第二章-高壓斷路器的構(gòu)造及工作原理

1、2.4高壓斷路器高壓斷路器1.1定義：高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是一次定義：高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是一次電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵點設(shè)備，其最大特點是電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵點設(shè)備，其最大特點是開斷負(fù)荷電流和短路電流。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，最開斷負(fù)荷電流和短路電流。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，最終通過繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘來切除故障，已維護(hù)系終通過繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘來切除故障，已維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定統(tǒng)穩(wěn)定.1.2作用：作用：（1）控制作用：根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要，將部分或全部）控制作用：根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要，將部分或全部電氣設(shè)備，以及部分或全部線路投入或退出運

2、行。電氣設(shè)備，以及部分或全部線路投入或退出運行。（2）保護(hù)作用：當(dāng)電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時，它和保）保護(hù)作用：當(dāng)電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時，它和保護(hù)裝置、自動裝置相配合，將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切護(hù)裝置、自動裝置相配合，將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切除，減少停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣除，減少停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運行。設(shè)備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運行。 按其采用的滅弧介質(zhì)劃分：按其采用的滅弧介質(zhì)劃分：油斷路器油斷路器SF6斷路器斷路器真空斷路器：因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕真空斷路器：因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙

3、的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網(wǎng)適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。中應(yīng)用較為普及。多油：油量多一些，其油作為滅弧介質(zhì)，又作為絕多油：油量多一些，其油作為滅弧介質(zhì)，又作為絕緣介質(zhì)。緣介質(zhì)。因油量多、體積大，斷流容量小、運行維護(hù)較困難，因油量多、體積大，斷流容量小、運行維護(hù)較困難，現(xiàn)現(xiàn)已淘汰已淘汰。少油：油量較少，僅作為滅弧介質(zhì)少油：油量較少，僅作為滅弧介質(zhì) 磁吹式斷路器：利用磁場的作用使電弧熄滅的一種斷路磁吹式斷路器：利用磁場的作用使電弧熄滅的一種斷路器。磁場通常

4、由分?jǐn)嚯娏鞅旧懋a(chǎn)生，電弧被磁場吹入滅弧器。磁場通常由分?jǐn)嚯娏鞅旧懋a(chǎn)生，電弧被磁場吹入滅弧片狹縫內(nèi)，并使之拉長、冷卻，直至最終熄滅。磁吹斷路片狹縫內(nèi)，并使之拉長、冷卻，直至最終熄滅。磁吹斷路器的觸頭在空氣中閉合和斷開。器的觸頭在空氣中閉合和斷開。一、高壓斷路器的型號表示和含義：一、高壓斷路器的型號表示和含義：I型：斷流容量型：斷流容量300MVA II型：型：500MVA III型：型：750MVA例如：例如：S N 10 10 I少油、戶內(nèi)、設(shè)計序號：少油、戶內(nèi)、設(shè)計序號：10、額定電壓、額定電壓10kV、I型型二、高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)：二、高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)：開斷元件開斷元件支支持持絕絕緣

5、緣件件傳傳動動元元件件操操動動機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)基基 座座主要零部件：開關(guān)本體主要零部件：開關(guān)本體的底架、底座的底架、底座功能：整臺產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能：整臺產(chǎn)品的基礎(chǔ)開斷元件：開斷元件：主要零部件：主要零部件： 主滅弧室主滅弧室 主觸頭系統(tǒng)主觸頭系統(tǒng) 主導(dǎo)電回路主導(dǎo)電回路 輔助滅弧室輔助滅弧室 輔助觸頭系統(tǒng)輔助觸頭系統(tǒng) 并聯(lián)電阻并聯(lián)電阻功能：功能： 開斷及關(guān)合電力線路，安全隔離電源開斷及關(guān)合電力線路，安全隔離電源支持絕緣件：支持絕緣件：主要零部件：主要零部件： 瓷柱瓷柱 瓷套管瓷套管 絕緣管等構(gòu)成的支柱本體絕緣管等構(gòu)成的支柱本體 拉緊絕緣子等拉緊絕緣子等功能：功能： 保證開斷元件有可靠的對地絕緣，承受開斷元

