第3章高壓電器及成套配電裝置

本章主要內容第一節高壓電器相關知識第二節高壓斷路器第三節高壓隔離開關第四節高壓負荷開關第五節高壓熔斷器第六節高壓電容器第七節高壓成套配電裝置第八節高壓/低壓預裝箱式變電站試卷分析第一節高壓電器相關知識

一電力系統短路的根本概念1.定義：電力系統中相與相之間或相與地之間(對中性點直接接地系統而言)通過金屬導體、電弧、或其它較小阻抗連結而形成的非正常狀態稱為短路。2.三相電力系統短路的類型：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路四種。

三相短路、單相短路兩相短路兩相接地短路

短路電路分析

正常工作時，負載Ｒ值很大，電流很小

電路短路時，電流不經過負載Ｒ，而電源內阻Ｒ０值很小，電流很大．

Ｒ０Ｒ０在短路電流的作用范圍：由電源流到短路點。短路電流很大，可能到達幾萬～幾十萬安培，會損壞電力系統的電器設備。

Ｒ０高壓電器中的電弧電弧電流的本質:是離子導電,即觸頭之間的正離子(帶正電)在觸頭之間電場力作用下,向負極運動;負離子(帶負電)在觸頭之間電場力作用下,向正極運動而形成的電流.開關觸頭斷開后,如果觸頭之間產生電弧,那么電路實際沒有斷開,直到觸頭知己的電弧熄滅后,電路才真正斷開。根本概念電弧暫時熄滅：在交流電路，當電流瞬時值為零時，斷開的觸頭之間〔沒有電壓〕即無電流通過，觸頭之間的電弧消失。〔這種情況叫電弧暫時熄滅〕但在交流電的下半個周期，觸頭之間的電壓增大是否會重新產生電弧呢？

這個在觸頭之間重新建立起來的電壓就是觸頭之間的恢復電壓。觸頭之間恢復電壓：指觸頭之間電弧暫時熄滅后，外電路施加在觸頭之間的電壓。觸頭之間介質的擊穿電壓：是使觸頭之間產生電弧的最小電壓。與觸頭之間的溫度、觸頭之間的空氣離子濃度、觸頭距離〔電弧長度〕有關。 如果觸頭之間的溫度高、觸頭之間的空氣離子濃度高、觸頭距離〔電弧長度〕小觸頭之間介質的擊穿電壓那么小。反之觸頭之間介質的擊穿電壓那么大。產生電弧的決定條件：

觸頭之間恢復電壓大于觸頭之間介質的擊穿電壓重新產生電弧叫電弧重燃。如果觸頭之間恢復電壓小于觸頭之間介質的擊穿電壓，那么不會再產生電弧叫電弧熄滅。觸頭之間恢復電壓的來源：主要是電路中的電源電壓、電路中的電感、電容性質的負載與電阻性負載所占的比例，以及電弧暫時熄滅時電流的變化率決定。 電路中的電源電壓大、電路中的電感、電容性質的負載多〔存的電能多〕、電弧暫時熄滅時電流的變化率大〔會在電感上產生很大的感應電動勢〕上述三種情況決定了觸頭之間恢復電壓也很大。電弧的危害〔學生自己總結〕為消除電弧的危害，應加速電弧的熄滅。即增大觸頭之間介質的擊穿電壓，使觸頭之間恢復電壓小于觸頭之間介質的擊穿電壓，到達電弧熄滅的目的。即降低溫度、降低離子濃度、增加電弧的長度。高壓電器常采用的加速滅弧方法：1、氣體吹動電弧2、拉長電弧3、電弧與固體介質接觸第二節高壓斷路器一高壓斷路器的用途在正常運行時，接通或斷開電路〔空載、負荷電流〕，故障時能在繼電器保護裝置作用下，迅速斷開電路〔迅速將故障電路及設備退出電力系統〕減小停電范圍，保證電力系統內無故障設備的正常運行。在高壓電路中，承擔著控制和保護的雙重任務。

