《供配电技术》课件2.2 变配电所常用的高低压电气设备

省级职业教育专业教学资源库成果教材新时代职业教育课证融通新形态一体化教材供配电技术主编

申九菊

乔志杰

赵晓东项目2

变配电所及高低压配电装置的选择2.2

变配电所常用的高低压电气设备2.2.1变配电所常用的高压电气设备1.高压隔离开关高压隔离开关的主要作用：隔离高压电源，保证其他设备和线路的安全检修。其结构特点：断开后有明显的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是可靠的，能充分保障人身和设备安全。高压隔离开关按安装场所分为户内式和户外式两类。如左图所示为GN8-10型户内式高压隔离开关；如右图所示为GW2-35型户外式高压隔离开关。2.2.1变配电所常用的高压电气设备通常采用CS6型手动机构操作户内式高压隔离开关。如图所示为CS6型手动机构与GN8-10型高压隔离开关相互配合的一种安装方式。绝缘操作棒（也称“令克棒”）操作10kV及以下的户外式高压隔离开关。2.2.1变配电所常用的高压电气设备高压隔离开关全型号的表示和含义如图所示。带有接地开关的隔离开关称为接地隔离开关，可将电气设备进行短接、连锁和隔离，一般是用隔离开关将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接。而接地开关是用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常状态下，能够在规定时间内承载一定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。大多与隔离开关构成一个整体，并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置。在操作隔离开关时应注意操作顺序，停电时先拉下线路侧隔离开关，送电时先合上母线侧隔离开关。在操作隔离开关之前，注意检查断路器确实在断开位置后，才能操作隔离开关。2.2.1变配电所常用的高压电气设备2.高压负荷开关高压负荷开关（文字符号为QL）具有简单的灭弧装置，因此能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流。它必须与高压熔断器串联使用，利用熔断器来实现短路保护，切断短路故障。当高压负荷开关断开后，与高压隔离开关一样，有明显可见的断开间隙，因此它也具有隔离电源、保证线路安全检修的作用。根据高压负荷开关灭弧装置所采用的不同灭弧介质，可分为固体产气式、压气式、油管式、真空式和SF6式等。按安装场所分类，也有户内式和户外式两种。高压负荷开关全型号的表示和含义如图所示。2.2.1变配电所常用的高压电气设备如图所示为FN3-10RT型高压负荷开关。负荷开关上端的绝缘子是一个简单的灭弧室，它不仅起到支柱绝缘子的作用，而且其内部是一个气缸，装有操动机构主轴传动的活塞，绝缘子上部装有绝缘喷嘴和弧静触头。当负荷开关分闸时，闸刀一端的弧动触头与弧静触头之间产生电弧，同时分闸时主轴转动带动活塞，压缩气缸内的空气，从绝缘喷嘴向外吹弧，使电弧迅速熄灭。FN3-10RT型高压负荷开关的外形与户内式高压隔离开关相似，也具有明显的断开间隙，故同时具有隔离开关的作用。2.2.1变配电所常用的高压电气设备如图所示为西门子公司12kV高压真空负荷开关的剖面图。它主要利用真空灭弧原理来工作，因此能可靠地完成通断工作。工作特点是可频繁操作，配用手动操作机构或电动操作机构，灭弧性能好，使用寿命长。但必须和熔断器配合使用，才能断开短路电流，而且断开后不形成隔离间隙，不能作隔离开关用，一般用于220kV及以下的电网中。2.2.1变配电所常用的高压电气设备3.高压断路器高压断路器（文字符号为QF）又称高压开关，是高压供配电系统中最重要的电气设备之一。（1）高压断路器的功能。在电路正常情况下用于接通或切断负荷电流；在电路发生故障时，用于切断短路电流或自动重合闸。断路器的灭弧装置具有很强的灭弧能力，现在常用的高压断路器有高压少油断路器、高压真空断路器、高压SF6断路器及高压空气开关等。（2）高压断路器的类型。高压断路器根据采用的不同灭弧介质，分为少油断路器、空气断路器、SF6断路器和真空断路器等。高压断路器全型号的表示和含义如图所示。2.2.1变配电所常用的高压电气设备①少油断路器。少油断路器中的油仅作灭弧介质使用，不作为主要绝缘介质，而载流部分是依靠空气、陶瓷材料或有机绝缘材料来绝缘的，因此油量很少。如上图所示为SN10-10型高压少油断路器的外形结构图。该型少油断路器由框架、油箱及传动部分组成。框架上装有分闸限位器、合闸缓冲、分闸弹簧及6只支持绝缘子。传动部分有断路器主轴、绝缘拉杆等。油箱固定在支持绝缘子上。断路器的灭弧室为纵横吹和机械油吹联合作用灭弧，在短时间内可有效地灭大、中、小电流。如下图所示为SN10-10型高压少油断路器的一相剖面图。2.2.1变配电所常用的高压电气设备如图所示为SN10-10型高压少油断路器的灭弧室。