第三章 發(fā)電廠電氣設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)(含圖)

1、第三章 發(fā)電廠電氣設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)第一節(jié) 絕緣子、母線和電纜一、絕緣子絕緣子廣泛應(yīng)用在發(fā)電廠的配電裝置、變壓器、開(kāi)關(guān)電器及輸電線路上，用來(lái)支持和固定裸載流導(dǎo)體，并使裸載流導(dǎo)體與地絕緣，或使處于不同電位的載流導(dǎo)體之間絕緣。因此，絕緣子應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和防潮性。絕緣子按其額定電壓可分為高壓絕緣子(500V以上)和低壓絕緣子(500V及以下)兩種；按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式兩種；按結(jié)構(gòu)形式和用途可分為支柱式、套管式及盤形懸式三種。高壓絕緣子主要由絕緣件和金屬附件兩部分組成。絕緣件通常用電工瓷制成，電工瓷具有結(jié)構(gòu)緊密均勻、絕緣性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高和不吸水等優(yōu)點(diǎn)。盤形懸式絕緣子

2、的絕緣件也有用鋼化玻璃制成的，具有絕緣和機(jī)械強(qiáng)度高、尺寸小、質(zhì)量輕、制造工藝簡(jiǎn)單及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。金屬附件的作用是將絕緣子固定在支架上和將載流導(dǎo)體固定在絕緣子上。金屬附件裝在絕緣件的兩端，兩者通常用水泥膠合劑膠合在一起。絕緣瓷件的外表面涂有一層棕色或白色的硬質(zhì)瓷釉，以提高其絕緣、機(jī)械和防水性能；金屬附件皆作鍍鋅處理，以防其銹蝕；膠合劑的外露表面涂有防潮劑，以防止水分侵入。高壓絕緣子應(yīng)能在超過(guò)其額定電壓15的電壓下可靠地運(yùn)行。支柱絕緣子和套管絕緣子應(yīng)能承受短路電流所產(chǎn)生的最大電動(dòng)力，并具有一定裕度。其機(jī)械強(qiáng)度用機(jī)械破壞負(fù)荷(或稱抗彎破壞負(fù)荷)表示，單位為kN。機(jī)械破壞負(fù)荷是指在絕緣子固定的情況下

3、，在絕緣子頂帽的平面上施加與其軸線垂直、使絕緣子受到彎矩作用而被破壞的機(jī)械負(fù)荷值。同一電壓級(jí)的絕緣子，按機(jī)械破壞負(fù)荷的不同值分為4組，在其型號(hào)中分別用A、B、C、D表示，也有些絕緣子直接用機(jī)械破壞負(fù)荷值表示。盤形懸式絕緣子按機(jī)電破壞負(fù)荷分級(jí)。機(jī)電破壞負(fù)荷是指當(dāng)電壓和機(jī)械負(fù)荷同時(shí)加于絕緣子上，在電壓一定、機(jī)械負(fù)荷升高時(shí)，絕緣子的任一部分喪失其機(jī)械或電氣性能的機(jī)械負(fù)荷值，單位為t或kN。1支柱絕緣子戶內(nèi)式支柱絕緣子分內(nèi)膠裝、外膠裝、聯(lián)合膠裝3個(gè)系列；戶外式支柱絕緣子分針式和棒式2種。(1)戶內(nèi)式支柱絕緣子。戶內(nèi)式支柱絕緣子主要應(yīng)用在3 35kV屋內(nèi)配電裝置。1)外膠裝式支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)如圖3-1(

4、a)所示，圖中尺寸為ZA-10Y型的。它主要由絕緣瓷件2、鑄鐵帽1和鑄鐵底座3組成。絕緣瓷件為上小、下大的空心瓷體，起對(duì)地絕緣作用；鑄鐵帽上有螺孔，用于固定母線或其他導(dǎo)體；鑄鐵底座上有螺孔，用于將絕緣子固定在架構(gòu)或墻壁上。底座有圓形、橢圓形和方形。鑄鐵帽1和鑄鐵底座3用水泥膠合劑4與瓷件2膠合在一起。這種絕緣子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是金屬附件膠裝在瓷件的外表面，使絕緣子的有效高度減少，電氣性能降低，或在一定的有效高度下使絕緣子的總高度增加，尺寸、質(zhì)量增大，但其機(jī)械強(qiáng)度較高。2)內(nèi)膠裝式支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)如圖3-1(b)所示。它主要由絕緣瓷件2和上、下鑄鐵配件5組成。上、下鑄鐵配件均有螺孔，分別用于導(dǎo)體和絕緣

5、子的固定。這種絕緣子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是金屬附件膠裝在瓷件的孔內(nèi)，相應(yīng)地增加了絕緣距離，提高了電氣性能，在有效高度相同的情況下，其總高度約比外膠裝式絕緣子低40；同時(shí)，由于所用的金屬配件和膠合劑的質(zhì)量減少，其總質(zhì)量約比外膠裝式絕緣子減少50。所以，內(nèi)膠裝式支柱絕緣子具有體積小、質(zhì)量輕、電氣性能好等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)械強(qiáng)度較低。圖3-1 戶內(nèi)式支柱絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖(a)外膠裝式； (b)內(nèi)膠裝式1鑄鐵帽；2絕緣瓷件；3鑄鐵底座； 4水泥膠合劑；5鑄鐵配件；6鑄鐵配件螺孔3)聯(lián)合膠裝式支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。這種絕緣子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上金屬附件采用內(nèi)膠裝，下金屬附件采用外膠裝，而且一般屬實(shí)心不可擊穿結(jié)構(gòu)，為多

6、棱型。它兼有內(nèi)、外膠裝式支柱絕緣子之優(yōu)點(diǎn)，尺寸小、泄漏距離大、電氣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，適用于潮濕和濕熱帶地區(qū)。(2)戶外式支柱絕緣子。戶外式支柱絕緣子主要應(yīng)用在6kV及以上屋外配電裝置。由于工作環(huán)境條件的要求，戶外式支柱絕緣子有較大的傘裙，用以增大沿面放電距離，并能阻斷水流，保證絕緣子在惡劣的雨、霧氣候下可靠地工作。圖3-2 ZLB35F型戶內(nèi)聯(lián)合膠裝式支柱絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖1)戶外針式支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，圖中尺寸為ZPC1-35型的。它主要由絕緣瓷件2、4，鑄鐵帽5和法蘭盤裝腳1組成，屬空心可擊穿結(jié)構(gòu)，較笨重，易老化。圖3-3 ZPC1-35型戶外針式支柱絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖1 法蘭盤

7、裝腳；2、4絕緣瓷件；3水泥膠合劑；5鑄鐵帽2)戶外棒式支柱絕緣子的外形如圖3-4所示，圖中尺寸為ZS-35/8型的。棒式絕緣子為實(shí)心不可擊穿結(jié)構(gòu)，一般不會(huì)沿瓷件內(nèi)部放電，運(yùn)行中不必?fù)?dān)心瓷體被擊穿，與同級(jí)電壓的針式絕緣子相比，具有尺寸小、質(zhì)量輕、便于制造和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此，它將逐步取代針式絕緣子。圖3-4 ZS35/8 戶外棒式支柱絕緣子外形示意圖2盤形懸式絕緣子懸式絕緣子主要應(yīng)用在35kV及以上屋外配電裝置和架空線路上。按其帽及腳的連接方式，分為球形的和槽形的兩種。圖3-5為幾種懸式絕緣子的結(jié)構(gòu)示意圖。它們都是由絕緣件(瓷件或鋼化玻璃)、鐵帽、鐵腳組成。鐘罩形防污絕緣子的污閃電壓比普通型絕緣