LW3-12系列戶外六氟化硫斷路器ZW8-12系列真空斷路器ZW32-12系列真空斷路器CHL-12戶外型智能型重合器LW8(A)-40.5系列六氟化硫斷路器二高壓斷路器的分類和特點1.高壓斷路器的分類高壓斷路器按安裝地點可分為屋內式和屋外式兩種；按所采用的滅弧介質可以分為四種：〔1〕油斷路器〔2〕壓縮空氣斷路器〔3〕真空斷路器〔4〕六氟化硫斷路器4真空斷路器：利用真空作絕緣介質和滅弧介質，滅弧室材料及工藝要求高；觸頭不易氧化；滅弧室的機械強度比較差，不能承受較大的沖擊振動。價格較高，但體積小、重量輕、噪音小、無可燃物、維護工作量少等突出優點。5六氟化硫斷路器：利用SF6作絕緣介質和滅弧介質，結構簡單，工藝及密封要求嚴格，對材料要求高；滅弧性能強、體積小。高壓斷路器的型號含義：第一單元是產品字母代號：S—少油斷路器；D—多油斷路器；K—空氣斷路器；L—六氟化硫斷路器；Z—真空斷路器；Q—自產氣斷路器；C—磁吹斷路器。

第二單元是裝設地點代號：N—戶內式；W—戶外式。第三單元是設計序號，以數字表示。第四單元是額定電壓，kV。第五單元是其他補充工作特性標志：G—改進型；F—分相操作。第六單元是額定電流，A。第七單元是額定開斷電流，kA。第八單元是特殊環境代號。

例如：型號為SN10—10/3000-750的斷路器，其含義表示為：少油斷路器、戶內式、設計序號10，額定電壓10kV，額定電流3000kA，開斷容量750MVA。〔3〕額定電流〔IN〕額定電流是規定的環境溫度下，斷路器可長期允許通過的最大工作電流〔有效值〕。額定電流也決定了斷路器觸頭及導電局部的截面。規定的環境溫度為40℃。〔4〕額定開斷電流〔INbr〕額定開斷電流是指斷路器在額定電壓下能可靠開斷的最大短路電流的有效值。它表征斷路器滅弧能力。開斷電流與電壓有關。當電壓不等于額定電壓時，斷路器能可靠切斷的最大短路電流有效值，稱為該電壓下的開斷電流。當電壓低于額定電壓時，開斷電流比額定開斷電流有所增大。〔5〕額定斷流容量〔SNbr〕額定斷流容量也表征斷路器的開斷能力。在三相系統中，它和額定開斷電流的關系為，式中UN為斷路器所在電網的額定電壓，INbr為斷路器的額定開斷電流，由于UN不是殘壓，故額定斷流容量不是斷路器開斷時的實際容量。〔6〕關合電流〔iNcl〕保證斷路器能可靠關合而不致于發生觸頭熔焊或其它損傷，所允許接通的最大短路電流。〔7〕動穩定電流〔ies〕動穩定電流是指斷路器在合閘位置時，允許通過的短路電流最大峰值。它是斷路器的極限通過電流，其大小由導電和絕緣等局部的機械強度所決定，也受觸頭的結構形式的影響。8〕熱穩定電流〔it〕熱穩定電流是指在規定的某一段時間內，允許通過斷路器的最大短路電流。熱穩定電流說明了斷路器承受短路電流熱效應的能力。

新裝SF6斷路器投入運行前必須復測氣體的含水量和漏氣率,要求滅弧室的含水量小于150pmm,其他氣室小于250ppm,SF6氣體的漏氣率小于1%.