它采用了横吹、纵吹及机械油吹3种作用。这种灭弧室的特点是：采用逆流原理，使动力触头端部的电弧弧根不断与新鲜油相接触，可以有效地冷却电弧，增加熄弧能力；当开断大电流时，在电弧高温作用下，油被分解为气体，产生高气压，当导电杆向下移动时，依次打开第一、第二、第三横吹弧道，油气混合物强烈吹动电弧，从而使电弧熄灭；当开断小电流时，电弧能量小，但由于动触头向下运动，使下面的一部分油通过灭弧室的附加油道而横向进入灭弧室。这样除两个纵吹油囊的作用以外，又增加了机械油吹作用，因此能很快熄灭小电流电弧。2.2.1变配电所常用的高压电气设备②真空断路器。真空断路器是把触头安置在一个真空容器中，依靠真空作为灭弧和绝缘介质。当真空容器内的真空度达到10-5mmHg时，具有较高的绝缘强度（E=10～45kV/mm）。真空断路器的外形结构图如图所示。2.2.1变配电所常用的高压电气设备真空断路器的类型可从不同角度来划分，一般情况下主要有以下两个方面。a.按安装场所可分为户内式和户外式，如右图所示为ZN39-40.5C型高压真空断路器的外形结构图，如左图所示为ZW7-40.5/T2000-31.5型高压真空断路器的外形结构图。2.2.1变配电所常用的高压电气设备b.按断路器主体与操动机构的位置可分为整体式和分体式。整体式真空断路器的操动机构与开关安装在同一骨架上，这种安装方式的特点是体积小、重量轻、安装调整方便、机械性能稳定。分体式真空断路器的操动机构与开关分别安装在开关柜的不同位置上，断路器的各项机械特性参数必须安装在开关柜上调整试验才有实际意义，这种安装方式主要受我国少油断路器安装方式的影响，比较适合于少油开关柜的无油化改造，优点是巡视和检修方便，缺点是安装调整较麻烦，机械性能的稳定性和可靠性较差。③高压六氟化硫（SF6）断路器。六氟化硫（SF6）断路器主要利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质。SF6气体是一种无色、无臭、不燃烧的惰性气体，具有优异的绝缘及灭弧能力。在150℃以下时，其化学性能相当稳定。它的绝缘能力约高出普通空气的2.5～3倍，灭弧能力则高出近100倍。这种断路器的外形尺寸小，占地面积少，开断能力很强，此外，电弧在SF6气体中燃烧时，电弧电压特别低，燃弧时间也短，因此SF6断路器触头烧损很轻微，适用于频繁操作，检修周期长的开关柜。2.2.1变配电所常用的高压电气设备如图所示为LN2-10型高压SF6断路器的外形结构图。SF6断路器的缺点是电气性能受电场均匀程度及水分等杂质的影响特别大，故对SF6断路器的密封结构、元件结构及SF6气体的质量要求相当严格。SF6断路器的结构特点是开关触头在SF6气体中闭合和断开；SF6气体具有灭弧和绝缘功能；灭弧能力强，属于高速断路器；结构简单，无燃烧、爆炸危险；SF6气体无毒，但在电弧的高温作用下，会产生氟化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物质，检修时应注意防毒。SF6断路器的操动机构主要采用弹簧操动机构和液压操动机构。2.2.1变配电所常用的高压电气设备4.高压熔断器高压熔断器（文字符号为FU）是一种应用非常广泛的过电流保护装置。主要功能是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护功能。在供配电系统中，户内广泛采用RN1型和RN2型高压管式熔断器，户外广泛采用RW4型和RW10(F)型高压跌开式熔断器。高压熔断器全型号的表示和含义如图所示。2.2.1变配电所常用的高压电气设备（1）RN1型和RN2型户内高压熔断器。RN1型和RN2型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。RN1型主要用作高压线路和设备的短路保护，并能起过负荷保护的作用，其熔体在正常情况下要通过主电路的负荷电流，因此结构尺寸较大。RN2型只用作电压互感器一次侧的短路保护，其熔体额定电流一般为0.5A，结构尺寸较小，瓷熔管较细。如左图所示为RN1型和RN2型高压熔断器的外形结构图，如右图所示为RN1型和RN2型高压熔断器瓷熔管的剖面示意图。2.2.1变配电所常用的高压电气设备（2）RW4型和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器。跌开式熔断器（文字符号一般型用FD，负荷型用FDL），又称跌落式熔断器，广泛用于室外场所，其功能是既可用于6～10kV线路和设备的短路保护，也可在一定条件下，直接用高压绝缘操作棒来操作熔管的分合。一般型跌开式熔断器如RW4-10（G）型，只能在无负荷下操作，或通断小容量的空载变压器和空载线路等，其操作要求与高压隔离开关相同。而负荷型跌开式熔断器如RW10-10（F）型，能带负荷操作，其操作要求与高压负荷开关相同。如图所示为RW4-10（G）型跌开式熔断器。2.2.1变配电所常用的高压电气设备RW10-10（F）型跌开式熔断器是在一般型跌开式熔断器的上静触头加装了简单的灭弧装置和弧触头，如图所示，因此它能带负荷操作。