6、件的操保證開斷元件有可靠的對地絕緣，承受開斷元件的操作力及各種外力作力及各種外力傳動元件：傳動元件：主要零部件：主要零部件： 各種連桿各種連桿 齒輪齒輪 拐臂拐臂 液壓管道液壓管道 壓縮空氣管道等壓縮空氣管道等功能：功能： 將操作命令及操作功傳遞給開斷元件的觸頭和其它部將操作命令及操作功傳遞給開斷元件的觸頭和其它部件件操作機(jī)構(gòu)：操作機(jī)構(gòu)：主要零部件：主要零部件： 彈簧、液壓、電磁、氣動及手動機(jī)構(gòu)的本體及彈簧、液壓、電磁、氣動及手動機(jī)構(gòu)的本體及 其配件其配件功能：功能： 為開斷元件分合閘操作提供能量，并實現(xiàn)各種規(guī)定的為開斷元件分合閘操作提供能量，并實現(xiàn)各種規(guī)定的操作操作合閘時間：在額定操作電壓下

7、，從斷路器合閘線圈通電開合閘時間：在額定操作電壓下，從斷路器合閘線圈通電開始至主觸頭剛接觸為止。始至主觸頭剛接觸為止。4.自動重合閘自動重合閘 在線路保護(hù)中，通常都安裝有自動重合閘裝置，在輸電線路發(fā)生在線路保護(hù)中，通常都安裝有自動重合閘裝置，在輸電線路發(fā)生故障后，首先由繼電保護(hù)裝置動作驅(qū)動斷路器跳開輸電線路，然后經(jīng)故障后，首先由繼電保護(hù)裝置動作驅(qū)動斷路器跳開輸電線路，然后經(jīng)過延時，由自動重合閘裝置驅(qū)動斷路器把輸電線路合上，如果線路中過延時，由自動重合閘裝置驅(qū)動斷路器把輸電線路合上，如果線路中已經(jīng)不存在故障，則開關(guān)不在動作，輸電線路正常輸電，如果線路中已經(jīng)不存在故障，則開關(guān)不在動作，輸電線路正常

8、輸電，如果線路中故障仍然存在，則繼電保護(hù)裝置再次動作驅(qū)動斷路器跳開輸電線路。故障仍然存在，則繼電保護(hù)裝置再次動作驅(qū)動斷路器跳開輸電線路。 從這一過程來看，斷路器的動作情況可能是以下兩種情況之一：從這一過程來看，斷路器的動作情況可能是以下兩種情況之一：a. 斷路器跳閘（輸電線路出現(xiàn)故障）斷路器跳閘（輸電線路出現(xiàn)故障）斷路器合閘（自動重合閘裝置斷路器合閘（自動重合閘裝置驅(qū)動）驅(qū)動）b. 斷路器跳閘（輸電線路出現(xiàn)故障）斷路器跳閘（輸電線路出現(xiàn)故障）斷路器合閘（自動重合閘裝置斷路器合閘（自動重合閘裝置驅(qū)動）驅(qū)動）斷路器跳閘（線路還存在故障）斷路器跳閘（線路還存在故障） 顯然，對于以上兩種情況，斷路器都

9、面臨著在短時間內(nèi)進(jìn)行多次顯然，對于以上兩種情況，斷路器都面臨著在短時間內(nèi)進(jìn)行多次操作，特別是后一種情況，斷路器更是在短時間內(nèi)多次分?jǐn)喙收想娏?。操作，特別是后一種情況，斷路器更是在短時間內(nèi)多次分?jǐn)喙收想娏鳌?對于進(jìn)行自動重合閘的開關(guān)，沒有具體的指標(biāo)描述，但在進(jìn)行開關(guān)對于進(jìn)行自動重合閘的開關(guān)，沒有具體的指標(biāo)描述，但在進(jìn)行開關(guān)選擇時，選擇時，多選擇開斷容量大或開斷電流大的斷路器。多選擇開斷容量大或開斷電流大的斷路器。四、少油斷路器四、少油斷路器1.SN10-10少油斷路器少油斷路器1-鋁帽鋁帽2-上接線端子上接線端子3-油標(biāo)油標(biāo)4-絕緣筒絕緣筒5-下接線端子下接線端子6-基座基座7-主軸主軸8-框架