運行中SF6斷路器應定期測量SF6氣體的含水量.斷路器新裝或大修后,每3個月測量一次,待含水量穩定后,可每年測量一次。

斷路器的操動機構：是用來控制斷路器的跳閘、合閘和維持合閘狀態的設備。

對操動機構的根本要求：1有足夠的操作功2較高的可靠性3動作迅速4具有自由脫扣裝置

操動機構按合閘能源的取得的方式不同分為：手動操動機構、電磁操動機構、彈簧操動機構、氣動操動機構、液壓操動機構。1電磁操動機構：利用直流螺管電磁力合閘，結構簡單、價格低、加工工藝要求低、可靠性高。缺點是合閘功率大，需要配備大容量的直流合閘電源，機構笨重、機構耗材多。2彈簧操動機構：利用合閘彈簧的張力合閘，合閘前采用電動機或人力使合閘彈簧拉伸儲能。優點只需要小容量的合閘電源，對電源的要求不高〔交直流均可〕。

缺點操動機構結構復雜，加工工藝要求高，機件強度要求高，安裝調試困難。液壓操動機構：

利用氣體壓力儲存能源，依靠液體壓力傳遞能量進行分合閘。優點體積小、操作功大、動作平穩、無噪音、速度快、不需要大功率的合閘電源。缺點是結構復雜、加工工藝要求很高、動作速度受溫度影響大，價格昂貴。操動機構的型號及含義：D電磁式T彈簧式S手動Y液壓式X表示箱式操動機構設計序號C表示操動機構G表示改進型斷路器投入運行前應符合以下要求：1〕新裝或大修后的斷路器，投入運行前必須驗收合格才能施加運行電壓。2〕新安裝的斷路器驗收工程按?電器裝置安裝工程及施工驗收標準?及有關規定要求執行。SF6斷路器的巡視檢查每日定時記錄SF6氣體壓力和溫度。斷路器的特殊巡視新設備投入運行后，應相對縮短巡視周期，投入運行72小時后再轉入正常的巡視檢查。變電所應根據設備情況按排夜間巡視，夜間巡視應閉燈進行。

長期停運的斷路器在重新投入運行前應通過遠方控制方式運行2-3次操作，操作無異常前方能投入運行。斷路器有以下情況之一，應申請立即停電處理。第三節隔離開關隔離開關結構：沒有滅弧裝置不允許帶負載拉閘、合閘；

拉閘：

必須在斷路器切斷電路之后，才能再拉隔離開關。

合閘：

必須先合隔離開關之后，再用斷路器接通電源。

隔離開關的作用：1〕隔離電源2〕倒閘操作3〕拉、合無電流或小電流電路電氣設備的運行狀態：〔運行〕、〔備用〕、〔檢修〕。倒閘操作：將電氣設備由一種工作狀態改變為另一種工作狀態。隔離開關允許拉合一下電路：1電壓互感器與避雷針；2母線和直線與母線相連設備的電容電流；3勵磁電流小于2A的空載變壓器；4電容電流不超過5A的空載線路。隔離開關類型：按每相支柱絕緣子的數目可以分為：〔單柱式〕、〔雙柱式〕、〔三柱式〕。有帶接地刀閘〔用D表示〕和不帶帶接地刀閘。

隔離開關的型號表示方法

設計序號額定電壓KVT統一設計、G改造型D帶接地刀閘額定電流AN戶內W戶外G隔離開關絕緣級別隔離開關的操動機構型號：設計序號Y液壓S手動C操動機構T帶有脫扣器D帶有操作接地閘刀的手柄G改進型X單箱式GN2-10為額定電壓為10KV的戶內隔離開關額定電流為〔400A〕~〔3000A〕；GW4-35為額定電壓為35KV的戶外隔離開關額定電流為〔630A〕~〔2000A〕；為雙柱式結構GW5-35為額定電壓為35KV的戶外隔離開關額定電流為〔630A〕~〔2000A〕；為雙柱式V形結構優點：重量輕、占地空間小。第四節高壓負荷開關一作用：在額定電壓下接通或斷開負荷電流的專用電器。雖然有滅弧裝置，但滅弧能力較弱：

