風電場電氣工程 第3章 風電場主要一次設備2(開關設備)

1、風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)第第3 3章章 風電場主要一次設備風電場主要一次設備2 2風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備教學目標教學目標基本掌握斷路器和隔離開關的結構和工作原理，基本掌握斷路器和隔離開關的結構和工作原理，識記斷路器的型式和參數(shù)等，識記斷路器的型式和參數(shù)等，對風電場的斷路器和隔離開關的功能、結構、外對風電場的斷路器和隔離開關的功能、結構、外觀有具體認知觀有具體認知第第3 3章章 風電場主要一次設備風電場主要一次設備2關注的問題關注的問題關于電弧的基本知識有哪些？關于電弧的基本知識有哪些？各種開關設備的結構是怎樣的？其作用又是什么？各種開關設備的結構

2、是怎樣的？其作用又是什么？風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.3 開關設備開關設備在電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行中，電氣設備的相互聯(lián)系及生產(chǎn)方式的轉在電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行中，電氣設備的相互聯(lián)系及生產(chǎn)方式的轉換，由換，由開關電器的分合開關電器的分合來實現(xiàn)。開關電器的分合實現(xiàn)了來實現(xiàn)。開關電器的分合實現(xiàn)了電路的電路的有選擇接通和斷開有選擇接通和斷開。閘刀開關的原理閘刀開關的原理非常簡單：當閘刀落非常簡單：當閘刀落下時，將兩側導體連接為一個導體，接下時，將兩側導體連接為一個導體，接通電路；當閘刀打開后，兩側導體不再通電路；當閘刀打開后，兩側導體不再有電路聯(lián)系，相互絕緣。有電路聯(lián)系，

3、相互絕緣。閘刀開關所要閘刀開關所要達成的目的即通過其自身達成的目的即通過其自身“導體導體絕緣絕緣體體”的轉換來分合電路。的轉換來分合電路。電池電燈閘刀開關電力系統(tǒng)中的高壓開關電器要復雜的多。常用的開關電器電力系統(tǒng)中的高壓開關電器要復雜的多。常用的開關電器有有斷路器、隔離開關、熔斷器和接觸器斷路器、隔離開關、熔斷器和接觸器，它們的功能各不，它們的功能各不相同。相同。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1 電弧的基本知識電弧的基本知識 3.3.1.1電弧的本質和特性電弧的本質和特性 開關電器開斷電流的時候，只要電路中的電流達到幾百毫安，開關電器開斷電流的時候

4、，只要電路中的電流達到幾百毫安，電壓有幾十伏，開關的觸頭間就會出現(xiàn)電壓有幾十伏，開關的觸頭間就會出現(xiàn)電弧電弧 電弧是電弧是導電體導電體，只有電弧熄滅才能實現(xiàn)電路的開斷。，只有電弧熄滅才能實現(xiàn)電路的開斷。 氣體金屬類似復合電離電子正離子中性原子弱等離子體強等離子體電弧是一種電弧是一種氣體放電現(xiàn)象氣體放電現(xiàn)象，是一，是一種種等離子體狀態(tài)等離子體狀態(tài)，即帶正電荷和，即帶正電荷和負電荷的粒子數(shù)量相等的離子集負電荷的粒子數(shù)量相等的離子集團狀態(tài)。隨著溫度的升高、能量團狀態(tài)。隨著溫度的升高、能量的輸入，的輸入，物質可以實現(xiàn)由固態(tài)、物質可以實現(xiàn)由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子狀態(tài)的順序液態(tài)、氣態(tài)和等離子狀態(tài)的順序轉

5、換轉換?？梢?，金屬與等離子體有相似之處?？梢?，金屬與等離子體有相似之處。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.1電弧的本質和特性電弧的本質和特性 開關分合過程中所產(chǎn)生的電弧，開關分合過程中所產(chǎn)生的電弧，對于開關電器以及整個系統(tǒng)對于開關電器以及整個系統(tǒng)的安全運行都具有重要影響的安全運行都具有重要影響。這主要是因為：。這主要是因為： 1 1、電弧是強功率放電電弧是強功率放電，在電弧區(qū)的任何固體、液體或氣體在，在電弧區(qū)的任何固體、液體或氣體在電弧作用下都會產(chǎn)生強烈的物理及化學變化。電弧作用下都會產(chǎn)生強烈的物理及化學變化。 2 2、電弧是一種自持放電電弧是一種

