第10章-成套电器与电器的智能化

第一节概述

一、成套电器成套电器惯指各式各类的开关柜。它主要用于配电系统，以开关为主体按主接线的要求，以确定的依次将各组成元件布置在一个或几个金属封闭的柜中成套供应。依据须要，柜内还配装有限制、测量及爱护等设备。它的特点是既从整体上考虑了各元件间的相互协作，又在个体上保有各自的独立功能，节约了占地面积、降低了成本，安装也便利得多。第一节概述

二、开关柜分类按主开关的安装方式:固定式、手车式；按开关柜隔室的构成形式有铠装式、间隔式、箱型等；按主母线系统，有单母线、单母线带旁路母线、双母线柜和环网柜等；按柜内绝缘介质可分两大类，有空气绝缘和SF6绝缘。三、我国开关柜的发展大致经验了三个时期：1、早期以仿苏的GG-1A(GG-高压固定)型固定式开关柜为主要品种。2、中期以自行开发的手车式较多，如GFC系列(高压封闭手车)。 3、进入1980年后，开关柜的设计制造水平有了显著的提高。四、防止开关柜误操作—“五防”所谓五防，是防止电气误操作的简称，即：1、防止误分、误合断路器；2、防止带负荷分、合隔离开关或带负荷推入拉出金属封闭（铠装）式开关柜的手车隔离插头；3、防止带电挂接地线或合接地开关；4、防止带接地线或接地开关合断路器；5、防止误入带电间隔。其次节典型结构举例及主要新型成套设备的品种简介一、常用空气绝缘柜的结构GG-1A固定开启式开关柜 1—下隔离开关 2—电流互感器 3—少油断路器 4—上隔离开关 5—母线 6—仪表室这种柜绝缘裕度考虑较大，因而体积也较大。仍在运行中的此类开关柜，断路器已基本更换成真空断路器。带互感器柜体操动机构(b)带互感器柜体操动机构系统 1—人力操作手柄 2—隔离开关刀闸 3—电磁操动机构 4—传动转轴 5—连杆 6—拐臂 7—动触杆 8—分闸弹簧 9—电缆进线端KYN1-10金属铠装型手车式(c)KYN1-10金属铠装型手车式 1—电缆室2—电流互感器3—母线室4—仪表室5—主开关室6—主开关JYN2-10间接隔型手车式开关柜JYN2-10间接隔型手车式开关柜1—电缆室2—电流互感器3—绝缘套管4—母线室5—仪表室6—断路器手车架7—手车室XGN-10系列结构布置（箱形固定式结构）满足全工况的绝缘要求XGN-10系列结构布置 1—母线室 2—压力释放通道 3—仪表室 4—组合开关室 5—手力操作及联锁机构 6—主开关室 7—电磁或弹簧机构 8—电流互感器 9—电缆室 10—上旋转隔离开关BB1-10型手车式箱柜(f)BB1-10型手车式箱柜 1—主开关 2—仪表室 3—母线 4—电流互感器 (引进BBC(现ABB)产品)ABB由两个历史100多年的国际性企业－瑞典的阿西亚公司(ASEA)和瑞士的布朗勃法瑞公司(BBCBrownBoveri)在1988年合并而来的。该产品的特点是结构简洁，紧凑，靠墙安装时，易于对柜内各元件的检修维护。二、充气柜的结构1980年后，国外开发出了不少充SF6气体的中压开关柜，也就是电压等级更低(12～40.5kV)的柜式GIS（C-GIS）。此类SF6气体绝缘的充气柜所充气体压力多在一个表压力(98kPa)以下.充气柜的最大特点是不受外界环境条件的影响，如凝露、污秽、小动物侵入等，可用在环境条件恶劣的场所。且大大缩小了体积，与空气绝缘相比，SF6充气柜安装面积可减小约四分之一，体积可缩小约一半。充气柜中也有个别充压缩空气绝缘的产品。

