高压开关设备

　高压开关设备主要用于关合开断3kV及以上电压电力线路，用以输送及倒换电力负荷；从供电系统中退出故障设备及故障线段，保证供电系统安全运行；将两段电力线路以至供电系统的两部分隔开；将已退出运行的设备或线路进行可靠接地，以保证电气线路、设备和运行维修人员的安全。因此，高压开关设备是重要的变配电设备。

　　高压电器分类：

　　(1)断路器：

　　主要用作控制和保护，断路器除长期承受分断、关合负荷电流外，还可分断或关合短路电流；并具有一定的动、热稳定性。断路器按其灭弧介质，可分油断路器、空气断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器等。

　　(2)负荷开关：

　　主要用作控制电路，用来承受和分断、关合负荷电流，具有一定的动、热稳定性，但不能分断短路电流，在一定条件下，可以关合短路电流。负荷开关按其灭弧介质，可分产气式负荷开关、压气式负荷开关、六氟化硫(SF６)负荷开关和真空负荷开关。负荷开关与熔断器组合使用，还可使其具有过电流保护功能。

　　(3)熔断器：

　　主要用作电路的过电流保护。高压熔断器分为户外式和户内式两种，户外式为跌落式熔断器，户内式为限流型熔断器。

　　(4)隔离开关：

　　主要用作隔离电源的安全作用。隔离开关具有一定的动、热稳定性，但不可带负荷电流开断电路。隔离开关一般均配合断路器使用，隔离开关也可作接地开关用。

　　高压开关电器品种繁多，但其基本结构都是由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、操作机构和基座等5个基本部分组成。

　　1.2对高压开关电器的性能要求

　　(1)具有一定的绝缘水平：

　　高压开关电器的绝缘强度，应能耐受工频最高工作电压的长期作用，又能耐受大气过电压和因电力系统参数突然变化而引起的操作过电压的短时作用。

　　(2)满足正常发热条件：

　　高压开关电器在长期通过额定电流及通过一定的过载电流时，其发热温度应不超过允许值，以免损坏电器。

　　(3)满足短路热稳定条件：
高压开关电器应能耐受一定的短路电流通过时产生的热效应而不致损坏，能达到规定的短路热稳定度的要求。

　　(4)满足短路动稳定度条件：

　　高压开关电器应能耐受一定的短路冲击电流通过时产生的电动力效应而不致损坏，应能达到规定的短路动稳定度的要求。

　　(5)具有足够的通断能力：

　　高压开关电器应具有规定的通断能力，特别是能分断短路电流的断路器，应满足规定的分断短路电流的要求，具有足够的断流能力。

　　(6)机械性能好，动作时间快：

　　高压开关电器开断故障电流的时间快慢，会影响电力系统传输功率的大小和运行的稳定性，要求断路器接到动作信号后，在预定的时间内迅速开断故障电流。

　　1.3高压断路器运行

断路器是高压开关设备中最主要、最复杂的电器。可既能关合、承载、开断运行回路的正常电流，又有关合、承载、开断规定的过载电流和短路电流。它广泛用于电力系统的发电厂、变电所、开关站及用电线路上，同时承担着控制和保护的双重任务。

　　(1)油断路器运行：

　　油断路器包括：

　　多油断路器断路器触头在绝缘油中闭合和断开；油兼有灭弧和绝缘功能；结构简单，但缺点较多，易燃易爆，现已趋于淘汰；

　　少油断路器断路器触头在绝缘油中闭合和断开；油只起灭弧作用，结构简单，但不能频繁操作且维护工作量大，易燃易爆，不符合防火灾要求。

　　①油断路器操作(兼各种断路器操作)：

　　油断路器有很强的灭弧能力，能切断负载电流和短路电流，由于断路器本身的缺陷或对断路器的操作使用不当，都可能造成事故，而最严重的事故是断路器爆炸。

　　a.分、合闸操作时，动作应果断、迅速，把操作手柄扳至终点位置，使手柄从上到下动作连续运动，确定断路器断开后，方可拉开相应的隔离开关；

　　b.合闸时，应注意观察有关指示仪表，若有事故预兆，应立即切断线路；

　　c.分断容量应能满足系统要求，断路器应在分断容量允许范围内正常工作。若系统的最大短路容量超过分断容量时，一旦发生短路，断路器可能爆炸，因此分断容量不能满足要求时，应采取措施降低短路容量；