1只能切斷和接通正常的負荷電流，

2不能用來切斷短路電流。二高壓負荷開關與高壓熔斷器配合使用，熔斷器做短路保護。高壓負荷開關按滅弧方式可以分為：油浸式、產氣式、壓氣式、真空、六氟化硫五種。用F表示負荷開關R表示帶熔斷器T表示熱脫扣器負荷開關工作過程：合閘時，滅弧觸頭先閉合，然后工作觸頭再閉合。合閘后，工作觸頭與滅弧觸頭同時接通，工作觸頭與滅弧觸頭形成并聯回路，電流大局部流經工作觸頭。分閘時，工作觸頭先斷開，然后滅弧觸頭再斷開。 第五節高壓熔斷器一高壓熔斷器的作用：在通過短路電流或過載電流時熔斷，保護電路中的電器設備。使用范圍3-35KV小容量的裝置中。二限流式熔斷器:在沖擊短路電流到達之前能切斷短路電流的熔斷器叫限流式熔斷器，否那么叫非限流式熔斷器。三高壓熔斷器的型號 R表示熔斷器 四戶內式高壓熔斷器1RN1熔斷器為限流式、填料〔石英砂滅弧〕高壓熔斷器。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球。限流式：發生短路時，熔踢融化后形成電弧，電弧與石英砂接觸產生加速滅弧，能夠在短路電流到達瞬時最大值之前熄滅，從而起到限制短路電流的作用。RN2高壓熔斷器用于電壓互感器回路作短路保護的專用熔斷器。為了保證RN2熔絲在運動中不會因為機械振動而損壞，RN2型熔絲是根據對其機械強度要求來確定的。從限制RN2熔斷器通過的短路電流考慮，要求熔絲具有一定的電阻。RN2熔斷器沒有熔斷指示器，運行中應根據接于電壓互感器二次電路中的儀表指示來判斷熔絲是否熔斷。RN2熔斷器熔絲是：由三級不同截面的康銅絲組成，采用不同的截面組合是為了限制滅弧時產生的過電壓幅值。借助重合機構而自動重合.五戶外式高壓熔斷器RW4-10為跌落式熔斷器：熔管由〔環氧玻璃或層卷紙板〕組成，其內壁襯以〔紅鋼紙或桑皮〕作成消弧管。熔斷器安裝時，熔管的軸線與鉛垂線成一定傾斜角度，以保證熔絲熔斷時熔管能順利跌落。為保證在暫時性故障后迅速恢復供電，有些高壓熔斷器具有單次重合閘功能。例如RW3-10Z具有2根熔件管，平時只有一根接通工作，當這個熔件管斷開后，相隔〔0.3S)另一根熔件管第六節高壓電容器

一作用：是電力系統的無功電源之一，用于提高電網的功率因數。二在10KV及以下的高壓電容器內，每個電容元件上都串有一個熔絲，作為電容器的內部短路保護。三有些電容器設有放電電阻，當電容器與電網斷開后，能夠通過放電電阻，一般在10分鐘后，電容的殘壓可降至75V以下。四高壓電容器運行的一般要求：1電容器應有標出的根本參數等內容的制造廠商名牌。2電容器金屬外殼應有明顯的接地標志，其外科應與金屬架構共同接地。3電容器周圍環境無易燃、易爆危險，無劇烈沖擊和震動。4電容器應有溫度測量設備，可在適當部位安裝溫度計或貼片溫臘片；一般情況下，環境溫度在±40°C之間

