變電站一次主設(shè)備

1、第二章 變電站一次主設(shè)備變電站中凡直接用來(lái)接受與分配電能以及與改變電能電壓相關(guān)的所有設(shè)備，均稱為一次設(shè)備或主設(shè)備。由于大都承受高電壓，故也多屬高壓電器或設(shè)備。它們包括主變壓器、斷路器、隔離刀閘、母線、互感器、電抗器、補(bǔ)償電容器、避雷器以及進(jìn)出變電所的輸配電線路等。由一次設(shè)備連接成的系統(tǒng)稱電氣一次系統(tǒng)或電氣主接線系統(tǒng)。第一節(jié) 電力變壓器變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，屬于一種旋轉(zhuǎn)速度為零的電機(jī)。電力變壓器在系統(tǒng)中工作時(shí)，可將電能由它的一次側(cè)經(jīng)電磁能量的轉(zhuǎn)換傳輸?shù)蕉蝹?cè)，同時(shí)根據(jù)輸配電的需要將電壓升高或降低。故它在電能的生產(chǎn)輸送和分配使用的全過(guò)程中，作用十分重要。整個(gè)電力系統(tǒng)中，變壓器的容量通常約為發(fā)

2、電機(jī)容量的3倍以上。變壓器在變換電壓時(shí)，是在同一頻率下使其二次側(cè)與一次側(cè)具有不同的電壓和電流。由于能量守恒，其二次側(cè)與一次側(cè)的電流與電壓的變化是相反的，即要使某一側(cè)電路的電壓升高時(shí)，則該側(cè)的電流就必然減小。變壓器并不是也決不能將電能的“量”變大或變小。在電力的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，因變壓器本身要消耗一定能量，所以輸入變壓器的總能量應(yīng)等于輸出的能量加上變壓器工作時(shí)本身消耗的能量。由于變壓器無(wú)旋轉(zhuǎn)部分，工作時(shí)無(wú)機(jī)械損耗，且新產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工藝等方面采取了眾多節(jié)能措施，故其工作效率很高。通常，中小型變壓器的效率不低于95%，大容量變壓器的效率則可達(dá)80%以上。一、電力變壓器分類(lèi)及工作原理（一）電力變壓器的

3、分類(lèi)根據(jù)電力變壓器的用途和結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)可分如下幾類(lèi)：（1）按用途分有：升壓變壓器（使電力從低壓升為高壓，然后經(jīng)輸電線路向遠(yuǎn)方輸送）；降壓變壓器（使電力從高壓降為低壓，再由配電線路對(duì)近處或較近處負(fù)荷供電）。（2）按相數(shù)分有：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎蝗嘧儔浩?。?）按繞組分有：?jiǎn)卫@組變壓器（為兩級(jí)電壓的自耦變壓器）；雙繞組變壓器；三繞組變壓器。（4）按繞組材料分有：銅線變壓器；鋁線變壓器。（5）按調(diào)壓方式分有：無(wú)載調(diào)壓變壓器；有載調(diào)壓變壓器。（6）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分有：1）油浸式變壓器。冷卻方式一般為自然冷卻，風(fēng)冷卻（在散熱器上安裝風(fēng)扇），強(qiáng)迫風(fēng)冷卻（在前者基礎(chǔ)上還裝有潛油泵，以促進(jìn)油循環(huán)）。此外，大型變

4、壓器還有采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻等。2）干式變壓器。繞組置于氣體中（空氣或六氟化硫氣體），或是澆注環(huán)氧樹(shù)脂絕緣。它們大多在部分配電網(wǎng)內(nèi)用作配電變壓器。目前已可制造到35KV級(jí)，其應(yīng)用前景很廣。（二）變壓器的工作原理變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的。正是因?yàn)樗墓ぷ髟硪约肮ぷ鲿r(shí)內(nèi)部的電磁過(guò)程與電機(jī)（發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)）完全相同，故將它劃為電機(jī)一類(lèi)，僅是旋轉(zhuǎn)速度為零（即靜止）而已。變壓器本體主要由繞組和鐵心組成。工作時(shí)，繞組是“電”的通路，而鐵心則是“磁”的通路，且起繞組骨架的作用。一次側(cè)輸入電能后，因其交變故在鐵心內(nèi)產(chǎn)生了交變的磁場(chǎng)（即由電能變成磁場(chǎng)能）；由于匝鏈（穿透），二次繞組的

5、磁力線在不斷地交替變化，所以感應(yīng)出二次電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)外電路溝通時(shí)，則產(chǎn)生了感生電流，向外輸出電能（即由磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)變成電能）。這種“電磁電”的轉(zhuǎn)換過(guò)程是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的，這種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程也就是變壓器的工作過(guò)程。下面再由理論分析及公式推導(dǎo)來(lái)進(jìn)一步加以說(shuō)明：見(jiàn)圖22，在單相變壓器的原理圖中，閉合的鐵心上繞有兩個(gè)互相絕緣的繞組。其中接入電源的一側(cè)叫一次繞組，輸出電能的一側(cè)叫二次繞組。當(dāng)交流電源電壓U1加到一次繞組后，就有交流電流I1通過(guò)該繞組并在鐵心中產(chǎn)生交變磁通m。這個(gè)交變磁通不僅穿過(guò)一次繞組，同時(shí)也穿過(guò)二次繞組，兩個(gè)繞組中將分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1和E2。這時(shí)若二次繞組與外電路的負(fù)載接通，

6、便會(huì)有電流I2流入負(fù)載 ，即二次繞組就有電能輸出。圖22根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以導(dǎo)出：一次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值 E14.44fN1BmS*10-4二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值E24.44fN2BmS*10-4式中f電源頻率（Hz ），工頻為50 Hz；N1一次側(cè)繞組匝數(shù)（匝）；N2二次側(cè)繞組匝數(shù)（匝）；Bm鐵心中磁通密度的最大值（T ）； S鐵心截面積（cm2）。由上兩式可以得出E1/E2= N1/ N2足見(jiàn)，變壓器一、二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比等于一、二次側(cè)繞組匝數(shù)之比。由于變壓器一、二次側(cè)的漏電抗和電阻都比較小.可忽略不計(jì)，故可近似地認(rèn)為：E1 = U1,E2 = U2.于是有U1/U2E1/E2= N1/ N

7、2K式中 K變壓器的變壓比。變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不同，將會(huì)導(dǎo)致一、二次繞組的電壓高低不等。顯然，匝數(shù)多的一邊電壓高，匝數(shù)少的一邊電壓低。這就是變壓器之所以能夠改變電壓的道理。在一、二次繞組電流I1、I2 的作用下，鐵心中總的磁勢(shì)為I1N1I2N2IoN1式中 Io變壓器的空載勵(lì)磁電流。由于Io比較小（通常不超過(guò)額定電流的3%-5%），在數(shù)值上可忽略不計(jì)，故上式可演變?yōu)镮1N1I2N2IoN10進(jìn)而可推得：I1N1I2N2I2/I1= N1/ N2K可見(jiàn)，變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)成反比。即繞組匝數(shù)多的一側(cè)電流小，匝數(shù)少的一側(cè)電流大；也就是電壓高的一側(cè)電流小，電壓低的一側(cè)電流

8、大。二、變壓器結(jié)構(gòu)與器身構(gòu)造電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)是由鐵心、繞組、帶電部分和不帶電的絕緣部分所組成，為使變壓器能安全可靠地運(yùn)行，還需要油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置及出線裝置等。其結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖2-3如下：圖23鐵心和繞組（及其絕緣與引線）合稱變壓器本體或器身，它是變壓器的核心也是最基本的組成部分，見(jiàn)圖24。以下簡(jiǎn)述電力變壓器各組成主要部分的構(gòu)造及作用。圖24（一）鐵心按鐵心型式，變壓器可分為內(nèi)鐵式（又稱心式）和外鐵式（又稱殼式）兩種。內(nèi)鐵式變壓器的繞組包圍著鐵心，外鐵式變壓器則是鐵心包圍著繞組。套繞組的部分稱鐵心柱，連接鐵心柱的部分叫鐵軛。大容量變壓器為了減低高度、便于運(yùn)輸，常采用三相五柱鐵心結(jié)構(gòu)。這