　　遇到下列情况时，必须断开操作电源：

　　a.断路器停电检修，或在有关二次回路及继电保护自动装置回路上工作时；

　　b.当断路器的操作不在主控制室和配电室内，在断开操作电源的同时，必须在断路器操作手柄上悬挂"禁止合闸，有人工作"的警告牌；

　　c.当系统接线从一组母线倒换到另一母线时。

　　②油断路器运行：

　　1)定期进行正常巡视检查，保持良好运行状态：

　　a.油断路器油色有无变化，油量是否适当，有无渗漏油现象；

　　b.各部分瓷件有无裂纹、破损，表面有无脏污和放电现象；

　　c.各连接处有无过热现象；

　　d.操作机构的连杆有无裂纹，少油断路器的软连接铜片有无断裂；

　　e.操作机构的分、合闸指示与操作手柄的位置、指示灯显示，是否与实际运行位置相符；

　　f.有无异常气味、响声；

　　g.金属外皮的接地线是否完好；

　　h.室外断路器的操作箱有无进水，冬季保温设施是否正常；

　　i.负荷电流是否在额定值范围之内；

　　j.分、合闸回路是否完好，电源电压是否在允许范围内；

　　k.操作电源直流系统有无接地现象。

　　③油断路器维修：

　　油断路器应根据有关规程规定和运行情况进行大、小修。

　　1)小修的项目如下：

　　a.清扫检查断路器主体；

　　b.检查绝缘瓷件有无裂纹、破损、放电；

　　c.清扫检查操作机构的连件、拐臂、轴销；

　　d.检查油面是否正常、缺油时应及时加油；

　　e.检查并紧固导电杆连接处；

　　f.检修接地装置；

　　g.根据有关规定，进行预防性试验。

　　2)大修的项目如下：

　　大修一般均为解体检查，主要项目如下：

　　a.检查主触头有无损伤，如有放电伤痕应立即处理，必要时更换相关部件；

　　b.更换断路器油；

　　c.解体后检查各部件，如有损伤应及时更换；

　　d.根据断路器技术要求、调整触头弹簧、触头开距；

　　e.检修操作机构；

　　f.检修安装构架；

　　g.检修后按规定作大修试验，并进行合闸试验和传动试验，检查各部分动作是否灵活。

　　1.4　真空断路器运行

　　真空断路器是指触头在高真空中开断电路的断路器。它是20世纪50年代后发展起来的一种新型断路器。真空断路器所采用的绝缘介质和灭弧介质是高真空(真空度为10-4mmHg以上)。高真空度具有很高的绝缘强度，有利于熄灭电弧。

　　真空断路器的主要优点如下：

　　触头开距小，动作快；燃弧时间短，触头烧损影响小；体积小，重量轻；维修工作量小；防火防爆；操作和运行时噪音小；适用于频繁操作，特别适合于开断容性负载电流。

　　但真空断路器的造价较高，开断小电感电流时，有可能产生较高的过电压，需采取降低过电压的措施，一般为并联金属氧化物避雷器。

　　真空断路器主要用于频繁操作(如控制高压电动机、电弧炼钢炉)和故障较多的配电系统，或用于切、合电容器组、大型无线电发射台、地下变电所及高大建筑物的配电室等。

　　(1)　真空断路器结构特点：

　　真空断路器是指断路器的主触头置于真空灭弧室内，触头的开断与闭合均在高真空度的环境中进行。所以真空断路器的结构，实为真空灭弧室的结构。

　　①触头：

　　触头的结构和大小是影响断路器开断能力的重要因素。真空灭弧室的触头，一般采用对接式，但对接式触头易产生触头弹跳现象，因此需要提高触头的初压力，以减少触头的弹跳(其弹跳时间不允许超过2ms)。为了克服短路电流的电动斥力，触头还必须具有足够大的终压力。常用触头材料有铜铋合金、铜铬合金、铜铋铝合金等，而触头表面(跑弧面)则采用纯铜或铬铜。

　　触头的形式有园盘式和瓷吹式两种。触头的开距，10kV一般为10～16mm，35kV一般为24～40mm。

　　②屏蔽罩：

　　屏蔽罩是包围在触头周围的金属圆筒，它的作用是吸收燃弧过程中放出的金属蒸汽和金属液滴，防止其返回触头间隙引起重燃，和防止沉积到绝缘外壳表面引起的外壳绝缘强度降低。

　　真空灭弧室的屏蔽罩通常是和动、静触头绝缘的，可防止真空电弧由触头表面转移到屏蔽罩上，从而防止因电弧在屏蔽罩表面燃烧导致开断失败。屏蔽罩绝缘固定时，屏蔽罩还有均压作用，可改善真空灭弧室的绝缘特性。