8、子高2050；雙層傘形防污絕緣子具有泄漏距離大、傘形開(kāi)放、裙內(nèi)光滑、積灰率低、自潔性能好等優(yōu)點(diǎn)；草帽形防污絕緣子也具有積污率低、自潔性能好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，懸式絕緣子根據(jù)裝置電壓的高低組成絕緣子串。這時(shí)，一片絕緣子的腳3的粗頭穿入另一片絕緣子的帽2內(nèi)，并用特制的彈簧鎖鎖住。每串絕緣子的數(shù)目：35kV不少于3片，110kV不少于7片，220kV不少于13片，330kV不少于19片，500kV不少于24片。對(duì)于容易受到嚴(yán)重污染的裝置，應(yīng)選用防污懸式絕緣子。3套管絕緣子套管絕緣子用于母線在屋內(nèi)穿過(guò)墻壁或天花板，以及從屋內(nèi)向屋外引出，或用于使有封閉外殼的電器(如斷路器、變壓器等)的載流部分引出殼外

9、。套管絕緣子也稱穿墻套管，簡(jiǎn)稱套管。穿墻套管按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式兩種；據(jù)結(jié)構(gòu)型式可分為帶導(dǎo)體型和母線型兩種。帶導(dǎo)體型套管，其載流導(dǎo)體與絕緣部分制成一個(gè)整體，導(dǎo)體材料有銅的和鋁的，導(dǎo)體截面有矩形的和圓形的；母線型套管本身不帶載流導(dǎo)體，安裝使用時(shí)，將載流母線裝于套管的窗口內(nèi)。圖3-5 幾種懸式絕緣子的結(jié)構(gòu)示意圖(a)XP10型球形連接懸式絕緣子；(b)LXP型鋼化玻璃懸式絕緣子；(c)XHPl型鐘罩形防污懸式絕緣子；(d)XWP5型雙傘形防污懸式絕緣子；(e)XMP型草帽形防污懸式絕緣子1瓷件；2鍍鋅鐵帽；3鐵腳；4、5水泥膠合劑 (1)戶內(nèi)式穿墻套管。戶內(nèi)式穿墻套管額定電壓為635kV

10、，其中帶導(dǎo)體型的額定電流為2002000A。1)CA6/400型戶內(nèi)帶導(dǎo)體型穿墻套管結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。型號(hào)表明：該型套管額定電壓為6kV，額定電流為400A，導(dǎo)體為銅導(dǎo)體，機(jī)械破壞負(fù)荷為3.75 kN。它主要由空心瓷套1、橢圓形法蘭盤2、載流導(dǎo)體5及金屬圈4組成?？招拇商着c法蘭盤用水泥膠合劑膠合在一起；法蘭盤上有兩個(gè)安裝孔3，用于將套管固定在墻壁或架構(gòu)上；矩形載流導(dǎo)體從空心瓷套中穿過(guò)，導(dǎo)體兩端用有矩形孔(與截面相適應(yīng))的金屬圈固定，金屬圈嵌入瓷套端部的凹口內(nèi)；導(dǎo)體兩端均有圓孔，以便用螺栓將配電裝置的母線或其他電器的載流導(dǎo)體與它連接。其他戶內(nèi)式穿墻套管結(jié)構(gòu)與CA6/400型基本相同。圖3-6

11、CA6/400型戶內(nèi)式穿墻套管結(jié)構(gòu)示意圖1空心瓷套；2法蘭盤；3安裝孔；4金屬圈；5載流導(dǎo)體2)額定電壓為20kV及以下的屋內(nèi)配電裝置中，當(dāng)負(fù)荷電流超過(guò)1000A時(shí)，廣泛采用母線型穿墻套管。CME-10型戶內(nèi)母線型穿墻套管結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。型號(hào)表明：該型套管額定電壓為10kV，機(jī)械破壞負(fù)荷為30kN。它主要由瓷殼1、法蘭盤2及金屬帽3組成。金屬帽3上有矩形窗口，以便母線穿過(guò)。矩形窗口的尺寸決定于穿過(guò)套管的母線的尺寸和數(shù)目。該型套管可以穿過(guò)兩條矩形母線，條間墊以襯墊，其厚度與母線厚度相同。圖3-7 CME10型戶內(nèi)母線式穿墻套管結(jié)構(gòu)示意圖l一瓷殼；2法蘭盤；3金屬帽；4矩形窗口 (2)戶外式穿

12、墻套管。戶外式穿墻套管用于將配電裝置中的屋內(nèi)載流導(dǎo)體與屋外載流導(dǎo)體的連接，以及屋外電器的載流導(dǎo)體由殼內(nèi)向殼外引出。因此，戶外式穿墻套管的特點(diǎn)是：其兩端的絕緣瓷套分別按戶內(nèi)、外兩種要求設(shè)計(jì)，戶外部分有較大的表面(較多的傘裙或棱邊)和較大的尺寸。CWC-101000型戶外帶導(dǎo)體型穿墻套管結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。型號(hào)表明：該型套管額定電壓為10kV，額定電流為1000A，導(dǎo)體為銅導(dǎo)體，機(jī)械破壞負(fù)荷為12.5 kN。其右端為戶內(nèi)部分，表面平滑，無(wú)傘裙(也有帶較少傘裙的)；其左端為戶外部分，表面有較多傘裙。圖3-8 CWC10/1000型戶外式穿墻套管結(jié)構(gòu)示意圖二、母線發(fā)電廠和變電所中各種電壓等級(jí)配電裝置的

13、主母線，發(fā)電機(jī)、變壓器與相應(yīng)配電裝置之間的連接導(dǎo)體，統(tǒng)稱為母線，其中主母線起匯集和分配電能的作用。1 母線材料常用的母線材料有銅、鋁和鋁合金。銅的電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度大、抗腐蝕性強(qiáng)，是很好的母線材料。但銅在工業(yè)上有很多重要用途，而且我國(guó)銅的儲(chǔ)量不多，價(jià)格高。因此，銅母線只用在持續(xù)工作電流較大、且位置特別狹窄的發(fā)電機(jī)、變壓器出口處，以及污穢對(duì)鋁有嚴(yán)重腐蝕而對(duì)銅腐蝕較輕的場(chǎng)所(例如沿海、化工廠附近等)。鋁的電阻率為銅的1.72倍，但密度只有銅的30，在相同負(fù)荷及同一發(fā)熱溫度下，所耗鋁的質(zhì)量?jī)H為銅的4050，而且我國(guó)鋁的儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低。因此，鋁母線廣泛用于屋內(nèi)、外配電裝置。鋁的不足之處是：機(jī)械強(qiáng)度較

14、低；在常溫下其表面會(huì)迅速生成一層電阻率很大(達(dá)l0l0·m)的氧化鋁薄膜，且不易清除；抗腐蝕性較差，鋁、銅連接時(shí)，會(huì)形成電位差(銅正、鋁負(fù))，當(dāng)接觸面之間滲入含有溶解鹽的水分(即電解液)時(shí)，可生成引起電解反應(yīng)的局部電流，鋁會(huì)被強(qiáng)烈腐蝕，使接觸電阻更大，造成運(yùn)行中溫度增高，高溫下腐蝕更會(huì)加快，這樣的惡性循環(huán)致使接觸處溫度更高。所以，在銅、鋁連接時(shí)，需要采用銅、鋁過(guò)渡接頭，或在銅、鋁的接觸表面搪錫。2敞露母線母線的截面形狀應(yīng)保證集膚效應(yīng)系數(shù)盡可能低、散熱良好、機(jī)械強(qiáng)度高、安裝簡(jiǎn)便和連接方便。常用硬母線的截面形狀有矩形、槽形、管形。母線與地之間的絕緣靠絕緣子維持，相間絕緣靠空氣維持。敞露矩

