高压开关设备测试及智能化技术1

高压开关设备测试及智能化技术1关永刚Office:西主楼4区104Tel:[phone]Email:[e-mail]23山东秦安330kV变电站常规敞开式（AIS）由单个独立的设备组合而成。4安徽繁昌500kV变电站常规敞开式（AIS）由单个独立的设备组合而成。5山西神头500kV升压站常规敞开式（AIS）由单个独立的设备组合而成。6葛洲坝500kV升压站常规敞开式（AIS）由单个独立的设备组合而成。7日立126kVGIS8日立126kVGIS9西门子245kVGIS10ABB－300kVGIS11550kVGIS在内蒙古伊敏电厂运行12绥中550KVGIS现场运行13三峡工程引进ABB公司技术生产的550kVGIS14800kVGIS运行现场151100kVGIS由断路器（GCB）、隔离开关（DS）、检修用接地开关（ES）、快速接地开关（HSGS）、管道母线（BUS）、伸缩节、出线套管（BG）、电流互感器（CT）、电压互感器（PT）、高性能ZnO避雷器（MOA）等元件组成，上图为一个间隔1100kVGIS布置图。1100kVGIS的总体布置方案Planedlayoutof1100kVGIS开关电器断路器CircuitBreaker(CB)能关合、开断正常的负荷电流（包括空变、空线、空缆等），也能开合故障电流。当发生短路故障（或其它异常运行状态、欠压、过流等）时可以实现自动重合闸。高压断路器是一种多功能的开关电器，也是性能最全面的一种开关电器。负荷开关Load-breakingSwitch(LS)能开合负荷电流（含容性、感性负载电流），有时能关合短路电流但不能开断短路电流。接触器Contactor(C)只有一个休止位置，能关合、开断及承载正常电流及规定的过载电流的开断、关合装置。一般用来频繁控制大型用电设备（如大电动机等）。16开关电器隔离开关Disconnector/disconnectingswitch(DS)用来隔离电路或电源，在闭合位置时能承载正常电流及规定的短路电流，有时能开断很小的电容电流及容量不大的变压器的空载电流，有时能开合母线转换电流。接地开关EarthingSwitch(ES)用来对设备或被检修线路实现保护接地。熔断器Fuse(F)俗称保险。当负荷电流过载到一定值，或出现故障电流时能自动熔断而开断。分为限流熔断器及喷射式熔断器。1718GW5-126型隔离开关GW4-126型隔离开关19GW7-252型隔离开关JW6-252型接地开关隔离开关事故20开关、继电保护合一重合器AutomaticCircuitRecloser是一种自具控制（本身具备故障电流检测和操作顺序控制与执行功能，无需提供附加继电保护和操作装置）及保护功能的高压开关设备；它能够自动检测通过重合器主回路的电流，故障时按反时限保护自动开断故障电流，并依照预定的延时和顺序进行多次地重合。分段器Sectionalizer是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无流的情况下自动分闸的开关设备。当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障被其它设备切除了，则其将保持合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准备。分段器一般不能断开短路故障电流。212212kV重合器跌落式分段器高压断路器的典型结构231—开断元件，2—绝缘支柱，3—基座4—操动机构，5—绝缘套管，6—接地外壳LiveTankDeadTank24断路器与操动机构的组成操动机构操动机构操动机构的合闸能源从根本上讲是来自人力或电力。这两种能源还可转变为其它能量形式：电磁能、弹簧位能、气体或液体的压缩能等。根据能量形式的不同，操动机构可分为：手动操动机构（CS）、电磁操动机构（CD）、弹簧操动机构（CT）、电动机操动机构（CJ）、气动操动机构（CQ）、液压操动机构（CY）等。25弹簧操动机构储能式液压操动机构气动操动机构液压弹簧操动机构26高压断路器重要性断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备。无论电力线路处在什么状态，例如空载、负载或短路故障时，当要求断路器动作时，它都应能可靠地动作，或是关合，或是开断电路。作用控制作用：根据运行需要，把一部分电力设备或线路投入或退出运行。保护作用：断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行。2728总之，断路器应能够开断、关合及承载运行线路的正常电流也能在规定时间内承载，关合及开断规定的异常电流，如过载电流和短路电流。高压断路器的操作主回路不带电的操作：合（闸）操作openingoperation分（闸）操作closingoperation自动重合闸auto-reclosingoperation主回路带电的操作开断、分断breaking关合、接通making开合switching自动重关合auto-remaking29高压断路器分类（1）根据控制、保护对象的不同，大致可分为4类：发电机断路器输电断路器配电断路器控制断路器30发电机断路器控制、保护发电机用的断路器。特点：Un不高，在40.5kV以下（12、24、36）In大，（15.75kV，30万kW，In=14kA）Ib大，(最小100kA,最大500kA)价格高。不需要快速自动重合闸。31输电断路器用于110（63）kV及以上输电系统中的断路器。特点：Un高。♦110、220kV电压等级使用的断路器为高压断路器；♦330kV及以上电压等级使用的断路器称为超高压断路器。In不大，一般小于3000A。输电断路器除要求具备快速自动重合闸功能外，还常要具备开合近区故障、失步故障，架空线路和电缆线路充电电流的能力。由于电压高，断路器的结构也比较复杂。