SF6高壓斷路器結(jié)構(gòu)及工作原理課件

SF6斷路器構(gòu)造及其工作原理

新疆國信生產(chǎn)準(zhǔn)備部1精選2021版課件一、斷路器的作用：高壓斷路器在正常運(yùn)行時用它接通或切斷負(fù)荷電流；在電氣設(shè)備或線路發(fā)生短路故障或嚴(yán)重過負(fù)荷時，由繼電保護(hù)裝置控制其自動迅速地切斷故障電流，切斷發(fā)生短路故障的設(shè)備或線路，以防止擴(kuò)大事故范圍。二、斷路器的功能(1)控制作用。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，將部分或全部電氣設(shè)備，以及部分或全部線路投人或退出運(yùn)行。

2精選2021版課件

(2)保護(hù)作用。當(dāng)電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時，它和保護(hù)裝置、自動裝置相配合，將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切除，減少停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運(yùn)行。（3）滅弧作用。高壓斷路器不僅能可靠的開斷空載電流和負(fù)荷電流，而且能可靠的開斷短路電流。3精選2021版課件電弧的產(chǎn)生與熄滅1、電弧的概念當(dāng)開關(guān)電器開斷電路時，電壓和電流達(dá)到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的瞬間火花，我們稱之為電弧。電弧的實質(zhì)是一種氣體放電現(xiàn)象。2、電弧的形成當(dāng)開關(guān)設(shè)備的觸頭分?jǐn)嘤休d電路時，電子在強(qiáng)電場的作用下高速沖向陽極，碰撞觸頭間隙中的中性質(zhì)點，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在電場的作用下帶電離子定向移動，使觸頭間隙由絕緣狀態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài)。觸頭間隙被擊穿通過電流形成電弧。4精選2021版課件3、電弧的危害（1）電弧的存在延長了開關(guān)電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化，燒壞絕緣材料，對充油電氣設(shè)備還可能引起著火爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力或熱動力的作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴(kuò)大。5精選2021版課件4、電弧的熄滅一般吹弧的主要措施是用氣體或油流吹弧，其中包括橫吹或縱吹。用兩個或兩個以上的斷口熄弧，比單口拉弧更長，速度更快。6精選2021版課件SF6氣體的基本特性

純凈的SF6是一種無色、無嗅、無毒、不可燃的鹵素化合物。SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強(qiáng)堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng)，在低于150℃時，SF6氣體呈化學(xué)惰性，極少溶于水，微溶于醇。與傳統(tǒng)絕緣油相比，其絕緣性能和滅弧性能都較為突出。7精選2021版課件

1、SF6氣體性能：

①熱化學(xué)性：

a分解溫度低，分解能量高，導(dǎo)熱率好，有利于熄??；

b溫度相同時，SF6游離度大，電弧電壓小；

②強(qiáng)負(fù)電性：能吸附電子或負(fù)離子，然后與正離子復(fù)合，

去游離作用強(qiáng)，不易重燃。8精選2021版課件2、優(yōu)點：

（1）滅弧能力強(qiáng)，介質(zhì)強(qiáng)度高。單斷口的電壓可以做得很高，因此，與少油和空氣斷路器相比，同一額定電壓等級下，SF6斷路器所用的串聯(lián)單元數(shù)較少。

（2）介質(zhì)恢復(fù)速度特別快，開斷近區(qū)故障性能特別好。

（3）由于SF6氣體的電弧分解物中不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，在嚴(yán)格控制水分的情況下分解物又沒有腐蝕性，再加觸頭在SF6中的燒損極輕微，因此SF6斷路器允許開斷的次數(shù)多，檢修周期長。9精選2021版課件SF6氣體缺點：

含有水分的SF6氣體在電弧的高溫下，會分解出一些硫的低氟化合物，這些低氟化合物有較強(qiáng)的毒性和刺激性，對人體有危害，對許多絕緣材料、導(dǎo)電材料也有腐蝕作用。當(dāng)SF6氣體中水分含量大得足以引起在絕緣表面結(jié)露時，擊穿電壓會顯著下降，尤其在溫度較低時更易造成水分的凝結(jié)。10精選2021版課件SF6斷路器的滅弧裝置按熄弧能量分為自能式、外能式和混合式。其中自能式是熄滅大電流，而外能式是熄滅小電流。①自能式：是利用電弧本身能量使SF6氣體膨脹、壓力升高，產(chǎn)生壓力差，或利用磁場使電弧運(yùn)動。②外能式：是利用外儲SF6或操作力，使SF6氣體運(yùn)動，將電弧熄滅。③混合式。11精選2021版課件按滅弧裝置不同，分為雙壓式和單壓式。