6、自持放電，很低的電壓就能維持相當長的電弧，很低的電壓就能維持相當長的電弧穩(wěn)定燃燒。穩(wěn)定燃燒。 3 3、電弧是等離子體電弧是等離子體，質量很輕，極容易變形。，質量很輕，極容易變形。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.2電弧的物理過程電弧的物理過程 在電弧的形成與維持過程中，在電弧的形成與維持過程中，游離游離起了很重要的作用。起了很重要的作用。所謂所謂游離，即中性質點到帶電質點的轉化。游離，即中性質點到帶電質點的轉化。 電弧通常可以分為三個區(qū)域：電弧通?？梢苑譃槿齻€區(qū)域：陰極區(qū)、弧柱區(qū)和陽極區(qū)陰極區(qū)、弧柱區(qū)和陽極區(qū)在陰極區(qū)、弧柱區(qū)及陽極區(qū)游離過程在陰極區(qū)

7、、弧柱區(qū)及陽極區(qū)游離過程中產(chǎn)生了中產(chǎn)生了帶電質點帶電質點，并使其，并使其產(chǎn)生定向產(chǎn)生定向移動移動。電弧的電位和電位梯度分布電弧的電位和電位梯度分布，如下圖如下圖風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.2電弧的物理過程電弧的物理過程 電弧中的電流從微觀上看是電弧中的電流從微觀上看是電子及正離子在電場下移動的結電子及正離子在電場下移動的結果果，其中電子的移動構成電流的主要部分。，其中電子的移動構成電流的主要部分。 從電弧半徑方向看，從電弧半徑方向看，電弧中心溫度最高電弧中心溫度最高，弧柱周圍發(fā)光較暗，弧柱周圍發(fā)光較暗的區(qū)域稱為的區(qū)域稱為弧焰弧焰，其中，其中電

8、流密度很小電流密度很小。（1 1）陰極區(qū)）陰極區(qū)： 陰極的作用是陰極的作用是發(fā)射大量電子發(fā)射大量電子，在，在電場作用下趨向陽極方向從電場作用下趨向陽極方向從而構成陰極區(qū)的電流而構成陰極區(qū)的電流。 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.2電弧的物理過程電弧的物理過程 （2 2）弧柱區(qū)）弧柱區(qū)： 弧柱部分導電需要在弧柱區(qū)域也能出現(xiàn)大量自由電子，這就弧柱部分導電需要在弧柱區(qū)域也能出現(xiàn)大量自由電子，這就要使弧柱區(qū)的要使弧柱區(qū)的氣體原子游離氣體原子游離。氣體原子游離的方式通常有。氣體原子游離的方式通常有電電場游離和熱游離場游離和熱游離兩種。兩種。 弧柱中的電子在

9、電場作用下運動，不斷與氣體原子等粒子碰弧柱中的電子在電場作用下運動，不斷與氣體原子等粒子碰撞。當電子的動能超過原子的游離能撞。當電子的動能超過原子的游離能 ，則可以使束縛在原子，則可以使束縛在原子周圍的電子釋放出來，形成自由電子和正離子。這種現(xiàn)象稱周圍的電子釋放出來，形成自由電子和正離子。這種現(xiàn)象稱為為電場游離電場游離。 在弧柱中溫度很高，粒子動能很大，其互相之間不斷碰撞即在弧柱中溫度很高，粒子動能很大，其互相之間不斷碰撞即可使原子游離，從而產(chǎn)生大量的自由電子。電弧導電的主要可使原子游離，從而產(chǎn)生大量的自由電子。電弧導電的主要原因就在于原因就在于熱游離熱游離。 去游離包括去游離包括復合和擴散復

10、合和擴散兩種方式。兩種方式。 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.2電弧的物理過程電弧的物理過程 （3 3）陽極區(qū)）陽極區(qū)： 陽極的作用通常不像陰極那樣重要。根據(jù)陽極作用的不同，陽極的作用通常不像陰極那樣重要。根據(jù)陽極作用的不同，可把陽極分為可把陽極分為被動型和主動型被動型和主動型兩種。兩種。 在被動型中，在被動型中，陽極只起收集電子的作用陽極只起收集電子的作用。 在主動型中，在主動型中，陽極不但收集電子而且產(chǎn)生金屬蒸汽陽極不但收集電子而且產(chǎn)生金屬蒸汽，因而也，因而也可以向弧柱提供帶電粒子可以向弧柱提供帶電粒子。 對于長度只有幾個毫米的電弧，電弧電壓