GX型充气式出线柜图10-3GX型充气式出线柜

1—SF6断路器 2—线路侧隔离开关 3—母线隔离开 4—接地开关 5—主母线 6—电缆终端 7—电流互感器 8—电缆架 9—接地母线 10—绝缘母线套管 11—操作限制室 12—电流互感器三、环网柜环网柜的英文缩写为RMU(RingMainUnit)。它事实上是至少须要三个开关部件才能组成的环网供电单元，因而在外观上它多半都是由几个柜组成，即二个环缆进出柜(隔室)和一个变压器回路柜(隔室)。环网柜基本接线图

图10-4环网供电单元的基本接线图图10-5供电网中的环网单元爱护方式环网单元可以是一般空气绝缘，也可以做成充气柜。多数为负荷开关＋熔断器的爱护方式，但也有用断路器爱护的。前者便宜，且对变压器的内部故障爱护效果好，短路电流使内部压力上升必需在20ms开断，熔断器可在10ms内切除。断路器就难于做到。但断路器无须更换熔丝，运行经济牢靠，熔断器与负荷开关之间存在转移电流（或交接电流）的协作问题。熔断器与负荷开关的协作熔断器与负荷开关必需合理协作，即负荷开关开断的电流不应大于其最大开断电流，超过其最大开断电流的电流应完全由熔断器开断。转移电流（TransferCurrent）由于熔断器不行避开地存在有熔断的时间差（电流越大其时间差越小），因此，当故障电流较小时，三相电流中的三个熔断器之一首先开断，其撞击器释放触头负荷开关使之分闸，由负荷开关与后两相熔断器一起或仅由负荷开关最终开断电流，其所以要出动负荷开关分闸，就是为了避开负载缺相运行。是熔断器与负荷开关共同开断还是仅由负荷开关开断，确定于负荷开关的分闸时间T0是否小于后两相熔断元件相对于首熔相的熔化时间差，当然也与首熔相未开断时所通过的电流大小有关。转移电流（TransferCurrent）熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值称为转移电流（TransferCurrent）。低于该值时，首开相电流由熔断器开断，而后两相由负荷开关开断；大于该值时，三相电流仅由熔断器开断。在转移电流区域则有可能由负荷开关和熔断器共同完成开断职能。同样的负荷开关，选用不同的熔断器额定电流，有不同的转移电流。转移电流的确定方法负荷开关脱扣特性为定时限时特性曲线交接电流（Take-overCurrent）交接电流也是一种超过正常负载的过电流值。交接电流可由负荷开关和熔断器两者的“时间——电流”特性交点来确定交接电流1——熔断器特性曲线2——负荷开关脱扣特性为反时限时特性曲线3——负荷开关脱扣特性为定时限时特性曲线。交接电流大于转移电流最大最小交接电流最大最小交接电流限制和爱护电流范围这种组合电器涉及的限制和爱护电流范围可划分为三个区域1、低于额定电流的正常工作电流2、高于额定电流低于短路电流的过载电流3、短路电流当过载电流低于交接电流时，负荷开关在电流继电爱护指令或干脆过流脱扣下开断，熔断器不动作。明显，对只有熔断器撞针引发负荷开关脱扣开断的组合电器，就不存在交接电流而只有转移电流。只有装有继电爱护或干脆过流脱扣的组合电器才有交接电流，假如其熔断器也带有撞针使负荷开关脱扣，那同时还有转移电流。对于这种状况，低于转移电流是负荷开关爱护的范围，高于交接电流是熔断器的爱护范围，交接电流和转移电流之间是负荷开关和熔断器都有可能动作的范围。 降低运行成本对于真空、SF6等开断实力强的负荷开关，可以提高其交接电流，使之接近或大于转移电流，削减熔断器在小电流下的动作次数，降低运行成本。从断路器分闸线圈起先通电(接到吩咐)到首个触头头刚刚分别时的时间为固有分闸时间(OpeningTime)从起弧到全部相都熄灭为止的时间叫燃弧时间(ArcingTime)”。四、F-C回路柜F-C回路是指一次设备由熔断器和接触器的协作来完成爱护与限制的回路。所谓F-C柜，就是由高压限流熔断器(Fuse)、高压接触器(Contactor)及集成化的多功能综合爱护继电器等所组成的新型配电柜。开断短路电流由熔断器完成，开断正常电流及过载电流由接触器完成，它将熔断器可以限制短路电流、开断时间短和接触器寿命长，宜于频繁操作等优点集于一身。这样做的结果，较之断路器爱护柜，不仅达到同样的限制爱护功能，柜体本身的投资大大降低，而且还可节约回路的电缆投资。五、箱式(组合式)变电站由高压开关设备、电力变压器和低压开关设备三部分组合在一起构成的配电装置。箱式站高压侧最高可达35kV，低压侧一般均为0.4kV，协助回路电压110V、220V、380V。变压器容量小到50kVA，大到2000KVA都可能生产，但大多在315～1000KVA。箱式站体积可达30m3～50m3。图10-7示出二种德国生产的箱式站结构，体积都比较小、不超过15m3，图中MS为高压室，NS为低压室。外视图中示意出温度高时的向外排风。箱式站可置于交叉路口、施工现场、生活小区或高层建筑。外型美观、搬迁简洁，极易与周转环境协调，大大节约土建与征地费。因而有广泛的应用前景。图10-8一种箱式站的接线图六、低压开关柜低压抽出式成套开关设备的很多功能单元或组件更都是标准化、系列化的生产，互换性很强。有以供电单元为主所构成的抽出式开关设备，也有以电动机限制单元为主所构成的抽出式开关设备。这些成套设备无论在平安性、牢靠性、便利适用及外部观感上较之老式柜都有技术上的跃变。七、重合器与分断器沟通高压自动重合器(简称重合器)也是一种成套配电设备，因为它是一种自具限制及爱护功能的高压开关设备，它能够依据预定的开断和重合依次在沟通线路中自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。所谓“自具”即本身具备故障电流检测和操作限制与执行功能，无需附加继电爱护装置和供应操作电源。重合器能与线路分段器、熔断器等协作自动隔离故障区段，使停电范围和停电时间限制到最小，不象断路器，一动作就是整条线路被切除。重合器多在户外柱上，外型很像柱上断路器，其差别仅在附装的限制器，限制器多数干脆附装于开关本体，少数分别安装。重合器、分段器重合器按灭弧介质有油重合器、SF6重合器、真空重合器，按限制器分有液压限制、电子限制、液压—电子混合限制等多种。分段器是一种能与断路器或重合器相协作以便能实现自动隔离故障区段的开关电器，按其与前级开断设备协作动作原理的不同，有电压-时间型（V-t型）重合分段器和过流脉冲计数型分段器之分。重合器、分段器、自动配电开关国内生产重合器和分段器的数量还很少配电系统及设备的分布量大面广，配电自动化系统涉及的费用大部分为可遥控操作的开关设备费用以及限制系统、数据采集系统和通讯系统的费用。就我国国情而言，还缺乏大规模实现配网自动化的物质基础，只能分阶段投资和分阶段实施配电自动化。

