电气开关及运行基础知识讲义一

电气开关及运行基础知识讲义一有色榆林发电部一次系统二次系统一次系统:构成电能生产、输送、分配和使用的系统，称为一次系统.二次系统:对一次系统进行保护、监控、测量、控制的系统，称为二次系统。电气一次系统的设备称为一次设备，电气二次系统的设备，称为二次设备。电气设备一次设备二次设备系统电气一次设备①生产和转换电能的设备②开关电器。用来接通或断开电路。③限流电器④载流导体⑤补偿设备⑥仪用互感器⑦防御过电压设备⑧绝缘子⑨接地装置高低压电器电气设备的额定参数一、电气设备的额定电压额定电压就是国家规定的电气设备标准的电压等级，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能能够达到最佳状态，保证可靠长期运行。第一类额定电压是指100伏及以下的额定电压第二类额定电压是指100～1000伏之间的额定电压额定电压为1000伏以下电气设备称为低压设备，1000伏及以上的电气设备称为高压设备。第三类额定电压是指1000伏及其以上的电压等级。一般我们习惯上称将3千伏～35千伏称为中压110千伏、220千伏称为高压330千伏、500千伏称为超高压700千伏、1000千伏称为特高压220/380伏及以下为低压我国采用的周围介质额定温度如下：①电力变压器和大部分电器(如断路器、隔离开关、互感器等)的额定周围空气温度取为40℃。②敷设在空气中的母线、电缆和绝缘导线等为25℃。③埋设地下的电力电缆的额定泥土温度为25℃。二、电气设备的额定电流电气设备的额定电流是指周围介质在额定环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。电弧的基本知识电弧实际上也就是开关两个触头之间空气（或其它绝缘介质）局部被击穿，形成的一个气体导电通道。一、什么是电弧带负荷拉刀闸二、电弧的危害1.开关电器开断电路时，触头虽已分开，但实际并未真正断开。2.电弧温度极高,很容易烧坏开关触头；触头附近的绝缘物也会遭受破坏；还会引起短路故障、开关电器爆炸、形成火灾等危害电力系统的安全运行。3.电弧是一束能导电的气体，它的质量很轻，在电动力、热力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形，就很容易造成飞弧短路和伤人。三、熄灭交流电弧的方法1.迅速拉长电弧：提高断路器的分闸速度，采用多断口结构等。2.吹弧：利用气体或绝缘油吹动电弧，使电弧拉长、冷却，这是高压断路器的主要熄弧手段。3.采用真空：减少碰撞游离的可能性，迅速恢复介质绝缘强度。4.弧隙并联电阻：主要用来提高断路器的熄弧能力。通常在220千伏及以上线路断路器上使用。5.提高弧隙介质压力：有利于加强正负离子复合。高压开关电器①仅用来在正常工作情况下，断开和闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关。②仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压熔断器。③既用来断开和闭合正常工作电流，也用来断开和闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器。④不要求断开或闭合电流，只用来对被检修的电气设备隔离电压的开关电器，如隔离开关等。一、高压断路器（一）高压断路器的用途高压断路器在电网中起两方面的作用：一是控制作用，即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行（开闭正常工作电流）；二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护或自动装置发出跳闸信号，使断路器断开，将故障设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行（断开短路电流）。（二）高压断路器的基本结构高压断路器的基本结构：主要包括电路通断元件、绝缘支撑元件、操动机构及基座等几部分1-通断元件；2-绝缘支撑元件；3-操动机构；4-基座断路器基本结构示意图（三）高压断路器的类型按安装地点分户外高压断路器户内高压断路器按灭弧介质及灭弧原理六氟化硫（SF6）断路器真空断路器油断路器压缩空气断路器等。