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高壓電器及成套配電裝置 --【赫茲電力】
發布時間：2024-11-01 14:33:15人氣：
3kV~35kV常用的高壓電器有斷路器、隔離開關、負荷開關、熔斷器和電容器等多種設備。
高壓電器在高壓電路中起著控制或保護等作用。
一、電力系統短路基本概念
電力系統中相與相之間或相與地之間（對中性點直接接地系統而言）通過金屬導體、電弧或其他較小阻抗連接而形成的非正常狀態稱為短路。
短路的基本類型有：
短路電流危害（熱、安培力、電弧、電壓）
高壓電器中的電弧
二、高壓斷路器
斷路器用于在正常運行時接通或斷開電路，故障情況在繼電保護裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動重合到故障線路上時）下可靠地接通短路電流。
斷路器的工作狀態（斷開或閉合）是由它的操動機構控制的。
高壓斷路器的類型
高壓斷路器的主要參數
斷路器型號及含義
SF6斷路器：
斷路器操作機構
基本要求：
操作機構的分類及特點
斷路器的運行維護(要點)
三、隔離開關
隔離開關的作用
高壓隔離開關運行拉、合以下電路：
隔離開關的分類：
隔離開關的類型
四、高壓負荷開關
高壓負荷開關是高壓電路中用于在額定電壓下接通或斷開負荷電流的專用電器。它雖有滅弧裝置，但滅弧能力較弱，只能切斷和接通正常的負荷電流，而不能用來切斷短路電流。一般情況下，負荷開關與高壓熔斷器配合使用，由熔斷器起短路保護作用。
負荷開關有工作觸頭和滅弧觸頭。合閘時，滅弧觸頭先閉合，然后工作觸頭再閉合；分閘時，工作觸頭先斷開，然后滅弧觸頭再斷開。
分類
五、高壓熔斷器
高壓熔斷器在通過短路電流或過載電流時熔斷，以保護電路中的電氣設備。在3kV-35kV小容量裝置中，熔斷器可用于保護線路、變壓器、電動機及電壓互感器等。
分類
六、高壓電容器
高壓電容器是電力系統的無功電源之一，用于提高電網的功率因數。
高壓電容器安全運行
高壓電容器組運行操作注意事項：
高壓電容器組在運行中的常見故障和處理：
七、高壓成套配電裝置
高壓成套配電裝置是由制造廠成套供應的設備，運抵現場后組裝而成的高壓配電裝置。它將電氣主電路分成若干個單元，每個單元即一條回路，將每個單元的斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器，以及保護、控制、測量等設備集中裝配在一個整體柜中（通常稱為一面或一個高壓開關柜），由多個高壓開關柜在發電廠、變電所或配電所安裝后組成的電力裝置稱為成套配電裝置。
高壓開關柜應具有“五防”連鎖功能，即
環網開關柜
高壓/低壓預裝式箱式變電站
箱式變電站的特點
高壓電器在高壓電路中起著控制或保護等作用。
一、電力系統短路基本概念
電力系統中相與相之間或相與地之間（對中性點直接接地系統而言）通過金屬導體、電弧或其他較小阻抗連接而形成的非正常狀態稱為短路。
短路的基本類型有：
三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相短路
短路電流危害（熱、安培力、電弧、電壓）
短路電流通過電氣設備時，將引起導體嚴重發熱，造成導體溫度升高甚至熔化，并且會損壞絕緣。
短路電流通過電氣設備時，在相間產生很大的電動力作用于導體上，可能造成設備的形變和損壞。