時，充礦物油的電容器允許溫升為50°C，充硅油的電容器允許溫升為55°C。5電容器應有合格的放電設備。6允許的過電壓，電容器組在正常運行時，可在1.1倍額定電壓下長期運行。對于瞬時過電壓,時間較短時根據過電壓時間間隔限定過電壓的倍數:一般過電壓持續1分鐘,可維持1.3倍的額定電壓;持續5分鐘,可維持1.2倍的額定電壓。7允許過電流，電容器組允許在1.3倍額定電流下長期運行。五新裝電容器組投入前檢查：1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%。2放電電阻的阻值和容量應符合規程要求，并經試驗合格。六高壓電容器組運行操作本卷須知：1正常情況下，全變電所停電操作，先斷開高壓電容器支路的斷路器，再斷開其他各支路的斷路器；恢復全變電所送電操作順序與停電操作相反。事故情況，全變電所無電后，必須將高壓電容器組的支路斷路器先斷開。2高壓電容器的保護熔斷器突然熔斷時，在未查明原因前，不可更換熔斷體恢復送電。3高壓電容器禁止在自身帶電荷時合閘，以防產生過電壓。高壓電容器組再次合閘，應在其斷電3分鐘后進行。八運行中高壓電容器的檢查電容器應在額定電壓下運行，長期運行電壓不得超過額定電壓的1.1倍;發現長期超過額定電壓的1.1倍時,應立即停運.

電容器應在額定電流下運行,其最大電流不應超過額定電流的1.3倍,一旦超過,應立即停運.見教材90頁.表3-1高壓電容器組常見故障、產生原因及處理方法。第七節高壓成套配電裝置一高壓成套配電裝置由制造廠成套供給的設備，運抵現場后組裝而成的高壓配電裝置．它將主電路分為假設干個單元，每個單元即一條回路，將每一個單元的斷路器、隔離開關、電流互感器、以及保護、控制、測量等設備集中裝配在一個整體柜內。按結構特點分為：金屬封閉式、金屬封閉鎧裝式、金屬封閉箱式、SF6封閉組合電器；按斷路器的安裝方式分為：固定式和手車式。二開關柜應具有“五防〞連鎖功能：防誤分、合斷路器。防帶負荷拉合隔離刀閘。防帶電合接地開關。防帶接地線合斷路器。防誤入帶電間隔。“五防〞連鎖功能常采用斷路器、隔離開關、接地開關與柜門之間的牽制性機械閉鎖方式和電磁鎖方式實現。三KYN××800-10型高壓開關柜為具有“五防〞連鎖功能、金屬鎧裝高壓開關柜，用于額定電壓3~10KV，額定電流為1250~3150A，單母線接線的發電廠、變電所和配電所。型號：KYN××800-10/戶內額定電流額定分斷電流金屬鎧裝環境特征：TH——濕熱帶額定電壓主回路方案編號TA——干熱帶四開關柜的結構

小車室中部設有懸掛小車的軌道，左側軌道上社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。小車室與主母線室和電纜室的隔離板上安裝有主回路靜觸頭盒，靜觸頭盒即保證了各功能小室的隔離，又可作為靜觸頭的支持件。

