高低壓電器及設(shè)計第三篇---第7章-第13章--高壓電器

1、教 學(xué) 內(nèi) 容第7章 高壓電器概述 第8章 電力系統(tǒng)短路故障的關(guān)合與開斷 第9章 高壓斷路器第10章 六氟化硫斷路器和全封閉組合電器 第11章 真空斷路器第12章 其他高壓電器第13章 高壓開關(guān)設(shè)備試驗本章討論： 什么是高壓電器？ 高壓電器的作用和特點(diǎn)？電力系統(tǒng)對高壓電器有要求和高壓電器的工作條件？高壓電器的工作環(huán)境？高壓電器的分類？高壓電器的基本技術(shù)參數(shù)？高壓電器設(shè)備的發(fā)展？第7章 高壓電器概述一、高壓電器 是指運(yùn)行于電壓 及以上， 頻率 或 及以下的電力系統(tǒng)中， 起控制、保護(hù)、安全隔離和測量作用的電器。二、高壓電器的作用：根據(jù)電力系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要， 開斷和關(guān)合正常線路和故障線

2、路， 隔離高壓電源， 起控制（使電力線路、設(shè)備投入或退出運(yùn)行）、保護(hù)（切除故障線路或設(shè)備， 建立可靠的絕緣斷口， 將停運(yùn)的電力線路或設(shè)備可靠接地） 和安全隔離的作用。三、高壓電器的特點(diǎn)： 可靠性高； 能承受很大的瞬時功率； 動作時間快。第7章 高壓電器概述 四、設(shè)計高壓電器時，應(yīng)全面考慮自然工作環(huán)境的影響，包括周圍空氣溫度，海拔，濕度，地震，污穢，風(fēng)力等。 五、高壓電器的分類： 分類一：按額定電壓高低的不同，可細(xì)分為中壓級（ 及以下者）、高壓級（ 、）、超高壓級（ ）和特高壓級（ 及以上者）四類電器。 分類二：按用途和功能的不同，分為高壓開關(guān)電器（ ）、高壓限制電器、高壓保護(hù)電器、高壓變換電器

3、、高壓成套電器與組合電器五大類 。第7章 高壓電器概述） 真空斷路器） 斷路器） 隔離開關(guān)） 負(fù)荷開關(guān)） 高壓真空接觸器. 高壓開關(guān)電器由導(dǎo)電回路、可分觸頭、滅弧裝置、絕緣部件、底座、傳動機(jī)構(gòu)、操動機(jī)構(gòu)等組成。圖典型高壓開關(guān)電器的結(jié)構(gòu)合分單元絕緣支撐單元傳動單元基座操動機(jī)構(gòu). 高壓開關(guān)電器. 高壓開關(guān)電器（1）高壓開關(guān)電器按功能和作用不同，可分為： 元件及其組合：包括高壓斷路器（高壓斷路器又稱高壓開關(guān)， 是能接通、分?jǐn)喑休d線路正常電流， 也能在規(guī)定的異常電路條件下（如短路） 和一定時間內(nèi)接通、分?jǐn)喑休d電流的機(jī)械式開關(guān)電器）、高壓隔離開關(guān)、高壓接地開關(guān)、重合器、分?jǐn)嗥?、高壓?fù)荷開關(guān)、高壓接觸器、

4、高壓熔斷器以及上述元件組合而成的高壓負(fù)荷開關(guān)高壓熔斷器組合電器、高壓接觸器高壓熔斷器（）組合電器，隔離負(fù)荷開關(guān)、熔斷器式開關(guān)、敞開式組合電器等。. 高壓開關(guān)電器（1）高壓開關(guān)電器按功能和作用不同，可分為： 成套設(shè)備：將上述元件及其組合與其他電器產(chǎn)品（如變壓器、電流互感器、電壓互感器、電容器、電抗器、避雷器、母線、進(jìn)出線套管、電纜終端和二次元件等） 進(jìn)行合理配置，有機(jī)地組合在金屬封閉外殼內(nèi)，具有相對完整使用功能的產(chǎn)品。如金屬封閉開關(guān)設(shè)備（開關(guān)柜）、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（）和高低壓預(yù)裝式變電站等。（2）高壓開關(guān)電器按電路控制器件不同，有利用觸頭來合分電路的機(jī)械開關(guān)電器和利用半導(dǎo)體可控導(dǎo)電性來關(guān)

5、合電路的半導(dǎo)體開關(guān)電器。2. 高壓限制電器（174-175）主要有電抗器、電阻器、電力電容器、避雷器。3. 高壓保護(hù)電器主要有高壓熔斷器、高壓避雷器，以及負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器、接觸器熔斷器（）組合電器、隔離負(fù)荷開關(guān)、熔斷器式開關(guān)等。4. 高壓變換電器 又稱高壓互感器，包括高壓電壓互感器和高壓電流互感器兩大類。 用來把電路中的大電量信號按比例變換成小信號，并將相關(guān)電量信息傳遞給測量儀器、儀表和控制裝置，以便提供測量和繼電保護(hù)所需信號。5. 高壓開關(guān)設(shè)備包括空氣絕緣敞開式高壓開關(guān)設(shè)備（）、氣體絕緣金屬封閉式高壓開關(guān)設(shè)備（， 全封閉組合電器）及混合技術(shù)高壓開關(guān)設(shè)備（，指利用敞開式開關(guān)設(shè)備組合及氣體

6、絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備組合而成的高壓開關(guān)設(shè)備）。由高壓開關(guān)與控制、測量、保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置以及輔件、外殼和支持件等部件及其電氣和機(jī)械連接組成的設(shè)備，總稱為高壓開關(guān)設(shè)備。1）電壓高壓電器的基本技術(shù)參數(shù)標(biāo)稱值是標(biāo)識一個元件、器件或設(shè)備的合適的近似量值。標(biāo)稱電壓是系統(tǒng)被指定的電壓。額定值是由制造廠對一個元件、器件或設(shè)備在規(guī)定工作條件下所規(guī)定的一個量值。2、電流高壓電器的基本技術(shù)參數(shù)3、時間高壓電器的基本技術(shù)參數(shù)4、壓力（密度）高壓電器的基本技術(shù)參數(shù)高壓電器設(shè)備的發(fā)展） 將一次設(shè)備和控制測量設(shè)備一體化， 包含保護(hù)、計量和在線檢測功能。） 電力電子開關(guān)容易實現(xiàn)快速和選相控制。） 限流技術(shù)。） 超導(dǎo)故障電流限制

7、器。） 發(fā)展快速開關(guān)和同步開關(guān)。我國第一座750kV高壓變電站-750kV官亭變電站是目前海拔最高的特高壓變電站,對打通我國“西電東送”北通道發(fā)揮了重要作用。第8章 電力系統(tǒng)短路故障的關(guān)合與開斷8-1 綜 述一、短路故障關(guān)合與開斷電路時電弧的燃燒與熄滅1. 斷路器關(guān)合和開斷電力系統(tǒng)某些元件時，都會出現(xiàn)電弧。關(guān)合與開斷的電流愈大，電弧愈強(qiáng)烈，工作條件也愈嚴(yán)重，尤以開斷為甚。2. 介質(zhì)強(qiáng)度ujf（指觸頭間能承受的電壓值）和恢復(fù)電壓uhf （電流過零后在斷口兩端出現(xiàn)的外加電壓）是影響電力系統(tǒng)開斷的兩個重要因素，其恢復(fù)過程分別用ujf（t）和uhf（t）表示，如圖8-1所示。 當(dāng)恢復(fù)電壓的上升速度比介

