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高压电器及成套配电装置 --【赫兹电力】
发布时间：2024-11-01 14:33:15人气：
3kV~35kV常用的高压电器有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和电容器等多种设备。
高压电器在高压电路中起着控制或保护等作用。
一、电力系统短路基本概念
电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性点直接接地系统而言）通过金属导体、电弧或其他较小阻抗连接而形成的非正常状态称为短路。
短路的基本类型有：
短路电流危害（热、安培力、电弧、电压）
高压电器中的电弧
二、高压断路器
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。
断路器的工作状态（断开或闭合）是由它的操动机构控制的。
高压断路器的类型
高压断路器的主要参数
断路器型号及含义
SF6断路器：
断路器操作机构
基本要求：
操作机构的分类及特点
断路器的运行维护(要点)
三、隔离开关
隔离开关的作用
高压隔离开关运行拉、合以下电路：
隔离开关的分类：
隔离开关的类型
四、高压负荷开关
高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压下接通或断开负荷电流的专用电器。它虽有灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能切断和接通正常的负荷电流，而不能用来切断短路电流。一般情况下，负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器起短路保护作用。
负荷开关有工作触头和灭弧触头。合闸时，灭弧触头先闭合，然后工作触头再闭合；分闸时，工作触头先断开，然后灭弧触头再断开。
分类
五、高压熔断器
高压熔断器在通过短路电流或过载电流时熔断，以保护电路中的电气设备。在3kV-35kV小容量装置中，熔断器可用于保护线路、变压器、电动机及电压互感器等。
分类
六、高压电容器
高压电容器是电力系统的无功电源之一，用于提高电网的功率因数。
高压电容器安全运行
高压电容器组运行操作注意事项：
高压电容器组在运行中的常见故障和处理：
七、高压成套配电装置
高压成套配电装置是由制造厂成套供应的设备，运抵现场后组装而成的高压配电装置。它将电气主电路分成若干个单元，每个单元即一条回路，将每个单元的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器，以及保护、控制、测量等设备集中装配在一个整体柜中（通常称为一面或一个高压开关柜），由多个高压开关柜在发电厂、变电所或配电所安装后组成的电力装置称为成套配电装置。
高压开关柜应具有“五防”连锁功能，即
环网开关柜
高压/低压预装式箱式变电站
箱式变电站的特点
高压电器在高压电路中起着控制或保护等作用。
一、电力系统短路基本概念
电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性点直接接地系统而言）通过金属导体、电弧或其他较小阻抗连接而形成的非正常状态称为短路。
短路的基本类型有：
三相短路、两相短路、两相接地短路和单相短路
短路电流危害（热、安培力、电弧、电压）
短路电流通过电气设备时，将引起导体严重发热，造成导体温度升高甚至熔化，并且会损坏绝缘。
短路电流通过电气设备时，在相间产生很大的电动力作用于导体上，可能造成设备的形变和损坏。
短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备或烧伤周围人员，甚至引起火灾。
短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，将产生很大的电压降，还会引起发电机端电压的降低，因此影响电力系统的正常供电。
短路电流通过电气设备时，在相间产生很大的电动力作用于导体上，可能造成设备的形变和损坏。
短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备或烧伤周围人员，甚至引起火灾。
短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，将产生很大的电压降，还会引起发电机端电压的降低，因此影响电力系统的正常供电。