15、形和槽形母線結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖3-9 矩形和槽形母線結(jié)構(gòu)示意圖(a)每相1條矩形母線；(b)每相2條矩形母線；(c)每相3條矩形母線；(d)槽形母線(1)矩形母線。矩形母線散熱條件較好，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)較大。為增加散熱面，減少集膚效應(yīng)，并兼顧機(jī)械強(qiáng)度，其短邊與長(zhǎng)邊之比通常為1/121/5，單條截面積最大不超過(guò)1250mm2；當(dāng)電路的工作電流超過(guò)最大截面的單條母線的允許載流量時(shí)，每相可用24條并列使用，條間凈距離一般為一條的厚度，以保證較好地散熱；每相條數(shù)增加時(shí)，因散熱條件差及集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)影響，允許載流量并不成正比增加，當(dāng)每相有3條及以上時(shí)，電流并不在條間平均分配(例如，每相

16、有3條時(shí)，電流分配為：中間條約占20，兩邊條約各占40)，所以，每相不宜超過(guò)4條；矩形母線平放較豎放允許載流量低58。矩形母線一般用于35kV及以下、持續(xù)工作電流在4000A及以下的配電裝置中。 (2)槽形母線。槽形母線是將銅材或鋁材軋制成槽形截面，使用時(shí)，每相一般由兩根槽形母線相對(duì)地固定在同一絕緣子上。其集膚效應(yīng)系數(shù)較小，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件較好，與利用幾條矩形母線比較，在相同截面下允許載流量大得多。槽形母線一般用于35kV及以下、持續(xù)工作電流為40008000A的配電裝置中。 (3)管形母線。管形母線一般采用鋁材。管形母線的集膚效應(yīng)系數(shù)小，機(jī)械強(qiáng)度高；管內(nèi)可通風(fēng)或通水改善散熱條件，其載流能

17、力隨通入冷卻介質(zhì)的速度而變；由于其表面圓滑，電暈放電電壓高(即不容易發(fā)生電暈)；與采用軟母線相比，具有占地少、節(jié)省鋼材和基礎(chǔ)工程量、布置清晰、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 管形母線形狀如圖3-10所示，有圓形、異形和分裂型3種。圓形管母線的制造、安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，但機(jī)械強(qiáng)度、剛度相對(duì)較低，對(duì)跨度的限制較大；異形管母線有較高的剛度，能節(jié)省材料，在其筋板上適當(dāng)開(kāi)孔可防止微風(fēng)振動(dòng)，但制造工藝復(fù)雜、造價(jià)高；分裂結(jié)構(gòu)管母線的截面可按載流量選擇，不受機(jī)械強(qiáng)度、剛度的控制，能提高電暈放電電壓，減少對(duì)通信的干擾，其造價(jià)比圓形管母線貴，而比異形管母線便宜得多，但加工工作量大、對(duì)焊接工藝要求高。圖3-10 不同截面形狀

18、的管形母線示意圖(a)圓形管母線；(b)異形管母線；(c)三、四分裂結(jié)構(gòu)管母線管形母線的支持結(jié)構(gòu)如圖3-11所示，分支持式和懸吊式兩種。前者是將母線固定在支柱絕緣子上；后者是將母線懸吊在懸式絕緣子下。 管形母線一般用于110kV及以上、持續(xù)工作電流在8000A以上的配電裝置中。圖3-11 管形母線的支持結(jié)構(gòu)示意圖(a)支持式；(b)懸吊式 (4)絞線圓形軟母線。常用的絞線圓形軟母線有鋼芯鋁絞線、組合導(dǎo)線。鋼芯鋁絞線由多股鋁線繞在單股或多股鋼線的外層構(gòu)成，一般用于35kV及以上屋外配電裝置；組合導(dǎo)線由多根鋁絞線固定在套環(huán)上組合而成，常用于發(fā)電機(jī)與屋內(nèi)配電裝置或屋外主變壓器之間的連接。軟母線一般為

19、三相水平布置，用懸式絕緣子懸掛。3封閉母線(1)全連式分相封閉母線。與敞露母線相比，全連式分相封閉母線具有以下優(yōu)點(diǎn)：供電可靠。封閉母線有效地防止了絕緣遭受灰塵、潮氣等污穢和外物造成的短路。運(yùn)行安全。由于母線封閉在外殼中，且外殼接地，使工作人員不會(huì)觸及帶電導(dǎo)體。由于外殼的屏蔽作用，母線電動(dòng)力大大減少，而且基本消除了母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱。運(yùn)行維護(hù)工作量小。 分相封閉母線支持結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。母線導(dǎo)體用支柱絕緣子支持，一般有單個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)和四個(gè)絕緣子4種方案。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的封閉母線幾乎都采用三絕緣子方案，三個(gè)絕緣子在空間彼此相差120°。絕緣子頂部有橡膠彈力塊和蘑菇形鑄鋁合金金具。對(duì)母線

20、導(dǎo)體可實(shí)施活動(dòng)支持或固定支持。作活動(dòng)支持時(shí)，母線導(dǎo)體不需作任何加工，只夾在三個(gè)絕緣子的蘑菇形金具之間；作固定支持時(shí)，需在母線導(dǎo)體上鉆孔并改用頂部有球狀突起的蘑菇形金具，將該突起部分插入鉆孔內(nèi)。圖3-12 分相封閉母線結(jié)構(gòu)示意圖(a)單個(gè)絕緣子支持；(b)兩個(gè)絕緣子支持；(c)三個(gè)絕緣子支持；(d)四個(gè)絕緣子支持1母線；2外殼；3絕緣子；4支座；5三相支持槽鋼 (2)共箱式封閉母線。共箱式封閉母線結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。其三相母線分別裝設(shè)在支柱絕緣子上，并共用一個(gè)金屬(一般是鋁)薄板制成的箱罩保護(hù)，有三相母線之間不設(shè)金屬隔板和設(shè)金屬隔板兩種型式。在安裝方式上，有支持式和懸吊式2種。圖3-13為支持

21、式，懸吊式相當(dāng)于將圖翻轉(zhuǎn)180°。 共箱式封閉母線主要用于單機(jī)容量為200300MW的發(fā)電廠的廠用回路，用于廠用高壓變壓器低壓側(cè)至廠用高壓配電裝置之間的連接，也可用作交流主勵(lì)磁機(jī)出線端至整流柜的交流母線和勵(lì)磁開(kāi)關(guān)至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)的直流母線。圖3-13 共箱式封閉母線結(jié)構(gòu)示意圖(a)無(wú)隔板共箱式；(b)有隔板共箱式1外殼；2母線；3絕緣子；4金屬隔板 三、電力電纜 電力電纜線路是傳輸和分配電能的一種特殊電力線路，它可以直接埋在地下及敷設(shè)在電纜溝、電纜隧道中，也可以敷設(shè)在水中或海底。與架空線路相比，雖然具有投資多、敷設(shè)麻煩、維修困難、難于發(fā)現(xiàn)和排除故障等缺點(diǎn)，但它具有防潮、防腐、防損傷、

22、運(yùn)行可靠、不占地面、不妨礙觀瞻等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。特別是在有腐蝕性氣體和易燃、易爆的場(chǎng)所及不宜架設(shè)架空線路的場(chǎng)所(如城市中)，只能敷設(shè)電纜線路。1電纜分類 常用的電力電纜，按其絕緣和保護(hù)層的不同，有以下幾類： (1)油浸紙絕緣電纜，適用于35kV及以下的輸配電線路。 (2)聚氯乙烯絕緣電纜(簡(jiǎn)稱塑力電纜)，適用于6kV及以下的輸配電線路。 (3)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜(簡(jiǎn)稱交聯(lián)電纜)，適用于11lOkV的輸配電線路。 (4)橡皮絕緣電纜，適用于6kV及以下的輸配電線路，多用于廠礦車間的動(dòng)力干線和移動(dòng)式裝置。 (5)高壓充油電纜，主要用于110330kV變、配電裝置至高壓架空線及城市輸電系統(tǒng)之間的