8、質(zhì)強(qiáng)度的增長快時， ujf（t）和uhf（t）兩曲線將相交（a圖），電弧會重燃，電流繼續(xù)以電弧形式通過斷口，電路不能開斷。 當(dāng)介質(zhì)強(qiáng)度的增長比恢復(fù)電壓的上升快時， ujf（t）和uhf（t）兩曲線將不會相交（b圖），電弧不再重燃，電路即被開斷。二、高壓斷路器關(guān)合與開斷不同負(fù)載時的過電壓在開斷小電感電流（如空載變壓器、電抗器或電動機(jī)）、電容性電流（如空載長線或電容器組）以及關(guān)合電容性電流時，高壓斷路器常產(chǎn)生過電壓（危及包括斷路器本身在內(nèi)的電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備）。為此，必須對各種關(guān)合和開斷情況時，電力系統(tǒng)中電壓和電流的過渡過程進(jìn)行研究。討論可先從單相回路著手，闡明物理過程，然后再分析三相問題。

9、一、電力系統(tǒng)短路1. 定義：是指電力系統(tǒng)中一相或多相導(dǎo)體接地或互相短接而將負(fù)載阻抗短接掉。2. 形式：單相接地短路、兩相接地短路、兩相不接地短路、三相接地短路、三相不接地短路和斷路器異側(cè)兩相接地短路。理想的短路前提是三相負(fù)載相等。3. 類型；（1）正常關(guān)合：指關(guān)合前線路或電氣設(shè)備不存在絕緣故障；8-2 短路故障的關(guān)合（2） 短路故障的關(guān)合：指關(guān)合前線路或電氣設(shè)備已存在絕緣故障，甚至處于短路狀態(tài)的情況。因短路故障關(guān)合問題最嚴(yán)重，因此，只討論短路故障的關(guān)合。出現(xiàn)短路故障關(guān)合的四種前提：存在未被發(fā)現(xiàn)的預(yù)伏故障；試探性自動重合閘；人為的接地短路；誤操作。二、 短路電流 參看圖8-2（a）。設(shè)電源電壓e

10、=Emsin（ta），a為電源電壓的初相角，忽略電源阻抗，可得圖8-2（b）所示的計算短路關(guān)合電流的等值線路圖，圖中，L、R分別為包括變壓器和輸電線回路的電感和電阻。1、 短路電流 id的表達(dá)式：如t=0時關(guān)合，則短路電流id通過解微分方程，為：式中，第1項為穩(wěn)態(tài)短路電流 iz，也稱短路電流周期分量；第2項，是按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期暫態(tài)電流，也稱為短路電流的非周期分量，用 if表示，其衰減快慢由回路時間常數(shù)T決定。2.短路沖擊電流：當(dāng)正弦電壓過零（即 =0） 時合閘， 將出現(xiàn)的短路電流最大值Ich 。由于非周期分量的存在，短路電流的最大值 Ich 一般在短路發(fā)生后的半個周期（即 t=/=0.0

11、1s） 時出現(xiàn)。Ich可由下式求出：高壓電器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：短路沖擊電流Ich一般為短路電流周期分量幅值的1.8倍，為短路電流周期分量有效值的2.55倍。（試證？） Ith = Ib 式中， Ith：額定熱穩(wěn)定電流（It）； Ib ：額定短路開斷電流（INK）。 Idm = Icm 式中，Idm：短路沖擊電流（Ich）； Icm：額定短路關(guān)合電流（ING）3. 各電流額定值之間的相互關(guān)系：一、恢復(fù)電壓 1、圖8-3（a）：開斷中性點(diǎn)直接接地發(fā)電機(jī)電路中的母線單相接地故障。 2、圖8-3（b）：其等值線路圖。圖中，L、R分別為發(fā)電機(jī)的電感和電阻，C為發(fā)電機(jī)的對地電容。8-3 單相短路故障的開斷圖開斷中

12、性點(diǎn)直接接地發(fā)電機(jī)電路中的母線單相短路故障 設(shè)觸頭分離瞬間，短路電流的非周期分量已衰減完，即不考慮短路電流的非周期分量；忽略電弧壓降uh。 由三要素法，經(jīng)簡化計算，可得斷口的恢復(fù)電壓hf為：8-3 單相短路故障的開斷二、 恢復(fù)電壓的上升速度（duhf/dt）p用高頻振蕩第一個半周內(nèi)的恢復(fù)電壓平均升速表示。 不考慮振蕩衰減（假設(shè)無衰減）時：其中，Km是恢復(fù)電壓的振幅系數(shù)，取1.41.5。式中，f0：固有振蕩頻率； Ugh：工頻恢復(fù)電壓。 考慮衰減： 恢復(fù)電壓上升速度：是從原點(diǎn)至幅值點(diǎn)Ughm所作的直線，如圖8-4的直線1；tm稱為 峰值時間。 最大平均速度：是從原點(diǎn)作恢復(fù)電壓曲線的切線，如圖8-

13、4的直線2。按此速度上升，恢復(fù)電壓最大值的對應(yīng)時間為t3，稱為 峰值參考時間。圖 瞬態(tài)恢復(fù)電壓的波形 考慮到在短路故障時功率因數(shù)一般很低，cos0.15，sin1，得E0 = Em，即將工頻恢復(fù)電壓取為電源相電壓的幅值，實際取系統(tǒng)最大工作電壓等于額定電壓的1.15倍。用系統(tǒng)額定電壓Ue（三相線電壓）表示的瞬態(tài)恢復(fù)電壓最大值Ughm和恢復(fù)電壓的平均上升速度的計算公式分別為：式中，Km是恢復(fù)電壓的振幅系數(shù)。二、開斷電流 指觸頭分離瞬間，流過斷路器斷口的電流。 根據(jù)繼電保護(hù)整定值的快慢和斷路器動作的快慢不同，觸頭的分離可以出現(xiàn)在非周期分量尚未全部衰減完時，也可以出現(xiàn)在非周期分量已全部衰減完后 。 表

14、示方法： 觸頭分離瞬間短路電流周期分量的有效值 Iz = Izm /2； 非周期分量的相對值 If / Izm。 思考：為什么在高壓開關(guān)試驗條件中要規(guī)定開斷電流的非周期分量平均值或直流分量不能大于周期分量最大值或交流分量峰值的20？三、降低過電壓的措施并聯(lián)電阻 1、在為限制操作過電壓而并聯(lián)在斷路器斷口上的電阻中，將幾歐到幾十歐的稱為低值并聯(lián)電阻；將幾百到幾千歐的并聯(lián)電阻稱為中值并聯(lián)電阻；將幾萬歐及以上的并聯(lián)電阻稱為高值并聯(lián)電阻，它通常是為斷路器每根有多個斷口時均壓設(shè)計的。 2、在斷路器斷口兩端并聯(lián)低值并聯(lián)電阻，可以限制短路電流、降低工頻恢復(fù)電壓和振幅系數(shù)、減慢恢復(fù)電壓上升速度。3、圖8-5是采