9、時(shí)鐵軛截面可以減小，因而鐵心柱高度也可降低。1.鐵心材料變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片。由于變壓器鐵心內(nèi)的磁通是交變的，故會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗。為了減少這些損耗，變壓器鐵心一般用含硅5厚度為0.35mm或0.5mm的硅鋼片沖剪后疊成，硅鋼片的兩面涂有絕緣用的硅鋼片漆（ 厚）并經(jīng)過(guò)烘烤。變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來(lái)表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-16000。2.鐵心裝配鐵心有兩種裝配方法即疊裝和對(duì)裝。對(duì)裝法雖方便，但它會(huì)使變壓器的激磁電流增大，機(jī)械強(qiáng)度也不好，一般已不采

10、用。疊裝法是把鐵心柱和鐵軛的鋼片分層變錯(cuò)疊置，每一層的接縫都被鄰層的鋼片蓋上，這種方法裝配的鐵心其空氣隙較小。這種接縫叫作直接縫，適用于熱軋硅鋼片。3.鐵心的接地為防止變壓器在運(yùn)行或試驗(yàn)時(shí)，由于靜電感應(yīng)在鐵心或其它金屬構(gòu)件上產(chǎn)生懸浮電位而造成對(duì)地放電，鐵心及其所有構(gòu)件，除穿心螺桿外都必須可靠接地。由于鐵心疊片間的絕緣電阻較小，一片疊片接地即可認(rèn)為所有疊片均已接地。鐵心疊片只允許有一點(diǎn)接地。如果有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地，則接地點(diǎn)之間可能會(huì)形成閉合回路。當(dāng)主磁通穿過(guò)此閉合回路時(shí)，就會(huì)在其中產(chǎn)生循環(huán)電流，造成局部過(guò)熱事故。（二）繞組繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對(duì)于導(dǎo)

11、線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。繞組是變壓器的電路部分，通常采用絕緣銅線或鋁線繞制而成，匝數(shù)多者稱為高壓繞組，匝數(shù)少者稱為低壓繞組。按高壓繞組和低壓繞組相互間排列位置的不同，可分為同心式和交疊式兩種。1.同心式繞組它是把一次、二次繞組分別繞成直徑不同的圓筒形線圈套裝在鐵心柱上，高、低壓繞組之間用絕緣紙筒相互隔開(kāi)。為了便于絕緣和高壓繞組抽引線頭，一般是將高壓繞組放在外面。同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，繞制方便，故被廣泛采用。按照繞制方法的不同，同心式繞組又可分為圓筒式、螺旋式、連續(xù)式和糾結(jié)式等幾種。2.交疊式繞組它是把

12、一次、二次繞組按一定的交替次序套裝在鐵心柱上。這種繞組的高、低壓繞組之間間隙較多。因此絕緣較復(fù)雜、包扎工作量較大。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能較高，引出線的布置和焊接比較方便，漏電抗也較小，故常用于低電壓、大電流的變壓器（如電爐變壓器、電焊變壓器等）。（三）絕緣1.絕緣等級(jí)絕緣材料按其耐熱程度可分為7個(gè)等級(jí)，它們的最高允許溫度也各不相同。一般情況下，所有絕緣材料應(yīng)能在耐熱等級(jí)規(guī)定的溫度下長(zhǎng)期（指1520年）工作，保證電機(jī)或電器的絕緣性能可靠并在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)故障。各級(jí)絕緣材料通常有：Y級(jí)絕緣材料：棉紗、天然絲、再生纖維素為基礎(chǔ)的紗織品，纖維素的紙、紙板、木質(zhì)板等。A級(jí)絕緣材料：經(jīng)耐溫達(dá) 的液體絕緣材料浸漬

13、過(guò)的棉紗、天然絲、再生纖維素等制成的紡織品、浸漬過(guò)的紙、紙板、木質(zhì)板等。E級(jí)絕緣材料：聚脂薄膜及其纖維等。B級(jí)絕緣材料：以云母片和粉云母紙為基礎(chǔ)的材料。F級(jí)絕緣材料：玻璃絲和石棉及以其為基礎(chǔ)的層壓制品。H級(jí)絕緣材料：玻璃絲布和玻璃漆管浸以耐熱 的有機(jī)硅漆。C級(jí)絕緣材料：玻璃、電瓷、石英等。純凈的變壓器油的抗電強(qiáng)度可達(dá)200-250KV/cm比空氣的高4-7倍。因此用變壓器油作絕緣可以大大縮小變壓器體積。此外，油具有較高的比熱和較好的流動(dòng)性，依靠對(duì)流作用可以散熱，即具有冷卻作用。2.絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的絕緣分為外絕緣和內(nèi)絕緣兩種：外絕緣指的是油箱外部的絕緣，主要是一次、二次繞組引出線的瓷套管，它構(gòu)成

14、了相與相之間和相對(duì)地的絕緣；內(nèi)絕緣指的是油箱內(nèi)部的絕緣，主要是繞組絕緣和內(nèi)部引線的絕緣以及分接開(kāi)關(guān)的絕緣等.繞組絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣兩種。主絕緣指的是繞組與繞組之間、繞組與鐵心及油箱之間的絕緣；縱絕緣指的是同一繞組匝間以及層間的絕緣。（四）引線及調(diào)壓裝置1.引線引線是指連接各繞組、連接繞組與套管，以及連接繞組與分接開(kāi)關(guān)的導(dǎo)線。引線要從繞組內(nèi)部引出來(lái)，必然要從繞組之間、繞組與鐵心油箱壁之間穿過(guò)。因此必須保證引線對(duì)這些部分有足夠的絕緣距離，如要縮小這些距離則引線的絕緣厚度應(yīng)當(dāng)增加。不使沿著包扎絕緣的交接處發(fā)生沿面放電，交接處應(yīng)做成圓錐面，以加長(zhǎng)沿面放電的路徑。引線如遇到尖角電極（如鐵軛的螺釘

15、），除保持一定的絕緣距離外，為改善引線和尖角電極間的電場(chǎng)，可以采用金屬屏蔽使電場(chǎng)比較均勻。2.調(diào)壓裝置電壓是電能質(zhì)量指標(biāo)之一，其變動(dòng)范圍一般不得超過(guò)額定電壓值的±5%。為了保證電壓波動(dòng)能在一定范圍內(nèi)，就必須進(jìn)行調(diào)壓。采用改變變壓器的匝數(shù)進(jìn)行調(diào)壓就是一種方法。為了改變繞組匝數(shù)（一般是高壓側(cè)的匝數(shù)），常把繞組引出若干個(gè)抽頭，這些抽頭叫作分接頭。當(dāng)用分接開(kāi)關(guān)切換到不同的抽頭時(shí)，便接入了不同的匝數(shù)。這種調(diào)壓方式又分無(wú)激磁（無(wú)載）調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。無(wú)激磁調(diào)壓是指切換分接頭時(shí)，必須在變壓器不帶電的情況下進(jìn)行切換。切換用的開(kāi)關(guān)稱為無(wú)激磁分接開(kāi)關(guān)（雙臺(tái)，卜莊還有兩臺(tái)）；有載調(diào)壓就是用有載分接開(kāi)關(guān)，