多油断路器少油断路器类型按结构布置分支柱式（或称瓷柱式）罐式六氟化硫全封闭组合式按其灭弧方式分有双压式单压式六氟化硫气体的绝缘性能和灭弧性能比其它灭弧介质明显的优越，六氟化硫断路器的体积小、开断容量大、开断性能优异、电寿命长、检修间隔时间长（一般10年不检修，有的还提出20年不检修）、无噪音公害、无火灾危险。特点SF6全封闭组合电器GIS外壳：封闭带电部分并接地、内充一定压力SF6气体，屏蔽及固定设备。常用铝合金、不锈钢或无磁铸钢材料做成。母线：汇集电能、分配电能、传输电能。多由铝合金管制成，两端插入触头座内；三相母线可以做成三相共箱的，多用于110kV及以下GIS设备；也可以做成三相离相的，多用于220kV及以上GIS设备。母线表面要求光洁度高，没有毛刺及凹凸不平之处。母线由优质环氧树脂盆形绝缘子或母线绝缘子支撑。隔离开关：隔离主电路及倒闸操作。带有手动或电动机构的接地隔离开关一般接于断口的一侧或两侧；高速接地隔离开关具有闭合短路电流的能力，当母线箱内的导体对外壳短路时，需要迅速将短路引起的电弧熄灭掉，否则将引起GIS外壳发生爆炸，因此使用高速接地隔离开关迅速直接接地，使得断路器的保护装置迅速动作，从而切断故障电流、熄灭电弧。断路器：开断故障电流或正常工作电流。断路器在开断电路时产生电弧，断路器内的SF6气体能够迅速熄灭电弧。与此同时也分解一些前述SF6分解物，对人体健康有害，但它们多为断路器过滤器内的吸附剂所吸收电流互感器：测量主回路电流。电流互感器的铁心做成环形，二次绕组绕在环形铁心上，用环氧树脂浇铸在一起，作为GIS设备外壳的一部分，其一次绕组就是母线管。电压互感器：测量主回路电压。SF6全封闭组合电器GISSF6/空气套管：为绝缘瓷套管，起绝缘作用。瓷套管内充以一定压力的SF6气体，用盆式绝缘子将内部分隔为两部分，与导体相连的一侧是高压SF6气体，另一侧是低压SF6气体。盆式绝缘子：为环氧树脂浇铸而成，一方面支持导电元件，另一方面将GIS设备隔离成若干个气室，互不相通。万一发生故障，可以抽出故障气室内的SF6气体，解体维修，而不会影响其它气室的正常运行。盆式绝缘子可以做成全密封式和有空洞式两种，后者只起支持导体而不起隔离的作用。当断路器接到分闸命令后，以气缸、动弧触头、拉杆等组成的刚性运动部件在分闸弹簧的作用下向下运动。在运动过程中，静主触指先与动主触头（即气缸）分离，电流转移至仍闭合的两个弧触头上，随后弧触头分离形成电弧。在开断短路电流时，由于开断电流较大，故弧触头间的电弧能量大，弧区热气流流入热膨胀室，在热膨胀室内进行热交换，形成低温高压气体；此时，由于热膨胀室压力大于压气室压力，故单向阀关闭。当电流过零时，热膨胀室的高压气体吹向断口间使电弧熄灭。在分闸过程中，压气室内的气压开始时被压缩，但达到一定的气压值时，底部的弹性释压阀打开，一边压气，一边放气，使机构不必要克服更多的压气反力，从而大大降低了操作功。在开断小电流时（通常在几千安以下），由于电弧能量小，热膨胀室内产生的压力小。此时压气室内的压力高于热膨胀室内压力，单向阀打开，在电流过零时，被压缩的气体吹向喷口使电弧熄灭真空断路器真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用条件分为户内（ZNx—**）和户外（ZWx—**）两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分(真空泡)，和操动机构部分组成。断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。机构为电动储能，电动分合闸，同时具有手动功能。整个结构由合闸弹簧，储能系统，过流脱扣器，分合闸线圈，手动分合闸系统，辅助开关，储能指示等部件组成。真空断路器利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。