三相三绕组和四台全波整流器构成24脉波整流变压器系统。而四台整流机组也可以根据不同的需要进行组合。四台整流机组串联运行，适用于电压较高的场合；四台整流机组并联运行，适用于负荷电流较大(或多负荷)的场合，城市轨道交通系统多采用这种系统。

城市轨道交通系统常用的等效24脉波整流系统包含2台变压器，均为双低压输出变压器，每台变压器均可与12脉波整流器组成独立的12脉波整流系统。5．环氧浇注牵引整流干式变压器轴向双分裂结构变压器的绕组布置图，这种变压器网侧为一个不分裂的绕组，分成上下两个支路，两个支路并联。两组阀侧绕组沿轴向布置于同一铁心柱上，其本身并没有并联或串联，而是将其头尾各自采用Y联结和d联结分别引出，分裂成两个支路。这种阀侧绕组分裂为两个支路布置在同一铁心柱上的轴向双分裂结构的变压器可以使阀侧的两个支路并联运行，同时向负载供电。环氧浇注牵引整流干式变压器是地铁牵引机车电源整流系统的重要组成部分，采用延边三角形原理，改变三角形联结的方式便可以实现7.5o或-7.5o的移相，阀侧采用d、y联结，使两台变压器阀侧绕组输出线电压相量互差15o，由2台6相12脉波的移相变压器组成，通过硅整流器整流，形成24脉波直流输出，也可单独通过整流器供电，形成12脉波整流直流输出，谐波含量少。环氧浇注牵引整流干式变压器具有绝缘耐热等级高，达到H级绝缘、低损耗、低噪声、局部放电量少、防潮、过载能力强等特点，完全符合地铁VI级工作制的要求。电压等级有10kV、20kV、35kV，整流脉波数有12脉波和24脉波可选。5、整流器功率因数的表示法1）系统状况两套整流机组分别通过两台断路器与交流母线相连，而且采用母线不分段方式，以确保输入电源的一致性。这种方案的两套整流机组的进线相互独立，两套整流机组也可以独立运行。当某一整流机组发生故障时，其保护装置使其进线断路器跳闸，故障容易判别。当一套整流机组因故退出运行时，在负荷较小时，另一套整流机组可继续运行。通过接线的改变，使两套机组的脉波输出相差，并且让两者并联或串联运行，就会构成24脉波整流机组系统。只不过当一组出现故障时，就会输出12脉波整流系统。每台变压器的二次侧都有两个绕组，一组采用星形接线，一组采用三角形接线。变压器二次绕组同名端线电压相差，经整流形成12脉波整流系统。每座牵引变电所有两台整流机组，通过对一次侧进行处理(一般采用外延三角形接线)得以实现，一台移相，一台移相，这样两套12脉波整流系统形成一套AC35kV/1500V或750V的等效12相24脉波整流系统。与单相桥式整流电路相比，由于三相桥式电路每周期有6个波头输出，比单相桥式的两个波头增加3倍，所含谐波减小，畸变系数增大，因此其三相电路的功率因数就较高。城市轨道交通牵引供电系统的整流机组都是以6脉波为基础，在此基础之上，组成了12和24脉波整流器，因此它们的功率因数都比较高。

三相全波桥式整流预期功率因数见表2—3，可以看出，一般情况下三相全波桥式整流预期(或理想)功率因数和脉波数的关系：脉波数越多，功率因数越高。

表2—3三项全波桥式整流电路功率因数

脉

波

数功

率

因

数60.955120.988240.997影响功率因数的因素及改进措施(1)功率因数的理论值与实际值从分析知道，城市轨道交通牵引供电系统整流机组的功率因数对系统功率因数贡献巨大。也就是说，牵引负荷所占比重越大，系统功率因数越高。从理论值上可以看出，12和24脉波整流器，它们的功率因数都比较高。但实际情况下，都达不到这么高。

(2)整流相数与功率因数通过计算分析知道，增加整流相数本身就可以提高功率数。整流相数越多，电流中谐波的最低次数越高，且幅值也减小，从而也可以提高功率因数。从表3-4中可以看到，由6脉波提高到12脉波，功率因数提高了0.033；而从12脉波提高到24脉波，功率因数提高了0.009。因此对于高于24脉波的整流机组而言，其主要目的不再是为了提高功率因数，而是减少谐波，提高电源质量。(3)安装补偿装置轨道交通供电系统有许多感性负载，如电力变压器、整流机组动力照明负载等设备。为减少供电系统的无功损耗、有效利用供电设备容量、降低运行成本，需对供电系统的功率因数进行改善，同时抑制供电系统向电网返送无功。为了提高整个系统的功率因数，可以在一些特殊设备处，特别是比较大的感性设备处，安装电容性补偿装置，以利于提高功率因数。但是目前地铁供电系统还没有安装补偿装置，一般都预留了位置。

变压器的运行与维护

一、变压器的运行(一)变压器的并联运行条件1、各变压器的变比应基本相等，最大误差不应超过0.5％。2、各变压器接线组别应一样3、各变压器的阻抗电压百分数应基本相等，最大误差不应超过10％。4、变压器的容量比不应超过三分之一。(二)变压器的允许运行方式1、在规定的冷却条件下可按铭牌出力运行2、油浸式电力变压器在运行中，上层油温应遵守制造厂的规定，但最高不得超过95℃，为防止变压器油劣化过速，一般不宜超过85℃为好。3、升压或降压变压器的一次电压，一般不得超过额定值的10.5％。如一次电压在额定值的10.5％以内，二次可带额定容量的电流4、变压器在正常或事故情况下，可过负荷运行，但必须遵守制造厂的规定。(三)根据变压器异常声响判断故障变压器正常运行时，会发出连续均匀的“嗡嗡”声。如果变压器出现故障或运行不正常，声音就会异常：原因分析：