目前，国内生产重合器和分段器的数量还很少，这也说明配电自动化规模还不大。据统计，2007年生产12kV重合器总计876台，分段器912台，而2007年生产12kV真空断路器412881台，负荷开关145708台。由此可见，重合器相比断路器少得多，仅为其约2%。因此，从重合器和分段器产量看，我国实现馈线自动化的路程还很遥远。第三节关于开关电器的智能化

一、开关设备的智能化是技术进步的必定1、是人们长期以来始终追求的目标2、随着电网的发展3、技术的进步这种要求越来越猛烈，也越来越可能。二如何理解开关电器的智能化1、开关本质功能的智能化2、高压开关设备自身的状态监测和故障诊断。3、对电网的某些故障诊断技术及信息远传4、据电网状态的智能化操作(a)以尽量减小过电压、涌流为目标的断路器合分闸操作的选相限制。(b)自动重合闸的智能限制。依据检测的信息推断故障的种类(永久性或临时性)，提高自动重合闸的成功率，从而减小短路冲击，增加电网的稳定性。这也是一个难度较大的问题。三、开关设备智能监测与诊断的常用方法与手段简介1、灭弧室电寿命的监测与诊断2、断路器机械故障的监测与诊断a关键部分的机械振动信号b合、分闸线圈电流和电压波形的测检