11、主要由陰極區(qū)壓降對于長度只有幾個毫米的電弧，電弧電壓主要由陰極區(qū)壓降和陽極區(qū)壓降組成，其中的物理過程對電弧起主要作用，這和陽極區(qū)壓降組成，其中的物理過程對電弧起主要作用，這種電弧稱為種電弧稱為短弧短弧。真空電弧一般屬于短弧。真空電弧一般屬于短弧。 而對于長度較大的電弧，弧柱則起主要作用，這種電弧稱為而對于長度較大的電弧，弧柱則起主要作用，這種電弧稱為長弧長弧。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.3交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅主要有以下三種情況：主要有以下三種情況： 強迫熄弧強迫熄弧 因電弧電壓很高，電源電壓不能維持，電弧

12、電流很快被減小因電弧電壓很高，電源電壓不能維持，電弧電流很快被減小到零而熄滅。到零而熄滅。 截流開斷截流開斷 在此情況下，電弧因不穩(wěn)定而熄滅。在此情況下，電弧因不穩(wěn)定而熄滅。 過零熄弧過零熄弧 在這種情況下，電弧是在電流零點時熄滅的。這種熄弧過程在這種情況下，電弧是在電流零點時熄滅的。這種熄弧過程稱為過零熄弧。稱為過零熄弧。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.3交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 如電流過零后，如電流過零后，弧隙未復燃，電弧就最后熄滅弧隙未復燃，電弧就最后熄滅；反之，如；反之，如發(fā)發(fā)生復燃，則電弧在電流此次過零時不能熄滅生復燃，則電弧在電流

13、此次過零時不能熄滅，至少需燃燒至，至少需燃燒至電弧電流下次過零時再熄滅。電弧電流下次過零時再熄滅。 弧隙是否復燃決定于兩方面：弧隙是否復燃決定于兩方面：一是弧隙的介質強度，另一是一是弧隙的介質強度，另一是加在弧隙上的電壓加在弧隙上的電壓，通常稱為，通常稱為恢復電壓恢復電壓。 介質強度和恢復電壓都是介質強度和恢復電壓都是時間時間t的函數(shù)的函數(shù)，通常稱為，通常稱為介質強度恢介質強度恢復過程復過程和和電壓恢復過程電壓恢復過程。 介質恢復過程取決于電流及斷路性能，電壓恢復過程主要決介質恢復過程取決于電流及斷路性能，電壓恢復過程主要決定于電網(wǎng)的結構和參數(shù)定于電網(wǎng)的結構和參數(shù)風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)

14、風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.3交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 顯然，在電弧電流過零后電弧是最終熄滅還是復燃決定于顯然，在電弧電流過零后電弧是最終熄滅還是復燃決定于介介質強度質強度ud和恢復電壓和恢復電壓utr 交流電弧過零熄滅的條件如下：交流電弧過零熄滅的條件如下： 0utt0u(a)復燃(b)熄滅( )( )dtrututududutrutr風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.1.3交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 一般把介質恢復過程分為一般把介質恢復過程分為熱擊穿階段和電擊穿階段熱擊穿階段和電擊穿階段 熱擊穿階段熱擊穿階段 在開斷大電

15、流時，電弧電流過零后，弧隙的介質溫度仍很高，在開斷大電流時，電弧電流過零后，弧隙的介質溫度仍很高，弧隙仍有一定的電導率。當恢復電壓加在弧隙上時，弧隙中弧隙仍有一定的電導率。當恢復電壓加在弧隙上時，弧隙中即有一小電流流過。此時在弧隙中同時進行著兩個過程：即有一小電流流過。此時在弧隙中同時進行著兩個過程：一一方面電源供給弧隙以能量；另一方面弧隙又將能量傳給周圍方面電源供給弧隙以能量；另一方面弧隙又將能量傳給周圍介質。介質。如果電源供給弧隙的能量超出傳出的能量，弧隙溫度如果電源供給弧隙的能量超出傳出的能量，弧隙溫度將不斷上升，最后導致?lián)舸?，這稱為將不斷上升，最后導致?lián)舸?，這稱為熱擊穿熱擊穿 電擊穿階