1、夹紧铁芯的穿心螺杆松动或铁芯上有遗漏零件时，变压器有“锤击”和“吹风”之声

2、变压器的跌落式熔断器或分接开关接触不良时，有“吱吱”声

3、变压器高压套管脏污，表面釉质脱落或有裂纹存在，可听到“嘶嘶”声4、变压器铁芯接地断线，会产生劈裂声5、变压器绕组短路，将有“劈啪”声音，严重时会有巨大轰鸣声，随后起火。6、变压器绕组高压引出线相互间或它们对外壳闪络放电时，有爆裂声音7、变压器低压侧电力线路接地时，有“轰轰”声8、变压器过载运行时，音调高、音量大。变压器的负载急剧变化时，出现“咯咯”的间歇声，监视测量仪表的指针发生摆动9、电网电压超过变压器分接头的额定电压时，变压器声音比平常尖锐。(四)空载拉、合闸对变压器的影响空载变压器拉闸时，铁芯中磁场很快地消失，磁场的迅速变化在绕组中产生很高电压，这可能使变压器的绝缘薄弱处击穿。变压器合闸瞬间可能产生很大电流，这个电流会使绕组受到很大的机械应力，造成绕组变形和绝缘损坏。因此，空载变压器拉闸、合闸的次数过多会影响变压器的使用寿命。二、变压器的巡视检查

（一）变压器的正常巡视1、变压器本体（1）检查变压器的油温指示正常。（2）检查油位，根据温度与油位的对应关系判断油位是否正常。（3）监听（视）声音和振动，注意异常的声音和振动。（4）检查有无漏油、渗油现象，箱壳上的各种阀门状态是否符合运行要求，特别注意阀门、表计、法兰连接处以及焊缝等。（5）检查呼吸器硅胶应呈兰色，当硅胶整体2/3以上变为粉红色时应及时更换；检查油封杯油位、油色是否正常。（6）瓦斯继电器有防雨罩，且封盖完好。（7）变压器本体无小动物筑巢现象。（8）外壳及接地良好。2、套管（1）检查高、中、低以及中性点套管的油位，有无漏油和渗油现象。（2）检查套管表面有无放电痕迹或污损。（3）检查套管有无破损、破裂等现象。（4）检查接点和引线有无异常和明显发热迹象，特别是雪天和雨天，接头上有无熔化蒸汽的现象，金具有无变形，螺丝无松脱和连接线无断股损伤。（二）变压器的特殊巡视1、新设备或经过检修、改造的变压器在投运72h内。2、变压器存在缺陷近期有发展迹象时，要加强巡视，防止缺陷发展成事故。3、高温季节、高峰负载期间。变压器过负荷或过电压运行时每小时至少巡视一次，特别要注意温度和接头是否过热，声音是否异常，以及冷却系统运行情况。4、大风时，检查变压器附近应无容易被吹起的杂物，防止吹落到变压器带电部位，引起短路，同时应注意引线摆动情况。5、大雾和小雨、雪天气，检查套管瓷瓶应无严重电晕、闪络和放电现象。6、大雨、雪天气，引线接头应无积雪，无雪溶化过快和冒气现象，并注意瓦斯继电器、油位计、温度计等附件积雪情况。7、雷雨后，检查变压器各侧避雷器计数器的动作情况，判断主变有无遭雷击过电压。8、节假日和上级有特殊保电任务期间，必须增加特殊巡视次数。高压开关设备正常工作情况下可靠地接通或断开电路；在改变运行方式时进行切换操作；当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正常运行；在设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。

2.2

高压断路器高压断路器高压隔离开关熔断器高压负荷开关2.2.1电孤的形成、燃烧和熄灭

一、电弧现象当断开电路时，若断开处的电压大于10V，回路电流超过80mA

时，在断开的瞬间，断口处的游离气体在电场的作用下自持放电，形成强烈的白光，这种白光就称为电弧，它具有以下特点：1、电弧的能量集中，温度很高，亮度很强。电弧的表面温度达4000—5000℃，弧柱中心温度高达10000℃。这样的高温对电弧附近区域的介质会产生较大的危害。2、电弧是一束游离的气体，质量极轻，容易变形。在气体和液体流动的作用下，或在电动力的作用下，电弧极易变形、移动。

3、电弧的气体放电是一种自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压很低，在大气中1cm直流电弧柱电压只有15—30V，在变压器油中也不过100一200V。二、电弧形成与燃烧

1、热电子发射实验表明，高温的阴极表面能够向四周发射电子。阴极表面发射电子的多少与阴极的材料及阴极表面温度有关。2、强电场发射强电场发射：如果阴极表面的电场强度很高，那么金属内部的电子在强电场的作用下，也会脱离原子核的束缚而发射出来的现象。3、热游离游离：是中性质点分裂为电子和正离子的过程。气体热游离：当温度升高到一定温度时，静止气体中的各种质点，(如自由电子)的运动速度加大，动能增加，使它们挣脱子核的吸引，而脱离原子核的束缚而解体，分解为带负电的自由电子和带正电的正离子的现象。4、碰撞游离碰撞游离：受强电场发射的自由电子，碰撞气体中其他中性质点，中性质点变为正离子和自由电子。被打出的自由电子又可能与别的中性质点碰撞，造成新的中性质点游离，使大批电子产生，移动向阳极，使大量的中性质点被游离的现象。

