第四章--高壓電器及成套配電裝置

1、第四章 高壓電器及成套配電裝置第一節(jié) 開關電器中的電弧 一、開關電器中的電弧的產生與熄滅 1、開關電器切斷電路時，斷開的觸頭之間會產生電弧。 2、電弧電流的本質是離子導電。 3、觸頭斷開后，觸頭之間如果有電弧存在，則電路實際上沒有被切斷，直到觸頭間電弧熄滅后電路才是真正斷開。 觸頭間介質擊穿電壓是指觸頭間產生電弧的最小電壓。 觸頭間恢復電壓是指觸頭間電弧暫時熄滅后外電路施加在觸頭之間的電壓。 電弧暫時熄滅后，如果觸頭間的恢復電壓電壓觸頭間的介質擊穿電壓，電弧將重燃。 觸頭間的恢復電壓始終小于觸頭間的介質擊穿電壓，電弧將徹底熄滅。 觸頭間介質擊穿電壓的大小與觸頭之間的溫度、離子濃度和距離（電弧長

2、度）等因素有關。 觸頭之間的恢復電壓主要由電路中電源電壓、電路中電感（或電容）性負載與電阻性負載所占比例，以及電弧暫時熄滅前電弧電流的變化速率等因素有關。 二、開關電弧熄滅方法 （一）氣體吹動電弧 （二）拉長電弧 （三）電弧與固體介質接觸第二節(jié) 高壓斷路器 一、高壓斷路器的用途、類型和主要技術數(shù)據(jù) （一）高壓斷路器的用途 高壓斷路器在高壓電路中起控制作用，是高壓電路中的重要電氣設備之一。 （二）高壓斷路器的類型 1、油斷路器 2、真空斷路器 3、六氟化硫斷路器 （三）高壓斷路器主要參數(shù) 1、額定電壓 額定電壓是指高壓斷路器正常工作時所能承受的電壓等級，它決定了斷路器的絕緣水平。 2、額定電流

3、額定電流是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，斷路器長期允許通過的最大工作電流（有效值）。 3、額定開斷電流 額定開斷電流是指在額定電壓下斷路器能夠可靠開斷的最大短路電流值，它是表明斷路器滅弧能力的技術參數(shù)。 4、關合電流 關合電流是指保證斷路器能可靠關合而又不會發(fā)生觸頭熔焊或其他損傷時，斷路器所允許接通的最大短路電流。 （四）斷路器型號及含義 二、真空斷路器 （一）真空滅弧室 真空滅弧室的絕緣外殼主要用玻璃或陶瓷材料制作。 玻璃材料制成的真空滅弧室的外殼具有容易加工、具有一定的機械強度、易于與金屬封接、透明性好等優(yōu)點。它的缺點是承受沖擊的機械強度差。 陶瓷真空滅弧室瓷外殼材料多用高氧化鋁陶瓷，它的機械強度

4、遠大于玻璃，但與金屬封端蓋的裝配焊接工藝較復雜。 真空斷路器在每次分合閘時，波紋管都會有一次伸縮變形，是易損壞的部件，它的壽命通常決定了斷路器的機械壽命。 （二）真空滅弧室的滅弧原理 真空滅弧室中的觸頭斷開過程中，依靠觸頭產生的金屬蒸氣使觸頭間產生電弧。 1、小電流真空滅弧的熄弧原理 小電流真空電弧是一種擴散型電弧。 擴散型電弧，它只有陰極斑點而無陽極斑點，各分支電弧均布于觸頭表面上且處于移動狀態(tài)。 2、大電流真空電弧的熄弧原理 大電流真空電弧是一種集聚型真空電弧。 集聚型電弧會產生陽極斑點，從而導致電極的嚴重熔化，并產生大量的金屬蒸氣。 在觸頭間施加橫向磁場或縱向磁場，從而實現(xiàn)真空滅弧室開斷