10、框架9-斷路彈簧斷路彈簧外形結(jié)構(gòu)圖外形結(jié)構(gòu)圖操動機(jī)構(gòu)接到分、操動機(jī)構(gòu)接到分、合閘信號后，在合閘信號后，在外界能源作用下，外界能源作用下，使主軸使主軸2轉(zhuǎn)動，再轉(zhuǎn)動，再通過連桿通過連桿5帶動斷帶動斷路器主軸路器主軸1和導(dǎo)電和導(dǎo)電桿完成斷路器的桿完成斷路器的分、合閘操作。分、合閘操作。DL在合閘位置時，在合閘位置時，形成的導(dǎo)電回為：形成的導(dǎo)電回為：上接線端子上接線端子靜觸頭靜觸頭導(dǎo)電桿導(dǎo)電桿中間觸頭中間觸頭下接端子下接端子分閘時，導(dǎo)電桿與靜觸頭分開，分閘時，導(dǎo)電桿與靜觸頭分開，導(dǎo)電回路即被切斷而產(chǎn)生電弧，導(dǎo)電回路即被切斷而產(chǎn)生電弧，油在高溫下蒸發(fā)分解成大量氣體，油在高溫下蒸發(fā)分解成大量氣體，油壓增

11、高。隨著動觸頭繼續(xù)下移，油壓增高。隨著動觸頭繼續(xù)下移，在滅弧室內(nèi)油氣混合物對電弧進(jìn)行在滅弧室內(nèi)油氣混合物對電弧進(jìn)行橫吹和附加縱吹，使電弧熄滅。橫吹和附加縱吹，使電弧熄滅。圖2.13 SN10-10少油斷路器滅弧過程：從動、靜觸頭分開產(chǎn)生電弧到第一吹弧道打開，稱為封滅弧過程：從動、靜觸頭分開產(chǎn)生電弧到第一吹弧道打開，稱為封閉氣泡階段。在此階段電弧處在靜止的氣泡中，冷卻作用差，電弧閉氣泡階段。在此階段電弧處在靜止的氣泡中，冷卻作用差，電弧難以熄滅。動觸頭繼續(xù)向下運動，第一、第二、三吹弧道相繼打開，難以熄滅。動觸頭繼續(xù)向下運動，第一、第二、三吹弧道相繼打開，滅弧室內(nèi)的高壓氣體經(jīng)吹弧道向外排出，對電弧

12、橫向吹拂，使電弧滅弧室內(nèi)的高壓氣體經(jīng)吹弧道向外排出，對電弧橫向吹拂，使電弧強力冷卻與去游離。強力冷卻與去游離。滅弧室由幾種不同形狀滅弧室由幾種不同形狀的滅弧片疊裝而成的滅弧片疊裝而成 高壓斷路器的可以進(jìn)行手動操作和電動操作，無論何種操高壓斷路器的可以進(jìn)行手動操作和電動操作，無論何種操作方式，都要通過操作機(jī)構(gòu)完成開關(guān)的分合閘操作。操作機(jī)構(gòu)作方式，都要通過操作機(jī)構(gòu)完成開關(guān)的分合閘操作。操作機(jī)構(gòu)一般地由以下幾個部分組成：一般地由以下幾個部分組成：1）能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)）能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 高壓開關(guān)的分、合閘的最后完成都要依靠機(jī)械能來實現(xiàn)，因此高壓開關(guān)的分、合閘的最后完成都要依靠機(jī)械能來實現(xiàn)，因此存在著把電能轉(zhuǎn)換

