高压断路器检修

复习1.发电厂的电气设备分为哪两类？各有何作用？导入发电厂和变电所的一次设备，电机学中讲述了变压器、发电机等，本章重点讲述常用高压开关电器、互感器、母线、绝缘子、电力电缆等。学习情境二高压断路器检修发电厂和变电站的一次设备变电站主要一次设备示意图1－变压器；2－导线；3－绝缘子；4－互感器；5－避雷器；6－隔离开关；7－断路器第一阶段专业知识一、高压断路器的用途要求和分类1.定义额定电压在3kV及以上，能够接通或开断正常电流，并能在规定时间内接通或开断规定的异常电流（短路电流、过负荷电流）的开关电器。2.用途控制作用保护作用3.要求工作可靠具有足够的短路能力具有尽可能短的切断时间实现自动重合闸结构简单、价格低廉4.分类油断路器空气断路器真空断路器SF6断路器SF6断路器真空断路器少油断路器空气断路器二、高压断路器的技术参数和型号含义1.技术参数（1）额定电压（kV）断路器长时间运行能承受的正常工作电压，决定断路器的绝缘水平、总体尺寸和灭弧条件。（2）最高工作电压（kV）断路器允许长期工作的高于额定电压的最高电压。220kV及以下设备的最高工作电压为额定电压的1.15倍；330kV及以上设备的最高工作电压为额定电压的1.1倍。最高工作电压等级有：3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800、1200kV等。（3）额定电流（A）断路器在额定容量下允许长期通过的工作电流（有效值），决定了断路器载流部分的尺寸和结构。我国采用的额定电流有：200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等。（4）额定开断电流（kA）在额定电压下，断路器能可靠开断的最大周期分量电流（最大短路电流有效值），表明断路器开断电路的能力。某电压下的开断电流、极限开断电流。我国规定的额定开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。（5）额定断流容量表明断路器的切断能力。在三相电路中，其大小等于额定电压与额定开断电流乘积的倍。3（6）动稳定电流（kA）断路器在闭合状态下，允许通过的电流最大峰值。表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电动力的能力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度。（7）热稳定电流（kA）断路器在规定时间（通常为4s）内允许通过的最大短路电流有效值，又称额定短时耐受电流。表明断路器承受短路电流热效应的能力。(8)合闸时间（s）：断路器从接到合闸命令起到断路器触头刚接触时所经过的时间。(9)分闸时间（s）：指全分闸时间（tt），是断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间。包括：固有分闸时间（t1）：断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时所经过的时间；固有分闸时间一般为0.06～0.12s，小于0.06s的断路器，称为快速断路器。灭弧时间（t2）：触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间。2.型号含义1：产品名称：S—少油断路器，D—多油断路器，L—六氟化硫（SF6）断路器，Z—真空断路器，K—压缩空气断路器，Q—自产气断路器，C—磁吹断路器；2：安装地点：N－户内型，W－户外型；3：设计序号；4：额定电压（kV）；5：补充特性：C－手车式，G－改进型，W－防污型，Q－防震型；6：额定电流（A）；7：额定开断电流（kA）。举例1：ZN28－12/1250－25型号含义：真空断路器，户内式，设计序号28，额定电压12kV，额定电流1250A，额定开断电流25kA。举例2：SN4-20G/8000-30型号含义：少油断路器，户内式，设计序号4，额定电压20kV，改进型，额定电流8000A，额定开断电流30kA。