23、連接線。2結(jié)構(gòu)及性能電力電纜主要由載流導(dǎo)體、絕緣層、保護(hù)層三部分組成，其型號(hào)的含義如下：例如，ZQ20表示銅芯黏性油浸紙絕緣鉛套裸鋼帶鎧裝電力電纜，ZLQFD23表示鋁芯不滴流油浸紙絕緣分相鉛套鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，VV32表示銅芯聚氯乙烯絕緣內(nèi)細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。(1)油浸紙絕緣電纜。ZQ20型三芯油浸紙絕緣電纜的結(jié)構(gòu)如圖3-14所示，其結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜：載流導(dǎo)體通常用多股銅(鋁)絞線，以增加電纜的柔性，據(jù)導(dǎo)體芯數(shù)的不同分為單芯、三芯和四芯電纜；絕緣層用來(lái)使各導(dǎo)體之間及導(dǎo)體與鉛(鋁)套之間絕緣；內(nèi)護(hù)層用來(lái)保護(hù)絕緣不受損傷，防止浸漬劑的外溢和水分侵入；外護(hù)層包括鎧裝層和外被層，

24、用來(lái)保護(hù)電纜，防止其受外界的機(jī)械損傷及化學(xué)腐蝕。油浸紙絕緣電纜的主絕緣是用經(jīng)過(guò)處理的紙浸透電纜油制成，具有絕緣性能好、耐熱能力強(qiáng)、承受電壓高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。按絕緣紙浸漬劑的浸漬情況，它又分黏性浸漬電纜和不滴流電纜。黏性浸漬電纜，是將電纜以松香和礦物油組成的黏性浸漬劑充分浸漬，即普通油浸紙絕緣電纜，其額定電壓為135kV；不滴流電纜采用與黏性浸漬電纜完全相同的結(jié)構(gòu)尺寸，但是以不滴流浸漬劑的方法制造，敷設(shè)時(shí)不受高差限制。圖3-14 ZQ20型三芯油浸紙絕緣電纜結(jié)構(gòu)圖1載流導(dǎo)體；2電纜紙(相絕緣)；3黃麻填料； 4油浸紙(統(tǒng)包絕緣)；5鉛套；6紙帶；7黃麻護(hù)層；8鋼鎧(2)聚氯乙烯絕緣電纜。其主

25、絕緣采用聚氯乙烯，內(nèi)護(hù)套大多也是采用聚氯乙烯，具有電氣性能好、耐水、耐酸堿鹽、防腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度較好、敷設(shè)不受高差限制等優(yōu)點(diǎn)，并可逐步取代常規(guī)的紙絕緣電纜；缺點(diǎn)主要是絕緣易老化。(3)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。交聯(lián)聚乙烯是利用化學(xué)或物理方法，使聚乙烯分子由直鏈狀線型分子結(jié)構(gòu)變?yōu)槿瓤臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該型電纜具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外徑小、質(zhì)量小、耐熱性能好、線芯允許工作溫度高(長(zhǎng)期90，短路時(shí)250)、載流量大、可制成較高電壓級(jí)、機(jī)械性能好、敷設(shè)不受高差限制等優(yōu)點(diǎn)，并可逐步取代常規(guī)的紙絕緣電纜。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜比紙絕緣電纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，例如YJV22型電纜結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為：銅芯、交聯(lián)聚乙烯絕緣層、聚氯乙烯內(nèi)護(hù)層、

26、鋼帶鎧裝層及聚氯乙烯外被層。(4)橡皮絕緣電纜。其主絕緣是橡皮，性質(zhì)柔軟、彎曲方便；缺點(diǎn)是耐壓強(qiáng)度不高、遇油變質(zhì)、絕緣易老化、易受機(jī)械損傷等。(5)高壓?jiǎn)涡境溆碗娎|。其結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。充油電纜在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是鉛套內(nèi)部有油道。油道由纜芯導(dǎo)線或扁銅線繞制成的螺旋管構(gòu)成。在單芯電纜中，油道就直接放在線芯的中央；在三芯電纜中，油道則放在芯與芯之間的填充物處。充油電纜的紙絕緣是用黏度很低的變壓器油浸漬的，油道中也充滿這種油。在連接盒和終端盒處裝有壓力油箱，以保證油道始終充滿油，并保持恒定的油壓。當(dāng)電纜溫度下降，油的體積收縮時(shí)，油道中的油不足時(shí)，由油箱補(bǔ)充；反之，當(dāng)電纜溫度上升，油的體積膨脹時(shí)，

27、油道中多余的油流回油箱內(nèi)。圖3-15 單芯充油電纜結(jié)構(gòu)圖1油道；2載流導(dǎo)體第二節(jié) 高壓斷路器高壓斷路器是電力系統(tǒng)最重要的控制和保護(hù)設(shè)備。高壓斷路器的功能是接通和斷開(kāi)正常工作電流、過(guò)負(fù)荷電流和故障電流，它是開(kāi)關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備。一、高壓斷路器的類型高壓斷路器按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)型和戶外型兩種；按滅弧介質(zhì)及滅弧原理可分為六氟化硫(SF6)斷路器、真空斷路器、油斷路器(又分為多油、少油斷路器)、空氣斷路器等。1六氟化硫(SF6)斷路器以具有優(yōu)良滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器，稱為六氟化硫(SF6)斷路器。這種斷路器具有開(kāi)斷能力強(qiáng)、全開(kāi)斷時(shí)間短，斷口開(kāi)距小，體積小、質(zhì)量較輕，維護(hù)工作

28、量小，噪聲低，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬消耗量較大，制造工藝、材料和密封要求高，價(jià)格昂貴。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的SF6斷路器有10500kV電壓級(jí)產(chǎn)品。SF6斷路器與以SF6為絕緣的有關(guān)電器組成的封閉組合電器(GIS)，在城市高壓配電裝置中的應(yīng)用日益廣泛。2真空斷路器利用真空(真空度為133.3×10-4Pa以下)的高介質(zhì)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)滅弧的斷路器，稱為真空斷路器。這種斷路器具有開(kāi)斷能力強(qiáng)、滅弧迅速，觸頭不易氧化、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，滅弧室不需檢修，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕，噪聲低、壽命長(zhǎng)，無(wú)火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)；但制造工藝、材料和密封要求高，開(kāi)斷電流和斷口電壓不能做得很高。目前國(guó)內(nèi)只生產(chǎn)35k

29、V及以下電壓級(jí)產(chǎn)品。3油斷路器以絕緣油作為滅弧介質(zhì)的斷路器，稱為油斷路器。在多油斷路器中，油除了作為滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭斷開(kāi)后弧隙絕緣及帶電部分與接地外殼之間的絕緣。這種斷路器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于加裝單匝環(huán)形電流互感器，受大氣條件影響較小等優(yōu)點(diǎn)；但耗鋼、耗油量大，體積大，額定電流不易做大，全開(kāi)斷時(shí)間較長(zhǎng)，并有發(fā)生火災(zāi)的可能性。目前國(guó)內(nèi)只生產(chǎn)10、35kV電壓級(jí)的多油斷路器。在少油斷路器中，油主要作為滅弧介質(zhì)及觸頭斷開(kāi)后弧隙絕緣，對(duì)地絕緣主要靠瓷介質(zhì)。這種斷路器開(kāi)斷性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，具有耗鋼、耗油量少，體積和質(zhì)量較小，價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)；但油易凍結(jié)和劣化，不適用于嚴(yán)寒地帶。長(zhǎng)期以