13、為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這種把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存在著把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這種把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)構(gòu)有電磁鐵（早期斷路器多采用這種操作機(jī)構(gòu)，特點是分、合的機(jī)構(gòu)有電磁鐵（早期斷路器多采用這種操作機(jī)構(gòu)，特點是分、合閘電流很大，特別是合閘電流，可達(dá)閘電流很大，特別是合閘電流，可達(dá)7090安培）、電動機(jī)（多應(yīng)安培）、電動機(jī)（多應(yīng)用于隔離開關(guān)）、液壓傳動機(jī)構(gòu)和壓縮空氣工作缸（目前斷路器采用于隔離開關(guān)）、液壓傳動機(jī)構(gòu)和壓縮空氣工作缸（目前斷路器采用比較多的操作機(jī)構(gòu)）。用比較多的操作機(jī)構(gòu)）。2）聯(lián)動機(jī)構(gòu)）聯(lián)動機(jī)構(gòu)用于把能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為開關(guān)動作，一般由四邊形連用于把能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換

14、為開關(guān)動作，一般由四邊形連桿機(jī)構(gòu)、拐臂和拉桿組成。桿機(jī)構(gòu)、拐臂和拉桿組成。3）保持機(jī)構(gòu)）保持機(jī)構(gòu)把操作過程保持在進(jìn)行中的狀態(tài)，防止命令消失引起的操作失敗。把操作過程保持在進(jìn)行中的狀態(tài)，防止命令消失引起的操作失敗。4）釋放機(jī)構(gòu)）釋放機(jī)構(gòu)在操作完成后實現(xiàn)對機(jī)構(gòu)狀態(tài)的返回。在操作完成后實現(xiàn)對機(jī)構(gòu)狀態(tài)的返回。 在進(jìn)行分、合閘操作時，操作機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)的各種工作情在進(jìn)行分、合閘操作時，操作機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)的各種工作情況都要綜合考慮到，對開關(guān)操作機(jī)構(gòu)提出以下要求：況都要綜合考慮到，對開關(guān)操作機(jī)構(gòu)提出以下要求：1）合閘）合閘 對于合閘操作，希望開關(guān)能迅速動作把電路接通，避免電弧對對于合閘操作，希望開關(guān)能迅速動作把

15、電路接通，避免電弧對觸頭的燒傷，因此，對操作機(jī)構(gòu)要求有足夠的合閘能量，具體到不觸頭的燒傷，因此，對操作機(jī)構(gòu)要求有足夠的合閘能量，具體到不同的操作機(jī)構(gòu)有不同的要求，如液壓操作機(jī)構(gòu)的液壓要保持在適當(dāng)同的操作機(jī)構(gòu)有不同的要求，如液壓操作機(jī)構(gòu)的液壓要保持在適當(dāng)?shù)姆秶?，氣動操作機(jī)構(gòu)的氣壓要保持在適當(dāng)?shù)姆秶?，彈簧儲能機(jī)構(gòu)的范圍，氣動操作機(jī)構(gòu)的氣壓要保持在適當(dāng)?shù)姆秶瑥椈蓛δ軝C(jī)構(gòu)在合閘前要預(yù)先完成儲能工作等，如果液壓、氣壓等不符合要求，在合閘前要預(yù)先完成儲能工作等，如果液壓、氣壓等不符合要求，將自動啟動油泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械加壓。將自動啟動油泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械加壓。2）保持合閘）保持合閘 開關(guān)的合閘和分閘，可以有以下

16、幾種操作方式：由操作人員通開關(guān)的合閘和分閘，可以有以下幾種操作方式：由操作人員通過控制屏（一般設(shè)在主控制室）或開關(guān)跟前的端子箱通過操作把過控制屏（一般設(shè)在主控制室）或開關(guān)跟前的端子箱通過操作把手或按鈕完成，也可以由操作人員通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)的調(diào)度端下達(dá)操手或按鈕完成，也可以由操作人員通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)的調(diào)度端下達(dá)操作命令，通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)的信道把命令傳送到設(shè)在變電所的執(zhí)行端，作命令，通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)的信道把命令傳送到設(shè)在變電所的執(zhí)行端，執(zhí)行端對命令進(jìn)行處理后發(fā)出分閘或合閘脈沖。無論是何種操作執(zhí)行端對命令進(jìn)行處理后發(fā)出分閘或合閘脈沖。無論是何種操作方式，都應(yīng)該有相應(yīng)的電路對分閘或合閘脈沖進(jìn)行保持，同時，方式，都應(yīng)該

