高压断路器

归属: 断路器

高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流,而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用,切断过负荷电流和短路电流,它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力,可分为:油断路器(多油断路器、少油断路器)、六氟化硫断路器(SF6断路器)、压缩空气断路器、真空断路器等。

选用指南

一般原则

为保证高压电器在正常运行、检修、短路和过电压情况下的安全,高压电器应按下列条件选择:

  • 按正常工作条件包括电压、电流、频率、机械荷载等选择;
  • 按短路条件包括短时耐受电流、峰值耐受电流、关合和开断电流等选择;
  • 按环境条件包括温度、湿度、海拔、地震等选择;
  • 按承受过电压能力包括绝缘水平等选择;
  • 按各类高压电器的不同特点包括开关的操作性能、熔断器的保护特性配合、互感器的负荷及准确等级等选择。

正常工作

  • 按工作电压选择选用的高压电器,其额定电压应符合所在回路的系统标称电压,其允许最高工作电压Umax不应小于所在回路的最高运行电压Uy,即Umax ≥ Uy。
  • 按工作电流选择高压电器的额定电流In不应小于该回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig,即In ≥ Ig。

短路稳定

  • 短路稳定性校验的一般要求
  • 短路电流的热效应
  • 短路稳定性校验

环境条件

  • 选择电器的环境温度
  • 选择电器的环境湿度
  • 高海拔对高压电器的影响
  • 地震对高压电器的影响

施工安装

电力系统的细节

即系统标称电压和最高运行电压、频率、相数和中性点接地的详情。

运行条件

包括最低和最高周围空气温度,后者是否高于额定值;海拔是否超过1000m;以及可能存在或出现的任何特殊条件,例如过度地暴露在水蒸气、湿气、烟雾、爆炸性气体、过量的灰尘或含盐的空气中的条件。

断路器的特性

  • 极数;
  • 户内或户外;
  • 额定电压;
  • 额定绝缘水平;
  • 额定频率;
  • 额定电流;
  • 额定线路充电开断电流(如果采用);
  • 额定电缆充电开断电流(如果采用);
  • 额定单个电容器组开断电流(如果采用);
  • 额定背对背电容器组开断电流(如果采用);
  • 额定电容器组关合涌流(如果采用);
  • 额定小感性开断电流(如果采用);
  • 额定短路开断电流和电寿命;
  • 首开极因数;
  • 额定出线端故障瞬态恢复电压;
  • 额定近区故障特性;
  • 额定短路关合电流;
  • 额定操作顺序;
  • 额定短路持续时间;
  • 额定失步开断电流(如果采用);
  • 额定开断时间;
  • 在特殊要求下规定的型式试验(人工污秽和无线电干扰试验);
  • 操作频率;
  • 其他,如额定时间参量,异相接地开合特性。

断路器操动机构及其专用附属装置的特性

  • 操作方式:手力或动力的;
  • 备用的辅助开关的数量和型式;
  • 额定电源电压和额定电源频率。

有关压缩空气的使用要求和压力容器的设计与试验要求

常用标准

  • GB 10963-1989:家用及类似场所用断路器GB 14048.2-1994|低压开关设备和控制设备 低压断路器
  • GB 16916.1-1997:家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB) 第1部分:一般规则
  • GB 16916.21-1997:家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB) 第2.1部分:一般规则对动作功能与线路电压无关的RCCB的适用性
  • GB 16916.22-1997:家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB) 第2.2部分:一般规则对动作功能与线路电压有关的RCCB的适用性
  • GB 16917.1-1997:家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO) 第1部分:一般规则
  • GB 16917.21-1997:家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO) 第2.1部分:一般规则对动作功能与线路电压无关的RCBO的适用性
  • GB 16917.22-1997:家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO) 第2.2部分:一般规则对动作功能与线路电压有关的RCBO的适用性
  • GB 1984-1989:交流高压断路器
  • GB 4876-1985:交流高压断路器的线路充电电流开合试验
  • GB 7675-1987:交流高压断路器的开合电容器组试验