短路處往往有電弧產生，高溫電弧會燒毀故障設備或燒傷周圍人員，甚至引起火災。
短路電流通過變壓器、線路等阻抗元件時，將產生很大的電壓降，還會引起發電機端電壓的降低，因此影響電力系統的正常供電。
短路電流通過電氣設備時，在相間產生很大的電動力作用于導體上，可能造成設備的形變和損壞。
短路處往往有電弧產生，高溫電弧會燒毀故障設備或燒傷周圍人員，甚至引起火災。
短路電流通過變壓器、線路等阻抗元件時，將產生很大的電壓降，還會引起發電機端電壓的降低，因此影響電力系統的正常供電。
高壓電器中的電弧
電弧電流的本質是離子導電，即觸頭之間的正離子（帶正電）在觸頭間電場力的作用下向負極運動，負離子（帶負電）和自由電子在觸頭間電場力的作用下向正極運動而形成的電流。
觸頭斷開后，觸頭之間如果有電弧存在，則電路實際上并沒有被切斷，直到觸頭間電弧熄滅后電路才能真正斷開。
當電感（或電容）性負載所占比例較大（即電壓和電流相位差較大時），恢復電壓增加較快，不利于滅弧。對于純阻性負載，恢復電壓等于電源電壓，則有利于滅弧。
觸頭間介質擊穿電壓：觸頭間產生電弧的最小電壓；
觸頭間恢復電壓：觸頭間電弧暫時熄滅后外電路施加在觸頭之間的電壓；
觸頭斷開后，觸頭之間如果有電弧存在，則電路實際上并沒有被切斷，直到觸頭間電弧熄滅后電路才能真正斷開。
當電感（或電容）性負載所占比例較大（即電壓和電流相位差較大時），恢復電壓增加較快，不利于滅弧。對于純阻性負載，恢復電壓等于電源電壓，則有利于滅弧。
觸頭間介質擊穿電壓：觸頭間產生電弧的最小電壓；
觸頭間恢復電壓：觸頭間電弧暫時熄滅后外電路施加在觸頭之間的電壓；
滅弧條件：觸頭間介質擊穿電壓大于觸頭間恢復電壓。
加速電弧熄滅的方法(原理)
氣體吹動電弧(降溫，帶走帶電質點)
拉長電弧(增大表面積)
電弧與固體介質接觸(迅速冷卻)
加速電弧熄滅的方法(原理)
氣體吹動電弧(降溫，帶走帶電質點)
拉長電弧(增大表面積)
電弧與固體介質接觸(迅速冷卻)
二、高壓斷路器
斷路器用于在正常運行時接通或斷開電路，故障情況在繼電保護裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動重合到故障線路上時）下可靠地接通短路電流。
斷路器的工作狀態（斷開或閉合）是由它的操動機構控制的。
高壓斷路器的類型
高壓斷路器按安裝地點分可分為戶內式和戶外式兩種。
按滅弧原或滅弧介質可分為油斷路器（多油斷路器和少油斷路器）、真空斷路器、六氟化硫斷路器等等。
多油斷路器的特點：用油量多、金屬耗材量大、易發生火災或爆炸、體積較大、加工工藝要求不高、耐用、價格較低等特點。
少油斷路器的特點：耗材少、價格低等優點，但需定期檢修，有引起火災或爆炸的危險。
按滅弧原或滅弧介質可分為油斷路器（多油斷路器和少油斷路器）、真空斷路器、六氟化硫斷路器等等。
多油斷路器的特點：用油量多、金屬耗材量大、易發生火災或爆炸、體積較大、加工工藝要求不高、耐用、價格較低等特點。
少油斷路器的特點：耗材少、價格低等優點，但需定期檢修，有引起火災或爆炸的危險。
高壓斷路器的主要參數
額定電壓、額定電流、額定開斷電流、關合電流
斷路器型號及含義
ZN4-10/630型斷路器：表示為“室內式真空斷路器，設計序號為4，額定電壓為10kV，額定電流為630A
SF6斷路器：
使用壽命長、檢修周期長、檢修工作量小、不存在燃燒和爆炸的危險。