型号：LW10B-252W/3150-50最高额定工作电压：252kV额定工作电流：3150A额定频率：50Hz额定开断电流：50kASF6气体重量：27kg额定SF6气压：0.6MPa雷电冲击耐压：1050kV断路器三相自重：5400kg型号及技术参数示例：高压断路器原理结构示意图三、高压断路器的基本结构和灭弧过程通断元件：执行接通或断开电路的任务。其核心部分是触头和灭弧装置。操动机构：向通断元件提供分、合闸操作的能量，实现各种规定的顺序操作，并维持开关的合闸状态。传动机构：把操动机构提供的操作能量及发出的操作命令传递给通断元件。绝缘支撑元件：支撑固定通断元件，实现与各结构部分之间的绝缘。基座：支撑、固定和安装开关电器的各结构部分，使之成为一个整体。（一）真空断路器VS1(ZN63A)-12/1250-31.5真空断路器ZN28A-12户内交流高压真空断路器ZN12B型35kV户内真空断路器1.原理真空：指绝对压力低于1个大气压的气体稀薄的空间。真空间隙气体稀薄，气体分子的自由行程大，发生碰撞游离的机会少，击穿电压高，绝缘强度高。真空度：即真空的程度，气体的绝对压力与大气压的差值。绝对压力值越低，真空度越高。真空断路器：在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。它利用真空度为6.6×10-2Pa以上的高真空作为绝缘和灭弧介质。真空电弧的形成：在开断电流时，随着触头的分离，触头接触面积迅速减少，其电流密度非常大，温度急剧升高，使接触点的金属熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。由于金属蒸汽温度很高，同时又存在很强的电场，导致强电场发射和金属蒸汽的电离，从而发展成真空电弧。真空电弧的实质：触头电极蒸发出的金属蒸汽导电。真空电弧的熄灭：由于真空的原因，在真空电弧中生成的带电粒子和金属蒸汽扩散速度很快，在电弧电流过零时，使触头间隙的介质强度能很快恢复而实现灭弧。2.基本结构和灭弧过程真空断路器按结构分悬臂式和落地式两种，主要由真空灭弧室、支架和操作机构三部分组成。真空灭弧室的原理结构1-动触杆；2-波纹管；3-外壳；4-动触头；5-屏蔽罩；6-静触头常用的真空灭弧室陶瓷灭弧室玻璃灭弧室真空灭弧室由动静触头、屏蔽罩、波纹管、玻壳(玻璃、陶瓷或树脂材料制成的外壳)等组成，绝缘外壳作用：支持动静触头和屏蔽罩等金属部件，与这些部件气密地焊接在一起，以确保灭弧室内的高真空度。材料：硬质玻璃、氧化铝陶瓷或微晶玻璃。触头材料：铜铋合金和铜铬合金。特点：利用磁场力使真空电弧快速运动，防止在触头上产生需要长时间冷却的受热区域。结构：磁吹对接式，有三种类型：平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头。平板触头：现已被淘汰。横向磁场触头：分为杯状触头(可以开断40kA以上的电流)、螺旋触头(用于开断小于40kA的电流，近年来趋于淘汰）。纵向磁场触头：适合开断大电流，其开断电流可达到70kA，在实验室已高达200kA。（a）平板触头（b）杯状触头（横磁场）（c）螺旋触头（横磁场）（d）、（e）纵磁场触头屏蔽罩采用铜或钢制成，分为主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩三种。主屏蔽罩：装设在触头的周围，一般固定在绝缘外壳内的中部，其作用如下：①防止燃弧过程中触头间产生的大量金属蒸汽和金属颗粒喷溅到绝缘外壳的内壁，导致外壳的绝缘强度降低或闪络。②改善灭弧室内部电场的均匀分布，降低局部电场强度，提高绝缘性能，有利于促进真空灭弧室小型化。③吸收部分电弧能量，冷却和凝结电弧生成物，有利于提高电弧熄灭后间隙介质强度的恢复速度，这对于增大灭弧室的开断能力起到很大作用。波纹管屏蔽罩：包在波纹管的周围，防止金属蒸汽溅落在波纹管上，影响波纹管的工作和降低其使用寿命。均压屏蔽罩：装设在触头附近，用于改善触头间的电场分布。波纹管用于保证动触头在一定行程范围内运动时，不破坏灭弧室的密封状态。材料：通常采用不锈钢。结构：液压成形和膜片焊接两种。