30、來(lái)，少油斷路器在我國(guó)電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，但近年來(lái)在35kV及以下系統(tǒng)中有被真空斷路器取代的趨勢(shì)。4空氣斷路器以壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)及兼作操動(dòng)機(jī)構(gòu)能源的斷路器，稱為壓縮空氣斷路器，簡(jiǎn)稱空氣斷路器。這種斷路器具有滅弧能力強(qiáng)，動(dòng)作迅速、全開(kāi)斷時(shí)間短，無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，可適用于嚴(yán)寒地帶等優(yōu)點(diǎn)；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝和材料要求高，有色金屬消耗量大，維修周期長(zhǎng)，噪聲大，價(jià)格較高，且需配備一套壓縮空氣裝置。二、高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)雖然高壓斷路器有多種類型，具體結(jié)構(gòu)也不相同，但其基本結(jié)構(gòu)類似，如圖3-16所示?；窘Y(jié)構(gòu)主要包括電路通斷元件1、絕緣支撐元件2、操動(dòng)機(jī)構(gòu)3及基座4等幾部分。電路通斷元件安裝在絕緣支撐元件

31、上，而絕緣支撐元件則安裝在基座上。電路通斷元件是其關(guān)鍵部件，承擔(dān)著接通和斷開(kāi)電路的任務(wù)，它由接線端子、導(dǎo)電桿、觸頭(動(dòng)、靜觸頭)及滅弧室等組成；絕緣支撐元件起著固定通斷元件的作用，并使其帶電部分與地絕緣；操動(dòng)機(jī)構(gòu)起控制通斷元件的作用，當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)接到合閘或分閘命令時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，經(jīng)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭，實(shí)現(xiàn)斷路器的合閘或分閘。圖3-16 斷路器基本結(jié)構(gòu)示意圖1通斷元件；2絕緣支撐元件；3操動(dòng)機(jī)構(gòu)；4基座斷路器中的滅弧室，按滅弧的能源可分為兩大類：(1)自能式滅弧室。主要利用電弧本身能量來(lái)熄滅電弧的滅弧室稱為自能式滅弧室，如油斷路器的滅弧室。這類斷路器的開(kāi)斷性能與被開(kāi)斷電流的大小有關(guān)。在其額定

32、開(kāi)斷電流以內(nèi)，被開(kāi)斷的電流愈大，電弧能量愈大，滅弧能力愈強(qiáng)，燃弧時(shí)間也愈短；而被開(kāi)斷的電流較小時(shí)，滅弧能力較差，燃弧時(shí)間反而較長(zhǎng)，所以存在臨界開(kāi)斷電流(對(duì)應(yīng)最大燃弧時(shí)間的開(kāi)斷電流)現(xiàn)象。(2)外能式滅弧室。主要利用外部能量來(lái)熄滅電弧的滅弧室稱為外能式滅弧室，如壓氣式SF6斷路器、壓縮空氣斷路器的滅弧室。這類斷路器的開(kāi)斷性能主要與外部供給的滅弧能量有關(guān)。在開(kāi)斷大、小電流時(shí)，外部供給的滅弧能量基本不變，因此其燃弧時(shí)間較穩(wěn)定。三、高壓斷路器的型號(hào)高壓斷路器的型號(hào)含義如下：四、高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)1額定電壓UN額定電壓是指高壓電器(包括高壓斷路器)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的標(biāo)稱電壓，用UN表示。所謂標(biāo)稱電壓是指國(guó)

33、家標(biāo)準(zhǔn)中列入的電壓等級(jí)，對(duì)于三相電器是指其相間電壓，即線電壓。我國(guó)高壓電器采用的額定電壓有3、6、10、35、63、110、220、330、500kV等?？紤]到輸電線路的首、末端運(yùn)行電壓不同及電力系統(tǒng)的調(diào)壓要求，對(duì)高壓電器又規(guī)定了與其額定電壓相應(yīng)的最高工作電壓Ualm。當(dāng)UN220kV時(shí)，Ualm=1.15UN；當(dāng)UN330kV時(shí)，Ualm=1.1UN。2額定電流IN額定電流是指高壓電器(包括高壓斷路器)在規(guī)定的環(huán)境溫度下，能長(zhǎng)期通過(guò)且其載流部分和絕緣部分的溫度不超過(guò)其長(zhǎng)期最高允許溫度的最大標(biāo)稱電流，用IN表示。對(duì)于高壓斷路器，我國(guó)采用的額定電流有200、400、630、1000、1250、1

34、600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。3額定開(kāi)斷電流INbr高壓斷路器進(jìn)行開(kāi)斷操作時(shí)首先起弧的某相電流，稱為開(kāi)斷電流。在額定電壓UN下斷路器能可靠地開(kāi)斷的最大短路電流，稱為額定開(kāi)斷電流，用INbr表示。它表征斷路器的開(kāi)斷能力。我國(guó)規(guī)定的高壓斷路器的額定開(kāi)斷電流為1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、l00kA等。4熱穩(wěn)定電流Itt秒熱穩(wěn)定電流It，是在保證斷路器不損壞的條件下，在規(guī)定時(shí)間t秒(2s、4s、5s、10s等)內(nèi)允許通過(guò)斷路器的最大短路

35、電流有效值。它表明斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力，當(dāng)斷路器持續(xù)通過(guò)t秒時(shí)間的It，時(shí)，不會(huì)發(fā)生觸頭熔接或其他妨礙其正常工作的異?，F(xiàn)象。一般產(chǎn)品給出的4s熱穩(wěn)定電流與額定開(kāi)斷電流相等。5動(dòng)穩(wěn)定電流ies動(dòng)穩(wěn)定電流ies是斷路器在閉合狀態(tài)下，允許通過(guò)的最大短路電流峰值，又稱極限通過(guò)電流。它表明斷路器承受短路電流電動(dòng)力效應(yīng)的能力。當(dāng)斷路器通過(guò)這一電流時(shí)，不會(huì)因電動(dòng)力作用而發(fā)生任何機(jī)械上的損壞。動(dòng)穩(wěn)定電流決定于導(dǎo)體及機(jī)械部分的機(jī)械強(qiáng)度，并與觸頭的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。ies的數(shù)值約為額定開(kāi)斷電流INbr的2.5倍。6額定關(guān)合電流iNcl如果在斷路器合閘之前，線路或設(shè)備上已存在短路故障，則在斷路器合閘過(guò)程中，在

36、觸頭即將接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過(guò)(稱預(yù)擊穿)，要求斷路器能承受而不會(huì)引起觸頭熔接和遭受電動(dòng)力的損壞；而且，在關(guān)合后，由于繼電保護(hù)動(dòng)作，不可避免地又要自動(dòng)跳閘，此時(shí)仍要求能切斷短路電流。所以，用額定關(guān)合電流iNcl，來(lái)說(shuō)明斷路器關(guān)合短路故障的能力。額定關(guān)合電流iNcl是在額定電壓下，斷路器能可靠地閉合的最大短路電流峰值。它主要決定于斷路器滅弧裝置的性能、觸頭構(gòu)造及操動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式。在斷路器產(chǎn)品目錄中，一般給出的額定關(guān)合電流iNcl與動(dòng)穩(wěn)定電流ies相等。7動(dòng)作時(shí)間(1)分閘時(shí)間。分閘時(shí)間是表明斷路器開(kāi)斷過(guò)程快慢的參數(shù)。斷路器開(kāi)斷電路時(shí)的有關(guān)時(shí)間如圖3-17所示。圖3-17 斷路器開(kāi)斷電路時(shí)的有