5、大電流的功能。 三、SF6斷路器 SF6（六氟化硫）斷路器用SF6氣體作為絕緣介質和滅弧介質。 SF6斷路器因滅弧性能優(yōu)良，開斷電流大，在35kv及以上電壓等級被廣泛應用。 （一）SF6(六氟化硫）氣體的性質 1、 SF6氣體是一種無色、無味、無毒、不可燃、易液化，對電氣設備不腐蝕的氣體。因此， SF6斷路器的使用壽命長、檢修周期長、檢修工作量小，不存在燃燒和爆炸的危險。 2、 SF6氣體絕緣性和滅弧能力強。 它的絕緣強度是空氣的2.33倍，滅弧能力可達空氣的100倍。 3、 SF6氣體在電弧高溫作用下會分解為低氟化物，但在電弧過零值后，又很快再結合成SF6氣體。 目前使用的某些SF6斷路器檢

6、修年限可達20年以上。 4、 SF6氣體化學性質雖穩(wěn)定，但是與水分或其他雜質成分混合后，在電弧作用下會分解為低氟化合物和低氟氧化物，其中的某些成分有嚴重腐蝕性和毒性。為此， SF6斷路器要有壓力監(jiān)視系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)。 5、 SF6斷路器應該設有氣體檢漏設備和氣體回收裝置。 （二） SF6斷路器與其他斷路器比較有以下優(yōu)缺點 1、優(yōu)點 （1）斷口耐壓高。 （2）允許的開斷次數(shù)多，檢修周期長。 （3）開斷電流大，滅弧時間短。 （4）操作時噪音小，壽命長。 2、缺點 （1）在電弧作用下， SF6氣體分解的低氟化物氣體有毒。 （2）SF6氣體在高溫下與銅、鎢等金屬生成粉末狀的金屬氟化物，碰到人體的皮膚可能

7、引起過敏。 （3）如斷路器密封不良還會引起水分或潮氣浸入內部，水分遇到低氟化分解物會產生氫氟酸，氫氟酸有毒性且會腐蝕材料；當內部水分達到一定量時還會在絕緣件表面結露而影響絕緣強度，甚至會產生沿面放電。 （4）SF6氣體密度比空氣大，假如SF6開關設備泄漏，SF6氣體會沉積在電纜溝等低洼處，很難清除，氣體積聚多了會引起工作人員窒息事故。 （三）SF6斷路器結構及滅弧原理 SF6斷路器在結構上可分為支柱式和罐式兩種。 支柱式SF6斷路器在6kv及以上的高壓電路中廣泛使用； 罐式SF6斷路器的特點是設備重心低、結構穩(wěn)固、抗震性能好、可以加裝電流互感器，特別適用于多地震、污染嚴重地區(qū)的變電所。 四、斷

8、路器操作機構 （一）作用與要求 操作機構應符合以下基本要求： 1、足夠的操作功 2、較強的可靠性 3、動作迅速 4、具有自由脫扣裝置 （二）操作機構分類 1、電磁操作機構 電磁操作機構是用直流螺管電磁力合閘的操作機構。 優(yōu)點：結構簡單、價格較低、加工工藝要求低、可靠性高。 缺點：合閘功率大、需要配備大容量的直流合閘電源、機構笨重、機構耗材多。 2、永磁操作機構 永磁操作機構是由分、合閘線圈產生的磁場與永磁體產生的磁場疊加來完成分、合閘操作的操作機構。 優(yōu)點：結構簡單、可靠性高、機械壽命長、耐磨損、免維護。 3、電動彈簧儲能操作機構 彈簧儲能操作機構簡稱為彈簧機構，它是一種利用合閘彈簧張力合閘的

9、操作機構。 優(yōu)點：只需要小容量合閘電源，對電源要求不高（直流、交流均可）。 缺點：操作機構的結構復雜，加工工藝要求高，機件強度要求高，安裝調試困難。 4、液壓操作機構 液壓操作機構是利用液壓油作為傳遞介質，依靠高壓油傳遞能量進行分合閘的操作機構。 優(yōu)點：體積小、操作功大、動作平穩(wěn)、無噪音、速度快、不需要大功率的合閘電源。 缺點：結構復雜、加工工藝要求很高、動作速度受溫度影響大、價格昂貴、運行維護工作量大。（三）操作機構的結構型號含義及動作原理1、操作機構型號的含義2、CD型電磁操作機構結構及工作原理3、DYM雙穩(wěn)態(tài)永磁操作機構 永磁機構的合閘電源有兩種方式供用戶選擇：一種由儲能電容提供，另一種