16、在保證不切斷負(fù)載電流的情況下由一個(gè)分接頭切換到另一個(gè)分接頭。2.1有載調(diào)壓有載調(diào)壓可分為平滑調(diào)壓和有級(jí)調(diào)壓兩種。平滑調(diào)壓可將電壓進(jìn)行大幅度連續(xù)調(diào)節(jié)，但材料消耗多、效率低，容量只能做到幾十或至多幾百KVA，大多用在電工試驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面。分級(jí)有載調(diào)壓就是從變壓器繞組中引出若干分接頭，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)，在保證不切負(fù)載電流的情況下，由一個(gè)分接頭“切換”到另一分接頭，以變換繞組的有效匝數(shù)。采用這種調(diào)壓方式的變壓器，材料消耗量少、變壓器體積增加不多，可以制成很高的電壓和大的容量。切換過(guò)程需要過(guò)渡電路，過(guò)渡電路有電抗式和電阻式兩種。電抗式有載分接開(kāi)關(guān)因體積大、消耗材料多，觸頭燒蝕嚴(yán)重已不再生產(chǎn)。這里主要介

17、紹電阻式。電阻式的特點(diǎn)是過(guò)渡時(shí)間較短、循環(huán)電流的功率因數(shù)為1，切換開(kāi)關(guān)電弧觸頭的電壽命可由電抗式的1萬(wàn)2萬(wàn)次提高到 10萬(wàn)20萬(wàn)次。但由于電阻是短時(shí)工作的，操作機(jī)構(gòu)一經(jīng)操作便必須連續(xù)完成。倘若由于機(jī)構(gòu)不可靠而中斷、停留在過(guò)渡位置，將會(huì)使電阻燒損而造成事故。如果選用設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)和優(yōu)質(zhì)材料，這個(gè)問(wèn)題是可以解決的。簡(jiǎn)單的有載調(diào)壓原理電路如圖25所示。在圖25a中，分接開(kāi)關(guān)的兩個(gè)觸頭K1和K2都和分觸頭2相接觸，負(fù)載電流由分觸頭2輸出。與觸頭K1相串聯(lián)的電阻R為限流電阻。而圖25b為觸頭K1已切換到分接頭1上，這時(shí)負(fù)載電流仍由2分觸頭輸出。電阻R起限制循環(huán)電流的作用。若沒(méi)有限流電阻則分接頭1和2間的

18、繞組將被觸頭K1和K2短路,而引起巨大的短路電流。在圖2-5c中，觸頭K2已離開(kāi)分觸頭2而尚未達(dá)到分觸頭1，負(fù)載電流由分觸頭1經(jīng)觸頭K1輸出。在圖2-5d中觸頭K2已切換至分觸頭1。至此切換過(guò)程即全部結(jié)束。原來(lái)由分觸頭2輸出的電流就改換為由分觸頭1輸出，在整個(gè)切換過(guò)程中不停電。圖25在電流不大、每級(jí)電壓不高時(shí)，讓切換觸頭直接在各個(gè)分接觸頭上依次切換，這就是“直接切換式”有載分接開(kāi)關(guān)，也稱“復(fù)合型”或“單體型”有載分接開(kāi)關(guān)。這種開(kāi)關(guān)所有分接觸頭都要承擔(dān)斷開(kāi)電流的任務(wù)，故觸頭上都需鑲嵌耐電弧的銅鎢合金。它不適用于大容量或高電壓的情況。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常是把切換電流的任務(wù)交由單獨(dú)的切換開(kāi)關(guān)來(lái)承擔(dān)，

19、這一單獨(dú)部分稱作選擇開(kāi)關(guān)。有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)通常由選擇開(kāi)關(guān)、切換開(kāi)關(guān)和操作機(jī)構(gòu)等部分組成。切換開(kāi)關(guān)是專(zhuān)門(mén)承擔(dān)切換負(fù)載電流的部分，它的動(dòng)作是通過(guò)快速機(jī)構(gòu)，按一定程序快速完成的。選擇開(kāi)關(guān)是按分接順序，使相鄰的即刻要換接的分觸頭預(yù)先接通，并承擔(dān)連續(xù)負(fù)載的部分。它的動(dòng)作是在不帶電的情況下進(jìn)行的。操作機(jī)構(gòu)是使開(kāi)關(guān)本體動(dòng)作的動(dòng)力源，它可以電動(dòng)也可以手動(dòng)。此外，它還帶有必需的限動(dòng)、安全聯(lián)鎖、位置指示、計(jì)數(shù)以及訊號(hào)發(fā)生器等附屬裝置。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)見(jiàn)圖26。三、變壓器油箱及其他裝置電力變壓器結(jié)構(gòu)中，除作為核心部分的器身外，尚有油箱及其他一些裝置，否則它將無(wú)法正常地投入運(yùn)行。（一）油箱與冷卻裝置油浸式電力變壓器的冷卻

20、方式，按其容量大小可分為油浸自冷、油浸風(fēng)冷及強(qiáng)迫油循環(huán)（風(fēng)冷或水冷）三類(lèi)。變壓器在工作時(shí)有能量損耗，損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，熱量可以通過(guò)油箱表面及其他冷卻裝置散入大氣。圖26（二）變壓器的保護(hù)裝置1.儲(chǔ)油柜（油枕）和吸濕器（呼吸器）油枕是用鋼板作成的圓桶形容器，它水平安裝在壓器油箱蓋上，用彎曲聯(lián)管與油箱連接。油枕的一端裝有玻璃油位指示計(jì)（油表），油枕容積一般為變壓器所裝油量的810。當(dāng)變壓器油的體積隨著油溫的變化膨脹或縮小時(shí),油枕起儲(chǔ)油和補(bǔ)油的作用,若變壓器不裝油枕，油箱內(nèi)的油面要在油箱蓋以下，油溫改變時(shí)油箱內(nèi)油面要發(fā)生變化，油箱將排出部分空氣或從大氣中吸入部分空氣，使油受潮和氧化，油及浸在其中的絕緣

21、材料的電氣強(qiáng)度便會(huì)降低。采用油枕后，油枕的油面比油箱內(nèi)的油面小得多，使油與空氣接觸面積減少，從而減少了油受潮和氧化的可能性，且油枕內(nèi)油的溫度比油箱上部油溫低得多，故油的氧化過(guò)程也較慢。油枕內(nèi)的油幾乎不和油箱內(nèi)的油對(duì)流循環(huán)，因此從空氣中吸入油中的水分，絕大部分會(huì)沉到油枕中的沉積器（集污盒）中而不進(jìn)入油箱。此外，裝設(shè)油枕后還能裝用氣體繼電器。為防止空氣中的水分浸入油枕的油內(nèi)，油枕是經(jīng)過(guò)一個(gè)呼吸器（也稱吸濕器）與外界空氣連通的，呼吸器內(nèi)盛有能吸收潮氣的物質(zhì)（通常為硅膠），硅膠被氯化鈷浸漬過(guò)后稱為變色硅膠，它在干燥狀況下呈藍(lán)色，吸收潮氣后漸漸變?yōu)榈t色，此時(shí)即表示硅膠已失去吸濕效能。如把吸潮后的硅膠在

22、108度高溫下烘焙10h，使水分蒸發(fā)出去，則硅膠又會(huì)還原成藍(lán)色而恢復(fù)吸濕能力。2.防爆管防爆管安裝在變壓器油箱蓋上，作為油箱內(nèi)部發(fā)生故障而產(chǎn)生過(guò)高壓力時(shí)的種保護(hù)，所以又稱為安全氣道。凡容量為800KVA及以上的油浸式變壓器均應(yīng)設(shè)此裝置。爆管的主體是一個(gè)長(zhǎng)形鋼質(zhì)圓筒，圓筒頂端裝有膠木或玻璃膜片。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，油箱里壓力會(huì)升高，當(dāng)達(dá)到一定限度時(shí)，變壓器油和產(chǎn)生的氣體將會(huì)沖破膜片向外噴出，因而減輕了油箱內(nèi)壓力，防止油箱爆炸或變形。3.溫度計(jì)變壓器的油溫反映了變壓器的運(yùn)行狀況，因此需進(jìn)行測(cè)量與監(jiān)視。一般都把測(cè)溫點(diǎn)在油的上層，即測(cè)量油箱內(nèi)的上層油溫。常用的溫度計(jì)有水銀式、氣壓式和電阻式等。我國(guó)變