高压电器中的电弧
电弧电流的本质是离子导电，即触头之间的正离子（带正电）在触头间电场力的作用下向负极运动，负离子（带负电）和自由电子在触头间电场力的作用下向正极运动而形成的电流。
触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上并没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才能真正断开。
当电感（或电容）性负载所占比例较大（即电压和电流相位差较大时），恢复电压增加较快，不利于灭弧。对于纯阻性负载，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。
触头间介质击穿电压：触头间产生电弧的最小电压；
触头间恢复电压：触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压；
触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上并没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才能真正断开。
当电感（或电容）性负载所占比例较大（即电压和电流相位差较大时），恢复电压增加较快，不利于灭弧。对于纯阻性负载，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。
触头间介质击穿电压：触头间产生电弧的最小电压；
触头间恢复电压：触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压；
灭弧条件：触头间介质击穿电压大于触头间恢复电压。
加速电弧熄灭的方法(原理)
气体吹动电弧(降温，带走带电质点)
拉长电弧(增大表面积)
电弧与固体介质接触(迅速冷却)
加速电弧熄灭的方法(原理)
气体吹动电弧(降温，带走带电质点)
拉长电弧(增大表面积)
电弧与固体介质接触(迅速冷却)
二、高压断路器
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。
断路器的工作状态（断开或闭合）是由它的操动机构控制的。
高压断路器的类型
高压断路器按安装地点分可分为户内式和户外式两种。
按灭弧原或灭弧介质可分为油断路器（多油断路器和少油断路器）、真空断路器、六氟化硫断路器等等。
多油断路器的特点：用油量多、金属耗材量大、易发生火灾或爆炸、体积较大、加工工艺要求不高、耐用、价格较低等特点。
少油断路器的特点：耗材少、价格低等优点，但需定期检修，有引起火灾或爆炸的危险。
按灭弧原或灭弧介质可分为油断路器（多油断路器和少油断路器）、真空断路器、六氟化硫断路器等等。
多油断路器的特点：用油量多、金属耗材量大、易发生火灾或爆炸、体积较大、加工工艺要求不高、耐用、价格较低等特点。
少油断路器的特点：耗材少、价格低等优点，但需定期检修，有引起火灾或爆炸的危险。
高压断路器的主要参数
额定电压、额定电流、额定开断电流、关合电流
断路器型号及含义
ZN4-10/630型断路器：表示为“室内式真空断路器，设计序号为4，额定电压为10kV，额定电流为630A
SF6断路器：
使用寿命长、检修周期长、检修工作量小、不存在燃烧和爆炸的危险。
SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃、易液化，对电气设备不腐蚀的气体。
SF6气体绝缘性和灭弧能力强，它的绝缘强度是空气的2.33倍，灭弧能力是空气的100倍。
SF6气体在电弧高温下会分解成低氟化物，电弧过零后，很快再结合成SF6气体。某些SF6断路器检修年限可达20年以上。
SF6气体严禁向大气排放，必须使用SF6气体回收装置，避免污染环境，保证环境安全。设有气体检漏设备和气体回收装置。
新装SF6断路器投入运行前必须复测气体含水量和漏气率，要求灭弧室的含水量应小于150ppm（体积比），其他气室小于250ppm（体积比）；SF6年漏气率小于1%。
运行中的SF6断路器应定期测量SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每三个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。
每日定时记录SF6气体压力和温度。
SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃、易液化，对电气设备不腐蚀的气体。