15、用并聯(lián)電阻的斷路器開斷發(fā)電機(jī)母線單相接地故障時的電路圖。設(shè)高壓斷路器有主斷口QF1和輔助斷口QF2，并聯(lián)電阻Rb并聯(lián)在主斷口QFl上。當(dāng)斷路器開斷電路時，主斷口先打開，把并聯(lián)電阻接入；當(dāng)主斷口間的電弧熄滅后，再打開輔助斷口QF2，開斷流經(jīng)并聯(lián)電阻的電流，使電路完全開斷。采用并聯(lián)電阻阻尼振蕩后，恢復(fù)電壓最大值將不會超過工頻恢復(fù)電壓Ugh。并聯(lián)電阻Rb愈小，恢復(fù)電壓的上升速度就愈低，主斷口開斷將比較輕松?；謴?fù)電壓最大上升速度出現(xiàn)在t=0時，該值為：思考：為什么說“輔助斷口的開斷條件遠(yuǎn)比主斷口輕松”？8-4 三相短路故障的開斷三相短路故障的開斷與系統(tǒng)接地方式和短路性質(zhì)有關(guān)。一、三相不接地短路故障的開

16、斷圖8-6為開斷三相不接地短路故障的等值線路圖。電源中性點(diǎn)一般不接地（也可以接地，如圖中虛線所示）。電源相電壓的幅值為Em?？紤]到通常相間電容C很小，略去短路電流的電容分量，則短路電流的穩(wěn)態(tài)值將為：1. 首開相的短路電流由于三相交流電流過零時刻有先后，因此，斷路器在開斷三相短路故障時各相熄弧也有先后。先分析t=0時，首開相A相的電弧電流首先過零的的情況。A相需開斷的短路電流有效值為：A相中的AA電流過零電弧熄滅后，圖8-6的等值電路將轉(zhuǎn)化為圖8-8的形式。此時，A相斷口上的恢復(fù)電壓可由根據(jù)等值電源定理簡化的等值電路（圖8-9）求得。圖8-8中，等值電勢Ed的大小，等于等值電容Cd拿開后用電壓表

17、在斷口間量得的電壓值UAD。由于A相熄弧后AA間無電流流過，所以UAD也就是UAD?？紤]到圖8-8中接在電源 兩點(diǎn)間的負(fù)載是對稱的，所以點(diǎn)電位就是的中點(diǎn)，如圖8-10所示。A相斷口的瞬態(tài)恢復(fù)電壓為：結(jié)論：開斷三相短路故障時，首開相的工頻恢復(fù)電壓為電源相電壓幅值的1.5倍，該值比開斷單相短路時高。 由于短路故障時，因此有： . 我們常用表示首開相系數(shù)， 其大小等于首開相工頻恢復(fù)電壓和電源相電壓幅值之比，即 。3. BC兩相短路的開斷：當(dāng)t=0，sinwt=0時，A相電流過零熄滅時，B、C兩相間的線電壓eBC為零，流過B相和C相的電流各達(dá)其幅值 。所以，在短路由三相轉(zhuǎn)化為兩相后，短路電流的幅值將下

18、降為三相短路時的 倍。倍A相電流過零開斷后，經(jīng)過0.005s，流經(jīng)B相和C相斷口的電流將同時過零點(diǎn)而熄滅。設(shè)電弧熄滅后加在B、C兩相串聯(lián)斷口上的恢復(fù)電壓均勻分配，則兩相斷口上工頻恢復(fù)電壓分別為：二、三相接地短路故障的開斷：與“一”內(nèi)容不同的是用“對稱分量法”（已知IA、UB、UC，可求出UA、IB、IC）求工頻恢復(fù)電壓。請自行分析。8-5 電力系統(tǒng)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性單相和三相短路故障開斷中，瞬態(tài)恢復(fù)電壓都是單頻（工頻）特性。當(dāng)回路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，電力系統(tǒng)的恢復(fù)電壓也可以是雙頻、三頻甚至更高頻率。一、雙頻電路圖（a）中開斷中性點(diǎn)接地的發(fā)電機(jī)輸電線路在電抗器后的單相接地短路。圖（b）為其等值線路圖

19、，圖中略去全部電阻。其中L1、Cl為斷路器電源側(cè)的電感和對地電容，L2、C2為電抗器的電感和對地電容。1、L1、L2電路：忽略斷路器開斷前流經(jīng)Cl和C2的電流，則電弧電流過零前瞬間，作用在Ll、L2、Cl和C2上的電壓將為：2、 C1、C2電路：從電流過零電弧熄滅開始，斷口兩側(cè)的回路將分開成兩個獨(dú)立的振蕩回路，忽略振蕩過程中電源電壓變化，可得圖8-12（C）的等值線路圖。電容C1和C2上的瞬態(tài)電壓為：二、電力系統(tǒng)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓 實際電力系統(tǒng)回路多樣，參數(shù)各異，瞬態(tài)恢復(fù)電壓實際波形很復(fù)雜，一般要通過實測或用電子計算機(jī)計算得出。 根據(jù)統(tǒng)計和歸納，電力系統(tǒng)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓分為兩種： 1. 系統(tǒng)電壓低于

20、110kV，或雖高于110kV但短路電流只有最大短路電流的1030，相對較小的情況。此時，瞬態(tài)恢復(fù)電壓近似于衰減的單頻振蕩。 “兩參數(shù)法”表示瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性，參數(shù)是瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值Uhfm（kV）和峰值時間tm（s），或恢復(fù)電壓振幅系數(shù)Km和固有振蕩頻率f0。 為反映恢復(fù)電壓起始部分的變化，IEC推薦采用“兩參數(shù)帶時延法”。如圖8-15所示。a 瞬態(tài)恢復(fù)電壓的最大值Ughm（kV）； b 峰值參考時間t3（s） ：按最大平均速度上升到最大值Ughm的時間； c 時延td（s）：與恢復(fù)電壓起始部分相切且平行于OA的直線（又稱時延線）與時間軸的交點(diǎn)；d 時延參考電壓U（kV）及時延參考時間t（s

21、）：指時延線與恢復(fù)電壓曲線相切的切點(diǎn)所對應(yīng)的電壓及時間。 兩參數(shù)法的缺點(diǎn)：不能正確反映恢復(fù)電壓起始部分的變化情況，因而無法確定電弧是否重燃。圖8-14給出斷口介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)曲線ujf及兩條恢復(fù)電壓曲線uhf1和uhf2。其中，uhf1和uhf2具有相同的瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值和峰值時間，uhf1的起始上升速度高，因此，在t=t1時和Ujf曲線相交而造成電弧的重燃。Uhf2則由于起始上升速度低不和uj相交而不重燃。恢復(fù)電壓符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 我國各級電壓瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性的相關(guān)規(guī)定,可參看GB1984-2014 高壓交流斷路器8-6 近區(qū)故障的開斷近區(qū)故障是指距斷路器0.5 km 的線路上發(fā)生的短路故障。在超

22、高壓電力系統(tǒng)中，當(dāng)短路電流在2565kA范圍內(nèi)，斷路器開斷近區(qū)故障時的工作條件較開斷直接在斷路器出線端上的短路故障更嚴(yán)重。（？）一、近區(qū)故障的機(jī)制1. 參看圖8-18（a），以中性點(diǎn)接地的發(fā)電機(jī)的近區(qū)單相接地故障為例。圖中，電源電壓為E，D點(diǎn)發(fā)生短路時的短路電流有效值I為：2. 在流經(jīng)斷路器斷口的電流過零前的瞬間（t=0-），斷口兩端A點(diǎn)與B點(diǎn)的對地電壓UA和UB相等，為：3. 電流過零電弧熄滅后（t0時），斷口兩側(cè)的回路將分開成兩個獨(dú)立的部分。如圖8-18（a）和（b）所示。參照式（8-24），A點(diǎn)對地的電壓uA將為： B點(diǎn)對地的電壓UB則需根據(jù)行波理論求出。圖8-18（C）是 t=0時BD