早期的SF6斷路器都用雙壓式滅弧裝置，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需輔助設(shè)備多，維護(hù)不便，已逐漸為單壓式滅弧裝置所取代。（滅弧室有活塞，原理類似于打氣筒）12精選2021版課件單壓式滅弧裝置1、只有一種壓力（一般為304-808kPa)。在開斷過程中，滅弧室所需的吹弧壓力由動觸頭系統(tǒng)運(yùn)動時的壓氣活塞產(chǎn)生；2、圖11-2為單壓式單向滅弧室的原理圖。圖中，噴嘴2、壓氣罩3及動觸頭（導(dǎo)電桿）4機(jī)械上為一體。13精選2021版課件虛線部分為合閘后的噴嘴位置壓氣活塞單壓式單向滅弧室的原理圖14精選2021版課件3、斷口形式：

a、變開距形式（與少油斷路器類似）b、定開距形式（與壓縮空氣斷路器類似）4、吹弧方式：

a、單向吹弧方式b、雙向吹弧方式，和單向吹弧方式相比雙向吹弧方式能提高開斷電流20％以上。15精選2021版課件單壓式雙向滅弧室的原理圖16精選2021版課件5、噴嘴材料：噴嘴材料不能采用金屬材料，而要用聚四氟乙烯塑料樹脂。聚四氟乙烯，一般稱作“不粘涂層”；是一種使用氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數(shù)極低，可作潤滑，亦成為水管內(nèi)層的理想涂料。因為壓縮空氣斷路器中壓縮空氣吹弧速度很高，可保護(hù)噴嘴免受電弧侵襲；而SF6斷路器的吹弧速度低，無法保護(hù)噴嘴免受電弧侵襲。聚四氟乙烯塑料樹脂的特點:能抵抗高溫，在電弧直接作用下不會碳化，且其機(jī)械性能高、易加工，是制造噴嘴的好材料。17精選2021版課件單壓式SF6斷路器具有氣壓低，液化溫度也低，在低溫地區(qū)使用時不需裝加熱器，加之可省去壓氣泵等裝置，因此其結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，維護(hù)也較方便。6、優(yōu)點：18精選2021版課件7、缺點：a、為使觸頭分開、電弧剛產(chǎn)生時就有較好的氣吹條件，單壓式滅弧室的壓氣腔應(yīng)該有一段預(yù)壓縮過程，使壓氣腔中的氣壓提高后，再打開噴口進(jìn)行吹弧。預(yù)壓縮行程的存在會增大斷路器分閘時間。分?jǐn)噙^程中，當(dāng)操動機(jī)構(gòu)帶動動觸頭系統(tǒng)向下運(yùn)動時，壓氣腔內(nèi)氣體的壓力將增高、并從噴口處向外排出，產(chǎn)生和雙壓式滅弧裝置類似的吹弧效應(yīng)。b、為滿足壓氣的要求，需配置大功率的操動機(jī)構(gòu)。19精選2021版課件六氟化硫斷路器的總體結(jié)構(gòu)1.SF6斷路器的結(jié)構(gòu)有瓷瓶支柱式和落地罐式兩大類。（1）瓷瓶支柱式的總體結(jié)構(gòu)和常規(guī)的瓷瓶支柱式空氣斷路器與少油斷路器相同，屬積木式結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代滅弧室容器多用電工陶瓷，布置成“T”型、“Y”型、“I”型。20精選2021版課件優(yōu)點：耐壓水平高，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動部件少，系列性好。缺點：重心高，抗震能力較差，使用場合受到一定限制。電流互感器要單獨(dú)裝在自己的絕緣支柱上，通過空氣絕緣的連接線連于斷路器上。21精選2021版課件“I”型磁柱式斷路器“T”型斷路器22精選2021版課件（2）落地罐式SF6斷路器：也叫接地金屬箱型。它是全封閉組合電器和復(fù)合電器的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)特點：觸頭和滅弧室裝于接地的金屬箱中，導(dǎo)電回路靠絕緣套管引入，高壓帶電部分與外殼之間的絕緣主要由SF6氣體和環(huán)氧樹脂澆注絕緣子承擔(dān)。23精選2021版課件500kV落地罐式斷路器24精選2021版課件優(yōu)點：①可在進(jìn)出線套管上裝設(shè)電流互感器，可提供電流信號；利用出線套管的電容制成電容式分壓器，以提供電壓信號，還能與隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等熔為一體，組成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備。②重心低，抗震能力好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，外絕緣部件少，可用于多地震和高原及污穢地區(qū)。缺點：