16、段電擊穿階段 當弧隙溫度降低熱游離基本停止時，弧隙轉變?yōu)榻橘|。在此當弧隙溫度降低熱游離基本停止時，弧隙轉變?yōu)榻橘|。在此階段中，如發(fā)生復燃，則與氣體介質擊穿過程相似。階段中，如發(fā)生復燃，則與氣體介質擊穿過程相似。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2 斷路器斷路器 斷路器是電力系統(tǒng)不可缺少的主要斷路器是電力系統(tǒng)不可缺少的主要控制、保護設備控制、保護設備，是電力系，是電力系統(tǒng)中最重要的開關電器，其作用為統(tǒng)中最重要的開關電器，其作用為切斷電路切斷電路。 為了可以熄滅電路分合時所產(chǎn)生的電弧，斷路器都裝設有為了可以熄滅電路分合時所產(chǎn)生的電弧，斷路器都裝設有滅弧滅弧

17、裝置裝置 常用的斷路器類型有：常用的斷路器類型有：油斷路器、真空斷路器和油斷路器、真空斷路器和SF6斷路器斷路器等等風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.1油斷路器油斷路器 油斷路器油斷路器的觸頭浸在油中，觸頭分合時電弧能量中除一小部的觸頭浸在油中，觸頭分合時電弧能量中除一小部分通過分通過傳導、輻射傳導、輻射等方式向四周散出外，大部分能量使四周等方式向四周散出外，大部分能量使四周的油的油蒸發(fā)和分解蒸發(fā)和分解，在電弧周圍形成，在電弧周圍形成氣泡氣泡。 氣泡體積受到周圍油的慣性力和油箱壁的限制，氣泡壓力是氣泡體積受到周圍油的慣性力和油箱壁的限制，氣泡壓力是

18、比較高的，因此電弧是處在壓力較高、導熱性很好的氣體包比較高的，因此電弧是處在壓力較高、導熱性很好的氣體包圍之中，使電流過零后弧隙介質強度恢復很快，電弧容易熄圍之中，使電流過零后弧隙介質強度恢復很快，電弧容易熄滅。滅。 利用電弧自身能量熄滅電弧的方法稱為利用電弧自身能量熄滅電弧的方法稱為自能式滅弧自能式滅弧。利用其。利用其它能量熄滅電弧的方法稱為它能量熄滅電弧的方法稱為外能式滅弧外能式滅弧。絕大多數(shù)油斷路器絕大多數(shù)油斷路器都采用自能式滅弧，如多油斷路器都采用自能式滅弧，如多油斷路器 按照絕緣結構的不同，油斷路器可分為按照絕緣結構的不同，油斷路器可分為多油斷路器和少油斷多油斷路器和少油斷路器兩種路

19、器兩種風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.1油斷路器油斷路器 多油斷路器多油斷路器 多油斷路器的觸頭系統(tǒng)放置在裝有變壓器油的由鋼板焊成的多油斷路器的觸頭系統(tǒng)放置在裝有變壓器油的由鋼板焊成的油中，油箱是接地的。油中，油箱是接地的。 多油斷路器的導電部分多做成多油斷路器的導電部分多做成“U”形，每相至少有兩個斷口。形，每相至少有兩個斷口。23754611絕緣套管；2電流互感器；3變壓器油；4靜觸頭和滅弧室；5油箱；6橫梁（動觸頭）；7箱蓋；電壓等級的多油斷路電壓等級的多油斷路器，每相各有一個油器，每相各有一個油箱，稱為箱，稱為分箱式結構分箱式結構有些電壓

20、等級較低的有些電壓等級較低的多油斷路器，三相共多油斷路器，三相共用一個油箱，稱為用一個油箱，稱為共共箱式結構箱式結構。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.1油斷路器油斷路器 多油斷路器多油斷路器內(nèi)部帶有電流互感器，配套性強內(nèi)部帶有電流互感器，配套性強；在戶外使用時，；在戶外使用時，不易受大氣條件的影響。不易受大氣條件的影響。 多油斷路器的缺點是多油斷路器的缺點是油量多，鋼材消耗也油量多，鋼材消耗也多多。油量太多不僅油量太多不僅給給檢修斷路器帶來困難，檢修斷路器帶來困難，而且增加了爆炸和火而且增加了爆炸和火災的危險性災的危險性。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣

21、系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.1油斷路器油斷路器 少油斷路器少油斷路器 少油斷路器中，變壓器油用來少油斷路器中，變壓器油用來熄滅電弧和作為觸頭間的絕緣熄滅電弧和作為觸頭間的絕緣介質介質，但不作為對地絕緣。，但不作為對地絕緣。 按按使用地點的不同使用地點的不同，少油斷路器可分為，少油斷路器可分為戶內(nèi)式與戶外式戶內(nèi)式與戶外式兩種。兩種。 戶外式少油斷路器如圖：戶外式少油斷路器如圖：絕緣筒絕緣筒1通過支持瓷瓶通過支持瓷瓶3安裝于基座安裝于基座4上，上，5為接線端子，為接線端子，2為斷路器操作機構。為斷路器操作機構。大部分大部分110kV少油斷路器都采用這種少油斷路器都采用這