跌开式熔断器主要依靠电弧燃烧使熔管内消弧管内壁分解产生气体吹弧来灭弧，负荷型跌开式熔断器加装有简单的灭弧装置，其灭弧能力都不强，灭弧速度不快，不能在短路电流达到冲击值即半个周期（0.01s）内熄灭电弧，因此这种跌开式熔断器属于“非限流式”熔断器。2.2.2变配电所常用的低压电气设备1.低压刀开关低压刀开关（文字符号为QK）是最普通的一种低压开关电器，适用于交流频率为50Hz、额定交流电压为380V、直流电压为440V、额定电流为1500A及以下的供配电系统，做不频繁手动接通和分断电路或用来隔离电源以保证安全检修。为了能在短路或过电流时自动切断电路，低压刀开关必须与熔断器串联使用。低压刀开关的种类很多，按灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩两种；按极数分，有单极、双极和三极3种；按操作方式分，有直接手柄操作和连杆操作两种；按用途分，有单投和双投两种。如图所示为HD13型低压刀开关的外形结构图，其额定电流最大为1500A。低压刀开关全型号的表示和含义2.2.2变配电所常用的低压电气设备2.低压刀熔开关低压刀熔开关（文字符号为QKF或FU-QK），又称熔断器式刀开关，由低压刀开关和低压熔断器组合而成，具有低压刀开关和低压熔断器的双重功能。常见的低压刀熔开关是HR3型刀开关，它将HD型刀开关的闸刀换成RT0型熔断器的具有刀形触头的熔管。采用这种组合型的低压开关电器，既简化了配电装置结构，又经济实用，广泛用于低压配电屏上。HR3型低压刀熔开关的结构示意图如图所示。低压刀熔开关全型号的表示和含义2.2.2变配电所常用的低压电气设备3.低压负荷开关低压负荷开关（文字符号为QL）由低压刀开关与低压熔断器组合而成，外装封闭式铁壳或开启式胶盖。装铁壳的称为铁壳开关；装胶盖的称为胶壳开关。低压负荷开关具有带灭弧罩的低压刀开关和低压熔断器的双重功能，既可带负荷操作，也可作为短路保护，但是当熔断器的熔体熔断后，须更换熔体后方可恢复供电。低压负荷开关全型号的表示和含义如图所示。2.2.2变配电所常用的低压电气设备4.低压断路器低压断路器的原理结构和接线方式低压断路器（文字符号为QF），又称低压自动开关。既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和欠电压情况下自动跳闸，切断电路。低压断路器的原理结构和接线方式如上图所示。如下图所示为低压断路器的3种保护动作特性曲线。非选择型断路器一般为瞬时动作，只用作短路保护；有的为长延时动作，只用作过负荷保护。选择型断路器具有两段保护和三段保护。两段保护为瞬时（或短延时）和长延时特性，三段保护为瞬时、短延时和长延时特性。2.2.2变配电所常用的低压电气设备5.低压熔断器低压熔断器（文字符号为FU）主要用于低压配电系统的短路保护和过负荷保护。它的主要缺点是熔体熔断后必须更换，否则会引起短时停电，保护动作特性和可靠性较差，在一般情况下，必须与其他低压电器配合使用。低压熔断器的类型很多，按结构形式分为RM型无填料密闭管式熔断器、RT型有填料密闭管式熔断器、RC型瓷插式熔断器、RL型螺旋式熔断器和NT型高分断能力熔断器等。低压熔断器全型号的表示和含义如上图所示。RC1型瓷插式熔断器RL型螺旋式熔断器2.2.3电压互感器和电流互感器1.电压互感器电压互感器(文字符号为TV)的种类很多，按相数分类，有单相电压互感器和三相电压互感器；按绝缘方式和冷却方式分类，有油浸式电压互感器和干式电压互感器；按用途分类，有测量用电压互感器和保护用电压互感器；按结构原理分类，有电磁感应式电压互感器和电容分压式电压互感器等。JDZJ-10型电压互感器的外形结构图如上图所示。电压互感器的基本结构和原理接线图如下图所示。2.2.3电压互感器和电流互感器电压互感器的结构特点如下。①一次绕组匝数较多，二次绕组匝数较少，相当于降压变压器。②工作时一次绕组并联在一次电路中，二次绕组并联接入仪表、继电器的电压线圈回路，二次绕组负载阻抗很大，接近开路状态。③一次绕组导线较细，二次绕组导线较粗，二次侧额定电压为100V，接成开口三角形的二次绕组，当一次电压正常时，由于3个相电压对称，开口三角形两端的电压接近于零。当某一相接地时，开口三角形两端会出现近100V的零序电压。电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2之间存在下列关系2.2.3电压互感器和电流互感器（2）电压互感器的接线方式。电压互感器全型号的表示和含义2.2.3电压互感器和电流互感器2.电流互感器（1）电流互感器的功能和结构特点。电流互感器（文字符号为TA）用来使测量仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘，既可防止主电路的高电压直接引入测量仪表、继电器等二次设备，也可防止测量二次设备发生故障，提高整个电路运行的安全性和可靠性，有利于保障人身安全。电流互感器的结构特点：一次绕组的匝数很少，