23、段線路上的起始電壓分布。當(dāng)t0時，這一起始電壓分布將被分解成兩個相同的行波，一個前行，一個反行。行波在開路的B點(diǎn)發(fā)生全（正）反射，在短路的D點(diǎn)發(fā)生負(fù)反射。行波沿線路的傳播速度為=1/（LC），其中L和C為線路每單位長度的電感和電容。4. 圖8-19（a）表示uA和uB的波形。圖8-19（b）是說明合成的斷口恢復(fù)電壓波形。先經(jīng)過幾個極快的鋸齒振蕩，再進(jìn)入角頻率為1的振蕩。0t（2l/v）:這段時間很短，UA變化很小，故取UA=2ILl?；謴?fù)電壓上升速度duhf/dt和恢復(fù)電壓第一個最大值U1為： duhf/dt與短路電流I成正比，因此隨著系統(tǒng)短路容量的增大，恢復(fù)電壓的上升速度將增加，從而引起開斷

24、困難。 電弧是否重燃還和恢復(fù)電壓的第一個最大值Ul有關(guān)。U1和短路點(diǎn)到斷路器的距離l有關(guān)。式中，Z 為線路的波阻抗， 一般取為 500。 分析：圖8-20（a）：l值很小，短路電流大， duhf/dt大，但U1較小，故電弧不可能重燃；圖8-20（c）：l值大，U1將增大，但短路電流減小，duhf/dt 也減小了，因此電弧也不會重燃；圖8-20（b）：電弧重燃出現(xiàn)在恢復(fù)電壓的上升速度不低而恢復(fù)電壓的第一個最大值又較高時。此時，l=0.58km時，稱為近區(qū)故障。二、并聯(lián)電阻在開斷近區(qū)故障時的作用 1. 作用：改善斷路器開斷近區(qū)故障時的工作條件。2. Rb的數(shù)值：不能超過數(shù)百歐的數(shù)量級。在0t2l/

25、v的時間間隔，用圖2-33（a）等值線路圖計算。圖中，與c1串聯(lián)的直流電源表示C1的起始電荷。2. 因間隔很短，電動勢變化率極大，所以L1的阻抗非常大，可認(rèn)為是開路。圖2-33（a）簡化為圖2-33（b）。3. 列寫微分方程，可得：比較可知: 并聯(lián)電阻Rb降低了duhf/dt|t=0 。Rb愈小，效果愈好。如取Rb=Z，恢復(fù)電壓上升速度將減小為無并聯(lián)電阻時的二分之一?？梢?，為改善斷路器在開斷近區(qū)故障時的故障條件。8-7 失步故障一、失步故障與聯(lián)絡(luò)斷路器 圖8-21（a）中，F(xiàn)1和F2代表兩個電源系統(tǒng)，QF為聯(lián)絡(luò)用斷路器。 1. 正常狀態(tài)：兩電源系統(tǒng)同步運(yùn)行，斷路器兩側(cè)電壓幅值和相位角相差不大，

26、斷路器流過正常負(fù)荷電流。 2. 失步：兩電源系統(tǒng)間因故障引起振蕩失去穩(wěn)定，兩側(cè)電源電壓相位差迅速增大，系統(tǒng)中出現(xiàn)遠(yuǎn)大于工作電流的失步電流。 斷路器應(yīng)開斷失步故障，使系統(tǒng)解列。3.反相開斷：當(dāng)兩個電源電壓完全反相（相差180，回路總電源電壓E=E1+E2）時，斷路器需開斷的失步故障電流最大，斷口承受工頻恢復(fù)電壓最高。二、單相反相開斷時的故障電流1.由圖2-34（b），得反相開斷時失步故障電流值Is為:2. 在斷路器的出口B點(diǎn)短路時，斷路器需開斷的短路電流Id=E1/X1，即E1 =IdX1 。3. 取E1E2= E，代入式（8-28）,并可得：當(dāng)X1=X2，Is=Id。因?qū)嶋H的X1=X2/7時，

27、此時Is=1/4Id，故斷路器試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 失步開斷電流為額定短路電流的25（即1/4）。式中， 、為斷路器兩側(cè)的電源電壓； 、為斷路器兩側(cè)的等效電抗。2. 振蕩頻率：電弧熄滅起， UA由U0開始以 的振蕩頻率過渡到電源電壓Em，UB 將由U0開始以振蕩頻率 過渡到-Em，通常f1f2。三、單相反相開斷時斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓uhf 1.電流過零瞬間斷路器斷口兩端A點(diǎn)和B點(diǎn)對地的電壓UA、UB；圖8-22給出了uA、uB及斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓曲線uhf。 uhf是一個圍繞工頻恢復(fù)電壓2Em變化的振蕩波。三、三相反相開斷時首開相的工頻恢復(fù)電壓：1. 中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)：是電源相電壓幅值Em的3倍；2.

28、 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)：是Em的2.6倍。3. 實際失步開斷中，電源完全反相的幾率很小。斷路器試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，失步開斷時首開相的工頻恢復(fù)電壓取電源相電壓幅值的2.5倍，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中取2倍。8-8 電容負(fù)荷的關(guān)合與開斷電容負(fù)荷有空載長線和無功補(bǔ)償用余弦電容器組兩種。一、電容負(fù)荷的關(guān)合1、空載長線的關(guān)合： 圖8-23（a）中，F(xiàn)l和F2經(jīng)空載長線連通，線路兩側(cè)均裝有斷路器。當(dāng)QF2斷開時，關(guān)合QF1即是關(guān)合空載長線。圖8-23 關(guān)合空載長線 用集中電容取代長線分布電容，得圖8-23（b）簡化單相等值電路圖，圖中，L為電源電感，C為長線的總電容。 自動重合閘操作時，線路

29、電容上有殘余電荷，有起始電壓U0。 按圖8-23（b）列微分方程組：求過電壓：取起始條件為：t=0時，Uc=U0，ic=0， 可解得： 式中，a是合閘相角；U0指電容C上的殘余電壓。過電壓與a和U0的極性及大小有關(guān)。a 當(dāng)a=90，U0=0（即線路上沒有殘余電荷）時，過電壓達(dá)電源電壓的2倍；b 當(dāng)U0的極性和電源電壓相反時，過電壓可超出2倍?？紤]到關(guān)合空載長線時， U0一般不會超過Em，所以關(guān)合空線的過電壓倍數(shù)（指過電壓與電源電壓幅值之比）小于3。 根據(jù)式（8-33）畫出uc變化曲線如圖8-24所示。其中，（a）的U0與電源電壓極性相同，（b）的U0與電源電壓極性相反。由圖可見，由于L、C振蕩