三、电弧的熄灭

在电弧中，介质产生游离的同时，还存在一个相反的过程即去游离。1、复合：当正负离子互相接触时，等量的正负电荷中和，相互结合成为不带电的中性质点的过程。复合的速度，一般取决于电场强度。电场强度愈小，离子运动的速度就愈小，复合就愈容易。2、扩散：浓度高处的物质向浓度低处运动的规律。在弧隙中，游离和去游离两种运动并存，当游离速度大于去游离速度时，弧隙中带电质点增多而电弧维持继续燃烧；当游离速度小于去游离速度时，弧隙中带电质点减小，当减小到无法维持电弧时，电弧就熄灭。四、常用灭弧方法

1、气体吹弧由于电弧是一束质量很轻的游离气体，在外力作用之下，极易弯曲变形。利用高压气体吹动电弧，使电弧受到强烈的冷却和拉长，加强了去游离过程，加快电弧熄灭。气体吹弧形式：横吹、纵吹和纵横吹等。高压断路器中采用的吹弧介质一般有：压缩空气；SF6气体；变压器油及高温时产生的油气等。2．利用磁吹法熄弧磁吹法灭弧：利用磁场力使电弧运动而熄灭的方法。3．采用多断口在高压断路器中常采用两个或两个以上多个串联的断口，降低加在每个断口的电压，使电弧易于熄灭。4．提高触头的分离速度5．采用SF6气体作为灭弧介质6．采用真空熄弧7．将长电弧分裂成一串短电弧2.2.2高压断路器1、功能：高压断路器（文字符号为QF）是牵引变电所高压电器设备中最重要的设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。

在发电厂和变电所中，高压断路器是1000V以上电路中的重要控制设备。（1）控制作用，即根据需要将部分电气设备或线路投入或退出运行。

（2）保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。2．基本要求（1）合闸状态为良好的导体，不但能通过正常的负荷电流，即使通过短路电流时，也不应因热和电动力的作用而损坏。（2）分闸状态时应有良好的绝缘性。在规定的环境条件下，能承受相对地电压以及一相内断口间的电压。（3）开断规定的短路电流时，应有足够的开断能力和尽可能短的开断时间。一般在开断临时性故障后，要求能进行重合闸。（4）在接通规定的短路电流时，短时间内断路器的触头不能产生熔焊等情况。（5）在制造厂的技术条件下，高压断路器要能长期可靠地工作，有一定的机械寿命和电气寿命。此外，高压断路器还应有机构简单、安装、检修方便、体积小、重量轻等优点。

高压断路器依据灭弧介质的不同可分为不同的类型。以变压器油作为灭弧介质的断路器称为油断路器；以SF6气体作为灭弧介质的断路器称为SF6气体断路器；断路器触头在高真空容器中的称为真空断路器；以压缩空气为灭弧介质的断路器称为压缩空气断路器等等3、结构（2）空气断路器空气断路器以压缩空气作为灭弧介质，具有灭弧能力强、动作迅速等优点。但结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗多。因此，空气断路器用在110KV及以上的电力系统中。压缩空气断路器的灭弧性能与空气压力有关，空气压力愈高，绝缘强度愈高，灭弧性能也愈好，在0.7MPa压力下的绝缘强度与新鲜的绝缘油相当，我国一般选用的压力为2MPa。（4）真空断路器

真空断路器是在高度真空中灭弧。它的优点是可以频繁操作，维护工作量小，体积小等。真空断路器用于灭弧的动、静触头封在真空泡内，利用真空作为绝缘介质和灭弧介质，因而带来了其它类型断路器无法比拟的优点。国际上一些工业发达的国家，都致力于真空断路器的开发和应用。一些著名的电气制造公司，如美国的通用电器公司、德为的西门子公司、日本的东芝、日立公司，英国的通用电气公司等都有规模宠大的真空断路器研究机构和制造工厂。这些国家在中压等级的断路器中，真空断路器的生产量达到５０％以上。在我国真空断路器的生产和使用可以说是刚刚起步，就显示了强大的生命力，在电压等级较低（3～35KV）要求频繁操作、户内装设的场合，真空断路器作为今后一个时期的方向性产品，是毋庸置疑的。

