《城市轨道交通变电所运行与维护》 课件 项目3任务4 直流开关柜的认知、操作与维护

项目3开关及开关柜的认知与维护任务4直流开关柜的认知、操作与维护【任务描述】认识典型直流开关柜结构，两人一组进行直流开关柜的操作与维护。01直流开关柜的类型直流开关柜的类型城市轨道交通直流牵引侧广泛采用了直流开关柜。按照电压等级不同可分为1500V和750V直流开关柜；按照功能不同可分为进线柜、馈线柜、负极柜和端子柜、钢轨电位限制装置等类型。1.直流进线柜进线柜也称为正极柜，实物如图中的201。进线柜有两个，对应着电气主接线图中的201和202。它是用于连接整流器正极与1500V直流正极母线间的开关设备，用于实现整流机组向1500V直流正极母线的电能传输、控制和保护。进线柜通常采用直流快速断路器作为开关设备，部分地铁线路采用电动隔离开关，其合／分操作与中压侧整流变压器开关具有电气联锁。2.直流馈线柜直流馈线柜安装于直流正极母线与接触网上网隔离开关之间的设备，用于实现直流母线向接触网馈电的控制和保护。馈线柜有四个，对应着电气主接线图中的211、212、213、214。其内配置1500V正极母线、直流快速断路器、分流器以及微机综合保护控制装置。直流快速断路器装于可移动的手车上，手车能方便地拉出和推入，具有“工作”、“试验”、“隔离”三个明显的位置。3.负极柜负极柜是连接于整流器阀侧负极与回流钢轨之间的开关设备，柜内通常装设手动隔离开关，对应着电气主接线图的2011和2021。负极柜中手动隔离开关与对应的直流1500V进线柜开关和中压交流侧断路器遵循一定的联锁关系。柜体分高压室和低压室两部分，前上方为低压控制小室，门上有负极柜一次模拟图及显示操作元件，柜下方内部为手动隔离开关室，二室之间有钢板屏蔽隔离，有效地抑制了对二次设备造成的电磁干扰。4.端子柜端子柜的作用是汇集各开关柜的二次接线及通讯线，实现联跳、通讯、闭锁等功能。5.钢轨电位限制装置在钢轨与大地之间装设一套钢轨电位限制装置,通过限制钢轨的电位，避免超出安全许可的接触电压对人身和设备造成的危害。02直流开关柜结构认知1.母线室1500V直流开关柜为户内型开关柜。由固定的柜体和可移开部件组成根据设计要求组合成不同的功能小室，通常分为母线室、直流断路器手车室、电缆室、低压室等。母线室位于开关柜后部，设有母排、与手车上部动触头相接触的静触头、避雷器等。母线室与断路器室之间用绝缘隔板隔开，为了方便维护人员进入母线室维护，绝缘隔板都配有手柄。2.断路器手车室断路器手车室装有导轨，具有“工作”、“试验”、“隔离”三个位置。工作位置是指将断路器手车推入柜内，手车上的动触头与柜内的静触头构成电气连接，此时一次和二次回路处于连接状态，断路器正常工作；试验位置是指将断路器手车动、静触头断开，并保持一定的距离，此时一次回路断开，二次回路仍然处于接通状态；隔离位置是指断路器手车完全被拉出，一次和二次回路均断开，断路器手车位置信号指示灯灭。2.断路器手车室当断路器断开后，通过一个专用操作手柄的旋转，可以使断路器手车在工作位置和试验位置变换，其位置能够通过断路器室门上的观察窗看到，安装在断路器手车上的脉冲计数器装置能记录断路器的合闸次数。当断路器手车位于试验位置时，开关柜主回路动、静触头断开，活门关闭并闭锁，由绝缘活门上的绝缘隔板将动、静触头及断路器手车室、母线室隔开。当拔掉航空插头后，断路器手车不需要专用工具即可从柜体拉出至隔离位置，此时断路器室是可进入的，母线室被完全隔离以确保人员安全。注意：当断路器处于分位状态且手车在试验位置时，才可将手车拉出至柜体外部。3.电缆室电缆室位于开关柜后部，设有主回路的电缆连接排，与可抽出的手车下部触头相接触的固定触头和馈线电缆接地固定点。电缆室通过绝缘板与断路器室隔开。4.低压室低压室位于开关柜上部，室内设有微机保护装置、辅助继电器、转换开关、端子排等二次设备，具有控制、保护、信号显示和电流电压测量等功能，并与变电所综合自动化系统监控网络进行通信。低压室有一个单独的隔离门，测量电路后面装有绝缘板，可保护操作人员。