22、種結構，滅弧室裝在絕緣筒內(nèi)。結構，滅弧室裝在絕緣筒內(nèi)。 一般高電壓等級的少油斷路器的結構一般高電壓等級的少油斷路器的結構是是細而高細而高，結構穩(wěn)定性較差結構穩(wěn)定性較差，不宜在，不宜在強烈地震地區(qū)使用。強烈地震地區(qū)使用。123455風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.2真空斷路器真空斷路器 真空包括的范圍很廣，為方便起見常將它劃分為幾個區(qū)域。真空包括的范圍很廣，為方便起見常將它劃分為幾個區(qū)域。 我國劃分的區(qū)域為如下表所示我國劃分的區(qū)域為如下表所示: 真空滅弧室的真空度為真空滅弧室的真空

23、度為1.3310-2Pa1.3310-5Pa，屬于，屬于高真空范疇。高真空范疇。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.2真空斷路器真空斷路器 （2 2）真空間隙擊穿與真空電弧）真空間隙擊穿與真空電弧 真空間隙的擊穿不是由于間隙中氣體分子的碰撞游離所引起，真空間隙的擊穿不是由于間隙中氣體分子的碰撞游離所引起，而而主要由電極現(xiàn)象決定主要由電極現(xiàn)象決定。 電極表面在強電場作用下會產(chǎn)生電子發(fā)射。隨著電極表面溫電極表面在強電場作用下會產(chǎn)生電子發(fā)射。隨著電極表面溫度和外加電場強度的增大，電極表面電子發(fā)射的電流密度也度和外加電場強度的增大，電極表面電子發(fā)射的電流密度

24、也增大。當電流密度達到某一臨界值時，真空間隙就被擊穿了，增大。當電流密度達到某一臨界值時，真空間隙就被擊穿了，這被稱為這被稱為場致發(fā)射擊穿機理場致發(fā)射擊穿機理。 電極表面不可避免地總會粘有一些微粒質點，它們在電場作電極表面不可避免地總會粘有一些微粒質點，它們在電場作用下會附著電荷運動，具有動能。在與另一電極碰撞時，動用下會附著電荷運動，具有動能。在與另一電極碰撞時，動能轉變?yōu)闊崮?，使微粒本身熔化和蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的金屬蒸能轉變?yōu)闊崮?，使微粒本身熔化和蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的金屬蒸汽又會與場致發(fā)射的電子產(chǎn)生碰撞游離，最終導致間隙的擊汽又會與場致發(fā)射的電子產(chǎn)生碰撞游離，最終導致間隙的擊穿穿, 這被稱為這被稱

25、為微粒擊穿機理微粒擊穿機理。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.2真空斷路器真空斷路器 維持真空電弧的是金屬蒸汽而不是氣體分子，維持真空電弧的是金屬蒸汽而不是氣體分子，真空電弧實為真空電弧實為金屬蒸汽電弧金屬蒸汽電弧。 真空電弧的電弧電壓也由真空電弧的電弧電壓也由陰極壓降、弧柱（等離子區(qū)）壓降陰極壓降、弧柱（等離子區(qū)）壓降和陽極壓降和陽極壓降三部分組成。三部分組成。 真空電弧的長度很短，真空電弧的長度很短，對電弧電壓起主要作用的是陰極和陽對電弧電壓起主要作用的是陰極和陽極壓降。極壓降。 電弧電壓隨電流增大而增加，具有電弧電壓隨電流增大而增加，具有正的

26、伏安特性。正的伏安特性。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.2真空斷路器真空斷路器 （3）真空斷路器的基本結構）真空斷路器的基本結構 真空斷路器的結構與其它斷路器大致相同，主要由真空斷路器的結構與其它斷路器大致相同，主要由操動機構、操動機構、支撐用的絕緣子和真空滅弧室支撐用的絕緣子和真空滅弧室組成。組成。 絕緣子真空滅弧室操作機構定導電桿靜法蘭盤磁管屏蔽罩觸頭磁管波紋管導向套動導電桿動法蘭盤(a) 真空斷路器結構原理圖(b) 真空滅弧室剖面圖真空滅弧室的外真空滅弧室的外殼由玻璃或陶瓷殼由玻璃或陶瓷制成，動觸頭運制成，動觸頭運動時的密封靠波動時的密封靠