户外真空断路器户内真空断路器4、高压断路器的基本技术参数通常用下列技术参数表示高压断路器的基本性能（1）．额定电压额定电压是表征断路器绝缘强度的参数。它是断路器长期工作的标准电压。我国的标准规定，高压断路器的额定电压有以下各级：3、6、10、20、35、60、110、220、330、500KV。为了适应电力系统工作的要求，断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3～220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高15％左右，对330KV及以上的最高工作电压较额定电压高10％。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。（2）．额定电流额定电流是表征断路器通过长期电流能力的参数。即断路器允许连续长期通过的最大电流。通过这一电流时，断路器各部分（如接触部分、端子及导体连接部分、与绝缘体接触的金属部分）的允许温度不超过国家标准规定的数值。断路器在正常使用环境条件规定为：周围空气温度不高于40℃，海拔不超过1000m。当周围环境温度高于40℃但不高于60℃时，周围环境温度每增高1℃，额定电流减少1.8％。当周围环境温度低于40℃时，周围环境温度每降低1℃，额定电流增加0.5％，但最大不超过20%。我国的高压断路器额定电流值为200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、63000、8000、10000、12500、16000、20000A等。（3）．额定开断电流表征断路器开断性能的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大短路电流，称为额定开断电流。其数值用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量的有效值表示，单位kA。（4）．动稳定电流表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。短路电流值为最大峰值，称为动稳定电流，又称为极限通过电流。（5）．关合电流关合电流是表征断路器关合电流的能力的参数。断路器在接通电路时有可能会出现短路故障。此时需要关合很大的短路电流。可能会使触头熔焊，使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值称为额定关合电流，与动稳定电流在数值上相等，二者都为冲击电流。即为额定开断电流的2.55倍。（6）．热稳定电流和热稳定电流的持续时间热稳定电流也是表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值。此时断路器不应因电流短时发热而损坏。热稳定电流等于开断电流。（7）．合闸时间与分闸时间表征断路器操作性能的参数。各种型号断路器的分、合闸时间不同，但要求迅速。合闸时间：从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接通这段时间。分闸时间：固有分闸时间：操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄（燃）弧时间：从触头分离到各相电弧熄灭这段时间。也称全分闸时间。8．断路器的机械和电气寿命断路器多次分合可造成触头及操动机构等可动部分的机械磨损，我国标准规定，在常温下连续进行2000次操作，试验中不允许进行任何机械调整及修理，但允许按照制造厂的规定进行润滑。对用于频繁操作的场所或有特殊要求的断路器，其试验次数程序由有关专业标准或用户同制造厂协商确定。当断路器分合大电流时，由于产生电弧，热能会使触头及喷口烧损，将使开断性能大大降低，这就有了断路器的电气使用寿命，也称电寿命的问题。关于电气的使用寿命，在标准上规定只要满足一次标准循环即可。对于较重要的断路器，每次开断短路之后都进行停电检修是不太合适。因此，用户迫切希望具有一次动作循环以上的耐用性能。目前断路器电寿命试验主要依据用户技术条件要求进行。如：对于12KV、31.5KA级少油断路器一般做额定短路开断3次，这主要考虑油的劣化因而需检修换油。同一等级真空断路器开断额定短路电流50次。而我国对220KVSF6断路器电寿命约做20次额定短路电流的开断。对于开断频度不很高的场合，基本上可以满足10年以上不检修。（1）油断路器：多油断路器油断路器按其油的多少和油的作用，又分为多油式和少油式。多油断路器的油既做灭弧介质，又作绝缘介质，利用油作其相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘，因此油量多。2.2.3少油断路器少油断路器少油断路器只有灭弧介质，因此油量少，比较安全。油断路器结构简单，价格便宜，但油在灭弧中易碳化，检修周期短，维护工作量大，污染大，被SF6和真空断路器取代。

一、SW3一110型少油断路器(一)本体结构和各主要部件的作用

SW3一

110型断路器一相的外形如图所示。组成部分

主要由底架、支持瓷套管、中间机构箱和灭弧室等部件组成。

1．底架主要由水平拉杆，主、副分闸弹簧，油缓冲器，油箱，放油阀，分、合闸位置指示器，水平变直杆等组成。

2．支持绝缘套管瓷套管内充满了变压器油。内装有绝缘提升拉杆。拉杆下部与水平变直杆相连，上部与中间机构箱变直机构相连。瓷套管支持着中间机构箱和灭弧装置。

3．中间机构箱用钢板制成，运行时带电，箱内充满变压器油并装有两套准确椭圆变直机构用于将提升杆短距离的垂直方向的运动，变为两导电杆互为70º的长距离的直线运动，完成分合闸操作。4．灭弧装置

(1)铝帽、静触头系统

(2)外瓷套管

(3)玻璃钢筒用来承受灭弧时产生的高压力，同时起压紧、保护外瓷套管的作用和动、静触头间绝缘作用。

(4)灭弧室玻璃钢筒内装有灭弧室。

(5)下衬筒；起支持灭弧室及灭弧室的定位作用。

(6)下铝法兰、中间触头、放油阀特点是动触杆与触头只有相对运动而不相互分离，起导电杆导向作用。下法兰用于支持外瓷套、玻璃钢筒，并与中间机构箱相连。(二)灭弧过程当断路器分断有电流的电路时，动静触头分离产生电弧。随着动触杆向下运动，电弧被拉入灭弧室依次与油囊中的油接触，使油蒸发、分解形成高压油气泡，在压力差的作用下，高压油气通过灭弧片中心的圆孔连续对电弧向上纵吹，使电弧冷却并熄灭。(四)维修、调整基本常识

1．SW3一110型断路器周期性大修一般3—5年一次。对于新投断路器应在投运后一年内进行大修。2．SW3一110型断路器行程(390士10)mm，超行程(60士5)mm。调行程时，必须注意三相的油缓冲器都要打到底(缓冲行程为38一40mm)，先调行程，再调超行程。调整时，水平拉杆各接头连接深度应不小于20mm。提升杆拧入底架油箱内接头的深度应不小于30mm。3．测量合闸不同期(以距离表示)同相两断口误差不大于2mm，相间不同期不大于3mm。调整动触杆拧进活接头的长度可改变行程误差。但是与动触杆相连的调节杆的螺纹外露部分不应大于53mm。4．SW3一110型断路器主分闸弹簧的长度为(450士10)mm，副分闸弹簧长度为(250士15)mm。5．每相二断口串连接触电阻不大于220μΩ。砂光接触面，压紧接触处可减小接触电阻。6．对于油的绝缘强度，运行中要求支持绝缘瓷套中油耐压不低于20kV；灭弧室中耐压不低于15kV；大修后注入的绝缘油耐压不低于30kV。否则应滤油和换油。(五)小修范围及标准