10、直接由直流電源提供。 五、斷路器運行維護 （一）斷路器投入運行 （二）斷路器正常運行巡視檢查 （三）對運行斷路器的一般要求 （四）油斷路器巡視檢查 斷路器的油位在正常允許的范圍之內，油色透明無碳黑懸浮物。 （五）SF6斷路器的巡視檢查 （六）真空斷路器巡視檢查 （七）彈簧機構巡視檢查 （八）斷路器特殊巡視 1、新設備投入運行后，應相對縮短巡視周期。 2、變（配）電所應根據(jù)設備具體情況安排夜間巡視，夜間巡視應在沒有月亮的夜間閉燈進行。 3、氣溫突變和高溫季節(jié)應加強巡視檢查。 4、雷雨季節(jié)雷電活動后進行巡視檢查。 5、有重要活動或高峰負荷期間應加強巡視檢查。 6、斷路器發(fā)生故障或事故，經檢修恢復送

11、電后應進行特殊巡視。 （九）斷路器日常維護工作 （十）斷路器的合閘操作 （十一）斷路器異常運行及處理第三節(jié) 隔離開關 一、隔離開關的用途和類型 （一）隔離開關的作用 1、隔離電源 2、倒閘操作 3、拉、合小電流電路 （1）拉、合電壓互感器與避雷器回路； （2）拉、合母線和直接與母線相連設備的電容電流； （3）拉、合勵磁電流小于2A的空載變壓器：一般電壓為35kv容量為1000KVA及以下變壓器，電壓為110kv容量為3150KVA及以下變壓器； （4）拉、合電容電流不超過5A的空載線路：一般電壓為10kv長度為5km及以下的架空線路，電壓為35kv長度為10km及以下的架空線路。 （二）隔離開

12、關類型 隔離開關的型號及含義標示 二、戶內式隔離開關 （一）GN19-12CST系列雙擲隔離開關 GN19-12CST系列隔離開關是適用于10kv配電系統(tǒng)的雙擲隔離開關。 （二）GN30-12D系列隔離開關（如圖4-10（b）所示） GN30-12、GN30-12D系列隔離開關是適用于10kv配電系統(tǒng)旋轉觸刀式的高壓電器元件。 三、戶外式隔離開關 （一）GW4-35系列隔離開關 （二）GW5-35系列隔離開關 合閘操作時，連桿帶動傘齒輪轉動，傘齒輪使兩個棒式絕緣子以相同速度沿相反方轉動，帶動兩個主閘刀轉動90實現(xiàn)合閘；分閘時，操作與上述的合閘動作相反。 四、隔離開關的操作機構 隔離開關操作機構

13、型號及含義 （一）手動式操作機構 （二）電動操作機構 五、隔離開關巡視檢查內容第三節(jié) 變、配電所 變、配電所是電力網(wǎng)中的線路連接點，是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設施。 變、配電所中用來承擔輸送和分配電能任務的電路，稱為一次電路或電氣主接線。 一次電路中所用的電氣設備，稱為一次設備。 一、變、配電所常用的一次電氣設備 （一）主變壓器 在降壓變電所內變壓器是將高電壓改變?yōu)榈碗妷旱碾姎庠O備。 （二）高壓斷路器 （三）隔離開關 （四）電壓互感器 （五）電流互感器 （六）熔斷器 （七）負荷開關 二、變、配電所常用的電氣主接線 （一）高壓配電所電氣主接線 1、單電源的高壓配電所電氣主接線 2

14、、雙電源的高壓配電所電氣主接線 隔離開關與斷路器配合操作時，執(zhí)行“先合后斷”的原則。 （二）總降壓變電所的電氣主接線 1、單相變壓器的總降壓變電所主接線示例 2、雙電源兩臺變壓器的總降壓變電所主接線示例 內橋接線的特點是線路故障或檢修，不影響變壓器運行，而變壓器故障或檢修要影響相應線路，線路要短時停電。 外橋接線的特點是變壓器故障或檢修不影響線路運行，而線路故障或檢修要影響變壓器，相應的變壓器要短時停電。 （三）用戶區(qū)（或小型用戶）變電所的電氣主接線 1、有用戶總降壓變電所的用電變電所電氣主接線 2、無用戶總變配電所的用戶區(qū)或小型變電所電氣主接線 （1）高壓側采用隔離開關和熔斷器或跌落式熔斷器