03直流快速断路器结构认知与工作原理分析直流快速断路器结构认知与工作原理分析在城市轨道交通供电系统的直流1500V或750V侧广泛采用了直流开关柜，而直流开关柜的核心部件是直流断路器。因动作迅速，也称为直流快速断路器，主要用来在正常负荷下接通和断开直流电路，在过载和短路时切断故障电流。直流快速断路器和交流断路器构造相似，一般由导电部分、灭弧部分、操作和传动部分等组成。1.直流快速断路器结构认知直流快速断路器的类型较多，主要有国产的DS系列和瑞士赛雪龙公司生产的UR系列与HPB系列。UR系列额定电流较小，通常在500-4000A范围内；而HPB系列额定电流较大，通常在4500-6000A范围内。1.直流快速断路器结构认知UR系列断路器是一种直流快速断路器，自然冷却。它在监测到回路短路的情况下，能自由脱扣，快速分断一次回路，在整个分断过程中，通过产生一个持续的过电压来快速灭弧。由于该快速断路器设计紧凑、占用空间小，过载及短路反应速度快，灭弧时间短，抗振动、抗冲击性强，可以安装在牵引机车上，所以广泛应用于牵引变电所、城市轨道交通车辆等领域。1.直流快速断路器结构认知UR系列断路器主体结构由八个部分组成。固定绝缘框架1用于不同部件之间的绝缘；主回路2用于直流回路的通断和保护；过流脱扣装置3用于过载和短路保护；灭弧罩4用于熄灭电弧；合闸装置5用于驱动直流断路器合闸；辅助触头6随着断路器主触头动作而同步动作；散热器8用于冷却散热，其中核心部件是主回路2。图3-68UR系列直流快速断路器内部结构1—断路器固定绝缘框架2—主回路（由下部连接排(21)，动触头(22)，上部连接排(23)和一个静触头(24)组成）3—过流脱扣装置4—灭弧罩5—合闸装置及拨叉单元6—辅助触头盒7—推杆8—散热器（仅安装在UR40上，UR36上未安装）2.直流快速断路器工作原理图3-69直流快速断路器工作原理1—静触头条2—连接条3—合闸装置4—动触头5—辅助触点盒6—缓冲器7—灭弧栅8—外角板9—上部连接排10—静触头11—下部连接排12—过流脱扣装置13—推杆14—凹槽15—叉杆16—限位块17—动触头块（1）断路器合闸操作断路器在接收到合闸信号后，合闸装置3中的合闸线圈受电，动铁心右移，通过叉杆15，经叉杆下方凹槽14，推动固定在动触头块17上的棘齿限位块16，使动触头块顺时针转动，动触头4压紧静触头10，断路器闭合。同时动触头块的转动使推杆13向左移动，并使辅助触点盒5中触点变位。合闸时的振动力被缓冲器6所吸收。一旦触头合上，合闸装置中的电保持机构或磁保持机构将保持断路器合闸位置并提供触头压力。2.直流快速断路器工作原理图3-69直流快速断路器工作原理1—静触头条2—连接条3—合闸装置4—动触头5—辅助触点盒6—缓冲器7—灭弧栅8—外角板9—上部连接排10—静触头11—下部连接排12—过流脱扣装置13—推杆14—凹槽15—叉杆16—限位块17—动触头块（2）断路器分闸操作断路器分闸可通过过电流脱扣自动分闸或常规分闸命令两种方式实现。1）过电流脱扣自动分闸过电流脱扣自动分闸动作过程如下：当流过断路器的电流超过了过电流脱扣器12最大电流设定值时，脱扣器可动衔铁释放杆迅速向上移动，举起叉杆15的一端，使凹槽14从棘齿限位块16上脱扣，推杆13在弹簧力的作用下推动动触头块17，使其逆时针转动，动触头迅速离开静触头，动、静触头间产生的电弧在电动力的作用下通过静触头条1、外角板8进入灭弧栅，电弧被分割冷却并迅速熄灭，电路被断开。脱扣器可动衔铁在失去过电流引起的电磁力后，向下移动返回，为下一次分闸动作做准备。同时合闸装置中的保持机构被释放，叉杆缩回，为下一次合闸操作做准备。2.直流快速断路器工作原理图3-69直流快速断路器工作原理1—静触头条2—连接条3—合闸装置4—动触头5—辅助触点盒6—缓冲器7—灭弧栅8—外角板9—上部连接排10—静触头11—下部连接排12—过流脱扣装置13—推杆14—凹槽15—叉杆16—限位块17—动触头块2）常规分闸断路器接收到分闸命令后时，控制电路切断合闸装置的保持电流(电保持)或施加一个逆向脉冲电流(磁保持)，在弹簧力的作用下导致叉杆15缩回，推杆13在弹簧力的作用下推动动触头块17，使其逆时针转动，动触头4迅速离开静触头10，开断电路。