少油断路器每年应进行小修一次。

1．检查清扫外壳、套管、瓷套和引线，必要时对外壳局部涂漆。要求各部分无灰尘和污垢，瓷件应无破损和裂纹、无爬电痕迹，引线应无断股、松股，连接牢固，外壳无锈蚀，接地可靠。

2．检查各部法兰螺栓、油位指示器及放油阀。要求各部法兰螺栓应紧固，受力均匀，油位指示器应清洁，指示清晰，不应有渗油现象。

3．检查底架固定螺栓，应紧固良好，不应松动。4、真空断路器真空断路器利用真空度约为10-4Pa（运行中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。当灭弧室内被抽成10-4的高真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的SF6和空气的绝缘强度高很多。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。一、高压断路器4．检查主、副分闸弹簧及水平拉杆，主、副分闸弹簧长度应符合规定，水平拉杆拧入接头深度不应小于20mm，轴销涂润滑油。5．检查合闸保持弹簧。合闸保持弹簧应无变形及锈蚀，其尺寸应符合规定，弹簧应涂防锈漆及干黄油，寒冷地区应涂防冰油。6．少油断路器SW3-110，由于其绝缘性能好，熄弧能力强，结构简单，易于安装调试、检修，因而在早期的牵引变电所中得到了广泛应用。2.2.4SF6断路器

SF6断路器采用具有优良的灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质。具有开断能力强、动作快、体积小等优点。但金属消耗多，价格较贵。SF6断路器也是近几年来发展起来的一种新型断路器。可是SF6价格昂贵，结构复杂，还需要回收装置。同样SF6断路器存在一个泄漏问题，泄汛出的SF6气体与空气作用的结果，生成的低氟化硫有毒，会对人体带来危害。但是SF6断路器的缺点正在克服，今后110KV以上的高压系统，SF6断路器是主要发展方向。一、SF6气体的特性1．SF6是一种无色、无味、无臭、不燃亦不助燃，在常温下化学性能稳定的惰性气体。2．SF6气体热导率低，但由于其私度较低且密度较高，热容量大，故总的热传导能力好于空气2—5倍。3．SF6气体分子结构呈正八面体，属于完全对称型。被激励的硫原子与六个氟原子间的极强的共价键相连，键合距离小，键合能量高，化学性能稳定，不易电离。4．SF6气体分子具有强负电性，而且体积大，容易捕获电子吸收其能量，生成低活动性的稳定负离子。在电场力作用下负离子较自由电子自由行程短，运动速度慢，复合过程强烈。5．SF6气体气体具有优良的灭弧和绝缘性能。6．纯的SF6无毒无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性电解质，会对设备内部某些材料造成损害，酿成运行故障。7．SF6的电晕起始电压与击穿电压相近，电晕放电容易发展成全间隙击穿。二、六氟化硫气体的灭弧原理六氟化硫气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它并不仅依靠气流等的压力梯度所形成的等熵冷却作用，而主要是利用六氟化硫气体的特异的热化学性质和强电负性，使得六氟化硫气体具有很强的灭弧能力。对于灭弧来说，供给大量新鲜的六氟化硫中性分子并使之与电弧接触是有效地方法。六氟化硫断路器的优点：①可以提高单断口的额定电压和开断电流②切小电感电流时较少发生截流现象；切空载架空线时不会发生多次重击穿；能承受快速上升的瞬态恢复电压，尤适于开断近区故障③满容量开断次数多，检修周期长④可集合成GIS三、六氟化硫断路器的分类按所利用能源的不同，将SF6灭弧装置分为三类：1、外能式灭弧装置：利用运行贮存的高压力SF6气体或开断过程中依靠操作力产生SF6的压力差，在开断时将SF6气体吹向电弧而使之熄灭。2、自能式灭弧装置：利用电弧本身的能量使SF6气体受热膨胀而产生压力差，在开断时将SF6气体吹向电弧而使之熄灭。或者利用开断电流本身依靠线圈形成垂直于电弧的磁场，使电弧在SF6气体中旋转运动而使之熄灭。3、混合式灭弧装置：既利用电弧（或开断电流）自身的能量，也利用部分外界能量的综合式灭弧装置

按开断过程中，灭弧装置工作特点的不同，将SF6灭弧装置分为：气吹式，热膨胀式，磁吹旋转电弧式，混合式（一）、气吹式SF6断路器灭弧装置（1）双压力式SF6断路器，最早的SF6断路器是根据压缩空气断路器的气吹灭弧原理设计的。采用全密封结构0.3MPa（表压力）的低压气体作为断路器内部的绝缘介质，1.5MPa（表压力）的高压气体用作灭弧。断路器内部有两种不同的压力，称为双压力式SF6断路器，又称为第一代SF6断路器。（2）单压力式SF6断路器，双压力式SF6断路器工作性能虽然良好．但必须配置一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构复杂、价格昂贵。单压力（压气）式SF6断路器，断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。（3）

自能式SF6断路器，是在压气式基础上发展起来的，又称第三代SF6断路器。用电弧能量建立灭弧所需要的压力差。自能式SF6断路器的开断能力与电弧能量有关。可采用弹簧操动机构四、SF6断路器的结构