15、 （2）高壓側采用符合開關和熔斷器 （3）高壓側采用隔離開關和斷路器 （4）雙臺變壓器的用戶區(qū)變電所或小型用戶變電所電氣主接線第四節(jié) 高壓負荷開關 一、高壓負荷開關是高壓電路中用于在額定電壓下接通或斷開符合電流的開關電器。 它雖有滅弧裝置，但滅弧能力較弱，只能切斷和接通正常的負荷電流，而不能用來切斷短路電流。 負荷開關與高壓熔斷器配合使用，由熔斷器起保護作用。 負荷開關操作機構有手動、電動彈簧儲能和電動操作機構等。 負荷開關的型號及含義 二、負荷開關的結構與工作原理 （一）FN5-10系列高壓負荷開關 負荷開關合閘時，主回路與輔助回路并聯(lián)，電流大部分經主回路，當負荷開關分閘瞬間，主回路先斷開，

16、電流只通過輔助回路。 （二）FW5-10型系列負荷開關 FW5-10戶外負荷開關為三相聯(lián)動，采用固體產氣滅弧材料，用絕緣棒式繩索操作，分閘狀態(tài)具有明顯斷口，起隔離作用。 （三）BFN1型壓氣式負荷開關 BFN1系列壓氣式負荷開關可以分合負載電流和過載電流。 BFN2系列壓氣式負荷開關熔斷器組合電器可以分合負載電流、過載電流、開斷線路短路電流（由熔斷器完成） （四）VBFN型真空負荷開關 VBFN1型戶內交流高壓真空負荷開關 VBFN2型戶內交流高壓真空負荷開關-熔斷器組合電器 結構特點 VBFN系列真空負荷開關的主觸頭由隔離斷口觸頭和設置于真空滅弧室內的滅弧觸頭組成。 （五）FL（R）N36-

17、12D型SF6負荷開關 FL（R）N36-12D型戶內高壓SF6負荷開關為額定電壓12kv的戶內開關設備，采用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質，包括合閘、分閘和接地三個工位，具有體積小，安裝使用方便和對環(huán)境適應性強的特點。 FL（R）N36-12D型負荷開關是以充入的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質。當負荷開關分閘時，電弧在永磁體產生的磁場作用下，產生旋轉拉長，并在SF6氣體的作用下冷卻，直至電流過零時熄滅。 SF6負荷開關一般不設置氣體吹弧裝置，因此滅弧能力較SF6斷路器弱。 FL（R）N-12型戶內高壓SF6負荷開關及其組合電器具有以下聯(lián)鎖： （1）負荷開關合閘時，不能進行接地操作； （2）接地開

18、關合閘時，不能進行負荷開關合閘操作； （3）負荷開關還配有與柜體連接的鎖板，防止接地開關處于分閘位置時誤入帶電間隔； （4）負荷開關操作面板的兩個操作孔位置，各裝有一個掛鎖板，可實現(xiàn)柜間的聯(lián)鎖。 4、維護和保養(yǎng) 在環(huán)境符合安裝要求的正確使用條件下，開關本體部分可保證20年免維護。第五節(jié) 交流高壓真空接觸器 一、交流高壓真空接觸器的結構 交流高壓真空接觸器主要由真空開關管（真空滅弧器）、操作機構、控制電磁鐵、電源模塊以及其他輔助部件組成，全部元件安裝在由樹脂整體澆鑄的上框架和鋼板裝配而成的下框架所組成的部件中。 操作機構只需要小功率，一般合閘電流不大于6A，分閘電流不大于2A。 電氣壽命在20萬

