组合电器基础知识和配置型式

组合电器基础知识和配置型式目录一、断路器基础知识二、开关设备的几种基本配电型式一、断路器基础知识SF6断路器按灭弧室分类SF6断路器简单开断式双压式压气式变开距灭弧室单向纵吹双向纵吹定开距灭弧式双向吹弧自能式旋弧式径向旋弧式纵向旋弧式热膨胀式一、简单开断式SF6断路器SF6断路器中最早期的产品只有简单开断的功能，它工作的原理是加大动触头和静触头之间的距离来完成通断。简单开断式SF6断路器还没有气吹和冷却电弧，在使用方法和使用效果上都不太理想，因此很快就退出了SF6断路器市场。二、双压式SF6断路器SF6断路器的第二代产品是双压式吹弧SF6断路器。第二代SF6断路器的内部设定有两种气压的SF6气体，低压SF6气体为3到5个大气压，只负责内部绝缘，而高压SF6气体为10个大气压以上，用于吹弧分断。双压式吹弧SF6断路器的灭弧能力突出、开断能力强，并有金属短接时间短、全开断时间短的优点。可惜的是，双压式吹弧SF6断路器的结构复杂，需要多种辅助设备，且高压SF6气体在高压环境中容易液化，因此也逐渐被断路器市场所淘汰。三、单压式SF6断路器单压式SF6断路器又称为压气式SF6断路器。它的灭弧室的可动部分带有压气装置。主要应用在252kV以上的电压等级。单压（压气）式SF6断路器，外形上与双压式无多大差别。断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。按灭弧室结构的不同，可以分为变开距灭弧室和定开距灭弧室。变开距灭弧室：触头开距在整个分闸过程中是不断改变的。吹弧方式有单向纵吹和双向纵吹，前者适用于小容量断路器，后者适用于高压大容量断路器。优点是开距大，断口电压可以做得较高，熄弧后介质强度恢复速度较快，喷口形状不受限制，可以设计得比较合理，有利于改善吹弧效果。缺点是电弧长电弧电压高，电弧能量大，不利于提高开断电流定开距灭弧室：两个静触头式中保持固定的开距，气流向静触头喷口处对电弧进行双向对称纵吹。优点是触头开距小，行程短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。可以开断很大的短路电流。缺点是压气室的体积较大。压气式灭弧室的开断过程分为两个阶段：（1）预压缩阶段为使触头分离产生电弧时就能实行有效的气吹，压气灭弧室应先进行一段预压缩过程，使压气室中的气体压力提高后再打开喷口产生吹弧作用。压气灭弧室要求有较大的预压缩行程(超行程)，达到全行程的40％。压气式SF6断路器的分闸时间比其它断路器要长些。（2）气吹阶段要保证电弧可靠熄灭，在气吹阶段中，要压气室中的气体压力仍保持较高的比值。这就要求压气室体积的压缩率足够高，足以补偿喷口流出气体引起的压力下降。自能式SF6断路器是在压气式基础上发展起来的。用电弧自身的能量建立灭弧所需要的压力差。自能式SF6断路器的开断能力与电弧能量有关。操作功小，可采用弹簧操动机构，取代液压和气动机构。四、自能式SF6断路器利用电弧本身的能量，加热灭弧室内的SF6气体，建立高压力，形成压差，并通过喷口释放，产生强力气流吹弧，从而达到冷却和吹灭电弧的目的。断路器本体及操动机构的附属部件。1压力表、压力继电器。监视SF6气体压力的变化情况。2密度表和密度继电器。测量SF6气体密度3并联电容和并联电阻。改善断路器分闸和合闸特性。4净化装置。用来吸附杂质。5压力释放装置。用来保护断路器不受过量的正压和负压的影响SF6断路器的附件压力表：起监视作用。一般采用弹簧管式。压力继电器：主要配置在操动机构上，有多对电触点，可以控制操动机构的动作。起控制和保护作用。安全阀：是压力继电器的一种特殊形式，它与压力继电器的不同之处在于安全阀不带电触点，且动作方式不同。压力表、压力继电器密度表：在SF6断路器上装设的SF6气体密度表，带指针及有刻度的称为密度表；密度继电器：不带指针及刻度的称为密度继电器；有的SF6气体密度表也带有电触点，即兼作密度继电器使用。它们都是用来测量SF6气体的专用表计。密度表和密度继电器净化装置主要由过滤罐和吸附剂组成。吸附剂：吸附SF6气体中的水分和气体的分解物。常用的有：1活性炭。黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。2分子筛具有网状结构的天然或人工合成的化学物质。如交联葡聚糖、沸石等。3氧化铝又称三氧化二铝，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土。4硅胶又称为硅橡胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。另外，还有漂白土、氧化镁等各种吸附剂。目前国内用的最多的是分子筛和氧化铝。分为压力释放阀和防爆膜两种。压力释放阀一般装在罐式SF6断路器上防爆膜一般装设在支柱式SF6断路器上，防爆膜一旦开启后不能够再闭合。压力释放装置SF6断路器的结构按照对地绝缘方式的不同可以分为落地罐式和瓷柱式两种。1.瓷柱式SF6断路器1-并联电容；2-端子；3-灭弧室瓷套；4-支持瓷；5-合闸电阻；6-灭弧室；7-绝缘拉杆；8-操动机构箱“I”形布置：一般用于220kV及以下的单柱单断口断路器“Y”形布置：一般用于220kV及以上的单柱双断口断路器“T”形布置：一般用于220kV及以上特别是500kV的单柱双断口断路器断路器的灭弧室可以布置成“T”或“Y”形，单断口，可布置成单柱式“I”形，灭弧室位于高电位，靠支柱绝缘套管对地绝缘。2.罐式SF6断路器1－套管；2－支持绝缘子；3－电流互感器；4－静触头；5－动触头；6－喷口工作缸；7－检修窗；8－绝缘操作杆；9－油缓冲器；10－合闸弹簧；11－操作杆110kV、220kV产品为每相单断口结构，330kV、500kV产品为每相双断口结构。1．额定电压*额定电压是开关设备所在系统的最高电压。基本参数2．额定电流3．额定开断电流断路器在额定电压下能正常可靠开断的最大短路电流。它标志断路器的开断能力。4．额定开断容量对三相电路有二、开关设备的几种配电型式高压配电装置的型式1）空气绝缘的常规配电装置（Air-InsulatedSwitchgear），简称AIS。仅仅依靠空气和绝缘子来保证各一次设备带电部分与地、相与相之间的绝缘。2）六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置（GAS—INSTULATEDSWITCHGEAR），简称GIS。它将一座变电所中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线等主要元件，组合成一个整体并全部封闭在密封的金属容器内，其间充以一定压力的SF6气体保证各带电部分间的绝缘。3）混合式配电装置（HybridGasInsulatedSwitchgear），简称H－GIS。主变、母线、（避雷器、电压互感器）采用敞开式，其它均为六氟化硫气体绝缘开关装置。根据不同厂家和不同结构，常见的还有PASS、HIS等不同形式设备，也可以归入HGIS。六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置-GIS气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS),自开发以来,经历了三十多年历史.主要元件均装入密封的金属容器，内充以绝缘气体，故具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠、维护简单和检修周期长等优点。因此倍受用户欢迎，发展非常迅速，现已被广泛的运用于各类变电站。六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（GaslnsulatedSwitchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。252kVGIS进出线间隔布置示例1小型化：因采用绝缘性能卓越的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。2可靠性高：由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提高了可靠性。此外具有优良的抗地震性能。