瓷柱式断路器的结构，开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地电位绝缘，绝缘支柱则安装在接地的基座上。称为外壳带电断路器，也称之为绝缘支柱式断路器。“Y”布置“T”布置“I”布置开断元件放在接地的箱壳中，其间的绝缘依靠气体来承担，导电部分经套管引入，结构比较稳定，常在额定电压高的高压和超高压断路器中使用，抗地震性能好，称为外壳接地断路器(又称落地罐式)落地罐式

灭弧方式：

1、变熄弧距灭弧方式：

触头开距在整个分闸过程中是不断改变的。优点是开距大，断口电压可以做得较高，熄弧后介质强度恢复速度较快，喷口形状不受限制，可以设计得比较合理，有利于改善吹弧效果。

2、定熄弧距灭弧方式：两个静触头式中保持固定的开距，气流向静触头喷口处对电弧进行双向对称纵吹。优点是触头开距小，行程短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。2.2.5真空断路器

一、真空的概念(一)什么是真空真空：通常将绝对压力低于一个大气压的气体稀薄空间称为真空。真空的表示方法：用真空度来表示。碰撞游离在真空间隙中很少发生，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因。真空的绝缘强度远比空气的高。不同介质的绝缘间隙击穿电压比较

4．真空电弧(1)真空电弧的形成在触头带电分离时，由于接触压力减小，触头由面接触变为点接触，接触点截面减小，电阻增大；耗散功率大，温度急剧升高，最后分断的接触点熔化，电流集中通过这一接触点并产生高温金属蒸气；与此同时，触头表面结合不牢固的金属团粒在电场的作用下，离开电极表面，加速通过真空间隙轰击电极，使电极和金属团粒的温度升高，蒸发出高温金属蒸气；同时，触头表面尖端突起部分的电场极强，因强电场发射电子所形成的电子束轰击阳极，也可使阳极发热，蒸发出金属蒸气(蒸汽电弧)。故真空电弧是电离状态的金属蒸气电弧。(2)真空中电弧的形态可分为扩散型电弧和集聚型电弧。扩散型电弧：当电弧电流小于l00A时，触头间只存在一束电弧，触头上只有一个阴极斑点，并在触头表面作不规则运动。当电弧电流大于100A、小于6kA时，阴极斑点会从一个分裂为若干个，并在阴极表面不断向四周扩散，电弧以许多完全分离的分支电弧形态出现。这种电弧称之为扩散型电弧。集聚型电弧：当电极上电弧电流大于10kA时，阴极斑点受电磁力作用相互吸引，使所有阴极斑点集聚成一个运动速度缓慢的阴极斑点团，形成单束大弧柱，且电极强烈发光，触头表面将出现熔坑，这种电弧称为集聚型电弧。

真空断路器户内真空断路器户外真空断路器真空灭弧室4、真空断路器真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、操动机构、机座（框架）等组成。

按真空灭弧室的布置方式可分为落地式和悬挂式两种基本形式。1—真空灭弧室；2—绝缘支撑；3—传动机构；4—基座；5—操动机构一、高压断路器真空断路器的类型悬臂式真空断路器落地式真空断路器真空断路器灭弧室结构图真空断路器极住剖视图（1）真空灭弧室真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。

1－静触头；2－动触头；3－屏蔽罩；4－波纹管；5－与外壳封接的金属法兰盘；6－波纹管屏蔽罩；7－绝缘外壳①外壳：整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。②波纹管：波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一、高压断路器③屏蔽罩：触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。

④触头：是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。根据触头开断时灭弧的基本原理不同，可分为非磁吹触头和磁吹触头两大类。一、高压断路器

六氟化硫断路器一、SF6气体性能1．物理化学性质：①SF6分子以硫原子为中心、六个氟原子对称地分布在周围形成的呈八面体结构。氟原子有很强的吸附外界电子的能力，SF6分子捕捉电子后成为低活动性的负离子，对去游离有利；另外，SF6分子较大，使得电子的自由行程减小，从而减少碰撞游离的发生。②SF6为无色、无味、无毒、不可燃、不助燃的非金属化合物；在常温常压下，密度为空气的5倍；常温下压力不超过2MPa时仍为气态。热传导能力比空气好。③SF6的化学性质非常稳定。在干燥情况下，温度低于110℃时，与铜、铝、钢等材料都不发生作用；温度高压150℃时，与钢、硅钢开始缓慢作用；温度高于200℃时，与铜、铝才发生轻微作用；温度达500～600℃时，与银也不发生作用。④SF6的稳定性极好，但在有金属存在的情况下，热稳定性大为降低。2．绝缘和灭弧性能①绝缘性能：SF6气体的绝缘性能稳定，不会老化变质。当气压增大时，其绝缘能力也随之提高。在0.1MPa下，绝缘能力超过空气的2倍；在0.3MPa时，其绝缘能力和变压器油相当。②灭弧性能：SF6在电弧的作用下分解成低氟化物，但需要的分解能却比空气高得多，因此，SF6分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。当电弧电流流过零时，低氟化物则急速再结合成SF6，故弧隙介质强度恢复过程极快。故SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气得100倍。2.2.6断路器的操作机构一、操动机构的用途和类型断路器的操动机构是用来使断路器分闸、合闸并将断路器保持在合闸位置的设备。在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构。1．操动机构的基本要求：（1）应具有足够的操作功率在电网正常工作时，用操动机构使断路器关合，这时电路中流过的是工作电流，关合是比较容易的。但在电网事故情况下，如断路器关合到有预伏性短路故障时，情况要严重得多。因为断路器关合时，电路中出现的短路电流可到达几万安以上。断路器导电回路受到的电动力可达几千牛以上，另一方面，电动力又常常是阻碍断路器关合的，因此在关合有预伏性短路故障的电路时，由于电动力过大，断路器有可能出现触头不能关合，从而引起触头严重烧伤，油断路器出现严重喷油甚至爆炸等严重事故。因此，断路器应具有关合故障电路的能力。（2）要求动作迅速通常要求快速断路器的全分闸时间不大于0.08S，近代高压和超高压断路器甚至要求为0.02～0.04S，在断路器全分闸时间中，固有分闸时间约占一半以上，它与操动机构结构有关。（3）要求操动机构工作可靠，结构简单，体积小，重量轻，操作方便等。(一)操动机构的组成