制造難度大，殼體與環(huán)氧樹脂澆注件都需大型成套加工設(shè)備，滅弧室中所用的搪瓷電容及合閘電阻等配套件的性能要求很高，高電壓部位的電極形狀要求較嚴(yán)格，氣體容積大，氣量多，金屬材料消耗多等，價格稍貴。25精選2021版課件高壓SF6斷路器的操動機(jī)構(gòu)開關(guān)電器的觸頭分合必須靠機(jī)械操動系統(tǒng)才能完成。操動機(jī)構(gòu)作為高壓SF6斷路器的重要組成部分，型式多樣。操動機(jī)構(gòu)分別由儲能單元、控制單元和力傳遞單元組成。彈簧操動機(jī)構(gòu)儲能單元?dú)鈩訖C(jī)構(gòu)控制單元液壓機(jī)構(gòu)力傳遞單元

液壓彈簧機(jī)構(gòu)26精選2021版課件一、對操動機(jī)構(gòu)的基本要求1．合閘時，關(guān)合電路電流可達(dá)幾萬安培，斷路器導(dǎo)電回路受到電動力可達(dá)幾千牛頓以上，而導(dǎo)電回路的布置以及觸頭結(jié)構(gòu)使得電動力的方向又常常是阻礙斷路器關(guān)合，因此，操動機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的能力(即關(guān)合短路故障的能力)克服短路電動力的阻礙作用。2.合閘后，操動機(jī)構(gòu)必須有保持合閘的部分或機(jī)構(gòu)，以保證在合閘命令和操作力消失后斷路器仍能保持在合閘位置。3．分閘時，操動機(jī)構(gòu)的操作應(yīng)滿足斷路器分閘時間和分閘速度的要求。4．還要有自由脫扣、防彈跳、復(fù)位及連鎖等功能。27精選2021版課件二、彈簧操動機(jī)構(gòu)1、它是以彈簧作為儲能元件的機(jī)械式操動機(jī)構(gòu)。彈簧儲能借助電動機(jī)通過減速裝置來完成，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲能狀態(tài)。開斷時，鎖扣借助磁力脫扣，彈簧釋放能量，經(jīng)機(jī)械傳遞單元驅(qū)使觸頭運(yùn)動。2、作為儲能元件的彈簧，有壓縮彈簧、盤簧、卷簧和扭簧等。3、彈簧操動機(jī)構(gòu)的工作原理：①儲能階段：電動機(jī)通過減速裝置和儲能機(jī)構(gòu)使合閘彈簧儲存機(jī)械能，儲存完畢后通過合閘閉鎖裝置使彈簧保持在儲能狀態(tài)，然后切斷電動機(jī)電源。28精選2021版課件②合閘階段：接到合閘信號，解脫合閘閉鎖裝置，釋放合閘彈簧的儲能。這些能量的一部分通過傳動機(jī)構(gòu)使斷路器的動觸頭動作，進(jìn)行合閘操作；另一部分通過傳動機(jī)構(gòu)使分閘彈簧儲能，為分閘狀態(tài)作準(zhǔn)備。③當(dāng)觸頭合閘動作完成后，電動機(jī)立即接通電源動作，通過儲能機(jī)構(gòu)使合閘彈簧重新儲能，以便為下一次合閘做準(zhǔn)備。④分閘階段：接到分閘信號，解脫自由脫扣裝置，釋放分閘彈簧儲存的能量，并使觸頭進(jìn)行分閘動作。29精選2021版課件組成原理框圖如圖所示30精選2021版課件三、氣動操動機(jī)構(gòu)1、氣動操動機(jī)構(gòu)是利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的操動機(jī)構(gòu)。由于以壓縮空氣作為能源，因此氣動機(jī)構(gòu)不需大功率直流電源，獨(dú)立的儲氣罐能供氣動機(jī)構(gòu)多次操作。2、斷路器的分合閘操作全部依靠壓縮空氣，并依靠壓縮空氣的推力將斷路器維持在分閘或合閘位置。31精選2021版課件氣動操動機(jī)構(gòu)原理圖