17、有相應(yīng)的電路對分閘或合閘脈沖進(jìn)行保持，同時，在操作完畢且相應(yīng)的操作信號撤消后，開關(guān)觸頭仍應(yīng)該保持在操在操作完畢且相應(yīng)的操作信號撤消后，開關(guān)觸頭仍應(yīng)該保持在操作后位置，以上兩個功能的實現(xiàn)全賴操作機(jī)構(gòu)的保持功能完成。作后位置，以上兩個功能的實現(xiàn)全賴操作機(jī)構(gòu)的保持功能完成。3）分閘）分閘 斷路器在合閘過程中，需要在外力的作用下，把四邊形連桿機(jī)斷路器在合閘過程中，需要在外力的作用下，把四邊形連桿機(jī)構(gòu)推動到一個位置，在這個位置上，四邊形連桿機(jī)構(gòu)達(dá)到一個平衡，構(gòu)推動到一個位置，在這個位置上，四邊形連桿機(jī)構(gòu)達(dá)到一個平衡，因此進(jìn)行開關(guān)的合閘操作所需要的力是比較大的（與分閘相比），因此進(jìn)行開關(guān)的合閘操作所需要的

18、力是比較大的（與分閘相比），與合閘過程不同，分閘則是需要一個外力打破四邊形連桿機(jī)構(gòu)的平與合閘過程不同，分閘則是需要一個外力打破四邊形連桿機(jī)構(gòu)的平衡，因此，所需外力要小一些。一般來說，斷路器的合閘和分閘操衡，因此，所需外力要小一些。一般來說，斷路器的合閘和分閘操作都要經(jīng)外力實現(xiàn)。作都要經(jīng)外力實現(xiàn)。4）自由脫扣）自由脫扣 自由脫扣指的是在斷路器合閘過程中接收到分閘命令時，機(jī)構(gòu)自由脫扣指的是在斷路器合閘過程中接收到分閘命令時，機(jī)構(gòu)終止執(zhí)行合閘命令而改為執(zhí)行分閘命令。終止執(zhí)行合閘命令而改為執(zhí)行分閘命令。 如果沒有自由脫扣功能，則斷路器在把設(shè)備合閘到故障上時，如果沒有自由脫扣功能，則斷路器在把設(shè)備合閘到

19、故障上時，繼電保護(hù)將無法快速跳開斷路器，同樣地斷路器在把設(shè)備合閘到故繼電保護(hù)將無法快速跳開斷路器，同樣地斷路器在把設(shè)備合閘到故障上而合閘命令尚未解除（保持），則會出現(xiàn)斷路器重復(fù)進(jìn)行合閘障上而合閘命令尚未解除（保持），則會出現(xiàn)斷路器重復(fù)進(jìn)行合閘-分閘的動作（跳躍現(xiàn)象）。分閘的動作（跳躍現(xiàn)象）。5）防止跳躍）防止跳躍6）復(fù)位）復(fù)位 在完成開關(guān)操作后，操作機(jī)構(gòu)能進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài)預(yù)備進(jìn)行下一次操在完成開關(guān)操作后，操作機(jī)構(gòu)能進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài)預(yù)備進(jìn)行下一次操作。作。7）連鎖）連鎖 開關(guān)位置連鎖：利用開關(guān)之間的位置信號實現(xiàn)；開關(guān)位置連鎖：利用開關(guān)之間的位置信號實現(xiàn)； 操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)閉瑣：在開關(guān)和操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，對開關(guān)操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)閉瑣：在開關(guān)和操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，對開關(guān)操作命令進(jìn)行閉瑣。操作命令進(jìn)行閉瑣。3.六氟化硫六氟化硫(SF6)斷路器斷路器一、氣體特