30、，電容C上的電壓可以超出電源電壓而產(chǎn)生過電壓。由式（2-70），在0t=處，電容電壓最大，為：Ucm2Emsina-U0 （2-71） 限制措施：我國220kV及以下線路不需采取任何限制措施，但330kV及以上線路絕緣水平較低，在斷路器上加裝合閘并聯(lián)電阻或選相合閘（由于選相控制的復(fù)雜性，這一措施尚未得到普遍應(yīng)用），以限制合閘過電壓。裝Rb ：圖8-25為其原理圖。關(guān)合時，QF2先接通，長線經(jīng)Rb接入電源。由于Rb的存在，QF2關(guān)合時長線電容的電壓振蕩得到阻尼，Rb愈大，阻尼作用愈強(qiáng)。在QF2關(guān)合后經(jīng)過715ms后，長線電壓基本趨于穩(wěn)定，再關(guān)合主斷口QF1，短接Rb。雖然Rb被短接時電容電壓仍會

31、出現(xiàn)振蕩，但由于主斷口關(guān)合前，電源與輸電線電容間已有合閘電阻Rb，電源電壓與電容電壓的差值不很大，因此,由于振蕩而出現(xiàn)的過電壓不會太高。Rb應(yīng)在4001200的范圍內(nèi)（相關(guān)計算見電力系統(tǒng)過電壓），屬于中值并聯(lián)電阻。二、空載長線的開斷：圖8-36是接線圖和等值線路圖。1. 斷口電壓的變化：圖中，L 、C是線路的等值電感和等值電容，ZLZc，屬容性，因此在電路開斷前，認(rèn)為uc和電源電勢e近似相等，流過斷口的工頻電流ic領(lǐng)先電源電壓90。在電流過零電弧熄滅瞬間t1，電容電壓達(dá)到電源電壓最大值Em。電弧熄滅后，電容電壓保持Em不變，電源電壓e繼續(xù)按工頻變化。此時，斷口的恢復(fù)電壓逐漸增加（如圖中第一個陰

32、影所示）。經(jīng)過工頻半波t2后，電源電壓e到達(dá)反相最大值時，斷口電壓達(dá)到最大值2Em。如果斷口介質(zhì)強(qiáng)度不夠，且剛好在2Em時被重?fù)舸?，重?fù)舸┖箅娙蓦妷簎c將由起始值Em以0=1/（LC）的角頻率圍繞-Em振蕩。uc的最大值可達(dá)-3Em。依此類推，過電壓可按-7Em，+9Em，逐次增加而達(dá)很大的數(shù)。切空線過電壓的值實際上不會按3，5，7倍逐次增加。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中一般不超過3.54倍，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中一般不超過3倍。實際上僅在330kV及以上的線路需要采取專門措施限制切空線過電壓。3. 限制開斷空線過電壓的最有效措施提高斷路器的熄弧能力。斷路器熄弧能力不高時，可在斷口上并聯(lián)4001200

33、的合閘電阻可以限制切空線過電壓。三、無功補(bǔ)償用電容器組的關(guān)合與開斷：兩大運(yùn)行問題：投入時的涌流和切除時的過電壓。只討論單組電容器和并聯(lián)電容器組投入，以及電容器組開斷發(fā)生重?fù)舸┑挠苛鲉栴}。涌流：是幅值比電容器組的正常工作電流大、持續(xù)時間短、高頻衰減的電流。（一）單組電容器投入時的涌流：1. 圖8-28是單組電容器投入時的接線圖和計算涌流的等值電路圖。取U0=0，a=-90，可得電容器投入時uc的變化為：2.由之可求得流經(jīng)斷路器的涌流為：3. 圖8-29為涌流的波形圖。涌流的最大值Icm出現(xiàn)在sin0t=-1時，即：設(shè)電網(wǎng)的額定電壓為Ue，電容器安裝處的短路容量為Pd=U02/L，電容器的額定容量

34、為Pe=Ue2C，以0=1/（LC）代入式（8-38），可得：由于單組電容器容量有限，投入時的涌流不大，所以不會造成危害。4. 涌流最大值與電容器組正常工作電流的幅值之比，稱為涌流倍數(shù)，用K表示： 式中，0由電容器的電容量C和電容器安裝處的短路電感L決定。（二）并聯(lián)電容器組投入時的涌流1.如圖8-30，實際運(yùn)行時把安裝在一處的電容器分成若干組并聯(lián)聯(lián)結(jié)，每組由一臺斷路器控制。電容器按編號順序依次投入，其中最后一組電容器投入時的涌流最大。2. 圖8-30，已充電到Em的（n-1）組電容器對第n組電容器充電時涌流計算的等值線路圖。（n-1）組電容器充電結(jié)束后，電容器上的最終電壓將為：第n組電容器上的

35、暫態(tài)電壓則為：據(jù)此可得涌流為：由于連線電感L1比電源電感小得多，因此0比0高得多，在計算并聯(lián)電容器組投入的最大涌流時，一般不考慮電源的作用。由于0的增大，并聯(lián)電容器組投入時的最大涌流要比單組電容器投入的最大涌流大得多。已投入組數(shù)愈多，涌流也愈大。而涌流的最大值Icm則為3. 在各組電容器前串聯(lián)電抗器，可限制涌流；在斷路器上加裝并聯(lián)電阻也可以起到限制涌流的作用。此并聯(lián)電阻屬于低值并聯(lián)電阻。（三）開斷電容器組發(fā)生重?fù)舸r的涌流：開斷電容器組時，斷路器的重?fù)舸┫喈?dāng)于把電容器重新投入電網(wǎng)，因而也會產(chǎn)生涌流，最嚴(yán)重的重?fù)舸┌l(fā)生在電源電壓為反相幅值，而電容器的電荷還來不及釋放時，相當(dāng)于在兩倍電源電壓幅值時

36、接入電容器組，此時涌流的幅值也將加倍。重?fù)舸┐螖?shù)增加時，涌流還會增加。因此斷路器應(yīng)力求做到開斷電容器組時不重燃。8-9 小電感電流的開斷一、開斷大電感負(fù)荷（如空載變壓器、并聯(lián)電抗器及高壓感應(yīng)電動機(jī)等）時會出現(xiàn)小電感電流。因斷路器滅弧能力較強(qiáng)，開斷小電感電流時，由于電弧不穩(wěn)定，有可能不在自然零點(diǎn)時熄滅，而在某一電流值I0時被強(qiáng)迫下降到零，使電感上感應(yīng)出過電壓。1. 圖8-32中，LB為變壓器繞組的激磁電感，CB為變壓器繞組的電容。設(shè)電流值在I0時被“強(qiáng)迫截斷”，此時作用在變壓器上的電壓為U0。根據(jù)截斷時儲存在變壓器電感和電容中的磁能LBI20和電能CBU20，可算出變壓器總儲能：二、開斷空載變壓

37、器的過電壓：2. 按能量不變定律，當(dāng)電流被突然截斷后，電感中的磁能將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸撵o電能，促使電容CB的電壓逐漸升高。當(dāng)磁能全部轉(zhuǎn)化為靜電能時，電容上的電壓即達(dá)其最大值UBm： 截流值I0愈大，過電壓愈高，當(dāng)I0=Im時，有：4. 由于高壓變壓器采用的冷軋硅鋼片的激磁電流僅是額定電流的0.5左右，同時又采用了糾結(jié)式繞組，大大增加了繞組的電容，所以開斷時，過電壓倍數(shù)不會大于2。5. 因電力系統(tǒng)中開斷空載變壓器的過電壓可用普通閥型避雷器來保護(hù)，所以在斷路器設(shè)計中可不加考慮。3. UBm與IL和CB的大小有關(guān)。當(dāng)CB增大時，UBm將減??；當(dāng)IL較小時，即使iL在幅值時被截斷，過電壓也不會太大。第9