　　③波纹管：

　　波纹管是真空灭弧室重要的部件。利用波纹管的纵向可伸缩性，从真空灭弧室外部用机械方法使内部的触头运动，而又不破坏外壳的气密性。波纹管是真空灭弧室中唯一的需要大幅度运动的机械变形的元件，容易因疲劳损坏。真空灭弧室中常用的是壁厚为0.12～0.14mm的液压成型或机械滚压成型的波纹管。一般使用的材质为铬－镍－钛不锈钢。

　　在真空灭弧室中，波纹管外部为真空，内部为大气，波纹管的内外存在一个大气压的气压差。在此压差的作用下产生一个将动触头压紧在静触头上的力，称作触头自闭力。

　　④绝缘外壳：

　　真空灭弧室的绝缘外壳常用材料有玻璃或高氧化铝陶瓷。玻璃外壳的强度低于陶瓷外壳，且加工精度较低，但价格低，玻璃外壳真空灭弧室适用于开断电流较小的断路器。陶瓷外壳则可用于所有的真空断路器。

　　真空灭弧室的真空度：

　　真空灭弧室真空度过低时，真空灭弧室的绝缘性能及开断能力都将严重恶化。真空度过高时，真空灭弧室的特性基本不随真空度的变化而变化，为了确保真空灭弧室的可靠工作，要求真空灭弧室真空度高于6.5×10-1Pa，一般的真空度为1.3×10-2～1.3×10-5Pa之间。
为了使真空灭弧室具有足够的真空度，且在运行中保持真空度不变，因此，要求真空灭弧室的外壳不漏气和内部零件不产气。为了保持高的真空度，不少真空灭弧室内装有吸气剂以吸收真空灭弧室在储存和运行期间内部零件释放出的气体。

　　检验真空灭弧室的真空度，一般采用工频耐压试验法，为了提高检验的准确度，还可采用专用仪器即磁控真空计测量。

　　(2)　真空断路器运行维修：

　　①真空断路器的巡视检查：

　　真空断路器的巡视检查，除检查其真空灭弧室有无异常，其它检查均与油断路器的检查项目基本相同。

　　②真空断路器的维修：

　　真空断路器的灭弧室因制造质量或运输中震动、储存和运行中个别元件老化，均可能使真空度不足，导致影响断路器开断和关合能力。因此，在维修工作中，需要检验灭弧室的真空度。

　　真空断路器是一种少维护的开关设备。对于动作不太频繁的使用场所，投入运行的初期，每1～2年检查一次，检查维护两次后，便可延长检查期限，对于动作频繁的使用场所，运行初期每动作1000～2000次应检查维护一次。检查维护两次后，可适当延长检查期限。

　　真空断路器维修项目：

　　1)清扫检查真空灭弧室和绝缘件表面污垢、灰尘，检查有无破损、放电；

　　2)检查各紧固件，如有松动、脱落者应及时紧固；

　　3)检查操作系统的缓冲器，必要时要加油；

　　4)为操作机构传动系统中的滑动或滚动摩擦部位润滑。

　　5)按运行规程的有关规定进行预防性试验。

　　③真空断路器的操作过电压：

　　真空断路器产生操作过电压的根本原因是电流截断和开断高频电流。真空断路器开断小电感电流时，因真空电弧的截流现象，电流可能在电流过零点前被切断，由此产生截流过电压。切断变压器的励磁电流及电机的空载电流时容易发生危险的截流过电压。

　　在某些特定的条件下，当真空断路器触头在电流零点前很短时间内分离。触头分离后在过零点被切断，这时因触头开距很小，电流切断后会很快发生重击穿，在负载和电源侧产生高频震荡，触头间流过高频电流，在高频电流过零点时，电流被再次切断并再次发生击穿，此过程经多次重复，产生过电压。常用阻容(R－C)串联回路、金属氧化物避雷器等防止或降低真空断路器产生的过电压。

　　金属氧化物避雷器可限制过电压的幅值，用来保护变压器负载。但对于防止电动机负载的多次重燃过电压的危害作用不大。对于电动机负载的真空断路器应采用R－C串联回路，来防止和限制过电压的危害。