SF6是一種無色、無味、無毒、不可燃、易液化，對電氣設備不腐蝕的氣體。
SF6氣體絕緣性和滅弧能力強，它的絕緣強度是空氣的2.33倍，滅弧能力是空氣的100倍。
SF6氣體在電弧高溫下會分解成低氟化物，電弧過零后，很快再結合成SF6氣體。某些SF6斷路器檢修年限可達20年以上。
SF6氣體嚴禁向大氣排放，必須使用SF6氣體回收裝置，避免污染環境，保證環境安全。設有氣體檢漏設備和氣體回收裝置。
新裝SF6斷路器投入運行前必須復測氣體含水量和漏氣率，要求滅弧室的含水量應小于150ppm（體積比），其他氣室小于250ppm（體積比）；SF6年漏氣率小于1%。
運行中的SF6斷路器應定期測量SF6氣體含水量，斷路器新裝或大修后，每三個月測量一次，待含水量穩定后可每年測量一次。
每日定時記錄SF6氣體壓力和溫度。
SF6是一種無色、無味、無毒、不可燃、易液化，對電氣設備不腐蝕的氣體。
SF6氣體絕緣性和滅弧能力強，它的絕緣強度是空氣的2.33倍，滅弧能力是空氣的100倍。
SF6氣體在電弧高溫下會分解成低氟化物，電弧過零后，很快再結合成SF6氣體。某些SF6斷路器檢修年限可達20年以上。
SF6氣體嚴禁向大氣排放，必須使用SF6氣體回收裝置，避免污染環境，保證環境安全。設有氣體檢漏設備和氣體回收裝置。
新裝SF6斷路器投入運行前必須復測氣體含水量和漏氣率，要求滅弧室的含水量應小于150ppm（體積比），其他氣室小于250ppm（體積比）；SF6年漏氣率小于1%。
運行中的SF6斷路器應定期測量SF6氣體含水量，斷路器新裝或大修后，每三個月測量一次，待含水量穩定后可每年測量一次。
每日定時記錄SF6氣體壓力和溫度。
斷路器操作機構
作用：
用來控制斷路器跳閘、合閘和維持合閘狀態
基本要求：
足夠的操作功/較高的可靠性/動作迅速/具有自由脫扣裝置
操作機構的分類及特點
分類：手動操動機構、電磁操動機構、彈簧儲能操動機構、氣動操動機構、液壓操動機構等
電磁操動機構：結構簡單、價格較低、加工工藝要求低、可靠性高；缺點是合閘功率大、需要配備大容量的直流合閘電源、機械笨重、機構耗材多。
彈簧儲能操動機構：只需要小容量合閘電源，對電源要求不高（直流、交流均可）；缺點是操動機構的結構復雜、加工工藝要求高、機件強度要求高、安裝調試困難。
液壓操動機構：體積小、操作功大、動作平穩、無噪音、速度快、不需要大功率的合閘電源；缺點是結構復雜、加工工藝要求很高、動作速度受溫度影響大、價格昂貴。
電磁操動機構：結構簡單、價格較低、加工工藝要求低、可靠性高；缺點是合閘功率大、需要配備大容量的直流合閘電源、機械笨重、機構耗材多。
彈簧儲能操動機構：只需要小容量合閘電源，對電源要求不高（直流、交流均可）；缺點是操動機構的結構復雜、加工工藝要求高、機件強度要求高、安裝調試困難。
液壓操動機構：體積小、操作功大、動作平穩、無噪音、速度快、不需要大功率的合閘電源；缺點是結構復雜、加工工藝要求很高、動作速度受溫度影響大、價格昂貴。
斷路器的運行維護(要點)
（1）正常巡視：一般有人值班的變電所和升壓變電所每天巡視不少于一次，無人值班的變電所由當地按具體情況確定，通常每月不少于2次；
（2）新設備投入運行后，應相對縮短巡視周期，投入運行72h后轉入正常巡視檢查。
（3）SF6斷路器發生意外爆炸或嚴重漏氣等事故，盡量選擇從“上風”接近設備。