特点：它是真空灭弧室中最易损坏的部件，真空断路器触头每分合一次，波纹管便产生一次机械变形，长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管因材料疲劳而损坏，其金属的疲劳寿命，决定了真空灭弧室的机械寿命。真空断路器实例整体式：断路器本体与操动机构一起安装在箱形固定柜和手车柜中。ZN28－12系列真空断路器外观图ZN28－12系列真空断路器结构图结构特点：采用中间封接式纵磁场真空灭弧室，每个灭弧室由绝缘子固定，真空灭弧室旁有一棒形绝缘子支撑。真空灭弧室上下铝合金支架既是输出接线的基座又兼起散热作用。在灭弧室上支架的上端面，安装有黄铜制作的导向板，使导电杆在分闸过程中对中良好。触头弹簧装设在绝缘拉杆的尾部。操动机构、传动主轴和绝缘转轴等部位均设置滚珠轴承，用于提高效率。3.真空断路器的操作过电压真空断路器具有较强的截流作用和很强的开断高频电流的能力，易产生截流过电压和高频多次重燃过电压，需采取下列保护措施：a）避雷器保护；b）R-C保护4.真空断路器的优点及存在问题优点①寿命长，适于频繁操作；②触头开距与行程小；③燃弧时间短；④可以无油化，防火防爆；⑤体积小，重量轻；⑥检修间隔时间长，维护方便。存在问题①真空灭弧室的真空度保持和有效的指示有待改进；②价格较昂贵；③容易产生危险的过电压。6.真空断路器的运行维护与检修知识（1）安装真空断路器通常采用整体安装，在安装前一般不需要进行拆卸和调整。安装完毕，应按要求进行工频耐压试验、机械特性的测试和操动机构的动作试验。（2）检查与维护真空断路器的绝缘子、绝缘杆及灭弧室外壳应经常保持清洁；操动机构和其他传动部分应保持有干净的润滑油，动作灵活；对变形、磨损严重的零部件应及时更换；定期检查真空灭弧室的真空度，有异常现象应立即更换；检查触头的开距及超行程，小于规定值时，必须按要求进行调整；定期检查紧固件，防止松动、断裂和脱落。（3）检修真空断路器本体不需要检修，真空灭弧室损坏或寿命终止时只能更换。更换灭弧室应该注意：①灭弧室的安装质量，以保证动导电杆与灭弧室轴线的同轴；②波纹管在做开断与关合操作时，不受扭力，不应与任何部位相摩擦；③导电杆的运动轨迹平直，任何时候也不会在波纹管周围产生电火花；④在安装和调整时须特别注意对波纹管的保护，波纹管的压缩拉伸量不得超过触头允许的极限开距；⑤灭弧室端面上的压环各个方向上的受力要均匀。小结高压断路器是电力系统中重要的电气设备，在正常情况下用来控制电路，在事故时能自动切除短路电流，它有专门的灭弧室。高压断路器常用的有少油断路器、真空断路器和SF6断路器。目前，少油断路器逐步被真空断路器和SF6断路器所取代。高压断路器的技术参数，是断路器工作性能的标志和选择的依据。真空断路器采用高真空作为灭弧介质。真空断路器主要由真空灭弧室、支架和操作机构三部分组成。其中，真空灭弧室是核心元件，主要由绝缘外壳、动静触头、屏蔽罩和波纹管组成。由于真空断路器具有寿命长、体积小等优点，目前在35kV及以下系统中，逐步取代少油断路器，但同时也存在一些问题。（二）六氟化硫断路器1—接线端子；2—绝缘筒(内有气缸和触头)；3—下接线端子；4—操动机构箱；5—小车；6—断路弹簧SF6断路器灭弧室结构和工作示意图1—静触头；2—绝缘喷嘴；3—动触头；4—气缸(连同动触头由操动机构传动)；5—压气活塞(固定)；6—电弧LN2-10型高压SF6断路器1.SF6的特性（1）物理性质SF6气体为无色、无味、无毒、不可燃且透明的惰性气体，比空气重5倍。SF6的热导率随温度不同而变化，它在2000～3000K时热导率极高，而在5000K时热导率极低。（2）化学性质SF6在常温下是极为稳定的惰性气体，在通常条件下与电气设备中常用的金属和绝缘材料不发生化学反应。在有水分混入时，在电弧高温下会生成有严重腐蚀性的氢氟酸，会对设备内部玻璃、瓷、绝缘纸等类似材料造成损害及运行故障。SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生高毒性的分解物（如HF、SO2等）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。①为控制SF6气体的含水量及有害气体，在SF6断路器内部加装吸附剂。②SF6断路器检