23、壓器的溫升標(biāo)準(zhǔn)，均以環(huán)境溫度40為準(zhǔn)，故變壓器頂層油溫一般不得超過(guò)405595。頂層油溫如超過(guò)95，其內(nèi)部線圈的溫度就要超過(guò)線圈絕緣物的耐熱強(qiáng)度，為了使絕緣不致過(guò)快老化，所以規(guī)定變壓器頂層油溫的監(jiān)視應(yīng)控制在85以下。4. 凈油器凈油器又稱溫差濾過(guò)器，它是改善運(yùn)行中變壓器油的性能，防止變壓器油繼續(xù)老化的裝置.油與吸附劑接觸后其中的水分、渣滓、酸和氧化物等均被吸附劑吸收，從而使油質(zhì)保持清潔，延長(zhǎng)了油的使用年限。在線凈油裝置見(jiàn)圖27。圖275.氣體繼電器（瓦斯繼電器）安裝于油箱和油枕間的連通管上，作為變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部故障的一種保護(hù)。規(guī)程規(guī)定凡容量為800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上

24、的廠用變壓器，均應(yīng)設(shè)此附件。它的作用是當(dāng)變壓器油位下降或內(nèi)部發(fā)生短路故障并伴隨產(chǎn)生氣體時(shí)，給值班人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源以保護(hù)變壓器，不使故障擴(kuò)大。（三）變壓器的出線裝置變壓器的套管是將變壓器繞組的高、低壓引線引到油箱外部的絕緣裝置，它是引線對(duì)地（外殼）的絕緣，同時(shí)又擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。變壓器套管有純瓷套管、注油式套管和電容式套管等多種。1kV以下采用實(shí)心磁套管，1035kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管和充油式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級(jí)傘形裙邊。電壓等級(jí)越高，級(jí)數(shù)越多。四、變壓器銘牌及技術(shù)參數(shù)在變壓器的銘牌中，制造廠對(duì)每臺(tái)變壓器的特點(diǎn)、額定技

25、術(shù)參數(shù)及使用條件等都作了具體的規(guī)定。按照銘牌規(guī)定值運(yùn)行，就叫額定運(yùn)行。銘牌是選擇和使用變壓器的主要依據(jù)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電力變壓器銘牌應(yīng)標(biāo)明以下內(nèi)容。（一）型號(hào)變壓器的型號(hào)分兩部分，前部分由漢語(yǔ)拼音字母組成，代表變壓器的類(lèi)別、結(jié)構(gòu)特征和用途，后一部分由數(shù)字組成，表示產(chǎn)品的容量（KVA）和高壓繞組電壓（KV）等級(jí)。漢語(yǔ)拼音字母含義如下：第1部分表示相數(shù)。 D單相（或強(qiáng)迫導(dǎo)向）；S三相第2部分表示冷卻方式。 J油浸自冷；F油浸風(fēng)冷； FP強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷； SP強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。第3部分表示電壓級(jí)數(shù)。 S三級(jí)電壓；無(wú)S表示兩級(jí)電壓其他：O全絕緣；L鋁線圈或防雷；O自耦（在首位時(shí)表示降壓自耦，在末位時(shí)

26、表示升壓自耦）；Z有載調(diào)壓； TH濕熱帶（防護(hù)類(lèi)型代號(hào)）；TA干熱帶（防護(hù)類(lèi)型代號(hào)）（二）相數(shù)和額定頻率變壓器分單相和三相兩種。一般均制成三相變壓器以直接滿足輸配電的要求。小型變壓器有制成單相的，特大型變壓器做成單相后組成三相變壓器組，以滿足運(yùn)輸?shù)囊?。變壓器的額定頻率是指所設(shè)計(jì)的運(yùn)行頻率，我國(guó)規(guī)定為 （常稱“工頻”）。頻率50HZ（三）額定容量（SN）額定容量是制造廠所規(guī)定的在額定工作狀態(tài)（即在額定電壓、額定頻率、額定使用條件下的工作狀態(tài)）下變壓器輸出的視在功率的保證值，以SN表示。對(duì)于三相變壓器的額定容量，是指三相容量之和；對(duì)于雙圈變壓器，其額定容量以變壓器每個(gè)繞組的容量表示（雙繞組變壓器

27、兩側(cè)繞組容量是相等的）；對(duì)于三繞組變壓器，中壓或低壓繞組容量可以為50或66.7SN（其中之一也可為100）。因此額定容量通常是指高壓繞組的容量；當(dāng)變壓器容量因冷卻方式而變更時(shí)，則額定容量是指它的最大容量。（四）額定電壓（UN）變壓器的額定電壓就是各繞組的額定電壓，是指額定施加的或空載時(shí)產(chǎn)生的電壓。一次額定電壓U1N 是指接到變壓器一次繞組端點(diǎn)的額定電壓值；二次額定電壓U2N是指當(dāng)一次繞組所接的電壓為額定值、分接開(kāi)關(guān)放在額定分觸頭位置上，變壓器空載時(shí)二次繞組的電壓（單位為V或KV）。三相變壓器的額定電壓指的均是線電壓。一般情況下在高壓繞組上抽出適當(dāng)?shù)姆纸宇^，因?yàn)楦邏豪@組或其單獨(dú)調(diào)壓繞組常常套在

28、最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側(cè)電流小，引出分接引線和分接開(kāi)關(guān)的載流部分截面小，分接開(kāi)關(guān)接觸部分容易解決。若是升壓變壓器則在二次側(cè)調(diào)壓，此時(shí)磁通不變?yōu)楹愦磐ㄕ{(diào)壓；降壓變壓器因在一次側(cè)調(diào)壓其磁通改變，故為變磁通調(diào)壓。降壓變壓器在電源電壓不為額定值時(shí)，可通過(guò)高壓側(cè)的分接開(kāi)關(guān)接入不同位置來(lái)調(diào)節(jié)低壓側(cè)電壓。用分接電壓與額定電壓偏差的百分?jǐn)?shù)表示則為：如35KV高壓繞組為U=35000±5%V，有三檔調(diào)節(jié)位置，即：-5%,±0%,+5%。若U=35000±2×2.5%V，有五檔調(diào)節(jié)位置，即：-5%,-2.5%，±0%,+2.5%，+5%。（五）額定電流

29、（I1、I2）變壓器一、二次額定電流是指在額定電壓和額定環(huán)境溫度下使變壓器各部分不超溫的一、二次繞組長(zhǎng)期允許通過(guò)的線電流，單位以A表示?；蛘哒f(shuō)它是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應(yīng)的相系數(shù)（單相為1，三相為）而算得的流經(jīng)繞組線端的電流。因此，變壓器的額定電流就是各繞組的額定電流，且顯然是指線電流并以有效值表示。對(duì)若是組成三相組的單相變壓器且繞組為三角形連接，則繞組的額定電流是線電流再除以。（六）阻抗電壓（短路阻抗）阻抗電壓也稱短路電壓（Uz%），它表示變壓器通過(guò)額定電流時(shí)在變壓器自身阻抗上所產(chǎn)生的電壓損耗（百分值）。用試驗(yàn)求取的方法為：將變壓器二次側(cè)短路，在一次側(cè)逐漸施加電壓，當(dāng)二次繞

30、阻通過(guò)額定電流時(shí)，一次繞阻施加的電壓Uz與額定電壓Un之比的百分?jǐn)?shù),即：Uz%=Uz/Un×100%。變壓器的短路阻抗值百分比是變壓器的一個(gè)重要參數(shù),它表明變壓器內(nèi)阻抗的大小，即變壓器在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)變壓器本身的阻抗壓降大小。它對(duì)于變壓器在二次側(cè)發(fā)生突然短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多大的短路電流有決定性的意義。同時(shí)兩臺(tái)變壓器能否并列運(yùn)行，并列條件之一就是要求阻抗電壓相等；電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算時(shí)，也必須用到阻抗電壓。如果阻抗電壓太大，會(huì)使變壓器本身的電壓損失增大，且造價(jià)也增高；阻抗電壓太小，則變壓器出口短路電流過(guò)大，要求變壓器及一次回路設(shè)備承受短路電流的能力也加大。因此選用變壓器時(shí)，要慎重考慮短路電