（2）新設備投入運行后，應相對縮短巡視周期，投入運行72h后轉入正常巡視檢查。
（3）SF6斷路器發生意外爆炸或嚴重漏氣等事故，盡量選擇從“上風”接近設備。
三、隔離開關
隔離開關在結構上沒有特殊的滅弧裝置，不允許用它帶負荷進行拉閘或合閘操作。隔離開關拉閘時，必須在斷路器切斷電路之后才能再拉隔離開關；合閘時，必須先合入隔離開關后，再用斷路器接通電路。
隔離開關的作用
隔離電源/倒閘操作
拉、合無電流或小電流電路
電氣設備運行狀態分為運行、備用和檢修三種工作狀態。
倒閘操作：將電氣設備由一種工作狀態改變為另一種工作狀態的操作。
拉、合無電流或小電流電路
電氣設備運行狀態分為運行、備用和檢修三種工作狀態。
倒閘操作：將電氣設備由一種工作狀態改變為另一種工作狀態的操作。
高壓隔離開關運行拉、合以下電路：
（1）拉、合電壓互感器與避雷器回路；
（2）拉、合母線和直接與母線相連設備的電容電流
（3）拉、合勵磁電流小于2A的空載變壓器；
（4）拉、合電容電流不超過5A的控制線路；
（2）拉、合母線和直接與母線相連設備的電容電流
（3）拉、合勵磁電流小于2A的空載變壓器；
（4）拉、合電容電流不超過5A的控制線路；
隔離開關的分類：
按安裝地點分：戶內式，戶外式；
按刀閘運動方式分：水平旋轉式，垂直旋轉式和插入式；
按每相支柱絕緣子數目分：單柱式，雙柱式，三柱式；
按操作特點分：單極式，三極式；
按有無接地刀閘分：帶接地刀閘，無接地刀閘；
按刀閘運動方式分：水平旋轉式，垂直旋轉式和插入式；
按每相支柱絕緣子數目分：單柱式，雙柱式，三柱式；
按操作特點分：單極式，三極式；
按有無接地刀閘分：帶接地刀閘，無接地刀閘；
隔離開關的類型
GN2-10型隔離開關：表示為“10kV戶內式隔離開關，額定電流位400~3000A”。
GW4-35型隔離開關：表示為“35kV戶外式隔離開關，額定電流位630~2000A”。
GW5-35系列隔離開關：雙柱式V形結構，支柱絕緣子軸線之間的交角為50度。
GW4-35型隔離開關：表示為“35kV戶外式隔離開關，額定電流位630~2000A”。
GW5-35系列隔離開關：雙柱式V形結構，支柱絕緣子軸線之間的交角為50度。
四、高壓負荷開關
高壓負荷開關是高壓電路中用于在額定電壓下接通或斷開負荷電流的專用電器。它雖有滅弧裝置，但滅弧能力較弱，只能切斷和接通正常的負荷電流，而不能用來切斷短路電流。一般情況下，負荷開關與高壓熔斷器配合使用，由熔斷器起短路保護作用。
負荷開關有工作觸頭和滅弧觸頭。合閘時，滅弧觸頭先閉合，然后工作觸頭再閉合；分閘時，工作觸頭先斷開，然后滅弧觸頭再斷開。
分類
按使用場所：戶內式和戶外式
按滅弧方式：油浸式、產氣式、真空和六氟化硫開關
按滅弧方式：油浸式、產氣式、真空和六氟化硫開關
五、高壓熔斷器
高壓熔斷器在通過短路電流或過載電流時熔斷，以保護電路中的電氣設備。在3kV-35kV小容量裝置中，熔斷器可用于保護線路、變壓器、電動機及電壓互感器等。
分類
按安裝地點：戶外式和戶內式
按動作特性：固定式和自動跌落式
按工作特性：限流式和非限流式
在沖擊短路電流到達之前能切斷短路電流的熔斷器稱為限流式熔斷器；否則為非限流式熔斷器。
按動作特性：固定式和自動跌落式
按工作特性：限流式和非限流式
在沖擊短路電流到達之前能切斷短路電流的熔斷器稱為限流式熔斷器；否則為非限流式熔斷器。
六、高壓電容器