37、關(guān)時(shí)間tpr繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；tin斷路器固有分閘時(shí)間；ta燃弧時(shí)間；tab斷路器全分閘時(shí)間1)固有分閘時(shí)間。固有分閘時(shí)間是指斷路器從接到分閘命令起到觸頭分離的時(shí)間。2)燃弧時(shí)間。燃弧時(shí)間是指從觸頭分離到各相電弧熄滅的時(shí)間間隔。3)全分閘時(shí)間。全分閘時(shí)間是指斷路器從接到分閘命令起到各相電弧熄滅的時(shí)間間隔，即全分閘時(shí)間等于固有分閘時(shí)間與燃弧時(shí)間之和。為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要求斷路器有較高的分閘速度，即全分閘時(shí)間愈短愈好。(2)合閘時(shí)間。合閘時(shí)間是指斷路器從接到合閘命令起到觸頭剛接觸的時(shí)間間隔。電力系統(tǒng)對(duì)斷路器合閘時(shí)間一般要求不高，但要求其合閘穩(wěn)定性能好。五、SF6斷路器SF6斷路器是指采用SF

38、6氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器。20世紀(jì)70年代之后在我國(guó)得到迅速發(fā)展，目前SF6斷路器已成為我國(guó)高壓斷路器的首選品種。1SF6氣體的性能(1)物理化學(xué)性質(zhì)。SF6氣體的物理化學(xué)性質(zhì)如下：1)SF6分子是以硫原子為中心、六個(gè)氟原子對(duì)稱地分布在周圍形成的呈正八面體結(jié)構(gòu)。其氟原子有很強(qiáng)的吸附外界電子的能力，SF6分子在捕捉電子后成為低活動(dòng)性的負(fù)離子，對(duì)去游離有利；另外，SF6分子的直徑較大(0.456nm)，使得電子的自由行程減小，從而減少碰撞游離的發(fā)生。2)SF6為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不可燃、不助燃的非金屬化合物；在常溫常壓下，其密度約為空氣的5倍；常溫下壓力不超過(guò)2MPa時(shí)仍為氣態(tài)。其總的熱傳導(dǎo)能力

39、遠(yuǎn)比空氣為好。3)SF6的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在干燥情況下，溫度低于110時(shí)，與銅、鋁、鋼等材料都不發(fā)生作用；溫度高于150時(shí)，與鋼、硅鋼開(kāi)始緩慢作用；溫度高于200時(shí)，與銅、鋁發(fā)生輕微作用；溫度達(dá)500600時(shí)，與銀也不發(fā)生作用。4)SF6的熱穩(wěn)定性極好，但在有金屬存在的情況下，熱穩(wěn)定性則大為降低。它開(kāi)始分解的溫度為150200，其分解隨溫度升高而加劇。當(dāng)溫度到達(dá)1227時(shí)，分解物基本上是SP4(有劇毒)；在12271727時(shí)，分解物主要是SF4和SF3；超過(guò)1727時(shí)，分解為SF2和SF。在電弧或電暈放電中，SF6將分解，由于金屬蒸氣參與反應(yīng)，生成金屬氟化物和硫的低氟化物。當(dāng)SF6氣體含有水

40、分時(shí)，還可能生成HF(氟化氫)或SO2，對(duì)絕緣材料、金屬材料都有很強(qiáng)的腐蝕性。(2)絕緣和滅弧性能。基于SF6的上述物理化學(xué)性質(zhì)，SF6具有極為良好的絕緣性能和滅弧能力。1)絕緣性能。SF6氣體的絕緣性能穩(wěn)定，不會(huì)老化變質(zhì)。當(dāng)氣壓增大時(shí)，其絕緣能力也隨之提高。在0.1MPa下，SF6的絕緣能力超過(guò)空氣的2倍；在0.3MPa時(shí)，其絕緣能力和變壓器油相當(dāng)。2)滅弧性能。SF6在電弧作用下接受電能而分解成低氟化合物，但需要的分解能卻比空氣高得多，因此，SF6分子在分解時(shí)吸收的能量多，對(duì)弧柱的冷卻作用強(qiáng)。當(dāng)電弧電流過(guò)零時(shí)，低氟化合物則急速再結(jié)合成SF6，故弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程極快。另外，SF6中電弧的

41、電壓梯度比空氣中的約小3倍，因此，SF6氣體中電弧電壓也較低，即燃弧時(shí)的電弧能量較小，對(duì)滅弧有利。所以，SF6的滅弧能力相當(dāng)于同等條件下空氣的100倍。2SF6斷路器滅弧室工作原理SF6斷路器滅弧室基本上有雙壓式和單壓式兩種結(jié)構(gòu)。單壓式滅弧室是根據(jù)活塞壓氣原理工作的，又稱壓氣式滅弧室。平時(shí)滅弧室中只有一種壓力(一般為0.30.7MPa)的SF6氣體，起絕緣作用。開(kāi)斷過(guò)程中，滅弧室所需的吹氣壓力由動(dòng)觸頭系統(tǒng)帶動(dòng)壓氣缸對(duì)固定活塞相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，就像打氣筒一樣。其SF6氣體同樣是在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用，不能排向大氣。這種滅弧裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠。我國(guó)研制的SF6斷路器均采用單壓式滅弧室。單壓式滅弧室又

42、分定開(kāi)距和變開(kāi)距兩種。如圖3-18所示為定開(kāi)距滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖(合閘狀態(tài))。斷路器的觸頭由兩個(gè)帶噴嘴的空心靜觸頭3、5和動(dòng)觸頭2組成。斷路器弧隙由兩個(gè)靜觸頭保持固定的開(kāi)距，故稱為定開(kāi)距滅弧室。由于SF6的滅弧和絕緣能力強(qiáng)，所以開(kāi)距一般不大。動(dòng)觸頭與壓氣缸1連成一體，并與拉桿7連接，操動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)拉桿帶動(dòng)動(dòng)觸頭和壓氣缸左右運(yùn)動(dòng)。固定活塞由絕緣材料制成，它與動(dòng)觸頭、壓氣缸之間圍成壓氣室4。圖3-18 定開(kāi)距滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖1壓氣缸；2動(dòng)觸頭；3、5靜觸頭；4壓氣室；6固定活塞；7拉桿定開(kāi)距滅弧室動(dòng)作過(guò)程示意圖如圖3-19所示。圖3-19(a)為斷路器處于合閘位置，這時(shí)動(dòng)觸頭跨接于兩個(gè)靜觸頭之間，構(gòu)

43、成電流通路；分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)拉桿帶著動(dòng)觸頭和壓氣缸向右運(yùn)動(dòng)，使壓氣室內(nèi)的SF6氣體被壓縮，壓力約提高l倍左右，這一過(guò)程稱壓氣過(guò)程或預(yù)壓縮過(guò)程，如圖3-19(b)所示；當(dāng)動(dòng)觸頭離開(kāi)靜觸頭3時(shí)，產(chǎn)生電弧，同時(shí)將原來(lái)被動(dòng)觸頭所封閉的壓氣缸打開(kāi)，高壓SF6氣體迅速向兩靜觸頭內(nèi)腔噴射，對(duì)電弧進(jìn)行強(qiáng)烈的雙向縱吹，如圖3-19(c)所示；當(dāng)電弧熄滅后，觸頭處在分閘位置，如圖3-19(d)所示。這種滅弧室具有開(kāi)距小、行程短、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，但壓氣室的體積較大。圖3-19 定開(kāi)距滅弧室動(dòng)作過(guò)程示意圖(a)合閘位置；(b)壓氣過(guò)程；(c)吹弧過(guò)程；(d)分閘位置3SF6斷路器的結(jié)構(gòu)（1）支柱式。支柱