27、波紋管。紋管。 動、靜觸頭的外動、靜觸頭的外周裝有屏蔽罩周裝有屏蔽罩風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.2真空斷路器真空斷路器 （4）真空斷路器的特點）真空斷路器的特點 真空斷路器的特點：真空斷路器的特點： 真空斷路器的真空斷路器的機械壽命和電氣壽命都很高機械壽命和電氣壽命都很高。通常機械壽命和。通常機械壽命和開合負載電流的壽命都可達到一萬次以上。開合負載電流的壽命都可達到一萬次以上。 真空滅弧室密封問題特別重要真空滅弧室密封問題特別重要，否則就會導致開斷失敗，造，否則就會導致開斷失敗，造成事故成事故 真空滅弧室工作狀態(tài)與外界大氣條件無關，不會在開斷

28、短路真空滅弧室工作狀態(tài)與外界大氣條件無關，不會在開斷短路電流時產(chǎn)生噴油、排氣給外界帶來污染，無須檢修；開斷過電流時產(chǎn)生噴油、排氣給外界帶來污染，無須檢修；開斷過程中不會產(chǎn)生很高的壓力，爆炸危險性??；開斷短路電流時程中不會產(chǎn)生很高的壓力，爆炸危險性??；開斷短路電流時也沒有很大的噪聲也沒有很大的噪聲風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 （1）SF6氣體簡介氣體簡介 六氟化硫（六氟化硫（SF6）是目前高壓電器中使用的是目前高壓電器中使用的性能最優(yōu)良的滅弧性能最優(yōu)良的滅弧和絕緣介質和絕緣介質。 SF6常以常以液態(tài)液態(tài)保存于鋼瓶中，保存于

29、鋼瓶中，使用時減壓放出呈氣態(tài)沖入電氣使用時減壓放出呈氣態(tài)沖入電氣設備內(nèi)設備內(nèi)。 無色、無味、無毒，不會燃燒，化學性能穩(wěn)定，常溫下和其無色、無味、無毒，不會燃燒，化學性能穩(wěn)定，常溫下和其他材料不會發(fā)生化學反應。但在電弧的高溫作用下，他材料不會發(fā)生化學反應。但在電弧的高溫作用下，SF6的分的分解物解物SF4、S2F2、SF2、SOF2、SO2F2、SOF4、HF等都具有等都具有強烈的腐蝕性和毒性。安裝有強烈的腐蝕性和毒性。安裝有SF6電器的場所應裝設合適的通電器的場所應裝設合適的通風設備。風設備。 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路

30、器 SF6氣體中的氣體中的水分必須控制在一定的限度內(nèi)水分必須控制在一定的限度內(nèi)，否則對設備運行，否則對設備運行帶來危害。帶來危害。 SF6具有優(yōu)良的滅弧性能，主要是由于：具有優(yōu)良的滅弧性能，主要是由于：SF6電弧具有高溫弧電弧具有高溫弧芯和低溫弧焰，其電弧電壓梯度小，功率低，對于熄滅電弧芯和低溫弧焰，其電弧電壓梯度小，功率低，對于熄滅電弧有利。電弧即使在電流很小時依然可以維持弧芯的導電狀態(tài)，有利。電弧即使在電流很小時依然可以維持弧芯的導電狀態(tài)，電流過零時弧柱殘余體積小，能量小，有利于弧隙絕緣強度電流過零時弧柱殘余體積小，能量小，有利于弧隙絕緣強度的恢復。的恢復。 由于由于SF6氣體絕緣性能好，

31、氣體絕緣性能好，SF6斷路器中斷路器中動靜觸頭間的距離不動靜觸頭間的距離不必很大必很大，降低了上游部分電弧長度和電弧能，降低了上游部分電弧長度和電弧能風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 （2）SF6斷路器基本類型斷路器基本類型 按照結構不同，按照結構不同，SF6斷路器可分為斷路器可分為瓷柱式與罐式瓷柱式與罐式兩種。兩種。 罐式斷路器的罐式斷路器的滅弧室安裝在與地滅弧室安裝在與地電位相連的金屬罐體內(nèi)電位相連的金屬罐體內(nèi)。高電壓。高電壓下，每相需要將多個滅弧室串聯(lián)下，每相需要將多個滅弧室串聯(lián)裝在同一罐體內(nèi)。裝在同一罐體內(nèi)。瓷柱式斷