31、壓的數(shù)值，一般是隨變壓器容量的增大而稍提高短路電壓的設(shè)計(jì)值。（七）空載電流（I0）變壓器一次側(cè)施加（額定頻率的）額定電壓，二次側(cè)斷開(kāi)運(yùn)行時(shí)稱為空載運(yùn)行，這時(shí)一次繞組中通過(guò)的電流稱空載電流，它主要僅用于產(chǎn)生磁通，以形成平衡外施電壓的反電動(dòng)勢(shì)，因此空載電流可看成也就是勵(lì)磁電流。變壓器容量大小、磁路結(jié)構(gòu)和硅鋼片的質(zhì)量好壞，是決定空載電流的主要因素。嚴(yán)格講空載電流I0中，其較小的有功分量I0a用以補(bǔ)償鐵心的損耗，其較大的無(wú)功分量I0r用于勵(lì)磁、以平衡鐵心的磁壓降?？蛰d電流I0I0a2 + I0r2,且它通常以對(duì)額定電流之比的百分?jǐn)?shù)表示,它一般為i0=I0/IN×100?？蛰d合閘電流是當(dāng)變壓器

32、空載合閘到線路時(shí)，由于鐵心飽和而產(chǎn)生的數(shù)值很大的勵(lì)磁電流，故也常稱勵(lì)磁涌流。空載合閘電流大大地超過(guò)穩(wěn)態(tài)的空載電流I0，甚至可達(dá)到額定電流的57倍。（八）空載損耗（P0）空載電流的有功分量I0a為損耗電流，由電源所汲取的有功功率稱空載損耗P0 。忽略空載運(yùn)行狀態(tài)下一次繞組的電阻損耗時(shí)可稱為鐵損，因此空載損耗主要決定于鐵心材質(zhì)的單位損耗。可見(jiàn)變壓器在空載狀態(tài)下的損耗主要是鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗。因此空載損耗也叫鐵損（單位為W或KW），它表征了變壓器（經(jīng)濟(jì)）性能的優(yōu)劣。變壓器投運(yùn)后，測(cè)量空載損耗的大小與變化，可以分析變壓器是否存在鐵心缺陷。（九）短路損耗也稱負(fù)載損耗（Pf）短路損耗變壓器二次側(cè)短

33、接、一次繞組通過(guò)額定電流時(shí)變壓器由電源所汲取的（亦即消耗的）功率（單位為W或KW）。，負(fù)載損耗最大一對(duì)繞組的電阻損耗附加損耗。其中，附加損耗包括繞組渦流損耗、并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗、結(jié)構(gòu)損耗和引線損耗；而電阻損耗也稱銅損或銅耗。，因此短路損耗又叫銅損?？蛰d損耗與所帶負(fù)載大小無(wú)關(guān)，只要一通電，就有空載損耗。負(fù)載損耗與所帶負(fù)載大小有關(guān)，變壓器性能參數(shù)中的負(fù)載損耗是額定值，也就是流過(guò)額定電流時(shí)所產(chǎn)生的損耗。（十）連接組別表示變壓器各相繞組的連接方式和一、二次線電壓之間的相位關(guān)系。符號(hào)順序由左至右各代表一、二次繞組的連接方式，數(shù)字表示兩個(gè)繞組的連接組號(hào)。一般的高壓變壓器基本都是Yn，Y,d11接線。在變壓

34、器的聯(lián)接組別中“Yn”表示一次側(cè)為星形帶中性線的接線，Y表示星形，n表示帶中性線；“d”表示二次側(cè)為三角形接線?！?1”表示變壓器二次側(cè)的線電壓Uab滯后一次側(cè)線電壓UAB330度（或超前30度）。低壓側(cè)為什么接成三角形？低壓側(cè)通常是用電端,三角形接法可以抑制三次諧波.防止大量諧波向系統(tǒng)倒送,引起電壓波形畸變。三次諧波的一個(gè)重要特點(diǎn)就是同相位，他在三角形側(cè)可以形成環(huán)流，從而有效的削弱諧波向系統(tǒng)倒送。（十一）冷卻方式表示繞組及箱殼內(nèi)外的冷卻介質(zhì)和循環(huán)方式。冷卻方式常由 2或4個(gè)字母代號(hào)標(biāo)志，依次為線圈冷卻介質(zhì)及其循環(huán)種類(lèi)；外部冷卻介質(zhì)及其循環(huán)種類(lèi)。冷卻方式標(biāo)志見(jiàn)表21。表21（十二）使用條件是指

35、制造廠規(guī)定變壓器安裝和使用的環(huán)境條件，如戶內(nèi)、戶外、海拔、濕熱帶等（海拔1000m以上稱為高海拔地區(qū)，需加強(qiáng)絕緣）。第二節(jié) 高壓斷路器高壓斷路器是電力系統(tǒng)的最重要的工作和保護(hù)設(shè)備，它對(duì)維持電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行起著非常重要的作用。在負(fù)荷投入或轉(zhuǎn)移時(shí)，它應(yīng)該準(zhǔn)確地開(kāi)、合。在設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等）出現(xiàn)故障或母線、輸配電線路出現(xiàn)故障時(shí)，它能自動(dòng)地將故障切除，保證非故障點(diǎn)的安全連續(xù)運(yùn)行。斷路器主要依據(jù)它使用的滅弧介質(zhì)來(lái)分，可分為：（1）油斷路器（包括多油斷路器和少油斷路器），它是用變壓器油作滅弧介質(zhì)，多油斷路器的抽除滅弧外還作為對(duì)地絕緣使用。（2）真空斷路器，它具有真空滅弧室裝配、

36、觸頭在真空泡中開(kāi)、合。（3）空氣斷路器，它使用壓縮空氣進(jìn)行吹弧使電弧熄滅。（4）六氟化硫斷路器，它使用具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)?？砂l(fā)展成組合電器，技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果都非常好。隨著電力工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量越來(lái)越大，電網(wǎng)輸電電壓越來(lái)越高，復(fù)蓋面越來(lái)越廣，所以對(duì)斷路器的要求也越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)外已使用500KV和765KV的超高壓 SF6斷路器。由于油斷路器、空氣斷路器使用的歷史較長(zhǎng)，較普遍，技術(shù)也較普及，因此本節(jié)不再敘述，只對(duì)真空斷路器和SF6斷路器以及SF6全封閉組合電器加以介紹。一、真空斷路器（一）真空斷路器的結(jié)構(gòu)真空斷路器的結(jié)構(gòu)如圖2

37、8所示。它由真空滅弧室（真空泡）、保護(hù)罩（屏蔽罩）、動(dòng)觸頭、靜觸頭、導(dǎo)電桿、開(kāi)合操作機(jī)構(gòu)、支持絕緣子、支持套管、支架等構(gòu)成，其核心是真空滅弧室（真空泡）。圖28（二）真空滅弧室的構(gòu)造真空滅弧室的結(jié)構(gòu)、制作方法、觸頭形狀等，在很大程度上支配著真空斷路器的各種能。所以對(duì)真空滅弧室的外殼的制造要有嚴(yán)格的要求，否則真空滅弧室無(wú)法正常地工作，真空外殼的制造材料一般多用玻璃，而國(guó)外也有采用礬土瓷器的。真空滅弧室的構(gòu)造如圖29。真空滅弧室由真空容器（外殼）、動(dòng)觸頭、靜觸頭、波形管（不銹鋼材料）、保護(hù)罩（屏蔽罩）、法蘭、支持件等構(gòu)成。在真空容器內(nèi)保持1.33×10-81.33×10-11P