SF6气体绝缘性和灭弧能力强，它的绝缘强度是空气的2.33倍，灭弧能力是空气的100倍。
SF6气体在电弧高温下会分解成低氟化物，电弧过零后，很快再结合成SF6气体。某些SF6断路器检修年限可达20年以上。
SF6气体严禁向大气排放，必须使用SF6气体回收装置，避免污染环境，保证环境安全。设有气体检漏设备和气体回收装置。
新装SF6断路器投入运行前必须复测气体含水量和漏气率，要求灭弧室的含水量应小于150ppm（体积比），其他气室小于250ppm（体积比）；SF6年漏气率小于1%。
运行中的SF6断路器应定期测量SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每三个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。
每日定时记录SF6气体压力和温度。
断路器操作机构
作用：
用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态
基本要求：
足够的操作功/较高的可靠性/动作迅速/具有自由脱扣装置
操作机构的分类及特点
分类：手动操动机构、电磁操动机构、弹簧储能操动机构、气动操动机构、液压操动机构等
电磁操动机构：结构简单、价格较低、加工工艺要求低、可靠性高；缺点是合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸电源、机械笨重、机构耗材多。
弹簧储能操动机构：只需要小容量合闸电源，对电源要求不高（直流、交流均可）；缺点是操动机构的结构复杂、加工工艺要求高、机件强度要求高、安装调试困难。
液压操动机构：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、不需要大功率的合闸电源；缺点是结构复杂、加工工艺要求很高、动作速度受温度影响大、价格昂贵。
电磁操动机构：结构简单、价格较低、加工工艺要求低、可靠性高；缺点是合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸电源、机械笨重、机构耗材多。
弹簧储能操动机构：只需要小容量合闸电源，对电源要求不高（直流、交流均可）；缺点是操动机构的结构复杂、加工工艺要求高、机件强度要求高、安装调试困难。
液压操动机构：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、不需要大功率的合闸电源；缺点是结构复杂、加工工艺要求很高、动作速度受温度影响大、价格昂贵。
断路器的运行维护(要点)
（1）正常巡视：一般有人值班的变电所和升压变电所每天巡视不少于一次，无人值班的变电所由当地按具体情况确定，通常每月不少于2次；
（2）新设备投入运行后，应相对缩短巡视周期，投入运行72h后转入正常巡视检查。
（3）SF6断路器发生意外爆炸或严重漏气等事故，尽量选择从“上风”接近设备。
（2）新设备投入运行后，应相对缩短巡视周期，投入运行72h后转入正常巡视检查。
（3）SF6断路器发生意外爆炸或严重漏气等事故，尽量选择从“上风”接近设备。
三、隔离开关
隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置，不允许用它带负荷进行拉闸或合闸操作。隔离开关拉闸时，必须在断路器切断电路之后才能再拉隔离开关；合闸时，必须先合入隔离开关后，再用断路器接通电路。
隔离开关的作用
隔离电源/倒闸操作
拉、合无电流或小电流电路
电气设备运行状态分为运行、备用和检修三种工作状态。
倒闸操作：将电气设备由一种工作状态改变为另一种工作状态的操作。
拉、合无电流或小电流电路
电气设备运行状态分为运行、备用和检修三种工作状态。
倒闸操作：将电气设备由一种工作状态改变为另一种工作状态的操作。
高压隔离开关运行拉、合以下电路：
（1）拉、合电压互感器与避雷器回路；
（2）拉、合母线和直接与母线相连设备的电容电流
（3）拉、合励磁电流小于2A的空载变压器；
（4）拉、合电容电流不超过5A的控制线路；
（2）拉、合母线和直接与母线相连设备的电容电流
（3）拉、合励磁电流小于2A的空载变压器；
（4）拉、合电容电流不超过5A的控制线路；
隔离开关的分类：
按安装地点分：户内式，户外式；
按刀闸运动方式分：水平旋转式，垂直旋转式和插入式；
按每相支柱绝缘子数目分：单柱式，双柱式，三柱式；
按操作特点分：单极式，三极式；
按有无接地刀闸分：带接地刀闸，无接地刀闸；
按刀闸运动方式分：水平旋转式，垂直旋转式和插入式；