44、式SF6斷路器系列性強(qiáng)，可以用不同個(gè)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)滅弧單元及支柱瓷套組成不同電壓級(jí)的產(chǎn)品。按其整體布置形式可分為“Y”形布置、“T”形布置及“I”形布置三種。1) “Y”形布置的LW6500型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖如圖3-20所示。每相為雙柱四斷口，每個(gè)斷口除并聯(lián)有電容(2500pF)外，還并聯(lián)有合閘電阻(100)，該電阻呈水平布置，為獨(dú)立氣隔；在滅弧室、合閘電阻及支柱的連接處采用五聯(lián)箱，也為獨(dú)立氣隔；因電壓較高，支柱有三節(jié)瓷套，其上端裝有均壓環(huán)；每相兩柱配一臺(tái)液壓機(jī)構(gòu)。圖3-20 LW6500型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖1滅弧室；2均壓電容；3合閘電阻；4五聯(lián)箱；5支柱；6絕緣拉桿(在支柱內(nèi))；7液壓

45、柜；8動(dòng)力元件；9接線板；10支腿；11分合閘指示；12接地接線板；13均壓環(huán)；14機(jī)構(gòu)與本體間的液壓管道；15機(jī)構(gòu)與本體間的電氣連接在斷口并聯(lián)合閘電阻是為了限制合閘及重合閘的操作過(guò)電壓。電阻片由炭質(zhì)燒結(jié)而成，外形與避雷器閥片相似，但其熱容量要大得多。合閘電阻與一輔助觸頭(或稱輔助斷口)串聯(lián)后再與主斷口并聯(lián)。斷路器合閘時(shí)，合閘電阻較主觸頭提前711ms接通，在主觸頭接通后，合閘電阻立即自行分閘復(fù)位；斷路器分閘時(shí)，合閘電阻不動(dòng)作。2)“T”形布置的SFM500型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖如圖3-21所示。其每相只有兩個(gè)斷口，滅弧室為變開(kāi)距壓氣式結(jié)構(gòu)，每相SF6氣體自成一個(gè)系統(tǒng)，包括壓力表、密度繼電器

46、及其微動(dòng)觸點(diǎn)、一個(gè)供氣口、一個(gè)檢查口、一個(gè)動(dòng)斷截止閥及一個(gè)動(dòng)合截止閥，SF6額定充氣壓力為0.59MPa；每相配一臺(tái)氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可單相操作及三相聯(lián)動(dòng)。圖3-21 SFM500型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖3)“I”形布置的SF6斷路器?！癐”形布置的LW15220型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖如圖3-22所示。該型斷路器為單斷口結(jié)構(gòu)，即每相只有一個(gè)斷口。每相由滅弧室、支柱瓷套、機(jī)構(gòu)箱組成。滅弧室采用變開(kāi)距、雙噴結(jié)構(gòu)；支柱瓷套與滅弧室瓷套氣室相通，支柱瓷套內(nèi)的絕緣拉桿與滅弧室動(dòng)觸頭相連；每相配一臺(tái)氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可單相操作及三相聯(lián)動(dòng)。2落地罐式目前，110500kV均有落地罐式SF6斷路器產(chǎn)品，且其外形相似

47、。這類產(chǎn)品實(shí)際上是斷路器和電流互感器構(gòu)成的復(fù)合電器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、開(kāi)斷性能好、抗振和耐污能力強(qiáng)、可靠性高、操作噪聲小、不維修周期長(zhǎng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。圖3-22 LW15220型SF6斷路器一相結(jié)構(gòu)圖SFMT500型SF6斷路器一相剖面圖如圖3-23所示。它由進(jìn)出線充氣瓷套管、接地金屬罐、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和底架等部件組成。斷路器每相的觸頭和滅弧室裝在充有SF6氣體并接地的金屬罐中，滅弧室采用壓氣式原理，觸頭與罐壁間的絕緣采用環(huán)氧支持絕緣子，絕緣瓷套管內(nèi)有引出導(dǎo)電桿。每相分別利用兩只充氣瓷套管與架空線連接，充氣瓷套的下端裝有套管式電流互感器，可用于保護(hù)及測(cè)量。吸附劑為活性氧鋁、合成沸石，用于吸附水

48、分及SF6氣體分解物。該斷路器可配用液壓式或氣動(dòng)式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，三相分裝在各自的底架上。圖3-23 SFMT500型SF6斷路器一相剖面圖1接線端子；2瓷套；3電流互感器；4吸附劑；5環(huán)氧支持絕緣子；6合閘電阻；7滅弧室六、真空斷路器1真空氣體的特性所謂真空是相對(duì)而言的，指的是絕對(duì)壓力低于1個(gè)大氣壓的稀薄氣體空間。氣體稀薄的程度用“真空度表示。真空度就是氣體的絕對(duì)壓力與大氣壓的差值。氣體的絕對(duì)壓力值愈低，真空度就愈高。(1)氣體間隙的擊穿電壓與氣體壓力有關(guān)。如圖3-24所示為不銹鋼電極、間隙長(zhǎng)度為lmm時(shí)，真空間隙的擊穿電壓與氣體壓力的關(guān)系。在氣體壓力低于133×10-4Pa時(shí)，擊穿電壓

49、沒(méi)有什么變化；壓力在133×10-4133×10-3Pa之間時(shí)，擊穿電壓有下降傾向；在壓力高于133×10-3Pa的一定范圍內(nèi)，擊穿電壓迅速降低；在壓力約為1000Pa時(shí)，擊穿電壓達(dá)最低值。圖3-24 擊穿電壓與氣體壓力的關(guān)系 (2)這里所指的真空，是氣體壓力在133×10-4Pa以下的空間，真空斷路器滅弧室內(nèi)的氣體壓力不能高于這一數(shù)值，一般在出廠時(shí)其氣體壓力在133×10-7Pa以下。在這種氣體稀薄空間，其絕緣強(qiáng)度很高，電弧很容易熄滅。在均勻電場(chǎng)作用下，真空的絕緣強(qiáng)度比變壓器油、0.1MPa下的SF6及空氣的絕緣強(qiáng)度都高得多。 (3)真空間隙

50、的氣體稀薄，分子的自由行程大，發(fā)生碰撞的幾率小，因此，碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要因素，而在觸頭電極蒸發(fā)出來(lái)的金屬蒸氣才是形成真空電弧的原因。因此，影響真空間隙擊穿的主要因素除真空度外，還與電極材料、電極表面狀況、真空間隙長(zhǎng)度等有關(guān)。 用高機(jī)械強(qiáng)度、高熔點(diǎn)的材料作電極，擊穿電壓一般較高，目前使用最多的電極材料是以良導(dǎo)電金屬為主體的合金材料。當(dāng)電極表面存在氧化物、雜質(zhì)、金屬微粒和毛刺時(shí)，擊穿電壓會(huì)大大降低。當(dāng)間隙較小時(shí)，擊穿電壓幾乎與間隙長(zhǎng)度成正比；當(dāng)間隙長(zhǎng)度超過(guò)l0mm時(shí)，擊穿電壓上升陡度減緩。2真空滅弧室結(jié)構(gòu)和工作原理 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-25所示。它由外殼、觸頭和屏蔽罩三大部分

51、組成。外殼是由絕緣筒1、靜端蓋板2、動(dòng)端蓋板7和波紋管8所組成的真空密封容器；滅弧室內(nèi)的靜觸頭3固定在靜導(dǎo)電桿9上，靜導(dǎo)電桿穿過(guò)靜端蓋板2并與之焊成一體；動(dòng)觸頭4固定在動(dòng)導(dǎo)電桿10的一端上，動(dòng)導(dǎo)電桿的中部與波紋管8的一個(gè)端口焊在一起，波紋管的另一端口與動(dòng)端蓋板7的中孔焊接，動(dòng)導(dǎo)電桿從中孔穿出外殼；在動(dòng)、靜觸頭和波紋管周圍分別裝有屏蔽罩5和6。由于波紋管在軸向上可以伸縮，因而這種結(jié)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)從滅弧室外操動(dòng)動(dòng)觸頭作分合運(yùn)動(dòng)，又能保證外殼的密封性。由于大氣壓力的作用，滅弧室在無(wú)機(jī)械外力作用時(shí)，其動(dòng)靜觸頭始終保持閉合位置，當(dāng)外力使動(dòng)導(dǎo)電桿向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，觸頭才分離。圖3-25 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)示意圖1絕緣