1．能量转换装置作用：是将其他形式的能量转换为机械能，使操动机构按规定目的发生机械运动。如电磁铁、电动机、弹簧、液压传动工作缸、压缩空气工作缸等均属此装置。对装置的要求：应能提供足够的操作功，用以克服断路器的静力矩和短时的电动力矩，保证断路器的分、合闸速度。

2．传动机构主要作用：是将能量转换装置提供的操作功，传递使断路器改变工作状态。惯性小、传动速度大、能耗小、动作可靠、迅速、准确。3．保持与脱扣机构保持与脱扣机构：使断路器可靠地保持在合闸位置，又可迅速解除合闸位置，使断路器进入自由分闸状态的装置称为保持与脱扣机构。要求：保持与脱扣机构应稳定可靠、动作灵活。

4．控制系统机构的控制系统有电控、气控、油控等类型，用于实现对断路器的远距离控制。保持或通过控制保持或释放操作功。5．缓冲装置缓冲装置用于吸收作功元件完成分、合闸操作后剩余的操作功，使机构免受机械冲击。缓冲装置应有较短的复位时间，以便为下次动作做好准备。缓冲装置类型：有弹簧缓冲器，橡胶缓冲器，油、气缓冲器。

6．闭锁装置防止断路器的误操作和误动作。依断路器合闸时所用能量形式不同，操动机构可分以下几种：①手动机构（CS型）指用人力进行合闸的操动构。②电磁机构（CD型）指用电磁铁合闸的操动机构。③弹簧机构（CT型）指事先用人力或电动机使弹簧储能实现合闸的弹簧合闸操动机构。④电动机机构（CJ型）用电动机合闸与分闸的操动机构。⑤液压机构（CY型）指用高压油推动活塞实现合闸与分闸的操动机构。⑥气动机构（CQ型）指用压缩空气推动活塞实现合闸与分闸的操动机构。一、高压断路器①手动操动机构（CS）优点：（1）结构简单、价廉；（2）不需要合闸能源。缺点：（1）不能遥控和自动合闸；（2）合闸能力小；（3）就地操作、不安全。应用：用于12KV以下，开断电流小的断路器。②电磁操动机构（CD）优点：（1）结构简单、加工容易；（2）运行经验多。缺点：（1）需要大功率的直流电源；（2）耗费材料多。应用：过去126kV及以下的油断路器大部分采用电磁操动机构，但不是发展方向。

③电动机操动机构（CJ）优点：可用交流电源。缺点：要求电源的容量较大（但小于电磁操动机构）应用：只用于容量较小的断路器，国内很少生产。④弹簧操动机构（CT）：

优点：（1）要求电源的容量小；（2）交、直电源都可用；（3）暂时失去电源时仍能操作一次。缺点：（1）结构较复杂；（2）零部件的加工精度要求高。应用：（1）用于中、小型断路器，是发展方向。⑤气动操动机构（CQ）优点：（1）不需要直流电源；（2）暂时失去电源时仍能操作多次。缺点：（1）需要空压设备；（2）对大功率的操动机构，结构比较笨重。⑥液压操动机构（CY）

优点：（1）不需要直流电源；（2）暂时失去电源时仍能操作多次；（3）功率大、动作快、操作平稳。缺点：（1）加工精度要求高；（2）价格较贵。应用：适用于126KV及以上的高压断路器，是发展方向。1、作用：高压负荷开关（文字符号为QL）是在高压隔离开关的基础上加入简单灭弧装置而成的，具有一定开断和关合能力的开关电器。它具有一定的分合闸速度，能通过一定的短路电流，也能开断正常的负荷电流和过负荷电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可用来控制空载线路、空载变压器及电容器等。高压负荷开关高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。高压负荷开关2、分类与型号：（1）按使用地点分为户内型和户外型。（2）按灭弧方式的不同，可以分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式等，近年来，真空式发展很快，在配电网中得到了广泛应用。（3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器。四、高压负荷开关2、分类与型号：四、高压负荷开关3、结构：四、高压负荷开关二、高压隔离开关高压隔离开关（文字符号为QS）又称隔离刀闸，是一种结构比较简单的高压开关电器。在合闸状态下能可靠的通过额定电流和短路电流，但因为它没有专门的灭弧装置，不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。

1、作用：（1）隔离高压电源，以保证其他设备的检修安全。（2）倒闸操作：当合闸时，先合隔离开关，后合断路器；分闸时，先分断路器，后分隔离开关。这种操作通常称为倒闸操作。为了保证安全，一般要装有和断路器之间的连锁装置，以防止误操作。（3）接通和断开小电流电路。