32、路器的瓷柱式斷路器的滅弧室裝在絕緣滅弧室裝在絕緣支柱上支柱上，通過串聯(lián)滅弧室，并將，通過串聯(lián)滅弧室，并將它們安裝在適當高度的絕緣支柱它們安裝在適當高度的絕緣支柱上，便可獲得任意的電壓額定值。上，便可獲得任意的電壓額定值。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 按照滅弧方式的不同，按照滅弧方式的不同，SF6斷路器又分為：斷路器又分為：雙壓式雙壓式SF6斷路器、斷路器、壓氣式壓氣式SF6斷路器、自能自吹式斷路器、自能自吹式SF6斷路器和旋弧式斷路器和旋弧式SF6斷路斷路器器等。等。 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 兩種不同結構的兩種不同結構的SF6斷路器各有特點：斷

33、路器各有特點： - 罐式罐式SF6斷路器的滅弧室重心低、抗震性能好，適應環(huán)境能斷路器的滅弧室重心低、抗震性能好，適應環(huán)境能力強，電流互感器可以安裝在套管上，但力強，電流互感器可以安裝在套管上，但SF6氣體用量大。氣體用量大。 - 瓷柱式瓷柱式SF6斷路器的滅弧室安裝在絕緣支柱上，重心高、抗斷路器的滅弧室安裝在絕緣支柱上，重心高、抗震能力差，外部耐壓能力也較差，無法在本體上安裝電流互震能力差，外部耐壓能力也較差，無法在本體上安裝電流互感器，但感器，但SF6氣體用量小、結構簡單、制造容易、價格低。氣體用量小、結構簡單、制造容易、價格低。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次

34、設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 壓氣式斷路器壓氣式斷路器 正常狀態(tài)下，正常狀態(tài)下，所有觸頭都是所有觸頭都是閉合的，電流閉合的，電流通過主觸頭和通過主觸頭和壓氣缸從上載壓氣缸從上載流部分向下載流部分向下載流部分傳導。流部分傳導。1-上載流部分，2-靜弧觸頭，3-動弧觸頭，4-壓氣室，5-下載流部分，6-噴嘴，7-靜主觸頭，8-.動主觸頭，9-壓氣缸，10-充氣閥，11-靜活塞閉合狀態(tài)閉合狀態(tài)觸頭分離觸頭分離形成電弧形成電弧電弧熄滅電弧熄滅斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)閉合狀態(tài)閉合狀態(tài)在斷開過程中，在斷開過程中，主管道的活動部分、形成電弧的靜觸頭、壓氣缸和噴嘴都被拉向主管道的活動部分、形成電弧的靜觸頭

35、、壓氣缸和噴嘴都被拉向斷開狀態(tài)。斷開狀態(tài)。在閉合過程中，在閉合過程中，充氣閥會打開使得充氣閥會打開使得SF6氣體能注入吹氣室。氣體能注入吹氣室。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 自能自吹式自能自吹式SF6斷路器斷路器1-上載流部分，2-靜弧觸頭，3-動弧觸頭，4-自能壓氣室，5-壓氣室，6-充氣閥，7-靜活塞，8-噴嘴，9-主靜觸頭，10-主動觸頭，11-自能壓氣閥，12-壓氣缸，13-過壓泄氣閥，14-下載流部分基本結構基本結構觸頭分離觸頭分離形成電弧形成電弧電弧熄滅電弧熄滅斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)閉合過程閉合過程在斷開過程中在斷開

36、過程中，自能壓氣式斷路器，自能壓氣式斷路器的大電流下的操作和壓氣式斷路器的大電流下的操作和壓氣式斷路器以同樣的方式開始。以同樣的方式開始。當形成電弧觸點分離后，當形成電弧觸點分離后，由于溫度的升高及吹氣柱由于溫度的升高及吹氣柱體和靜活塞之間的氣體被體和靜活塞之間的氣體被壓縮，自能壓氣室和壓氣壓縮，自能壓氣室和壓氣室里的壓力不斷升高。直室里的壓力不斷升高。直到氣壓足夠將自動吹氣閥到氣壓足夠將自動吹氣閥推向閉合位置。當電流波推向閉合位置。當電流波形過零時，電弧變的相對形過零時，電弧變的相對微弱。被壓縮的微弱。被壓縮的SF6氣體氣體通過噴嘴從自能壓氣室注通過噴嘴從自能壓氣室注入，從而熄滅了電弧。入，