19、次以上，機械壽命在30萬次以上。 二、交流高壓真空接觸器的自保持方式 （一）機械保持方式 合閘時，合閘電磁鐵受電動作，通過操作機構使接觸器合閘，由合閘鎖扣裝置使接觸器保持合閘狀態(tài)。 分閘時，分閘電磁鐵得到信號后動作使合閘鎖扣裝置解扣，由分閘彈簧驅動操作機構完成分閘。 （二）電磁保持方式 合閘時，電磁線圈合閘繞組得電動作，通過操作機構使接觸器合閘，合閘完成后，由輔助開關將保持繞組串聯(lián)進回路，使接觸器保持合閘狀態(tài)；合閘鎖扣裝置解扣，由分閘彈簧驅動操作機構完成分閘。 三、交流高壓真空接觸器的型號第六節(jié) 高壓熔斷器 一、高壓熔斷器的用途和類型 高壓熔斷器在通過短路電流或嚴重過載時熔斷，以保護電路中的電

20、氣設備。 高壓熔斷器的型號及含義 二、戶內式高壓熔斷器 （一）XRN系列熔斷器 XRN系列熔斷器為限流式有填料高壓熔斷器，熔斷器的陶瓷芯上繞有工作熔體和指示（撞擊器）熔體，額定電流較大的熔斷器撞擊器采用彈簧式，額定電流較小的熔斷器撞擊器采用火藥式。 熔體用銀、銅和康銅等合金材料制成細絲狀，熔體中間焊有降低熔點的小錫（鉛）球。 （二）RN2型高壓熔斷器 RN2型高壓熔斷器是用于電壓互感器回路作短路保護的專用熔斷器。 由于電壓互感器的一次額定電流很小，為了保證RN2型的熔絲在運行中不會因機械振動而損壞，所以RN2型熔斷器的熔絲是根據(jù)對其機械強度要求來確定的。 從限制RN2型熔斷器所通過的短路電流考

21、慮，要求熔絲具有一定的電阻。 RN2型熔斷器，對熔絲的材料、截面、長度和電阻值大小均有一定要求。 RN2高壓熔斷器的熔管沒有熔斷指示燈，運行中應根據(jù)接于電壓互感器二次電路中儀表的指示來判斷高壓熔絲是否熔斷。 RN2系列熔斷器件是繞在陶管芯上的熔絲，由三級不同截面的康銅絲組成。采用不同截面組合是為了限制滅弧時產生的過電壓幅值。 三、高分斷能力熔斷器 額定開斷短路電流的能力在31.5KA-50KA，此類熔斷器均可裝設撞擊器。撞擊器的動作能量可由火藥爆炸產生，也可由壓縮彈簧釋放產生，用于電壓互感器保護的熔斷器撞擊器一般采用火藥型。 四、戶外式高壓熔斷器 （一）跌落式熔斷器 1、RW4-10系列熔斷器

22、 熔管（3）由環(huán)氧玻璃鋼或層卷紙板組成，其內壁襯以紅鋼或桑皮做成消弧管。 熔斷器安裝時，熔管的軸線與鉛垂線成一定傾斜角度，一般為255，以保證熔絲熔斷時熔管能順利跌落。 2、PRW10-12F消弧觸頭跌落式熔斷器 PRW10-12F/100（200）型跌落式熔斷器適用于12kv高壓電線路和配電變壓器的過載及短路保護。 熔斷器除具有RW4-10型跌落式熔斷器的基本保護功能外，還裝有投切負荷裝置，可分、合額定負荷電流，在一定程度上起到負荷開關的作用。 操作注意事項：“假合”現(xiàn)象。 （二）戶外限流式熔斷器 RXW-35型限流式熔斷器主要用于保護電壓互感器。 為了保證在暫時性故障后迅速恢復供電，有些高

23、壓熔斷器絕緣單次重合功能。第七節(jié) 高壓電容器 一、高壓電容器的用途和類型 高壓電容器是電力系統(tǒng)的無功電源之一，用于提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。 二、高壓電容器的結構 電容元件可接成串聯(lián)或并聯(lián)。 單臺三相電容器的電容元件組成在外殼內部接成三角形。 在電壓為10kv及以下的高壓電容器內，每個電容元件上串有一個熔絲，作為電容器的內部短路保護。 三、高壓電容器的運行維護 1、高壓電容器運行的一般要求 一般情況下，環(huán)境溫度在40時，充礦物油的電容器允許溫升為50。充硅油的電容器允許溫升為55。 允許過電壓，可在1.1倍額定電壓下長期運行。 允許過電流，電容器組運行在1.3倍額定電流下長期運行 2、新裝電容器組投