3安全性好：带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电危险。SF6气体为不燃烧气体，所以无火灾危险。4杜绝对外部的不利影响：因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电实现屏蔽，噪音小，抗无线电干扰能力强。5安装周期短：由于实现小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。6维护方便，检修周期长：因其结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的使用寿命，因此检修周期长，维修工作量小，而且由于小型化，离地面低，因此日常维护方便。特点1、GIS的安装方式GIS有两种型式：户外型和户内型。这两种类型结构基本相同，只是户外型需要附加防气候措施，以适应户外环境。这两种型式GIS在世界已运行20多年，都取得令人满意的结果。户外GIS产品，可为用户省去建造建筑物一大费用。安装方式及结构2、GIS的壳体GIS的壳体对整个GIS构成电气上的集成和接地。GIS壳体既有三相共筒式也有单相式。2、GIS的壳体三相共筒式壳体设计的优势如下：(l)每个馈线需要的壳体数量少（1/3）。(2)在三相共筒式结构中，相对地电弧在几ms内因导体之间间隙气体被电离而发展成相-相故障，同时相对地电弧熄灭。这样壳体就不会被烧穿；同时罐体上基本无电磁感应电流流过，也几乎没有因涡流引起能量的损失。2、GIS的壳体三相共筒式壳体设计的优势如下：(3)对同一参数而言（电压水平、导体大小、相间距离和相-地距离），三相共筒式中电场强度相比单相式减小约30%，因而不易发生故障。同时由于SF6气体密封面和结合面减少，仅为三相分相式的1/3，故大大减少了漏气概率。2、GIS的壳体三相共筒式壳体设计的优势如下：(4)由于省去了断路器、隔离开关和接地开关的相间复杂的连杆和连接件，这就简化了操动系统。但是三相共筒式壳体用于252kV以下电压等级，而更高电压等级需用分相式结构。3、壳体材料GIS壳体用的材料有铝和钢两种。钢在单相壳体的使用，被限制于较小电流系统，因为存在环流和涡流，使壳体内产生电损耗和热损耗。在高压力三相共筒式和单相式GIS中，钢的主要缺点是不易成型，难以焊接成相同的均匀形状，而用铝铸壳对于给定气压和导体结构，能保证最佳场强分布。新一代GIS外壳向轻型铝合金外壳方向发展。4、SF6气体压力从SF6绝缘气体压力看，GIS有两种基本的设计：高压力GIS（约在0.5～0.6MPa）和低压力GIS（约在0.12MPa）。对于72.5kV及以下，适用低压力GIS设计；而对于更高电压级，高压力GIS的优势占上风。SF6气体压力越高，则绝缘强度越高。因而对于给定电压级来说，可减小所需的导体间距，使之设计更加紧凑。为了监视GIS设备各气室SF6气体是否泄漏,根据各厂家设计不同装有压力表或密度计,密度计装有温度补偿装置,一般不受环境温度的影响。为防止SF6压力过高，超出正常压力，又装有防爆装置。GIS设备根据各个元件不同作用，分成若干个气室，其原则如下：因SF6气体的压力不同，要求分为若干个气室。断路器在开断电流时，要求电弧迅速熄灭，因此要求SF6气体的压力要高。隔离开关切断的仅是电容电流，所以压力要低些。因GIS设备检修的需要，要分为若干个气室。由于元件与母线要连接起来，当某一元件发生故障时，要将该元件的SF6气体抽出来才能进行检修，分成若干气室能减小故障范围。5、导体系统GIS导体一般为铝管，其直径和壁厚取决于电压和额定电流。铜弹簧触指构成触头插座，铜插件构成触头插头。触头表面镀银，并将触头焊到铝导体上。6、固体绝缘支撑件固体绝缘件在GIS中对高压导体起物理支持作用，并对GIS起操作作用。固体绝缘材料置于压缩的SF6介质中，会使SF6通道中的电场分布发生畸变。7、GIS基本组成元件GIS的基本元件包括断路器、隔离开关、接地开关、电压和电流互感器、避雷器、套管（电缆终端）、母线及密度监视装置等。7.1、接地开关通常用的接地开关有两种型式：故障检修用接地开关和快速关合接地开关。故障检修用接地开关用于变电站内作业时保护目的，只有在高压系统不带电情况下方可