32精選2021版課件四、液壓操動機(jī)構(gòu)1、液壓操動機(jī)構(gòu)是用液壓油作為能源來進(jìn)行操作的機(jī)構(gòu)。其輸出力特件與斷路器的負(fù)載特性配合較為理想，有自行制動的作用，操作平穩(wěn)，沖擊震動小，操作力大，需要控制的能量小，較小的尺寸就對獲得幾噸或幾十噸的操作力。除此之外，液壓機(jī)構(gòu)傳動快、動作準(zhǔn)確，是當(dāng)前高壓和超高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)的主要品種。2、液壓操動機(jī)構(gòu)按傳動方式分為全液壓和半液壓。33精選2021版課件（1）全液壓方式：液壓油直接操縱動觸頭進(jìn)行合閘，省去了聯(lián)動拉桿，減少了機(jī)構(gòu)靜阻力，因而速度加快，但結(jié)構(gòu)材質(zhì)要求較高。（2）半液壓方式：液壓油只到工作缸側(cè)，操動活塞將液壓能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功帶動聯(lián)動桿使斷路器合、分操作。。34精選2021版課件圖示為直接驅(qū)動式液壓操動機(jī)構(gòu)原理示意圖

由電動機(jī)8與齒輪泵1產(chǎn)生的高壓力油直接推動活塞3，用來操作速度不高、操作功率不大的傳動軸35精選2021版課件液壓機(jī)構(gòu)原理LW10B-252型斷路器的液壓操動方式為分相操作，三相分別配有相同的液壓機(jī)構(gòu)，組成元件如圖所示。

36精選2021版課件液壓機(jī)構(gòu)的動作過程37精選2021版課件五、液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)是液壓與彈簧機(jī)構(gòu)的組合。

工作模塊

充能模塊基本結(jié)構(gòu):五大模塊儲能模塊

控制模塊

檢測模塊

38精選2021版課件工作模塊主要由工作缸和活塞桿組成，采用常充壓差動式結(jié)構(gòu)，高壓油恒作用于活塞桿上端。分合閘運(yùn)動主要通過活塞桿下端高低壓油的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。39精選2021版課件充能模塊主要由電機(jī)、油泵和一對錐齒輪組成，通過電機(jī)帶動油泵把液壓油注入儲能器，將電能轉(zhuǎn)化成為液壓能。40精選2021版課件儲能模塊主要由儲能活塞缸、儲能活塞、碟型彈簧組成.在液壓油的作用下通過儲能器活塞壓縮碟形彈簧并將液壓能長期存儲在儲能活塞缸內(nèi)，為斷路器分、合閘操作做好必要的能量儲備。41精選2021版課件碟簧42精選2021版課件控制模塊主要由電磁閥、換向閥組成，通過主控室給出的電信號命令使相應(yīng)電磁閥打開閥口，使換向閥換向從而達(dá)到分閘或合閘的目的。43精選2021版課件監(jiān)測模塊主要由行程開關(guān)、安全閥組成，通過對碟簧的壓縮量的監(jiān)測帶動行程開關(guān)凸輪旋轉(zhuǎn)來斷開或閉合微動開關(guān)觸點達(dá)到為主控室報警及自動閉鎖的目的。當(dāng)壓力高于規(guī)定值時泄壓閥自動開啟達(dá)到保護(hù)機(jī)構(gòu)的目的。44精選2021版課件以上五個模塊通過連接管連接后，可與工作缸組成一個緊湊的整體，實現(xiàn)可靠的動作，其結(jié)構(gòu)特點具有以下幾個優(yōu)點：1.模塊式結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，零件量少，通用性強(qiáng)，性能可靠且便于檢查。2.液壓集成回路具有無外部油管，損耗小，傳動效率高，泄漏量低。3.優(yōu)質(zhì)碟簧儲能器具有不存在氮?dú)庑孤?，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，應(yīng)力松弛小，壽命長，可靠性高4.優(yōu)良的液壓緩沖系統(tǒng)具有操作平穩(wěn)，無反跳，噪音低，易與和調(diào)速系統(tǒng)不同斷路器適配。45精選2021版課件輔助結(jié)構(gòu):