真空的特性真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因，而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小，电场的均匀程度有关，而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙（2—3毫米）情况下，有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性，这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。真空断路器真空灭弧室陶瓷灭弧室玻璃灭弧室真空泡外观图真空断路器的特点真空断路器的特点是动作快、操作噪音小、无污染、电气及机械寿命长、体积小、重量轻、能防火、防爆、检修方便。适用于作发电厂、变电站等输配电系统的控制或保护开关，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所动作原理储能过程当储能电机接通电源时，电机带动偏心轮转动，通过紧靠在偏心轮上的滚子带动拐臂及连板摆动，推动储能棘爪摆动，使棘轮转动，当棘轮上的销与储能轴套的板靠住以后，二者一起运动，使挂在储能轴套上上的合闸弹簧拉长。储能轴套由定位销固定，维持储能状态，同时，储能轴套上的拐臂推动行程开关切断储能电机的电源，并且储能棘爪被抬起，与棘轮可靠脱离。合闸操作过程：当机构接到合闸信号后（开关处于断开，已储能状态），合闸电磁铁的铁心被吸向下运动，拉动定位件向逆时针方向转动，解除储能维持，合闸弹簧带动储能轴套逆时针方向转动，其凸轮压动传动轴套，带动连板及摇臂运动，使摇臂扣住半轴，使机构处于合闸状态。此时，连锁装置锁住定位件，使定位牛不能逆时针方向转动，达到机构联销的目的，保证了机构在合闸位置不能合闸操作。分闸操作过程：断路器合闸后，分闸电磁铁接到信号，铁芯吸合，分闸脱扣器中的顶杆向上运动，使脱扣轴转动，带动顶杆向上运动，顶动弯板并带动半轴向反时针方向转动。半轴与摇臂解扣，在分闸弹簧的作用下，断路器完成分闸操作动作原理储能过程我厂6KV配电装置的配置6kv真空开关和真空接触器的“五防”功能a)防止带负荷抽插一次隔离触头，即当开关断开时，小车隔离抽头方可操作。b)防止进入带电间隔，即当接地刀闸合上时，间隔的后盖板才能打开。c)防止误分、误合开关。d)防止带接地刀闸合闸，即当接地刀闸断开时，小车开关方可送电。e)防止带电合接地刀闸。电缆室仪表室主要电器元件——电流互感器主要电器元件——电压互感器主要电器元件——接地开关主要电器元件——避雷器主要电器元件——母线断路器的合、分闸一般情况下，不需要人直接进行断路器的合、分闸操作。断路器手车面板上设有手动钮，供调试人员在调试断路器时使用手动操作指示储能状态指示合分状态指示手动合闸按钮手动分闸按钮手动储能防止接地刀闸处于闭合位置时关合负荷开关防止误入带电室盘面信号灯的功能装置共有八个信号灯，分别是：运行、动作、告警、故障、对时、通讯、分位及合位。运行(绿)：指示装置是否正常运行。运行时该灯处于闪烁状态；动作(红)：装置有保护跳闸元件动作时，该指示灯亮；告警(红)：装置发告警信号时，该指示灯亮；故障(红)：当装置有硬件故障或不正常时，该指示灯亮；分位(绿)：当装置带有操作回路时，如开关在分位，该指示灯亮；合位(红)：当装置带有操作回路时，如开关在合位，该指示灯亮。位置指示器：可以指示，开关试验、工作位置，开关和地刀的断合状态，储能情况智能放电仪过电压保护动作记录仪，运行检查项目断路器正常运行中的检查与维护1)检查断路器的分、合闸位置指示正确。2)检查母线、一次隔离触头运行良好，无过热变色现象。3)检查断路器无异音、异味。4)检查母线PT、各负荷的电缆，氧化锌避雷器等无放电、闪络、烧焦现象。5)检查断路器储能机构储能完好，储能指示器指示正确。6)检查真空断路器回路三相熔断器指示灯亮。7）检查各断路器带电显示器指示正常断路器绝缘电阻的规定断路器在下列情况下送电前应测量开关的绝缘电阻：1）新安装的断路器第一次送电时。2）检修后的断路器。3）断路器备用超过半个月时。4）故障后的断路器。断路器绝缘电阻的规定：6KV开关的绝缘电阻：应用2500伏兆欧表测量，相间、相对地、动静触头间的绝缘电阻值应在200MΩ及以上。ZN-28开关操作注意断路器经检修恢复运行，操作前应检查检修中为保证人身安全