高壓電容器是電力系統的無功電源之一，用于提高電網的功率因數。
高壓電容器安全運行
電容器金屬外殼應有明顯接地標志，其外殼應與金屬架構共同接地。
電容器應有溫度測量設備，可在適當部位安裝溫度計或貼示溫蠟片；一般情況下，環境溫度在±40℃之間時，充礦物油的電容器允許溫升為50℃，充硅油的電容器允許溫升為55℃。
允許過電壓，電容器組在正常運行時，可在1.1倍額定電壓下長期運行。
允許過電流，電容器組允許在1.3倍額定電流下長期運行。
正常情況下，高壓電容器組的投入或退出應根據系統無功潮流、負載功率因素和電網電壓等情況確定。一般功率因素低于0.85時，要投入高壓電容器組；功率因素超過0.95且仍有上升趨勢時，高壓電容器組應退出運行；系統電壓偏低時，也可投入高壓電容器組。
當電容器組發生下列情況之一時，應立即退出運行：電容器爆炸，電容器噴油或起火，瓷套管發生嚴重放電、閃絡，接點嚴重過熱或熔化，電容器內部或放電設備有嚴重異響，電容器外殼有異形膨脹。
電容器應有溫度測量設備，可在適當部位安裝溫度計或貼示溫蠟片；一般情況下，環境溫度在±40℃之間時，充礦物油的電容器允許溫升為50℃，充硅油的電容器允許溫升為55℃。
允許過電壓，電容器組在正常運行時，可在1.1倍額定電壓下長期運行。
允許過電流，電容器組允許在1.3倍額定電流下長期運行。
正常情況下，高壓電容器組的投入或退出應根據系統無功潮流、負載功率因素和電網電壓等情況確定。一般功率因素低于0.85時，要投入高壓電容器組；功率因素超過0.95且仍有上升趨勢時，高壓電容器組應退出運行；系統電壓偏低時，也可投入高壓電容器組。
當電容器組發生下列情況之一時，應立即退出運行：電容器爆炸，電容器噴油或起火，瓷套管發生嚴重放電、閃絡，接點嚴重過熱或熔化，電容器內部或放電設備有嚴重異響，電容器外殼有異形膨脹。
高壓電容器組運行操作注意事項：
①停電時，先拉開高壓電容器支路的斷路器，再拉其他各支路的斷路器。送電時，先合各支路的斷路器，最后再合高壓電容器組的斷路器。事故情況下，全站無電后，必須將高壓電容器組的支路斷路器先斷開。
②高壓電容器的保護熔斷器突然熔斷時，在未查明原因之前，不可更換熔體恢復送電。
③高壓電容器禁止在自身帶電荷時合閘。如果電容器剛斷電即又合閘，因電容器本身有存儲的電荷，電容器所承受的電壓可能達到2倍以上的額定電壓。高壓電容器組再次合閘，應在其斷電3min后進行。
②高壓電容器的保護熔斷器突然熔斷時，在未查明原因之前，不可更換熔體恢復送電。
③高壓電容器禁止在自身帶電荷時合閘。如果電容器剛斷電即又合閘，因電容器本身有存儲的電荷，電容器所承受的電壓可能達到2倍以上的額定電壓。高壓電容器組再次合閘，應在其斷電3min后進行。
高壓電容器組在運行中的常見故障和處理：
（1）電容器滲漏油
原因：①搬運方法不當；②溫度變化劇烈
處理方法：正確搬運；巡視檢查；調節電容器溫度
處理方法：正確搬運；巡視檢查；調節電容器溫度
（2）電容器外殼膨脹
原因：①內部發生局部放電；②產生過電壓；③使用期限已過
處理方法：立即停運
處理方法：立即停運
（3）電容器爆炸
原因：①內部發生相間短路；②相對外殼的擊穿
處理方法：應立即切斷電容器與電網的連接
處理方法：應立即切斷電容器與電網的連接
（4）電容器發熱
原因：①室溫過高；②接頭螺絲松動；③長期過電壓；④過負荷；⑤頻繁投切