液壓碟簧操動機(jī)構(gòu)除以上五個主要模塊外，還有一些輔助工作模塊，比如防慢分裝置、輔助開關(guān)等46精選2021版課件液壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)介紹記數(shù)器加熱器上蓋底座碟簧控制閥儲能器輔助開關(guān)油泵電機(jī)行程開關(guān)47精選2021版課件斷路器的基本控制回路一、斷路器的基本跳合閘回路（1）合閘操作。手動合閘是將控制開關(guān)SA打到“合閘”位置，此時5--8觸點瞬時接通，而斷路器在跳閘位置時QF2是接通的，所以合閘接觸器KM得電，斷路器合閘線圈YC得電啟動，斷路器合閘。當(dāng)合閘操作完成后，斷路器的動斷輔助觸點QF2斷開，合閘接觸器KM斷電，合閘線圈YC斷電。同時斷路器動合觸點QF1接通，準(zhǔn)備好跳閘回路。48精選2021版課件圖5－2斷路器基本跳、合閘回路49精選2021版課件（2）跳閘操作。手動合閘是將控制開關(guān)SA打到“跳閘”位置，此時6--7觸點瞬時接通，而斷路器在合閘位置時QF1是接通的，所以跳閘線圈YT得電，斷路器進(jìn)行跳閘。當(dāng)跳閘操作完成后，斷路器動合觸點QF1斷開，QF2接通，準(zhǔn)備好合閘回路。50精選2021版課件二、斷路器的防跳控制回路1、斷路器的“跳躍”現(xiàn)象如果手動合閘后控制開關(guān)或自動重合閘裝置的出口觸點K1燒結(jié)，若此時發(fā)生故障，則保護(hù)裝置動作，其出口觸點K2閉合，跳閘線圈YT得電啟動使斷路器跳閘，QF2接通，接觸器KM又得電，斷路器再次合閘，保護(hù)裝置又動作斷路器跳閘，斷路器的這種多次跳合現(xiàn)象稱為“跳躍”。51精選2021版課件2、斷路器“跳躍”的危害如果斷路器發(fā)生跳躍，勢必造成絕緣下降，油溫上升，嚴(yán)重時會引起斷路器發(fā)生爆炸事故，危及設(shè)備和人生安全。3、斷路器的“防跳”控制回路通常在斷路器控制回路中加裝防跳中間繼電器KCF，它有兩個線圈，電流啟動線圈KCF1串聯(lián)于跳閘回路，電壓線圈KCF2與自身觸點串聯(lián)接于合閘接觸器KM回路中。52精選2021版課件53精選2021版課件斷路器的巡視檢查一、空氣斷路器的正常巡視內(nèi)容（1）檢查壓縮空氣的壓力是否正常。（2）空氣系統(tǒng)的閥門、通道、儲氣筒等處有無明顯漏氣。（3）檢查斷路器環(huán)境溫度，應(yīng)不低于5℃，否則投入加熱器。（4）檢查其絕緣套管，應(yīng)無裂紋，無放電痕跡和臟污現(xiàn)象。（5）檢查接頭接觸處有無過熱現(xiàn)象。54精選2021版課件二、SF6斷路器的正常巡視內(nèi)容（1）檢查環(huán)境溫度，若溫度下降超過允許范圍，應(yīng)啟動加熱器，防止SF6氣體液化。（2）檢查SF6氣體壓力，應(yīng)正常，其壓力一般為0.4~0.6MPa。（3）檢查斷路器各通道有無異常（漏氣聲，振動聲）及異味，通道連接頭是否正常。（4）檢查其