按每相支柱绝缘子数目分：单柱式，双柱式，三柱式；
按操作特点分：单极式，三极式；
按有无接地刀闸分：带接地刀闸，无接地刀闸；
隔离开关的类型
GN2-10型隔离开关：表示为“10kV户内式隔离开关，额定电流位400~3000A”。
GW4-35型隔离开关：表示为“35kV户外式隔离开关，额定电流位630~2000A”。
GW5-35系列隔离开关：双柱式V形结构，支柱绝缘子轴线之间的交角为50度。
GW4-35型隔离开关：表示为“35kV户外式隔离开关，额定电流位630~2000A”。
GW5-35系列隔离开关：双柱式V形结构，支柱绝缘子轴线之间的交角为50度。
四、高压负荷开关
高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压下接通或断开负荷电流的专用电器。它虽有灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能切断和接通正常的负荷电流，而不能用来切断短路电流。一般情况下，负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器起短路保护作用。
负荷开关有工作触头和灭弧触头。合闸时，灭弧触头先闭合，然后工作触头再闭合；分闸时，工作触头先断开，然后灭弧触头再断开。
分类
按使用场所：户内式和户外式
按灭弧方式：油浸式、产气式、真空和六氟化硫开关
按灭弧方式：油浸式、产气式、真空和六氟化硫开关
五、高压熔断器
高压熔断器在通过短路电流或过载电流时熔断，以保护电路中的电气设备。在3kV-35kV小容量装置中，熔断器可用于保护线路、变压器、电动机及电压互感器等。
分类
按安装地点：户外式和户内式
按动作特性：固定式和自动跌落式
按工作特性：限流式和非限流式
在冲击短路电流到达之前能切断短路电流的熔断器称为限流式熔断器；否则为非限流式熔断器。
按动作特性：固定式和自动跌落式
按工作特性：限流式和非限流式
在冲击短路电流到达之前能切断短路电流的熔断器称为限流式熔断器；否则为非限流式熔断器。
六、高压电容器
高压电容器是电力系统的无功电源之一，用于提高电网的功率因数。
高压电容器安全运行
电容器金属外壳应有明显接地标志，其外壳应与金属架构共同接地。
电容器应有温度测量设备，可在适当部位安装温度计或贴示温蜡片；一般情况下，环境温度在±40℃之间时，充矿物油的电容器允许温升为50℃，充硅油的电容器允许温升为55℃。
允许过电压，电容器组在正常运行时，可在1.1倍额定电压下长期运行。
允许过电流，电容器组允许在1.3倍额定电流下长期运行。
正常情况下，高压电容器组的投入或退出应根据系统无功潮流、负载功率因素和电网电压等情况确定。一般功率因素低于0.85时，要投入高压电容器组；功率因素超过0.95且仍有上升趋势时，高压电容器组应退出运行；系统电压偏低时，也可投入高压电容器组。
当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：电容器爆炸，电容器喷油或起火，瓷套管发生严重放电、闪络，接点严重过热或熔化，电容器内部或放电设备有严重异响，电容器外壳有异形膨胀。
电容器应有温度测量设备，可在适当部位安装温度计或贴示温蜡片；一般情况下，环境温度在±40℃之间时，充矿物油的电容器允许温升为50℃，充硅油的电容器允许温升为55℃。
允许过电压，电容器组在正常运行时，可在1.1倍额定电压下长期运行。
允许过电流，电容器组允许在1.3倍额定电流下长期运行。
正常情况下，高压电容器组的投入或退出应根据系统无功潮流、负载功率因素和电网电压等情况确定。一般功率因素低于0.85时，要投入高压电容器组；功率因素超过0.95且仍有上升趋势时，高压电容器组应退出运行；系统电压偏低时，也可投入高压电容器组。
当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：电容器爆炸，电容器喷油或起火，瓷套管发生严重放电、闪络，接点严重过热或熔化，电容器内部或放电设备有严重异响，电容器外壳有异形膨胀。
高压电容器组运行操作注意事项：
①停电时，先拉开高压电容器支路的断路器，再拉其他各支路的断路器。送电时，先合各支路的断路器，最后再合高压电容器组的断路器。事故情况下，全站无电后，必须将高压电容器组的支路断路器先断开。
②高压电容器的保护熔断器突然熔断时，在未查明原因之前，不可更换熔体恢复送电。
③高压电容器禁止在自身带电荷时合闸。如果电容器刚断电即又合闸，因电容器本身有存储的电荷，电容器所承受的电压可能达到2倍以上的额定电压。高压电容器组再次合闸，应在其断电3min后进行。