38、a的高真空，動(dòng)觸頭焊接在波形管與真空容器之間，并與大氣隔離。動(dòng)觸頭在絕緣操作桿與開(kāi)合操作機(jī)構(gòu)相連接，并在操作機(jī)構(gòu)控制之下完成真空斷路器的分、合工作。圖29（三）滅弧室的滅弧原理真空斷路器顧名思義是使電路在真空中分、合的電器，即電路在分閘時(shí)，電弧在觸頭間發(fā)生，此時(shí)形成所謂的真空電弧。這是由于剛分瞬間，觸頭壓力逐漸減弱，接觸電阻急劇增大。當(dāng)觸頭分開(kāi)時(shí)，即產(chǎn)生金屬蒸氣，溫度可達(dá)5000K，使陰極產(chǎn)生電子熱發(fā)射，金屬蒸氣被游離后形成電弧。在電弧電流較小時(shí)，陰極表面有很多斑點(diǎn)。斑點(diǎn)表面積估計(jì)約為10-5cm2，斑點(diǎn)電流密度約為105107A/cm2.斑點(diǎn)是陰極繼續(xù)產(chǎn)生金屬蒸氣和發(fā)射電子的場(chǎng)所。電弧由于金

39、屬蒸氣的游離得以維持。電弧在滅弧室中擴(kuò)散成并聯(lián)的條狀電弧，每條都有對(duì)應(yīng)的陰極斑點(diǎn)。并由此斑點(diǎn)向陽(yáng)極發(fā)射一個(gè)圓錐形的弧柱，圓錐頂點(diǎn)就在陰極斑點(diǎn)上。這些斑點(diǎn)及各條電弧互相排斥并不停地運(yùn)動(dòng)著，同時(shí)向磁場(chǎng)力的作用方向擴(kuò)散，這時(shí)的電弧稱擴(kuò)散電弧。當(dāng)交流電流接近零值時(shí)，觸頭上陰極斑點(diǎn)只有一個(gè)。當(dāng)電流過(guò)零時(shí)陰極斑點(diǎn)消失。此時(shí)電極不再向弧隙提供金屬蒸氣，使弧隙的帶電質(zhì)點(diǎn)迅速減少，并向外擴(kuò)散，冷凝在極斑外的觸頭表面和保護(hù)罩（屏蔽罩）上。此時(shí)，真空滅弧室中弧隙間的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度得到迅速的恢復(fù)，使電流過(guò)零后電弧不再重燃。在某種條件下，當(dāng)電流增大到某一范圍值，電流在自身磁場(chǎng)作用下，集聚成一條，陰極斑點(diǎn)集聚成一團(tuán)。在電弧

40、作用下陰極表面電腐蝕顯著增加，此時(shí)金屬表面不僅出現(xiàn)金屬蒸氣，而且出現(xiàn)金屬顆粒和熔液；同時(shí)陽(yáng)極嚴(yán)重發(fā)熱而出現(xiàn)陽(yáng)極斑點(diǎn)，并且也蒸發(fā)和噴射金屬。這時(shí)的電弧稱為集聚型電弧，是斷路器最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顟B(tài)，它造成觸頭表面熔融，此時(shí)電弧也不易熄滅。（四）真空斷路器觸頭的構(gòu)造及對(duì)滅弧效果的影響真空斷路器觸頭的構(gòu)造對(duì)滅弧能力、導(dǎo)通負(fù)荷電流、觸頭的使用壽命、安全可靠地執(zhí)行分合指令等影響很大。因此，觸頭必須滿足如下要求；（1）導(dǎo)電性能良好。（2）能可靠地遮斷大電流。（3）耐弧性、熱穩(wěn)定性好。鑒于上述要求，因此觸頭材料多用銅鎢合金、銅鉍合金來(lái)制造。在機(jī)械造形和附屬施等采用一些加強(qiáng)滅弧能力的外部設(shè)施。用于斷開(kāi)10KA以下的

41、電流時(shí)，可采用圓盤(pán)對(duì)接式觸頭，開(kāi)斷大于10KA的電流時(shí)，多數(shù)采用磁吹觸頭。按吹弧方向可分橫吹和縱吹兩種。（10KV常用的有25KA和31.5KA）1.圓盤(pán)形觸頭這種觸頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度好。觸頭有一凹坑，經(jīng)觸頭的電流路線呈U形，有很輕橫吹作用，使電弧沿徑向外移，避免局部過(guò)熱，如圖210所示。圖2102.內(nèi)螺旋形槽觸頭(如圖211)圖211每個(gè)觸頭分為兩部分，凸出部分作為工作觸頭，主要作用是導(dǎo)通負(fù)荷電流，是真空斷路器接納負(fù)荷電流的場(chǎng)所。外面凹下的部分呈環(huán)盤(pán)形，主要作滅弧用。上環(huán)盤(pán)面和下環(huán)盤(pán)面尺寸相等，形狀相同，同樣按一定的要求刻上螺旋槽溝，但螺旋方向相反。此觸頭具有橫吹和縱吹性能，橫吹是由于觸頭

42、的特殊構(gòu)造和磁場(chǎng)與電弧的相互作用產(chǎn)生的?？v向吹弧也是由于觸頭做成正反方向的螺旋溝槽，電弧電流是順著溝槽方向流動(dòng)，電流路線有如通電的螺管線圈，因而產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)，造成縱向吹弧。3.具有縱向磁吹線圈的觸頭（1）外加感應(yīng)線圈的形式，如圖212所示。在真空泡外加一感應(yīng)線圈，當(dāng)真空斷路器分閘時(shí)感應(yīng)線圈內(nèi)由于電流的突變，感應(yīng)一磁場(chǎng)，其磁力線方向與電流平行。由于磁場(chǎng)力與電弧的相互作用，使弧隙中的帶電質(zhì)點(diǎn)迅速朝縱向擴(kuò)散，弧隙中的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度迅速恢復(fù)，觸頭間隙擊穿電壓抬高，電弧在電流過(guò)零后不再重燃。圖212（2）在觸頭背面安裝電流線圈的形式，如圖213所示。圖213在觸頭制造時(shí)即在其背面嵌裝一電流線圈，使電流從真

43、空斷路器的導(dǎo)電桿流入線圈，再通過(guò)線圈引線流入線圈圓弧部分，然后再流回觸頭。依右手螺旋定律得知流經(jīng)圓弧的電流，可產(chǎn)生一磁場(chǎng)，其方向與電弧平行。該磁場(chǎng)與電弧相互作用，觸頭間隙的帶電質(zhì)點(diǎn)朝縱向擴(kuò)散，形成縱吹的滅弧方式。在設(shè)計(jì)時(shí)吹弧線圈的電流應(yīng)與電弧形成一定比例的縱向磁場(chǎng)?？傊?，橫向吹弧靠磁場(chǎng)力與電弧的相互作用，使弧柱根部不停地在觸頭表面的螺旋溝槽移動(dòng)，從而防止觸頭表面局部過(guò)熱而燒損，提高真空斷路器觸頭的使用壽命和開(kāi)斷能力。但是，橫向吹弧在開(kāi)斷大電流時(shí)，在觸頭表面會(huì)由于燒損而出現(xiàn)凹凸不平的熔化斑點(diǎn)，甚至在觸頭表面上出現(xiàn)金屬熔融的針狀毛刺，造成電場(chǎng)的局部集中而降低觸頭間隙的耐壓水平，使斷路器的壽命縮短，