小車在柜內移動和定位是靠矩形螺紋和螺桿實現的。用專用的搖把順時針轉動矩形螺桿，推進小車向前移動；逆時針轉動矩形螺桿，小車向后移動。五推進機構與斷路器連鎖

1當斷路器處于合閘狀態時，會使小車無法由定位狀態轉變為移動狀態。2當移動小車未進入定位位置或推進搖把未及時拔出時，小車也無法由移動狀態轉變為定位狀態。六RGC型金屬封閉單元組合SF6開關柜用于額定電壓3KV~24KV、額定電流630A單母線的發電廠、變電所、配電所。RGC——SF6〔六氟化硫氣體絕緣幾滅弧介質〕C電纜開關單元金屬封閉F負荷開關熔斷器組合單元組合單元功能單元代號：V斷路器單元S帶負荷開關的母線分段或帶有斷路器母聯單元M空氣絕緣計量單元E/B側面/正面出線的空柜轉接單元RGC型開關柜由標準單元組成：共包括七種標準單元，電纜可以在開關柜的左側或右側與母線直接相連。最大可用5個標準單元組成一個大單元，由于運輸條件和裝卸的限制，當超過5個小單元時，應分為兩個局部。七環網開關柜為提高供電的可靠性，使用戶可以從兩個方向獲得電源，通常將供電網連接成環形，使用的高壓開關柜習慣叫環形柜。第八節高壓/低壓預裝箱式變電站試卷分析考試題型一、單項選擇題總計40分二、判斷題總計36分三、多項選擇題總計16分四、案例分析題總計8分一、單項選擇題1新裝SF6斷路器投入運行前必須復測的工程包括氣體的〔〕。A壓力B溫度C漏氣率和含水量2造成高壓電容器組爆炸的主要原因之一是〔〕。A運行中溫度變化B內部發生過電壓C內部發生相間短路3GN2-35/1000帶接地刀閘時，在其型號中用字母〔〕表示。ATBDCG4以下短路形式中，〔〕屬于對稱短路。A單相短路C兩相短路D三相短路5彈簧儲能操動機構的優點之一是〔〕。A對合閘電源要求不高B加工工藝要求不高C結構較簡單6GW5-35/1000表示〔〕。A額定電流為1000A的戶外隔離開關B額定電流為35KA的戶外斷路器C額定電流為5KA的戶外隔離開關7斷路器對電路故障跳閘發生拒動，造成越級跳閘時，應立即〔〕。A對電路進行試送電B查明斷路器拒動原因C將拒動短路器脫離系統8斷路器操動機構裝設自由脫扣裝置的作用：當斷路器處于〔〕，假設繼電器保護裝置動作，能使斷路器立即跳閘。A跳閘過程中B合閘過程中C合閘機構不靈敏9彈簧儲能操動機構的缺點之一是〔〕。A對合閘電源要求高B加工工藝要求高C必須手動儲能14以下〔〕情況屬于斷路器異常現象，應及時予以消除，但可不申請立即停電。ASF6斷路器滅弧室氣壓下降B真空斷路器真空損壞C油斷路器滅弧室有異常響動15高壓斷路器用于〔〕小容量裝置中以保護線路、變壓器、電動機及電壓互感器等。A3~35KVB3~110KVC3~500KV16真空斷路器主要用于〔〕電壓等級。A3~10KVB35~110KVC220~500KV17隔離開關可用于拉、合勵磁電流小于〔〕的空載變壓器。A2AB5AC10A18高壓熔斷器帶有熱脫扣器時，在其型號中以字母〔〕表示。A：TB：XC：M19新投入運行的斷路器，在運行〔〕后，可轉入正常巡視檢查。A24hB48hC72h20箱式變電所的站地面積為〔〕㎡。A5~6B6~8C8~1021長期停運的斷路器在重新投入運行前應通過遠方控制方式進行〔〕操作，操作無異常前方能投入運行。A1~2次B2~3次C3~5次22真空斷路器每次分、合閘時，〔〕都會有一次伸縮變形，他的壽命決定了真空斷路器的壽命。A波紋管B觸頭C導電桿為保證在暫時性故障后，迅速恢復供電，有些高壓熔斷器具有〔〕重合閘功能。A1次B2次C3次二、判斷題1GW4-35/600代表600A的戶外斷路器。〔〕2GN22-10/1000代表22KV戶內隔離開關。〔〕3隔離開關不可拉、合電流互感器電路。〔〕4KYN××800-10型高壓開關柜是10KV金屬鎧裝戶內開關柜。〔〕5當高壓電容器組產生不嚴重的發熱時，處理方法之一是立即停用。〔〕6電容器芯子是由假設干個電容元件串聯或并聯起來組成的。〔〕和溫度。〔〕13SF6氣體的絕緣能力是空氣的100倍。〔〕14KYN××800-10型高壓開關柜，當推進搖把未拔出時，小車無法由移動狀態變為定位狀態。〔〕15斷路器的額定電流決定斷路器的滅弧能力。〔〕16電容器室溫度超出±40℃范圍時,高壓電容器組也應退出運行。〔〕17有些電容器設有放電電阻，當電容器與電網斷開后，能夠通過放電電阻，一般在10分鐘后，電容的殘壓可降至75V以下。〔〕18開關柜應具有“五防〞連鎖功能是防誤分、合斷路器；防帶負荷拉合隔離刀閘；防