②高压电容器的保护熔断器突然熔断时，在未查明原因之前，不可更换熔体恢复送电。
③高压电容器禁止在自身带电荷时合闸。如果电容器刚断电即又合闸，因电容器本身有存储的电荷，电容器所承受的电压可能达到2倍以上的额定电压。高压电容器组再次合闸，应在其断电3min后进行。
高压电容器组在运行中的常见故障和处理：
（1）电容器渗漏油
原因：①搬运方法不当；②温度变化剧烈
处理方法：正确搬运；巡视检查；调节电容器温度
处理方法：正确搬运；巡视检查；调节电容器温度
（2）电容器外壳膨胀
原因：①内部发生局部放电；②产生过电压；③使用期限已过
处理方法：立即停运
处理方法：立即停运
（3）电容器爆炸
原因：①内部发生相间短路；②相对外壳的击穿
处理方法：应立即切断电容器与电网的连接
处理方法：应立即切断电容器与电网的连接
（4）电容器发热
原因：①室温过高；②接头螺丝松动；③长期过电压；④过负荷；⑤频繁投切
处理方法：改善通风条件；停电拧紧螺丝；调换额定电压较高的电容器；不频繁投切
处理方法：改善通风条件；停电拧紧螺丝；调换额定电压较高的电容器；不频繁投切
（5）电容器有异常响声
原因：①内部有局部放电（有“滋滋”声）；②内部绝缘崩裂前兆（有“沽沽”声）；
处理方法：经常巡视，注意声响；停运检修
处理方法：经常巡视，注意声响；停运检修
七、高压成套配电装置
高压成套配电装置是由制造厂成套供应的设备，运抵现场后组装而成的高压配电装置。它将电气主电路分成若干个单元，每个单元即一条回路，将每个单元的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器，以及保护、控制、测量等设备集中装配在一个整体柜中（通常称为一面或一个高压开关柜），由多个高压开关柜在发电厂、变电所或配电所安装后组成的电力装置称为成套配电装置。
高压开关柜应具有“五防”连锁功能，即
防误分、合断路器；
防带负荷拉合隔离开关；
防带电合接地刀闸；
防带接电线合断路器；
防误入带电间隔。
采用断路器、隔离开关、接地开关与柜门之间的强制性机械闭锁或电磁锁方式实现。
防带负荷拉合隔离开关；
防带电合接地刀闸；
防带接电线合断路器；
防误入带电间隔。
采用断路器、隔离开关、接地开关与柜门之间的强制性机械闭锁或电磁锁方式实现。
环网开关柜
为了提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，通常将供电网连接成环形，这种供电方式简称为环网供电。
环网柜除向本配电所供电外，其高压母线还要通过环形供电网的穿越电流（即经本配电所母线向相邻配电所供电的电流），因此环网柜的高压母线截面要根据本配电所的负荷电流与环网穿越电流之和选择，以保证运行中高压母线不过负荷运行。
10kV配电系统中，因负载容量不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。该系统通常采用环形网供电，所使用的高压开关柜一般称为环网柜。
例：某10kV环网柜采用10kV高压母线，负荷电流为80A，10kV母线短路电流为600A，并有20A穿越电流穿过其高压母线，则应按（A ）选择母线截面。
A． 100A B 620A C 680A D 700A
环网柜除向本配电所供电外，其高压母线还要通过环形供电网的穿越电流（即经本配电所母线向相邻配电所供电的电流），因此环网柜的高压母线截面要根据本配电所的负荷电流与环网穿越电流之和选择，以保证运行中高压母线不过负荷运行。
10kV配电系统中，因负载容量不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。该系统通常采用环形网供电，所使用的高压开关柜一般称为环网柜。
例：某10kV环网柜采用10kV高压母线，负荷电流为80A，10kV母线短路电流为600A，并有20A穿越电流穿过其高压母线，则应按（A ）选择母线截面。
A． 100A B 620A C 680A D 700A
高压/低压预装式箱式变电站
为了加快小型用户变电所的建设速度、减小变电所的占地面积和投资，将小型用户变电所的高压电气设备、变压器和低压控制设备、以及测量设备等组合在一起，在工厂内成套生产组装成箱式遮体结构。变电站在站址完成基础施工后，将成套的箱式整体结构变电站运到现场安装后，建成的变电站为高压/低压预装箱式变电站，简称箱式变。
箱式变电站的特点
占地面积小/供电线路较少/缩短现场施工周期
投资少/外形新颖美观
投资少/外形新颖美观