38、章 高壓斷路器 及其操動機(jī)構(gòu)高壓真空斷路器高壓多油 和 少油斷路器 (SN10 型)高壓斷路器一、高壓斷路器的定義 高壓斷路器是能閉合、承載、開斷正常運(yùn)行電路的正常工作電流，也能在規(guī)定時間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流（包括短路電流） 的機(jī)械開關(guān)電器。二、高壓斷路器的組成 包括開斷(導(dǎo)電和觸頭系統(tǒng)以及滅弧室)、操動和傳動(操動能源和把操動能源傳動到觸頭系統(tǒng)的各種傳動機(jī)構(gòu)),以及絕緣(絕緣元件、絕緣連接件)三部分。第一節(jié) 高壓斷路器的定義和組成 第9章 高壓斷路器 及其操動機(jī)構(gòu)第二節(jié) 電力系統(tǒng)對高壓斷路器的要求一、高壓斷路器的地位 在電力系統(tǒng)中,高壓斷路器主要起兩方面作用： 1. 控制作用，即

39、把部分電力線路或設(shè)備投入或退出運(yùn)行； 2. 保護(hù)作用，即在電力線路或設(shè)備發(fā)生故障時，將故障部分從電網(wǎng)中快速切除。 工作中，要承受電、熱、機(jī)械力作用，還要受大氣環(huán)境影響，其性能好壞和工作可靠程度決定了電力系統(tǒng)的安全供電，是最重要的高壓電器。 詳見GB/T11022-2011 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求。 1. 基本要求：滿足絕緣、發(fā)熱和電動力等要求； 2. 特殊要求：滿足電力系統(tǒng)在關(guān)合和開斷方面的以下要求。 （1）正常情況下，能開斷和關(guān)合負(fù)載電流電路；必要時，還需考慮開斷和關(guān)合空載長線或電容器組等電容負(fù)荷(克服合閘過電壓)，以及開斷空載變壓器或高壓電動機(jī)等小電感負(fù)荷(克服操作過電壓

40、）。 （2）電力系統(tǒng)出現(xiàn)各種短路故障時，能將故障部分從電力系統(tǒng)中切除。二、電力系統(tǒng)對高壓斷路器的要求 （3）要盡可能縮短斷路器的故障切除時間，以減輕短路電流對電力設(shè)備的損害，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （3）要盡可能縮短斷路器的故障切除時間，以減輕短路電流對電力設(shè)備的損害，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4）為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電可靠性，電力系統(tǒng)線路保護(hù)一般都設(shè)有自動重合閘，高壓斷路器應(yīng)能配合自動重合閘進(jìn)行多次關(guān)合和開斷。a. 臨時性故障：臨時：當(dāng)斷路器切除故障后，故障點(diǎn)即可自行消游離而恢復(fù)原有的絕緣強(qiáng)度。只要確保從故障切除到電路重新接通間有足夠的時間間隔，就能保證自動重合閘的成功。我國高壓電網(wǎng)要求單相

41、重合閘時間0.71.5s，三相重合閘時間0.51.0s。b. 永久性故障：一次自動重合閘失敗后，斷路器會重新立即分閘以切除短路故障。個別特別重要的線路，在一次自動重合閘失敗后，有可能要求斷路器再一次關(guān)合進(jìn)行“強(qiáng)送電”，如故障未消除，斷路器將會再次關(guān)合和開斷短路故障。因此，采用自動重合閘的斷路器的關(guān)斷條件非常惡劣。第三節(jié) 高壓斷路器的種類和結(jié)構(gòu)一、按滅弧介質(zhì)不同， 高壓斷路器的種類 分“油斷路器、壓縮空氣斷路器、 斷路器、真空斷路器、磁吹斷路器和固體產(chǎn)氣斷路器”。 現(xiàn)在，在中壓領(lǐng)域，斷路器和真空斷路器，已成為兩大支柱， 其余產(chǎn)品已被淘汰。 在高壓領(lǐng)域， 以高壓 斷路器為主導(dǎo)。二、根據(jù)控制和保護(hù)對

42、象不同的高壓斷路器的類型 如圖9-4示。 1、 高壓發(fā)電機(jī)保護(hù)用斷路器(QFH)；2、 高壓線路用斷路器；3、 高壓控制斷路器；4、 特殊斷路器（高壓直流斷路器）。 三、按安裝地點(diǎn)不同，高壓斷路器分戶內(nèi)式（N）和戶外式（W）。 四、按總體結(jié)構(gòu)形式與對地絕緣方式不同，高壓斷路器分為： 1、 接地箱殼斷路器（dead tank circuit breaker）：如圖9-5示。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：觸頭和滅弧室裝在一個接地金屬箱殼(不帶電)中，導(dǎo)電回路靠絕緣套管引入。 主要優(yōu)點(diǎn)：可以裝設(shè)電流互感器、電容式分壓器。圖9-6為其示意圖。一是在進(jìn)、出線套管上裝設(shè)電流互感器，提供電流信號；二是利用出線套管的電容，制成

43、電容式分壓器，以提供電壓信號。這樣，該高壓斷路器使用時，不需再配專用的電流和電壓互感器 2、 瓷瓶支持的帶電箱殼斷路器（live tank circuit breaker） 如圖9-7所示。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：安置觸頭和滅弧室的容器（金屬筒或絕緣筒）處于高電位，靠支持瓷瓶對地絕緣。 優(yōu)點(diǎn)：可用串聯(lián)若干個開斷元件和加高對地絕緣的方法，組成更高電壓等級的高壓斷路器，如圖9-8所示。這種總體布置方式，可以給高壓斷路器向高電壓等級的發(fā)展帶來很多方便，也稱積木組合方式。五、在中壓領(lǐng)域（36 40.5），按布置方式不同，又分固定式和手車式兩類斷路器。一、電壓第四節(jié) 高壓斷路器的主要技術(shù)參數(shù)1、 額定電壓UN ：有

44、效值，單位kV。 它決定了高壓斷路器各部分的絕緣距離，因而在很大程度上決定了高壓斷路器的外形尺寸。按交流高壓斷路器及有關(guān)暫行規(guī)定，我國高壓斷路器所用的額定電壓等級為：3kV，6kV，10kV，20kV，35kV，60kV，110kV，220kV，330kV，500kV，800kV，1,000kV，1,200kV。 注意：額定電壓 = 標(biāo)稱電壓。 2、 最大工作電壓：由于系統(tǒng)調(diào)壓需要，電網(wǎng)電壓容許在一定范圍內(nèi)升高，因此，高壓斷路器的實際工作電壓要求比額定電壓高1015，這一電壓稱為高壓斷路器的最大工作電壓（kV）。 高壓斷路器應(yīng)能在最大工作電壓下長期工作。 注意：最大工作電壓= 最大標(biāo)稱電壓 。

45、3、 3500kV斷路器額定電壓與最高工作電壓的對照表如下所示。電壓數(shù) 值 （kV）額定電壓361015203563110154220330500最高工作電壓3.56.911.517.52340.569126177252363550二、額定電流（有效值，）1、 定義：指高壓斷路器在額定頻率下能長期連續(xù)工作的電流值，單位A。它決定了導(dǎo)電部分和觸頭的尺寸與結(jié)構(gòu)。 高壓斷路器長期通過該電流時，各部分溫升不得超過由標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。需標(biāo)在設(shè)備銘牌上。2、 取值：按R10優(yōu)先數(shù)系（即按比值為101/10遞增的級數(shù)），該優(yōu)先數(shù)系自1到10的數(shù)值為：1，1.25，1.6，2.0，2.5，3.15，4.0，5.0