04直流馈线柜的面板认识与断路器手车操作1.直流馈线柜面板认识1—微机保护测控装置2—母线3—断路器小车位置信号指示器4—断路器代号5—直流断路器位置指示器6—故障总信号复位按钮7—断路器分合闸控制开关（HSCB）8—远方/就地控制模式选择开关9—断路器小车操作说明书10—断路器小车观察窗11—紧急分闸按钮12—部件使用说明（依次为紧急分闸、手车解锁、试验位置、工作位置）13—解锁开关14—摇把操作孔15—开关柜铭牌2.断路器手车的操作步骤（1）进车1）确认断路器处于分闸位置。4）闭锁手车两侧的锁定机构。5）插上断路器航空插头。6）关闭断路器室柜门。7）按下手动紧急分闸按钮，向左拉开操作孔。8）将操作手柄插入操作孔。9）逆时针旋转操作手柄，直至手车到工作位置。10）通过观察窗确认手车处于工作位置。11）取下操作手柄，关闭操作孔。2）确认手车两侧的锁定机构在解锁位置。3）将手车推进柜体到试验位置。2.断路器手车的操作步骤（2）退车1）确认断路器处于分闸位置。012）按下手动紧急分闸按钮，向左拉开操作孔。023）将操作手柄插入操作孔。034）顺时针旋转操作手柄，直至手车到试验位置。045）通过观察窗确认手车处于试验位置。056）取下操作手柄，关闭操作孔。067）打开断路器室柜门。078）拔下断路器航空插头。089）解锁手车两侧的锁定机构。0910）将手车拉出柜体。10断路器手车的操作步骤注意：断路器处于分闸位置时，断路器手车才能抽出或插入；手车在工作、试验位置时，断路器可以进行分、合闸；断路器手车在工作位置时，二次插头不能拔出；在二次插头未拔出前，断路器手车不能从开关柜中拉出。05直流馈线柜、进线柜、负极柜的联锁

（以中压为35kV为例）直流馈线柜、进线柜、负极柜的联锁（以中压为35kV为例）负极柜中装设隔离开关，进线柜中装设断路器或隔离开关。直流开关柜在操作时需要遵循各联锁关系，保证隔离开关任何时候不能带负荷操作。1．馈线柜操作时分/合闸均无联锁。2.负极柜联锁1)负极柜隔离开关合闸条件：负极柜隔离开关处于分位，对应的进线柜开关（装设断路器或隔离开关）处于分位，对应35kVGIS（送往本整流机组）的断路器处于分位。2)负极柜隔离开关分闸条件：负极柜隔离开关处于合位，对应的进线柜开关处于分位，对应的35kVGIS的断路器处于分位。3.只装设隔离开关的进线柜联锁1）进线柜隔离开关分闸条件：进线柜隔离开关处于合位，对应的负极隔离开关处于合位，所有馈线断路器均处于分位，对应的35kVGIS的断路器处于分位。2）进线柜隔离开关合闸条件：进线柜隔离开关开关处于分位，对应的负极隔离开关处于合位，所有馈线断路器均处于分位，对应的35kVGIS的断路器处于分位。06直流馈线柜、进线柜、负极柜的操作

（以中压35kV为例）直流馈线柜、进线柜、负极柜的操作（以中压35kV为例）直流开关柜可采用控制中心遥控(中央级)、变电所集中控制(变电所)和设备本体控制(就地)三级控制。供电系统运行调度指挥以控制中心为主。正常运行时，变电所运行不采用就地控制，只有在需要检修或设备故障时，根据需要对设备进行就地控制。直流开关柜上的“远方/就地”控制开关处在“远方”位置时，城市轨道交通运营控制中心可通过电力监控系统对相应的断路器进行操作；在变电所控制室内，可通过综自系统监控后台机或控制屏对相应的断路器进行操作。直流开关柜上的“远方/就地”控制开关处在“就地”位置时，通过开关柜面板的分合闸旋钮或显示屏的人机界面，对相应的断路器进行操作。无论转换开关处在何种位置，都可通过紧急分闸按钮，进行手动快速分闸。1.馈线柜的就地操作1)分闸操作：先将“远方/就地”控制模式选择开关打至“就地”位，利用面板上分闸开关进行分闸或在显示屏选择断路器后在弹出的菜单中点击分闸并确认，执行分闸操作。2)合闸操作：先将“远方/就地”控制模式选择开关打至“就地”位，利用面板上合闸开关进行合闸或在显示屏选择断路器后在弹出的菜单中点击合闸并确认，执行合闸操作。