處理方法：改善通風條件；停電擰緊螺絲；調換額定電壓較高的電容器；不頻繁投切
處理方法：改善通風條件；停電擰緊螺絲；調換額定電壓較高的電容器；不頻繁投切
（5）電容器有異常響聲
原因：①內部有局部放電（有“滋滋”聲）；②內部絕緣崩裂前兆（有“沽沽”聲）；
處理方法：經常巡視，注意聲響；停運檢修
處理方法：經常巡視，注意聲響；停運檢修
七、高壓成套配電裝置
高壓成套配電裝置是由制造廠成套供應的設備，運抵現場后組裝而成的高壓配電裝置。它將電氣主電路分成若干個單元，每個單元即一條回路，將每個單元的斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器，以及保護、控制、測量等設備集中裝配在一個整體柜中（通常稱為一面或一個高壓開關柜），由多個高壓開關柜在發電廠、變電所或配電所安裝后組成的電力裝置稱為成套配電裝置。
高壓開關柜應具有“五防”連鎖功能，即
防誤分、合斷路器；
防帶負荷拉合隔離開關；
防帶電合接地刀閘；
防帶接電線合斷路器；
防誤入帶電間隔。
采用斷路器、隔離開關、接地開關與柜門之間的強制性機械閉鎖或電磁鎖方式實現。
防帶負荷拉合隔離開關；
防帶電合接地刀閘；
防帶接電線合斷路器；
防誤入帶電間隔。
采用斷路器、隔離開關、接地開關與柜門之間的強制性機械閉鎖或電磁鎖方式實現。
環網開關柜
為了提高供電可靠性，使用戶可以從兩個方向獲得電源，通常將供電網連接成環形，這種供電方式簡稱為環網供電。
環網柜除向本配電所供電外，其高壓母線還要通過環形供電網的穿越電流（即經本配電所母線向相鄰配電所供電的電流），因此環網柜的高壓母線截面要根據本配電所的負荷電流與環網穿越電流之和選擇，以保證運行中高壓母線不過負荷運行。
10kV配電系統中，因負載容量不大，其高壓回路通常采用負荷開關或真空接觸器控制，并配有高壓熔斷器保護。該系統通常采用環形網供電，所使用的高壓開關柜一般稱為環網柜。
例：某10kV環網柜采用10kV高壓母線，負荷電流為80A，10kV母線短路電流為600A，并有20A穿越電流穿過其高壓母線，則應按（A ）選擇母線截面。
A． 100A B 620A C 680A D 700A
環網柜除向本配電所供電外，其高壓母線還要通過環形供電網的穿越電流（即經本配電所母線向相鄰配電所供電的電流），因此環網柜的高壓母線截面要根據本配電所的負荷電流與環網穿越電流之和選擇，以保證運行中高壓母線不過負荷運行。
10kV配電系統中，因負載容量不大，其高壓回路通常采用負荷開關或真空接觸器控制，并配有高壓熔斷器保護。該系統通常采用環形網供電，所使用的高壓開關柜一般稱為環網柜。
例：某10kV環網柜采用10kV高壓母線，負荷電流為80A，10kV母線短路電流為600A，并有20A穿越電流穿過其高壓母線，則應按（A ）選擇母線截面。
A． 100A B 620A C 680A D 700A
高壓/低壓預裝式箱式變電站
為了加快小型用戶變電所的建設速度、減小變電所的占地面積和投資，將小型用戶變電所的高壓電氣設備、變壓器和低壓控制設備、以及測量設備等組合在一起，在工廠內成套生產組裝成箱式遮體結構。變電站在站址完成基礎施工后，將成套的箱式整體結構變電站運到現場安裝后，建成的變電站為高壓/低壓預裝箱式變電站，簡稱箱式變。
箱式變電站的特點
占地面積小/供電線路較少/縮短現場施工周期
投資少/外形新穎美觀
投資少/外形新穎美觀