46、，6.3，8.0。其余的數(shù)值則按乘10的倍數(shù)延伸。3、 電流等級（括號內(nèi)數(shù)值盡量少用）：200A，400A，630A，（1000）A，1250A，1600A，（1500）A，2000A，3150A，4000A，5000A，6300A，8000A，10000A，12500A，16000A，20000A。三、額定短路開斷電流INK （交流有效值或直流分量的百分?jǐn)?shù)，）。1、 定義：在額定電壓下，高壓斷路器能開斷而不致妨礙其繼續(xù)正常工作的最大短路電流，單位kA。它決定了高壓斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸。2、 取值：1.6kA，3.15kA，6.3kA，8kA，10kA，12.5kA，16kA，20kA，

47、25kA，31.5kA，40kA，50kA，63kA，83kA，100kA。當(dāng)額定電流超出100kA時，按R10系列延伸。3、 極限開斷電流：高壓斷路器所能開斷的最大電流。該極限值最終要受滅弧室機(jī)械強(qiáng)度的限制。四、極限短路開斷電流是指高壓斷路器所能開斷的最大電流。該極限值最終要受滅弧室機(jī)械強(qiáng)度的限制。五、額定短時耐受電流（熱穩(wěn)定電流）It （有效值，kA）1、 定義：指在某一規(guī)定短時間t內(nèi)，高壓斷路器能承載的短路電流有效值，單位kA。2、 短時耐受時間：1s、2s、4s、5s或10s。3、 高壓斷路器的額定短時耐受電流是GB規(guī)定的與2s相對應(yīng)的短時耐受電流。額定短時耐受電流的數(shù)值與額定開斷電流

48、相等。4、 It值也將影響到高壓斷路器觸頭和導(dǎo)電部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。六、額定峰值耐受電流（動穩(wěn)定電流） IF 1、 定義：高壓斷路器在關(guān)合位置時所能耐受的最大峰值電流，單位kA。該值決定高壓斷路器導(dǎo)電部分和支持部分所需的機(jī)械強(qiáng)度以及觸頭的結(jié)構(gòu)形式。2、 GB1984-2014規(guī)定：高壓斷路器額定峰值耐受電流為額定開斷電流的2.5倍。 七、 額定短路接通電流（額定短路關(guān)合電流）ING（峰值， ） 1、 定義：在額定電壓下能正常接通的最大短路電流峰值，單位kA。 2、 大?。?Ieg與If相等，為Iek的2.5倍。 高壓斷路器在接通此電流時，不應(yīng)發(fā)生觸頭的熔焊或嚴(yán)重?zé)龘p。八. 合閘與分閘裝置的額定操

49、作電壓 操作電壓是指操作時加在操動機(jī)構(gòu)線圈兩端上的電壓， 不包括電源連接的導(dǎo)線壓降。 額定操作電壓在下列數(shù)值中選?。褐绷鳛?4、48、110、220； 交流為110（100、127）、220、380。九、額定操作順序1、 有自動重合閘要求的高壓斷路器，其額定操作順序為：分 合分 t 合分 其中，“”是指從高壓斷路器各相電弧完全熄滅起到任意相因預(yù)擊穿而再次通過電流止的一段時間，是自動重合閘的無電流間隔時間，其值規(guī)定為0.3s或0.5s；“t ”是間隔時間，規(guī)定為180s；“合分” 指斷路器合閘后無任何有意延時即分閘的操作。2、 沒有自動重合閘要求的高壓斷路器，其額定操作順序為：分 t 合分 t

50、合分3、 手動操作的高壓斷路器，其額定操作順序為：分 t 合分 十、快速自動重合閘 高壓斷路器自動重合閘操作中的有關(guān)時間的關(guān)系如圖 所示。1、開斷時間tkd：指斷路器操動機(jī)構(gòu)接到開斷指令（常指脫扣電磁鐵的線圈接通）起到三相電弧完全熄滅止的時間，單位s。它分為分閘時間和燃弧時間兩部分。2、分閘時間tf：指從斷路器接到分閘指令起到首開相觸頭剛分開止的時間。它主要和高壓斷路器及其操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性有關(guān)，受開斷電流大小的影響較小，可看成是一個定值。3、燃弧時間th：從首開相觸頭剛分開起到三相電弧完全熄滅止的時間。這段時間隨開斷電流變動。4、 一相燃弧時間：從弧觸頭起弧，至電弧熄滅的時間。 三極燃弧時間

51、：指從首開極觸頭剛打開起弧，至三極的電弧全部熄滅的時間。5、 斷路器一相開斷時間t（1）kd=分閘時間t（1）f +燃弧時間t（1） h 斷路器三相開斷時間t（3）kd=t （3） f + t （3） h - t6、合閘時間thz：指從斷路器操動機(jī)構(gòu)接到合閘指令起，到各相觸頭均接觸止的時間，在0.20.4s之間。其長短取決于斷路器的操動機(jī)構(gòu)與中間傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。當(dāng)高壓斷路器采用自動重合閘時，過長的合閘時間將會影響到自動重合閘的無電流間歇時間。7、關(guān)合時間tgh：指從斷路器操動機(jī)構(gòu)接到合閘指令起，到任一相觸頭首先通過電流止的時間。 thz = tgh + 預(yù)擊穿時間 + 三相不同期時間第五節(jié)

52、 高壓斷路器參數(shù)的選擇一、 額定短路開斷電流的選擇二、 額定電流的選擇三、 額定絕緣水平的確定四、 合 分時間的要求五、 時間常數(shù)的選擇六、 合閘電阻的選擇第六節(jié) 高壓電器產(chǎn)品型號的編制一、 產(chǎn)品型號的內(nèi)容二、 產(chǎn)品型號的組成部分電器元件產(chǎn)品的型號示例： 1) ZN63A12/125031.5 戶內(nèi)交流高壓真空斷路器：設(shè)計序號為63，A為改型，額定電壓12kV，額定電流1250A，額定短路開斷電流31.5kA。 2) FZRN21-12D/T12531.5 戶內(nèi)交流高壓真空負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器：設(shè)計序號為21，帶接地裝置，配彈簧操動機(jī)構(gòu)，額定電壓12kV，負(fù)荷開關(guān)額定電流125A，額定短時耐

53、受電流31.5kA。一、定義：操動機(jī)構(gòu)是指在斷路器本體以外的機(jī)械操動裝置。一般做成獨(dú)立產(chǎn)品，但壓縮空氣高壓斷路器等的操動機(jī)構(gòu)已經(jīng)與高壓斷路器結(jié)為一體，不能再作為一個獨(dú)立產(chǎn)品出現(xiàn)。第七節(jié) 高壓電器的操動機(jī)構(gòu) 二、根據(jù)操作能源能量形式不同，操動機(jī)構(gòu)分為：1、手動機(jī)構(gòu)：用人力合閘的機(jī)構(gòu)；2、直流電磁機(jī)構(gòu)：靠直流螺管式電磁鐵合閘的機(jī)構(gòu)；3、彈簧機(jī)構(gòu)：用事先由人力或電動機(jī)儲能的彈簧合閘的機(jī)構(gòu)； 4、液壓機(jī)構(gòu)：以高壓油推動活塞實現(xiàn)合閘與分閘的機(jī)構(gòu)；5、氣動機(jī)構(gòu)：以壓縮空氣推動活塞使高壓斷路器分、合閘的機(jī)構(gòu)。第七節(jié) 高壓電器的操動機(jī)構(gòu) 三、匹配關(guān)系1、 一種型號的操動機(jī)構(gòu)可以操動幾種型號的高壓斷路器；2、