52、筒；2靜端蓋板3靜觸頭；4動(dòng)觸頭；5主屏蔽罩；6波紋管屏蔽罩；7動(dòng)端蓋板；8波紋管；9靜導(dǎo)電桿10動(dòng)導(dǎo)電桿 (1)外殼。外殼的作用是構(gòu)成一個(gè)真空密封容器，同時(shí)容納和支持真空滅弧室內(nèi)的各種零件。為保證真空滅弧室工作的可靠性，對(duì)外殼的密封性要求很高，其次是要有一定的機(jī)械強(qiáng)度。絕緣筒用硬質(zhì)玻璃、高氧化鋁陶瓷或微晶玻璃等絕緣材料制成。外殼的端蓋常用不銹鋼、無(wú)氧銅等金屬制成。 波紋管的功能是用來(lái)保證滅弧室完全密封，同時(shí)使操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)得以傳到動(dòng)觸頭上。波紋管常用的材料有不銹鋼、磷青銅、鈹青銅等，以不銹鋼性能最好，有液壓成形和膜片焊接兩種形式。波紋管允許伸縮量應(yīng)能滿足觸頭最大開(kāi)距的要求。觸頭每分、合一次，

53、波紋管的波狀薄壁就要產(chǎn)生一次大幅度的機(jī)械變形，很容易使波紋管因疲勞而損壞。通常，波紋管的疲勞壽命也決定了真空滅弧室的機(jī)械壽命。 (2)屏蔽罩。主屏蔽罩的主要作用是：防止燃弧過(guò)程中電弧生成物噴濺到絕緣外殼的內(nèi)壁上，引起其絕緣強(qiáng)度降低；冷凝電弧生成物，吸收部分電弧能量，以利于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的快速恢復(fù)；改善滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的均勻性，降低局部場(chǎng)強(qiáng)，促進(jìn)真空滅弧室小型化。波紋管屏蔽罩用來(lái)保護(hù)波紋管免遭電弧生成物的燒損，防止電弧生成物凝結(jié)在其表面上。 屏蔽罩采用導(dǎo)熱性能好的材料制造，常用的材料為無(wú)氧銅、不銹鋼和玻璃，其中銅是最常用的。在一定范圍內(nèi)，金屬屏蔽罩厚度的增加可以提高滅弧室的開(kāi)斷能力，但通常其厚度

54、不超過(guò)2mm。 (3)觸頭。觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，真空滅弧室的開(kāi)斷能力和電氣壽命主要由觸頭狀況來(lái)決定。目前真空斷路器的觸頭系統(tǒng)，就接觸方式而言，都是對(duì)接式的。根據(jù)觸頭開(kāi)斷時(shí)滅弧的基本原理的不同，大致可分為非磁吹觸頭和磁吹觸頭兩大類。下面分別介紹一些常見(jiàn)觸頭。 1)圓柱狀觸頭。觸頭的圓柱端面作為電接觸和燃弧的表面，真空電弧在觸頭間燃燒時(shí)不受磁場(chǎng)的作用，圓柱狀觸頭為非磁吹型。開(kāi)斷小電流時(shí)，觸頭間的真空電弧為擴(kuò)散型，燃弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快，滅弧性能好；開(kāi)斷電流較大時(shí)，真空電弧為集聚型，燃弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)慢，因而開(kāi)斷可能失敗。采用銅合金的圓柱狀觸頭，開(kāi)斷能力不超過(guò)6kA。在觸頭直徑較小時(shí)，其

55、極限開(kāi)斷電流和直徑幾乎成線性關(guān)系，但當(dāng)觸頭直徑大于5060mm后，繼續(xù)加大直徑，極限開(kāi)斷電流就很少增加了。 2)橫磁吹觸頭。利用電流流過(guò)觸頭時(shí)所產(chǎn)生的橫向磁場(chǎng)，驅(qū)使集聚型電弧不斷在觸頭表面運(yùn)動(dòng)的觸頭，稱為橫磁吹觸頭。橫磁吹觸頭主要可分為螺旋槽觸頭和杯狀觸頭兩種。 中接式螺旋槽觸頭的工作原理如圖3-26所示。其整體呈圓盤狀，靠近中心有一突起的圓環(huán)供接觸狀態(tài)導(dǎo)通電流用(所以稱中接式，若圓環(huán)在外緣則稱外接式)。在圓盤上開(kāi)有3條(或更多)螺旋槽，從圓環(huán)的外周一直延伸到觸頭的外緣。動(dòng)、靜觸頭結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)觸頭在閉合位置時(shí)，只有圓環(huán)部分接觸。圖3-26 螺旋槽觸頭工作原理1接觸面；2跑弧面；3導(dǎo)電桿當(dāng)觸頭分

56、離時(shí)，最初在圓環(huán)上產(chǎn)生電弧電流i1。電流線在圓環(huán)處有拐彎，電流回路呈“”形，其徑向段在弧柱部分產(chǎn)生與弧柱垂直的橫向磁場(chǎng)，使電弧離開(kāi)接觸圓環(huán)，向觸頭的外緣運(yùn)動(dòng)，把電弧推向開(kāi)有螺旋槽的跑弧面(i2)。由于螺旋槽的限制，電流i2在跑弧面上只能按規(guī)定的路徑流通，如圖3-26中虛線所示。跑弧面上i2徑向分量的磁場(chǎng)使電弧朝觸頭外緣運(yùn)動(dòng)，而其切向分量的磁場(chǎng)使電弧在觸頭上沿切線方向運(yùn)動(dòng)，故可使電弧在觸頭外緣上作圓周運(yùn)動(dòng)，不斷移向冷的觸頭表面，在工頻半周的后半部電流減小時(shí)，集聚型電弧在新的觸頭表面轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型電弧，當(dāng)電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅。螺旋槽觸頭在大容量真空滅弧室中應(yīng)用得十分廣3真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 懸臂

57、式真空斷路器。如圖3-27所示為ZN410型懸臂式真空斷路器的結(jié)構(gòu)圖。斷路器主要由真空滅弧室2、支持絕緣子7、操動(dòng)機(jī)構(gòu)8及支持框架4幾部分組成。每相的滅弧室2及上、下接線板由2只支持絕緣子固定在支持框架4的前方；滅弧室的靜導(dǎo)電桿與上接線板固定連接，動(dòng)導(dǎo)電桿則通過(guò)軟連接與下接線板連接，上、下接線板間有絕緣加強(qiáng)桿支撐，其滅弧室采用橫向磁吹滅弧；操動(dòng)機(jī)構(gòu)8(電磁式或彈簧式)和分閘彈簧都裝在框架上，主軸3上的拐臂的一端連有絕緣拉桿6，拉桿的下端則通過(guò)另一拐臂、連桿及絕緣件與動(dòng)導(dǎo)電桿連接；為了防止相間發(fā)生弧光短路，在相間加有絕緣隔板9。斷路器在合閘位置時(shí)，上拐臂的另一端被操動(dòng)機(jī)構(gòu)拉緊并鎖住，維持?jǐn)嗦菲髟诤祥l狀態(tài)；當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)接到分閘命令時(shí)，機(jī)構(gòu)被釋放，在分閘彈簧作用下，上、下拐臂均逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，斷路器分閘。圖3-27 ZN410型真空斷路器結(jié)構(gòu)圖1接線板；2