24、運前檢查 電容器三相間的容量應平衡，其誤差不應超過一相總容量的5%。 3、高壓電容器組運行操作注意事項 （1）正常情況下全變電所停電操作時，應先拉開高壓電容器支路的斷路器，再拉其他各支路的斷路器。 （2）高壓電容器的保護熔斷器突然熔斷時，在查明原因之前，不可更換熔體恢復送電。 （3）高壓熔斷器禁止在自身帶電荷時合閘。如果電容器剛斷電即又合閘，因電容器本身有存儲的電荷，電容器所承受的電壓可能達到2倍以上的額定電壓。高壓熔斷器再次合閘，應在其斷電3min后進行。 4、高壓電容器組投入或退出運行時的注意事項 一般功率因數(shù)低于0.85時，要投入高壓電容器組；功率因數(shù)超過0.95且仍有上升趨勢時，高壓電

25、容器組應退出運行。 5、運行中高壓電容器檢查 6、高壓電容器在運行中的常見故障、產生原因和處理方法第八節(jié) 高壓成套配電裝置 一、高壓成套配電裝置的用途和類型 高壓成套配電裝置是由制造廠成套供應的設備，運抵現(xiàn)場后組裝而成的高壓配電裝置。 “五防”聯(lián)鎖功能，即防誤分、合斷路器，防帶負荷拉合隔離開關，防帶電掛接地線或合接地閘刀，防帶接地線（或接地刀閘）和斷路器，防誤入帶電間隔。“五防”聯(lián)鎖功能常采用斷路器、隔離開關、接地開關與柜門之間的強制性機械閉鎖方式或電磁閉鎖方式實現(xiàn)。 二、常用高壓成套配電裝置 （一）KYN28-10型高壓開關柜 KYN28-10型高壓開關柜為具有“五防”連鎖功能的中置式金屬鎧

26、裝高壓開關柜，用于額定電壓為310kv，額定電流為12503150A，單母線接線的發(fā)電廠、變電所和配電所中。 1、開關柜結構 各小室設有獨立的通向柜頂?shù)呐艢馔ǖ馈?小車室中部設有懸掛小車的軌道，左側軌道上設有開合主回路觸頭盒遮擋簾板的機構和小車運動橫向限位裝置，右側軌道上設有小車的接地裝置和防止小車滑脫的限位機構。 開關柜接地開關盒接地開關的操作機構及其機械聯(lián)鎖設在小車室右側中部。 小車推進機構與柜體的連接裝置設在開關柜前左右立柱中部。 觸頭盒既保證了各功能小室的隔離，又可作為靜觸頭的支持件。 主母線室內安裝三相矩形主母線。 小車在柜內移動和定位是靠矩形螺紋和螺桿實現(xiàn)的。專用的搖把順時針轉動矩

27、形螺桿，推進小車向前移動。當固定部分與移動部分并緊后，小車可以定位。 2、閉鎖裝置 （二）XGN-10型金屬封閉固定式開關柜 適用于310KV三相交流50HZ單母線或單母線旁路母線作為接受和分配電能之用。 1、結構特點 可通過門上觀察窗和照明燈觀察主要元器件運行情況。 （三）RGC型金屬封閉單元組合SF6開關柜 RGC型高壓開關柜為金屬封閉單元組合SF6式高壓開關柜。常用于額定電壓3kv24kv、額定電流630A單母線接線的的、發(fā)電廠、變電所和配電所中。 1、RGC型開關柜結構 RGC型開關柜是一種結構緊湊、靈活方便的SF6絕緣的開關柜，外殼采用鍍鋅板焊接而成， SF6容器采用不銹鋼板制成。 RGC型開關柜包括7種標準單元，最大可用5個標準單元組成一個大單元，當超過5個小單元時，應分成兩個部分。 （1）RGCC電纜開關單元。 （2）RGCV斷路器單元。 （3）RGCF負荷開關熔斷器組合單元。 （4）RGCS母線分段單元。 （5）RGCM空氣絕緣測量單元。 （6）RDCE側面出線空柜轉接單元。 （7）RSCB正面出線空柜轉接單元。 （四）環(huán)網(wǎng)開關柜 為提高供電可靠性，使用戶可以從兩個方向獲得電源