主要特点

  • 可做电动操作和手动操作;
  • 适合500KV电压等级以内各种高压断路器的机械动特性测试;
  • 可实测行程和自定义行程;
  • 能够实现断路器的单合、单分、合分、重合、重分操作;
  • 接线方便,操作简单,操作时只需一次合(分)动作便可得到合(分)全部数据,可选择保存50组数据,提供后期查询和上传电脑永久保存,也可现场调阅打印所有数据及运动曲线图;
  • 采用汉字提示以人机对话的方式操作;
  • 数据准确,抗干扰性强,体积小,重量轻,美观大方;
  • 机内配有时钟电路,可显示当前年、月、日、时、分、秒,即使断电,也能自动保存设置数据及测试数据;
  • 机内带有延时保护功能,断路器动作后能自动切断动作电源,很好的保护了断路器设备和高压开关测试仪;
  • 仪器内置直流电源,可选择范围:30-270V/10A),不存在常规整流电源输出瞬间的电压跌落,用以试验开关动作电压非常精确;
  • 能动态地为您分析出断路器每1ms时间内的、行程、速度之间的关系;
  • 可配置上传软件,实现电脑存档和网上查阅,打印。

技术指标

  • 环境组别:属GB6587.1-1986《电子测量仪器环境试验总纲》中的Ш组仪器.
  • 型式:便携式 包装:铝合金箱
  • 尺寸与重量:
    1. 主机:440×300×150(mm) 5 (kg)
    2. 附件:440×300× 80(mm) 3 (kg)
  • 工作电源:AC220V ±10% 频率:50Hz ±5%
  • 环境温度:-10°C~40°C 相对湿度:≤85%
  • 绝缘电阻:≤2MΩ
  • 介电强度:电源进线对机壳能承受1.5KV1分钟的耐压测试。
  • 时间测试范围:1~499.9ms;分辩率:0.01ms;精度≤0.1ms
  • 速度测试范围:15m/s;分辩率:0.01m/s;精度±1%读数+2个字
  • 行程测试范围:不限;分辩率:0.01mm;精度±1%读数+2个字
  • 直流电源选择范围: 25-265V/10A;分辩率:1V;精度≤±1%

用途介绍

高压断路器在高压电路中起控制作用,是高压电路中的重要电器元件之一。断路器用于在正常运行时接通或断开电路,故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路,特殊情况(如自动重合到故障线路上时)下可靠地接通短路电流。高压断路器是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。

断路器的工作状态(断开或者闭合)是由他的操动机构控制的。

高压负荷开关、高压隔离开关和高压断路器的区别:

  • 高压负荷开关是可以带负荷分断的,有自灭弧功能,但它的开断容量很小很有限。
  • 高压隔离开关一般是不能带负荷分断的,结构上没有灭弧罩,也有能分断负荷的高压隔离开关,只是结构上与负荷开关不同,相对来说简单一些。
  • 高压负荷开关和高压隔离开关,都可以形成明显断开点,大部分高压断路器不具隔离功能,也有少数高压断路器具隔离功能。
  • 高压隔离开关不具备保护功能,高压负荷开关的保护一般是加熔断器保护,只有速断和过流。
  • 高压断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高。主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护。可具有短路保护、过载保护、漏电保护等功能。

主要作用

控制作用

根据电力系统运行的需要,将部分或全部电气设备,以及部分或全部线路投入或退出运行。

保护作用

当电力系统某一部分发生故障时,它和保护装置、自动装置相配合,将该故障部分从系统中迅速切除,减少停电范围,防止事故扩大,保护系统中各类电气设备不受损坏,保证系统无故障部分安全运行。

工作性能

额定电压(标称电压)

它是表征断路器绝缘强度的参数,它是断路器长期工作的标准电压。为了适应电力系统工作的要求,断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3—220KV各级,其最高工作电压较额定电压约高15%左右;对330KV及以上,最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下,应能长期可靠地工作。

额定电流

它是表征断路器通过长期电流能力的参数,即断路器允许连续长期通过的最大电流。

额定开断电流

它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下,断路器能保证可靠开断的最大电流,称为额定开断电流,其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在、低于其额定电压的电网中工作时,其开断电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制,开断电流有一最大值,称为极限开断电流。

动稳定电流

它是表征断路器通过短时电流能力的参数,反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间,允许通过的电流最大峰值,称为电动稳定电流,又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时,不能因电动力作用而损坏。

关合电流

是表征断路器关合电流能力的参数。因为断路器在接通电路时,电路中可能预伏有短路故障,此时断路器将关合很大的短路电流。这样,一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力,另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧,可能使触头熔焊,从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值,称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的,两者都等于额定开断电流的2.55倍。

热稳定电流和热稳定电流的持续时间

执稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数,但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下,在一定的持续时间内,所允许通过电流的最大周期分量有效值,此时断路器不应因短时发热而损坏。国家标准规定:断路器的额定热稳定电流等于额定开断电流。额定热稳定电流的持续时间为2S,需要大于2S时,推荐4S。