二、高压隔离开关2、分类和型号：按照不同的分类方式，隔离开关有多种类型。（1）按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。户外式户内式（2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。双柱式单柱式三柱式（3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等。（4）按产品组装级数分类二、高压隔离开关三极式单极式（5）按有无接地闸刀可分为：带接地闸刀不带接地闸刀（6）按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。2、分类和型号：二、高压隔离开关3、10KV高压隔离开关：二、高压隔离开关1—上接线端子；2—静触头；3—闸刀；4—套管绝缘子；5—下接线端子；6—框架；7—转轴；8—拐臂；9—升降绝缘子；10—支柱绝缘子断开状态闭合状态3、10KV高压隔离开关：二、高压隔离开关1.单柱式隔离开关断开状态闭合状态2.双柱式隔离开关（GW4系列）断开状态闭合状态3.三柱式隔离开关断开状态闭合状态4、操作注意事项：二、高压隔离开关在操作隔离开关时，应注意操作顺序。当合闸时，先合隔离开关，后合断路器；分闸时，先分断路器，后分隔离开关。这种操作通常称为倒闸操作。为了保证安全，一般要装有和断路器之间的连锁装置，以防止误操作。停电时先拉线路侧隔离开关，送电时先合母线侧隔离开关。而且在操作隔离开关前，先注意检查断路器确实在断开位置后，才能操作隔离开关。1、作用和特点：熔断器（文字符号为FU）是一种保护电器。它串联在电路中，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路使电气设备免遭损坏，并维持电力系统其余部分的正常工作。三、熔断器

主要用于线路及电力变压器等电气设备的短路及过载保护。

广泛使用在60kV及以下电压等级的小容量电气装置中常用来保护电压互感器。在3～60kV系统中，还常与负荷开关、重合器及断路器等其他开关电器配合使用，用来保护电力线路、变压器以及电容器组。它常和刀开关电器在一个壳体内组合成负荷开关或熔断器式刀开关。优点：结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便；动作直接，不需要继电保护和二次回路相配合；价格低。缺点：每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用，增加了停电时间；保护特性不稳定，可靠性低；保护选择性不易配合。三、熔断器2、分类和型号：（1）按安装地点分：户内式（N）和户外式（W）；（2）按使用电压高低分：高压熔断器和低压熔断器；（3）按灭弧方法分：瓷插式（C），封闭产气式（M），封闭填料式（T），产气纵吹式；（4）按限流特性分：限流式和非限流式。三、熔断器2、分类和型号：三、熔断器熔断器的工作原理

熔断器的金属熔体是一个易于熔断的导体。当电路发生过负荷或短路故障时，通过熔体电流增大，过负荷电流或短路电流对熔体加热，熔体由于自身温度超过熔点，在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔化，将电路切断，从而使线路中的电气设备得到了保护。3、结构和工作原理：熔断器的结构（1）熔体:正常工作时起导通电路的作用，在故障情况下熔体将首先熔化，从而切断电路实现对其他设备的保护。熔体以两个字母表示，如“gG”、“gM”、“aM”等。（2）熔断体:用于安装和拆御熔体，常采用触点的形式。（3）底座:用于实现各导电部分的绝缘和固定。

（4）熔管:用于放置熔体，限制熔体电弧的燃烧范围，并可灭弧。（5）充填物:一般采用固体石英砂，用于冷却和熄灭电弧。（6）熔断指示器:用于反映熔体的状态，即完好或已熔断。

熔断器的工作过程分为以下四个阶段：（1）熔断器的熔体因过载或短路而加热到熔化温度；（2）熔体的熔化和气化；（3）触点之间的间隙击穿和产生电弧；（4）电弧熄灭、电路被断开。

熔断器的主要技术参数（1）额定电压。熔断器长期能够承受的正常工作电压，即安装处电网的额定电压。

（2）额定电流。熔断器壳体部分和载流部分允许通过的长期最大工作电流。（3）熔体的额定电流。熔体允许长期通过而不会熔断的最大电流。（4）极限断路电流。熔断器所能断开的最大短路电流。

熔断器的技术参数还包括：额定开断能力、电流种类、额定频率、分断范围、使用类别和外壳防护等级等。

熔断器的技术参数应区分为熔断器（底座）的技术参数和熔体的技术参数。同一规格的熔断器底座可以装设不同规格的熔体，熔体的额定电流可以和熔断器的额定电流不同，但熔体的额定电流不得大于熔断器的额定电流。额定电流的表示形式为：熔断器底座的额定电流／熔体的额定电流。瓷插式熔断器（非专职人员使用）

瓷插式熔断器：又名插入式熔断器，由瓷盖、瓷底座、静触点、动触点和熔体组成。它是一种最常见的结构简单的熔断器，熔体更换方便、价格低廉。一般用于交流50Hz，额定电压380V，额定电流200A以下的线路中，作为电气设备的短路保护及一定程度上的过载保护之用。

螺旋式熔断器（非专职人员使用）螺旋式熔断器由瓷帽、熔管、瓷套以及瓷座等组成。熔管是一个瓷管，内装熔体和石英砂，熔体的两端焊在熔管两端的导电金属盖上，其上端盖中间有一熔断指示器，当熔体熔断时指示器弹出，通过瓷帽上的玻璃窗口可以看见。

互感器是电压、电流变换设备。供电系统中的高电压、大电流参数无法直接测量，供电设备的运行状态也无法直接从主回路上取的参数，因此，需要将高电压、大电流变成低电压和小电流，以供继电保护和电气测量使用。3.4互感器（1）变压/流：互感器将一次侧的高电压、大电流变成二次侧标准的低电压和小电流。（2）隔离高压，安全绝缘：采用互感器作为一次与二次电路之间的中间元件，既