32配电断路器用于35（63）kV及以下配电系统中的断路器。特点Un不高，110kVIn不大，3000A这类断路器除要求具备快速自动重合闸的功能有时还要求具备开合电容器组（单个电容器组或多个并联电容器组）和电缆线路充电电流的能力。由于电压低，断路器的结构相对简单。熔断器－负荷开关（F-LS）组合。33控制断路器用于控制、保护经常需要启停的电力设备（如高压电动机、电弧炉等）的断路器。特点：断路器的额定电压在12kV以下。断路器应能频繁操作并具有高的机械和电寿命。熔断器－接触器（F-C）组合。34高压断路器分类（2）按断路器的灭弧原理（介质），大致分为5类：油断路器OilCircuitBreaker多油断路器LiveTankMinimumOilCB少油断路器DeadTankBulkOilCB压缩空气断路器Air-blastCB六氟化硫断路器SF6CB真空断路器VacuumCB磁吹断路器Magneticblow-outCB（固体）产气断路器GasevolvingCB目前，用得较多的是少油、真空、和SF6断路器。353612kV断路器LiveTankCB12kV断路器DeadTankCB3712kV真空断路器总体结构38126kV断路器DeadTankCB126kV断路器DeadtankCB39252kVSF6断路器LiveTankCBDeadTankCB40550kV断路器DeadTankCB550kV断路器LiveTankCB413.6～40.5kV气体绝缘金属封闭开关设备Siemens圆筒式充气柜箱式充气柜高压开关柜高压开关柜4272.5kV及以上电压等级的SF6气体绝缘金属封闭开关设备运行在新加坡PayaLebar变电站的550kVGIS(西开电气)高压断路器的性能要求一般电气性能方面高压断路器长期在电网中使用时，应与其它电力设备一样，能够耐受各种电压、电流的作用而不致损坏。开断、关合电路方面高压断路器在开断、关合电路时，伴随着电动力、电弧、恢复电压和过电压等强烈、复杂的物理现象。断路器应能在规定的条件下可靠地完成开断和关合任务。自然环境方面其它方面43一般电气性能方面——电压（1）1.额定电压Rated/NominalVoltageUn单位：kV，有效值。高压断路器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的最高电压。根据我国交流高压断路器国家标准GB1984的规定，高压断路器的额定电压（单位kV）为：44断路器额定电压3.67.21240.572.5126252363550系统标称电压36103566110220330500一般电气性能方面1——电压（2）2.过电压Overvoltage断路器连续工作中还应耐受高于额定电压的各种过电压作用，而不会导致绝缘的损坏。（1）1min工频耐受电压PowerFrequencyWithstandVoltage（2）雷电冲击耐受电压LightningImpulseWithstandVoltage（3）操作冲击耐受电压SwitchingImpulseWithstandVoltage具体数值与断路器的额定电压有关，可参考交流断路器国家标准GB1984和GB/T11022。45一般电气性能方面2——电流（1）1.额定电流Rated/NominalCurrentIn，单位：A是指在规定的正常使用和性能条件下，断路器主回路能够连续承载的电流。并据以确定断路器能够正常运行的允许温升的电流有效值。在此电流下，断路器各部分的温升和最大温度不得超过允许值。2.额定短时耐受电流，又称额定热稳定电流RatedShort-timeWithstandCurrentIsw，单位：kA。是指在规定的使用和性能条件下，确定的短时间内，断路器在合闸位置所能承载的电流有效值。断路器各部分温升不得超标，触头也不应发生融焊和损坏。46一般电气性能方面2——电流（2）3.额定短路持续时间，又称额定热稳定时间RatedDurationofShort-circuittsw，单位：s是指断路器在合闸位置所能承载其额定短时耐受电流的时间间隔。这一时间通常为1~4s。110kV：4s（3s），220kV：2s（1s）4.额定峰值耐受电流，又称额定动稳定电流RatedPeakWithstandCurrentIpw，单位：kA是指在规定的使用和性能条件下，断路器在合闸位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。断路器不应因电动力而损坏。4748对断路器来说，额定峰值耐受电流Ipw，额定短时耐受电流Isw和下面将讨论的额定短路开断电流Ib、额定短路关合电流Ipm都是同一短路电流在不同操作情况下，或不同时刻出现的电流有效值或峰值。各电流值之间的关系各电流值之间的关系49bbbmpw55.228.18.1IIII=⋅==bswII=pmpwII=一般还有：开断短路电流的困难电弧。断路器开断有电流的电路时，触头分离后，触头间会出现电弧，只有使电弧熄灭，电路的开断任务才能完成。电流大。在电力系统发生短路故障时，短路电流比正常负荷电流大得多，这时电路最难开断。因此，可靠地开断短路故障是高压断路器的主要的也是最困难的任务。50开断关合电路方面1——开断短路故障额定短路开断电流（Ib，kA）是标志高压断路器开断短路故障能力的参数。它是指断路器在规定条件下能保证正常开断的最大短路电流。通常以触头分离瞬间短路电流交流分量有效值和直流分量的百分数表示。如果直流分量不超过20%，额定短路开断电流仅由交流分量有效值来表征。51开断关合电路方面1——开断短路故障短路故障的类型在电力线路不同地点出现短路故障时，短路电流的大小也有很大的差别。521：断路器的出线端；2：近区故障（几公里）三相间各种短路；三、二、单、异相接地失步故障、发展性故障、并联开断各种短路故障均应可靠地开断部分故障类型名词1．断路器出口故障BTFBreakerTerminalFault2．近区故障SL