合闸时间与分闸时间

这是表征断路器操作性能的参数。各种不同类型的断路器的分、合闸时间不同,但都要求动作迅速。合闸时间是指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间,断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。所以,分闸时间也称为全分闸时间。

操作循环

这也是表征断路器操作性能的指标。架空线路的短路故障大多是暂时性的,短路电流切断后,故障即迅速消失。因此,为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性,断路器应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。

主要结构

高压断路器的主要结构大体分为

导流部分, 灭弧部分,绝缘部分,操作机构部分。

高压开关的主要类型按灭弧介质分为

油断路器, 空气断路器,真空断路器,六氟化硫断路器, 固体产气断路器, 磁吹断路器。

按操作性质可分为

电动机构, 气动机构,液压机构,弹簧储能机构,手动机构。

  • 油断路器:利用变压器油作为灭弧介质, 分多油和少油两种类型。
  • 六氟化硫断路器:采用惰性气体六氟化硫来灭弧,并利用它所具有的很高的绝缘性能来增强触头间的绝缘。
  • 真空断路器:触头密封在高真空的灭弧室内,利用真空的高绝缘性能来灭弧。
  • 空气断路器:利用高速流动的压缩空气来灭弧。
  • 固体产气断路器:利用固体产气物质在电弧高温作用下分解出来的气体来灭弧。
  • 磁吹断路器:断路时, 利用本身流过的大电流产生的电磁力将电弧迅速拉长而吸入磁性灭弧室内冷却熄灭。

常见故障

按发生频率排列大致顺序:

  • 密封件失效故障;
  • 动作失灵故障;
  • 绝缘损坏或不良;
  • 灭弧件触头的故障。

高压断路器的故障及处理

断路器拒绝合闸

断路器拒绝合闸,可能是本体和机构的原因,也可能是操作回路的原因。应对照断路器的控制回路图和节点位置图,查找电气回路的故障和机械方面的原因。

电气回路故障有以下四种情况:

(1)指示灯不亮或不正常

首先检查操作电源的电压值是否与规定值相符。

    • ①把手置于合闸位置红灯不亮,可能是合闸回路断线或熔断器熔断。
    • ②指示跳闸位置的绿灯已灭,表示合闸位置的红灯不亮,应检查红灯的灯泡是否完好。
    • ③绿灯熄灭后又重新点亮可能是电压太低,操作机构未能正常动作,或是操作机构机械部分有毛病。
    • ④绿灯熄灭,红灯亮后立刻又熄灭,绿灯闪光。说明断路器曾合上过,但因机械故障,维持机构未能保住。应注意操作电源电压过高时也会发生这种现象,即操作机构在合闸时发生强烈的冲击而未能保住。

(2)合闸接触器不启动

    • ①如绿灯不亮,可能是正、负控制母线的熔断器熔断。
    • ②如绿灯亮,可用试电笔或万用表检查控制开关、防跳继电器、断路器辅助接点接触情况,以及合闸线圈或二次回路是否断线。

(3)合闸接触器启动而断路器未动作

    • ①原因可能是合闸接触器接点接触不良,或者被消弧罩卡住。
    • ②也可能是合闸线圈断线或合闸整流器交流保险熔断等。

(4)合闸接触器启动,断路器动作但未合上

原因有以下几种:

    • ①机械有故障;
    • ②直流母线电压太低;
    • ③二次回路混线把跳闸回路接通;
    • ④操作不当及把手返回太早等。

断路器拒绝跳闸

断路器拒绝跳闸,当负荷侧发生故障时将造成越级跳闸,扩大事故和停电范围,比拒绝合闸的后果更为严重,应尽快消除。

(1)断路器不能电动分闸的原因

    • ①红灯不亮,说明跳闸回路不通。
      • a、应检查灯泡,灯具是否完好;
      • b、检查熔断器、操作开关接点、断路器辅助接点是否正常;
      • c、检查防跳继电器线圈、操作回路是否断线。
    • ②若操作电源良好,跳闸铁芯动作无力,则是跳闸线圈动作电压过高或操作电压过低,跳闸铁芯卡涩、脱离或跳闸线圈故障。
    • ③若跳闸铁芯顶杆动作良好,断路器拒跳,可能是机构卡涩或传动连杆销子脱落等。