44、甚至不能工作?？v向吹弧可避免橫吹方式的缺點(diǎn)。（五）真空斷路器的特點(diǎn)1.絕緣性能好真空間隙的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度非常高。同空氣、絕緣油、六氟化硫相比要高得多。真空間隙在23mm以下時(shí)，其擊穿電壓超過(guò)壓縮空氣和六氟化硫，而在大的真空間隙下，擊穿電壓增加不大，所以真空滅弧室的觸頭開(kāi)距不宜太大。10kV真空斷路器的開(kāi)距通常在812mm之間，35kV的則在3040mm之間。開(kāi)距太小會(huì)影響分?jǐn)嗄芰湍蛪核?。開(kāi)距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會(huì)使真空滅弧室的波紋管壽命下降。不同介質(zhì)間隙的擊穿電壓的狀況曲線如圖214所示。圖214 2.滅弧性能強(qiáng)真空滅弧室中電弧的點(diǎn)燃是由于真空斷路器剛分瞬間，觸頭表面蒸發(fā)金屬蒸氣，

45、并被游離而形成電弧造成的。真空滅弧室中電弧弧柱壓差很大，質(zhì)點(diǎn)密度差也很大，因而弧柱的金屬蒸氣（帶電質(zhì)點(diǎn)）將迅速向觸頭外擴(kuò)散，加劇了去游離作用，加上電弧弧柱被拉長(zhǎng)、拉細(xì)，從而得到更好地冷卻，電弧迅速熄滅，介質(zhì)絕緣強(qiáng)度很快得到恢復(fù)，從而阻止電弧在交流電流過(guò)零后重燃。3.使用壽命長(zhǎng)電壽命可大于10000次開(kāi)合，機(jī)械壽命可達(dá)12000次動(dòng)作，滿容量開(kāi)斷不少于30次。4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，噪音低。5.因無(wú)油，所以火災(zāi)的可能性很小，同時(shí)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。6.檢修間隔時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)方便。當(dāng)然，真空斷路器也有不足之處，反映在如下方面：1.在滿容量開(kāi)斷電流后，真空斷路器的沖擊電壓強(qiáng)度普遍存在下降趨勢(shì)。2.國(guó)

46、產(chǎn)真空斷路器在開(kāi)斷電容器組（特別是串有電抗器時(shí)）過(guò)程中，由于振蕩造成電弧重燃的概率較大。3.在運(yùn)行中對(duì)真空容器的真空度尚無(wú)完善的檢測(cè)手段。因此，只有在運(yùn)行中通過(guò)直觀目測(cè)來(lái)判斷，即在真空斷路器未接通時(shí)，使一側(cè)觸頭帶電，此時(shí)真空滅弧室的真空外殼出現(xiàn)紅色或乳白色的輝光時(shí)，表明真空容器的真空度失常，應(yīng)立即更換。4.相比之下真空斷路器價(jià)格較貴。5.參數(shù)較低，有一定的局限性。二、SF6斷路器及全封閉組合電器（一）SF6氣體特征概述SF6出現(xiàn)于1900年，20世紀(jì)40年代才被美國(guó)用作靜電起電機(jī)的氣體絕緣，從而引起工業(yè)界的極大興趣，對(duì)SF6的研究、使用注入很大的力量，并取得很多實(shí)績(jī)。60年代已用于復(fù)壓式的斷路

47、器和變壓器、電纜的絕緣。SF6具有特別好的絕緣性能和物理性能，所以用作高壓斷路器的滅弧介質(zhì)是現(xiàn)在使用的變壓器油、壓縮空氣無(wú)法比擬的?，F(xiàn)在SF6斷路器的電壓已達(dá)750KV，并已生產(chǎn)和使用了很有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的SF6全封閉式組合電器。我國(guó)研究和使用SF6的時(shí)間較晚，雖然有些廠家已生產(chǎn)出 的220KV斷路器，然而目前我國(guó)仍需進(jìn)口國(guó)外設(shè)備，以滿足電力工業(yè)發(fā)展的需要，相信在不久的將來(lái)國(guó)產(chǎn)SF6設(shè)備將取代國(guó)外設(shè)備。1.SF6氣體的物理特性SF6氣體是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不會(huì)燃燒、化學(xué)性能穩(wěn)定的氣體。在常溫下不與其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以在正常條件下是一種很理想的絕緣和滅弧介質(zhì)。SF6是一種比較重的氣體，在同樣條件

48、下幾乎是空氣的五倍。SF6在正常壓力下其臨界溫度為45.6，因此在電氣設(shè)備中使用時(shí)，溫度和壓力不能過(guò)低，如低于45.6就不一定使SF6氣體保持恒定氣態(tài)，可能出現(xiàn)液化。SF6氣體的熱傳導(dǎo)率隨溫度變化而變化，例如在2000時(shí)具有極強(qiáng)的熱傳導(dǎo)能力，而當(dāng)在5000時(shí)它的導(dǎo)熱能力就很差，正是這種特性對(duì)熄滅電弧非常有利。2.SF6氣體的化學(xué)特性一般情況下SF6氣體是很穩(wěn)定的氣體，如果SF6氣體脫離穩(wěn)定狀態(tài)而分解出氟或硫?qū)⒃斐蓢?yán)重的化學(xué)腐蝕。SF6氣體不溶于水和變壓器油中，它與氧、氫、鋁及其它許多物質(zhì)不發(fā)生作用.SF6的熱穩(wěn)定性也很高。在500時(shí)還不會(huì)分解，但當(dāng)溫度升到600時(shí)，它很快分解成SF2和SF4。

49、，當(dāng)溫度升到600以上則形成的低氟化物增加。由于氣體中的微量水分參與作用，這些低氟化物對(duì)金屬和絕緣材料都有很大的腐蝕性，并危及人身健康和生命安全。但大部分不純物在極短時(shí)間內(nèi)（106-107S）能重新合成SF6，殘留的不純物經(jīng)過(guò)吸附劑（分子篩、活性炭、活性氧化鋁等）過(guò)濾后可以除去.以上所述說(shuō)明了溫度低于600 以下時(shí)， 氣體是穩(wěn)定的，因此用于A級(jí)、B級(jí)絕緣是絕對(duì)不會(huì)有問(wèn)題的。SF6不會(huì)燃燒，因此無(wú)火災(zāi)之慮；在被電擊穿后，SF6 能自行復(fù)合，同時(shí)不會(huì)因電弧燃燒而產(chǎn)生無(wú)定形炭那樣的懸浮物，故介質(zhì)絕緣強(qiáng)度不會(huì)受到影響。3.SF6氣體的電特性SF6是一種高電氣強(qiáng)度的氣體介質(zhì)，在均勻電場(chǎng)下其介質(zhì)強(qiáng)度約為同

50、一壓力下空氣的2.5-3倍。在3個(gè)大氣壓下SF6的介電強(qiáng)度約同變壓器油相當(dāng)，壓力越高絕緣性能越好。SF6氣體是目前知道的最理想的絕緣和滅弧介質(zhì)。它比現(xiàn)在使用的變壓器油、壓縮空氣乃至真空都具有不可比擬的優(yōu)良特性。正是這些特點(diǎn)使它的使用越來(lái)越廣，發(fā)展相當(dāng)迅速，在大電網(wǎng)、超高壓領(lǐng)域里更顯示出其不可取代的地位。（二）SF6斷路器及全封閉組合電器前文已簡(jiǎn)要地介紹了SF6氣體的絕緣性能和滅弧特性。由于SF6氣體的特異的物理特性、化學(xué)特性對(duì)電氣的絕緣、滅弧非常有利，所以用它作為絕緣和滅弧介質(zhì)的電氣設(shè)備得到迅速發(fā)展。除單獨(dú)用于SF6斷路器外，還發(fā)展到封閉組合電器。SF6組合電器組成的變電站具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益