37、從而熄滅了電弧。在閉合過程中在閉合過程中，充氣閥，充氣閥會打開使得氣體能被充會打開使得氣體能被充入壓氣室和自能壓氣室。入壓氣室和自能壓氣室。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 （3）斷路器操作機構）斷路器操作機構 在斷路器本體以外的機械操動裝置稱為在斷路器本體以外的機械操動裝置稱為操動機構操動機構，而操動機，而操動機構與斷路器動觸頭之間連接的部分稱為構與斷路器動觸頭之間連接的部分稱為傳動機構和提升機構傳動機構和提升機構。 操動機構的操動機構的合閘能源從根本上講是來自人力或電力合閘能源從根本上講是來自人力或電力。還可轉。還可轉變

38、為其它能量形式，如電磁能、彈簧位能、重力位能、氣體變?yōu)槠渌芰啃问?，如電磁能、彈簧位能、重力位能、氣體或液體的壓縮能等?；蛞后w的壓縮能等。 根據(jù)能量形式的不同，操動機構可分為根據(jù)能量形式的不同，操動機構可分為手動操動機構、電磁手動操動機構、電磁操動機構、彈簧操動機構、電動機操動機構、氣動操動機構操動機構、彈簧操動機構、電動機操動機構、氣動操動機構和液壓操動機構和液壓操動機構等。等。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.2.3 SF6斷路器斷路器 手動操作機構（手動操作機構（CS）靠手力直接合閘的操動機構。靠手力直接合閘的操動機構。 電磁操動機構（電磁操動機

39、構（CD）靠電磁力合閘的操動機構靠電磁力合閘的操動機構 電動機操動機構（電動機操動機構（CJ）利用電動機減速裝置帶動斷路器利用電動機減速裝置帶動斷路器合閘的操動機構合閘的操動機構 彈簧操動機構（彈簧操動機構（CT）利用已儲能的彈簧為動力使斷路器利用已儲能的彈簧為動力使斷路器動作的操動機構動作的操動機構 液壓操動機構（液壓操動機構（CY）利用液壓油作為動力傳遞介質。操利用液壓油作為動力傳遞介質。操動方式有兩種：直接驅動式和儲能式動方式有兩種：直接驅動式和儲能式 氣動操動機構（氣動操動機構（CQ）利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的操動機構操動機構風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系

40、統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.3.2.3 SF6斷路器斷路器（4）風電場中的斷路器及其操作機構舉例）風電場中的斷路器及其操作機構舉例圖為圖為風電場中常用的風電場中常用的35kV35kV真空斷路器及其機構箱內(nèi)部結構的真空斷路器及其機構箱內(nèi)部結構的 實物圖實物圖。操作機構為彈簧機構，可以看到分合位置指示，彈簧壓力表操作機構為彈簧機構，可以看到分合位置指示，彈簧壓力表及手動分合按鈕及接線端子排等基本元件。及手動分合按鈕及接線端子排等基本元件。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.3.2.3 SF6斷路器斷路器為為風電場升壓變電站中風電場升壓變電站中220

41、kV220kV的的SFSF6 6斷路器及其操作箱內(nèi)部結構斷路器及其操作箱內(nèi)部結構。220kV220kV以上需要分相操作，因此每相斷路器都有操作箱及操作機以上需要分相操作，因此每相斷路器都有操作箱及操作機構。構。該斷路器采用彈簧操作機構，可以看到相關的分合位置指示、該斷路器采用彈簧操作機構，可以看到相關的分合位置指示、SFSF6 6壓力指示、分合開關，接線端子等等。壓力指示、分合開關，接線端子等等。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.3.3隔離開關隔離開關 隔離開關在電力生產(chǎn)中常被稱為隔離開關在電力生產(chǎn)中常被稱為刀閘刀閘，是最常見的高壓開關。，是最常見的高壓開關。 與斷路器最根本的區(qū)別在于，它與斷路器最根本的區(qū)別在于，它沒有專用的滅弧裝置沒有專用的滅弧裝置，結構，結構簡單，因而簡單，因而不能用來分合大電流電路不能用來分合大電流電路。 當電氣設備需要檢修的時候，由斷路器斷開電路，安裝在斷當電氣設備需要檢修的時候，由斷路器斷開電路，安裝在斷路器和電氣設備之間的隔離開關再拉開，路器和電氣設備之間的隔離開關再拉開，在電氣設備和斷路在電氣設備和斷路器之間形成明顯的電壓斷開點器之間形成明顯的電壓斷開點，從而保證