54、一種型號的高壓斷路器也可以配不同型號的操動機(jī)構(gòu)。第七節(jié) 高壓電器的操動機(jī)構(gòu) 發(fā)展方向是高壓大容量、小型化、組合化和智能化。一、考慮高壓大容量，需研究以下對象：滅弧方式、滅弧室結(jié)構(gòu)、滅弧介質(zhì)、開斷性能、絕緣性能、操動機(jī)構(gòu)等；目標(biāo)：550kV、63kA甚至1100kV特高壓輸電系統(tǒng)中的單斷口斷路器；二、 小型化可減少對SF6的使用，有利于減小溫室效應(yīng)，具有重要的社會意義，為此，需要得到高電壓絕緣和高電壓技術(shù)的支持；第八節(jié) 高壓斷路器的發(fā)展方向 三、 組合化，目的是可以實現(xiàn)體積小、具成套性、可靠性高、少維護(hù)、易于安裝、抗嚴(yán)酷環(huán)境等；四、 由于計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)（

55、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)據(jù)采集與處理、故障診斷、自動控制與操作等技術(shù)，開發(fā)了羅氏線圈、光電傳感器、光電傳輸互感器和電容式電壓互感器等二次檢測、控制設(shè)備和元件。從而提出了電器智能化的概念。特點(diǎn)：斷路器具有對本身狀態(tài)的監(jiān)測與故障診斷；對電網(wǎng)鼓掌的診斷和信息遠(yuǎn)傳技術(shù)、自動重合閘的智能控制；同步（選相合閘技術(shù)）等。第八節(jié) 高壓斷路器的發(fā)展方向 第10章 六氟化硫斷路器和全封閉組合電器10.1.1 六氟化硫(SF6)1. 氣體具有優(yōu)異的物理性能、熱化學(xué)性能、強(qiáng)負(fù)電性能和絕緣性能。10.1 概 況物理性能。熱化學(xué)性能：a、分解溫度低，分解能量高，導(dǎo)熱率好，有利熄?。?b、溫度相同時，SF6游

56、離度大，電弧電壓小。強(qiáng)負(fù)電性能：能吸附電子或負(fù)離子，然后與正離子復(fù)合，去游離作用強(qiáng)，不易重燃。絕緣性能。2. 氣體的充注 六氟化硫氣體的充注要求： 充注前，充氣設(shè)備及管路應(yīng)潔凈、無水分、無油污；管路連接部分應(yīng)無滲漏； 氣體充入前，應(yīng)按產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)定對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行真空處理；抽真空時，應(yīng)防止真空泵突然停止或因誤操作而引起倒灌事故； 當(dāng)氣室已充有六氟化硫氣體，且含水量檢驗合格時，可直接補(bǔ)氣。10.1.2 六氟化硫(SF6)高壓斷路器一. 定義： 高壓斷路器， 是一種利用六氟化硫（ ） 氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的高壓斷路器。二. 發(fā)展： 雙壓式（20 世紀(jì)60年代，已被淘汰） 單壓式（20 世紀(jì)70

57、年代，已用到550kV及1100kV級） 熱膨脹式（20 世紀(jì)80年代，方興未艾） 二次技術(shù)智能化（20 世紀(jì)90年代）”。SF6 高壓斷路器的發(fā)展與其滅弧原理的發(fā)展息息相關(guān)。圖10-3 為六種SF6 高壓斷路器滅弧室的滅弧原理。三. 原理四. 優(yōu)點(diǎn) 1. 滅弧能力強(qiáng)，介質(zhì)強(qiáng)度高，單斷口的電壓可以做得很高，因此，與少油和空氣斷路器相比，在同一額定電壓等級下，SF6斷路器所用的串聯(lián)單元數(shù)較少。 2. 介質(zhì)恢復(fù)速度特別快、開斷近區(qū)故障性能特別好，通常不加并聯(lián)電阻就能可靠切斷各種故障而不產(chǎn)生過電壓。 3. 由于SF6氣體電弧分解物中不含碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，在嚴(yán)控水分情況下，分解物沒有腐蝕性，再加

58、觸頭在SF6中的燒損極輕微，因此SF6斷路器允許開斷的次數(shù)多，檢修周期長。 五. 特殊要求 包括密封、干燥、除水、監(jiān)視、檢驗和測試方面。 10.1.3六氟化硫全封閉組合電器 六氟化硫全封閉組合電器， 國際上稱為氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear, GIS）。它將一座變電站中除變壓器以外的所有一次設(shè)備（包括高壓斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等） 優(yōu)化組合為一個整體后， 采用SF6 氣體作為整體的絕緣和滅弧介質(zhì)， 從而大幅縮小變電站體積， 具有占地面積小、抗震性能好且運(yùn)行可靠等優(yōu)勢。10.2SF6高壓斷路器的種

59、類及其工作原理 具有多種類型， 工作原理也各有差異。10.2.1 按結(jié)構(gòu)形式不同的分類按結(jié)構(gòu)形式不同， 分瓷柱式和罐式。1. 瓷柱式SF6高壓斷路器有帶合閘電阻型和不帶合閘電阻型。示例： 500kV瓷柱式帶合閘電阻型SF6高壓斷路器2. 罐式SF6高壓斷路器1. 滅弧室安裝在與地電位相連的金屬殼體內(nèi)。2. 高壓帶電部分由絕緣子支持。3. 對箱體的絕緣主要靠SF6 氣體。示例1：500kV罐式 SF6高壓斷路器10.2.2按斷口數(shù)量不同的分類 按斷口數(shù)量不同， 分單斷口和雙斷口。10.2.3按使用場所不同的分類 按使用場所不同， 分戶外式和戶內(nèi)式。其中， 戶內(nèi)式主要是應(yīng)用在中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備內(nèi)

60、的手車式斷路器。10.2.4按滅弧室殼體絕緣方式的不同，分帶電箱殼型和接地箱殼型。1. 帶電箱殼型. 接地箱殼斷路器 特點(diǎn)：是開斷單元、導(dǎo)電回路等都安裝在用絕緣件支撐的接地金屬罐體內(nèi)。采用絕緣套管作為進(jìn)出線。 優(yōu)點(diǎn)：抗振性好， 便于加裝電流互感器，易于改型為 產(chǎn)品。雙壓力式 - 已經(jīng)淘汰。10.2.5按滅弧原理不同的分類 按滅弧原理不同， 分雙壓力式、單壓力式和自能式， 其發(fā)展為“雙壓力式 單壓力式（ 壓氣式） 自能式”。單壓力式（1）定義： 依靠壓氣作用實現(xiàn)氣吹滅弧。 核心：分閘過程中，通過連桿操作壓縮在壓氣室中的SF6氣體，使其壓力升高，與滅弧室其他部分的氣體間建立一定的壓差；待電流過零時