(2)断路器拒绝跳闸的处理

    • ①断路器手动拒分时,应立即报告调度,若有旁路开关,将负荷倒至旁路,拉开拒分断路器的母线侧隔离开关,使其脱离电源,再手动分开旁路断路器,使该回路停电。
    • ②若上一级电源断路器越级跳闸使母线失电,则在失电情况下拉开拒分断路器两侧的隔离开关,在手动分开所有接于母线的馈线断路器,并报请调度送电。

断路器误分、误合

(1)断路器误跳闸

若系统无异常,继电保护未动作,值班员未进行操作,断路器自动跳闸应判断为断路器误动作。此时应按下述顺序处理:

    • ①检查控制回路是否有两点接地,如果有,则应消除直流接地后再合上断路器;
    • ②检查断路器机械箱内闭锁装置是否失灵,可拉开电源侧隔离开关,将断路器试送一次进行检查;
    • ③如果有迹象表明该断路器是故障造成,而信号继电器未动,则应根据故障情况进行处理。

(2)断路器误合闸

若停运的断路器未经操作自动合闸,则属误合闸。原因有:

    • ①直流系统两点接地使合闸回路接通;
    • ②自动重合闸继电器接点误闭合;
    • ③由于合闸接触器线圈电阻偏高,动作电压偏低,在直流系统发生瞬间脉冲时,使断路器误合闸。

断路器过热

断路器过热的主要表现是桶体发热,少油断路器的部分框架也会发热。导致发热的原因可能是触头导电部分接触不良和氧化。断路器过热严重时,可能会引起绝缘件被烧坏,瓷瓶烧裂,断路器冒烟、喷油直至爆炸等事故。应加强巡视,及早发现,及时解决。

断路器的其他故障

(1)油断路器着火

当油断路器外部套管脏污或受潮,造成对地闪络或内部闪络,引起断路器着火尚未自动跳闸时,如果刚刚起火,应立即远方操作切断燃烧着的油断路器;如火势较大,则应用上一级断路器断开电路,并将断路器两侧的隔离开关拉开,使其与电源及可能波及到的运行设备分开,并用干式灭火器灭火。

(2)跳、合闸线圈冒烟

跳、合闸线圈是按短时通电设计的,当长时间带电时会出现跳、合闸线圈冒烟的现象。跳、合闸线圈冒烟烧毁后不能再继续运行,应立即报告调度和主管部门申请更换。操作过程中,如遇合闸熔断器熔断,应更换规定规格的熔断器,不能擅自更换大容量熔断器,以防烧毁合闸线圈。

(3)断路器紧急分闸

运行中的油断路器,如发现下列情况,应立即退出运行:

    • ①瓷套管严重破裂、闪络和爆炸;
    • ②连接部分熔化和断开;
    • ③内部有严重放电声;
    • ④油断路器严重缺油。

接线方式

断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式,用户如无特殊要求,均按板前供货,板前接线是常见的接线方式。

板后接线方式

板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器,不必重新接线,只须将前级电源断开。由于该结构特殊,产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉,需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用,因此安装时必须引起重视,严格按制造厂要求进行安装。

插入式接线

在成套装置的安装板上,先安装一个断路器的安装座,安装座上6个插头,断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓,安装座预先接上电源线和负载线。使用时,将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了,只要拔出坏的,换上一只好的即可。它的更换时间比板前,板后接线要短,且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此中国的插入式产品,其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧,并应将断路器安全紧固,以减少接触电阻,提高可靠性。

抽屉式接线

断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的,在主回路和二次回路中均采用了插入式结构,省略了固定式所必须的隔离器,做到一机二用,提高了使用的经济性,同时给操作与维护带来了很大的方便,增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座,可与NT型熔断路器触刀座通用,这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。

运行监督

  • 每年对断路器安装地点的母线短路容量与断路器铭牌作一次校核。
  • 每台断路器和年动作次数应作出统计,正常操作次数和短路故障开断次数应分别统计。
  • 定期对断路器作运行分析并作好记录备查,不断累积运行经验,运行分析的内容包括:
    1. 设备运行异常现象及缺陷产生的原因和发展规律,总结发现、判断和处理缺陷的经验主此基础上作事故预想。
    2. 发生事故和障碍后,对故障原因和处理对策进行分析,总结经验教训。
    3. 根据设备及环境状况作出事故预想。
  • 发电厂和供电局每年要检查断路器反事故措施执行情况,并补充新的反事故措施内容。
目录
1.
选用指南
2.
环境条件
3.
施工安装
4.
常用标准
5.
主要特点
6.
技术指标
7.
用途介绍
8.
主要作用
9.
工作性能
10.
主要结构
11.
常见故障
12.
接线方式
13.
运行监督
讨论