51、和環(huán)境保護(hù)效益。在這方面，尤其是SF6高壓全封閉式組合電器更為突出。它結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省大量的場(chǎng)地，由它構(gòu)成的變電站只為常規(guī)變電站用地面積的1015；它是全封閉的，分合閘功率很小，所以噪音非常小；它有很好的保護(hù)，可防止偶然觸及帶電體以及防止外界物質(zhì)進(jìn)入金屬殼內(nèi)部；它完全無(wú)火災(zāi)之慮；工作后的氣體可以復(fù)合還原，不會(huì)產(chǎn)生懸浮性炭；介質(zhì)絕緣強(qiáng)度不受多少影響等。由于有這些優(yōu)越性，所以得到廣泛應(yīng)用，尤其是土地昂貴、人口稠密的地區(qū)更顯出它的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)對(duì)它們的結(jié)構(gòu)及工作原理選擇一些具有通用性的進(jìn)行介紹。1. SF6斷路器分類(lèi)SF6斷路器按其結(jié)構(gòu)可分為瓷瓶支柱式和落地罐式；按壓力分可分為雙壓式（復(fù)壓式）和單壓式；按觸

52、頭工作方式分可分為定開(kāi)距式和變開(kāi)距式。定開(kāi)距式是將兩個(gè)噴咀固定，保持最佳熄弧距離。動(dòng)觸頭與壓氣罩一起動(dòng)作將電弧引到兩個(gè)噴咀間燃燒，被壓縮的SF6氣體的氣流強(qiáng)烈吹熄。變開(kāi)距式是隨著機(jī)械的運(yùn)動(dòng)逐漸打開(kāi)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最佳熄弧距離時(shí)電弧就熄滅，再繼續(xù)拉開(kāi)使間隙增大，絕緣強(qiáng)度增強(qiáng)，從而不被過(guò)電壓擊穿。2. SF6斷路器發(fā)展的三個(gè)階段（1）雙壓式（復(fù)式壓）SF6斷路器早期的SF6斷路器采用雙壓式的壓力系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖215。滅弧室內(nèi)設(shè)置一活塞，動(dòng)觸頭裝在內(nèi)腔的活塞上。貯存在高壓罐內(nèi)的SF6氣體的氣壓為1418Pa。當(dāng)分閘電磁閥接到分閘信號(hào)時(shí)，分閘閥打開(kāi)，高壓氣流進(jìn)入滅弧室活塞底部，把固定有動(dòng)觸頭的活塞推到分閘

53、的限位點(diǎn)，高壓氣流同時(shí)對(duì)電弧進(jìn)行吹拂，使電弧迅速冷卻。在電流過(guò)零時(shí)使電弧通道去游離加強(qiáng)，觸頭斷口介質(zhì)絕緣強(qiáng)度迅速恢復(fù)，電弧不再重燃。工作后的氣體通過(guò)活塞和動(dòng)觸頭的內(nèi)腔排到滅弧室的頂部進(jìn)入低壓罐。這將引起低壓罐的壓力增高而起動(dòng)一壓力開(kāi)關(guān)，接通空氣壓縮機(jī)的電源，使空氣壓縮機(jī)起動(dòng)，把過(guò)多的SF6氣體經(jīng)過(guò)過(guò)濾器抽回高壓罐。這樣又恢復(fù)了SF6 斷路器的雙壓力系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)接到合閘信號(hào)時(shí)，合閘電磁閥被打開(kāi)。高壓氣流送到活塞的上部，把帶動(dòng)觸頭的活塞推向下，直至合閘位置。此時(shí)的氣體進(jìn)入低壓罐而壓力升高，同樣啟動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)使空氣壓縮機(jī)工作。把多的低壓罐的氣體抽回高壓罐，從而又回到雙壓力系統(tǒng)狀態(tài)。 由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已不

54、用此技術(shù)。圖215（2）單壓式SF6斷路器單壓式SF6斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滅弧性能好、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。動(dòng)作過(guò)程如圖：216這種SF6斷路器只充入較低壓力的SF6氣體(一般為0.5-0.7MPa，最低功能氣壓0.4MPa，20)分閘時(shí)靠動(dòng)觸頭帶動(dòng)壓氣缸，產(chǎn)生瞬時(shí)壓縮氣體吹弧。但是，依靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滅弧高氣壓，所需操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率大，機(jī)械壽命短，開(kāi)斷小電感電流和小電容電流時(shí)易產(chǎn)生截流過(guò)電壓。一般配用較大輸出功率的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)或壓縮空氣操動(dòng)機(jī)構(gòu)，固有分閘時(shí)間比較長(zhǎng)。圖216（3）“自能”滅弧功能的SF6斷路器它具有開(kāi)斷能力強(qiáng)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，有利于新型操動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型化，應(yīng)用前景廣闊。這種SF

55、6斷路器在開(kāi)斷短路電流時(shí)，依靠短路電流電弧自身的能量加熱SF6氣體，產(chǎn)生滅弧所需要的高氣壓；在開(kāi)斷小電感電流和小電容電流時(shí)，電弧自身的能量不足于加熱SF6氣體，產(chǎn)生滅弧所需要的高氣壓，這時(shí)依靠機(jī)械輔助壓氣建立氣壓，不易產(chǎn)生截流過(guò)電壓。所需操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率小，可配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)等，操作可靠，機(jī)械壽命長(zhǎng)，固有分閘時(shí)間短，可以制造成斷口少、單斷口電壓等級(jí)很高的SF6斷路器。目前，國(guó)內(nèi)外主要的電力設(shè)備生產(chǎn)廠商都已生產(chǎn)這種SF6斷路器，并大量投入了運(yùn)行。3. SF6斷路器結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō),SF6斷路器主要由三部分組成：三個(gè)垂直瓷瓶單元，每一單元有一個(gè)氣吹式滅弧室；彈簧操作機(jī)構(gòu)及其單箱控制設(shè)備；一個(gè)支架及支持

56、結(jié)構(gòu)。每個(gè)滅弧室通過(guò)與三個(gè)滅弧室共連的管子填充SF6氣體。4. SF6全封閉組合電器隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，人們迫切需要和尋求一種體積更小、性能更好、維護(hù)更簡(jiǎn)便的高壓電氣設(shè)備，后來(lái)又研制和生產(chǎn)出了一種氣體絕緣金屬封閉式組合電器。氣體絕緣金屬封閉式組合電器的英文全稱為Gas lnsulated Switchgear，其縮寫(xiě)為GIS。它是由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、快速或慢速接地開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線以及這些元器件的封閉外殼、伸縮節(jié)、出線套管等組成，內(nèi)部充入一定壓力的SF6氣體作為GIS的絕緣和滅弧介質(zhì)。咱所謂的GIS，就是指充SF6氣體的氣體絕緣金屬封閉式組合電器。SF6組合

57、電器它可以是單路的，也可制造成多回路的。它一般還具有防跳躍保護(hù)裝置、非同期保護(hù)裝置、操動(dòng)油（氣）壓降低及SF6氣體壓力降低的閉鎖裝置和防慢分慢合裝置。110KV-500KV SF6全封閉組合電器的各高壓電器元件均制成獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。另外還有各種渡元件，可以適應(yīng)變電站各種主接線的組合和總體布置的要求，其結(jié)構(gòu)如圖2-17。為國(guó)產(chǎn)LF-110型全封閉式組合電器，它包括母線、帶接地裝置的隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、電壓互感器、電流互感器、快速接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電纜終端盒、波紋管、斷路器操作機(jī)構(gòu)等。1）對(duì)SF6全封閉組合電器的技術(shù)要求:為保證最佳運(yùn)行狀態(tài)，最重要的技術(shù)要求有如下幾點(diǎn)：2）應(yīng)保持SF6氣體在規(guī)定的壓力下，它的絕緣水平才能保證，因此必須對(duì)氣壓進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)視。3）金屬鎧裝全封閉組合電器，必須分成幾個(gè)氣密封間隔，以免由于漏氣而造成大范圍的停電，同時(shí)，由于內(nèi)部局部故障而把故障區(qū)域擴(kuò)大。圖2174）隔離開(kāi)關(guān)被封閉在金屬殼體內(nèi)，因它們的絕緣間隙不易被觀察到，它的耐壓強(qiáng)度完全依賴于SF6氣體的質(zhì)量和壓力。