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高压六氟化硫断路器的结构及原理介绍

时间:2016-07-05     作者:宋志刚 秦鹏刚 柴 园【转载】   阅读

宋志刚 秦鹏刚 柴 园
(西安西电高压开关有限责任公司,陕西 西安 710018)

    【摘 要】本文介绍了户外高压六氟化硫断路器的结构特点,并对原理和应用进行了介绍。
    【关键词】高压六氟化硫断路器;结构;原理 
    近年来,高压六氟化硫断路器在变电站中不断普及应用。它是输变电线路中的重要设备之一,它不仅可以在系统发生故障时,迅速地切除故障电流,减少停电范围,防止事故扩大,保证系统安全运行。而且可以切断与闭合高压电路的空载电流和负载电流。高压六氟化硫断路器是采用高绝缘性能的六氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质的新型高压断路器,具有工作电流大、开断能力强、绝缘水平高、断口电压高、噪音小、重量轻、结构尺寸小和检修周期长等传统油断路器和压缩空气断路器无法比拟的优点,因此被大量应用于电力系统中。
1 高压六氟化硫断路器基本结构和灭弧原理
    户外交流高压六氟化硫断路器由导电部分、灭弧单元、绝缘部件、操动结构、电气控制和辅属连接装置等六部分组成。按断路器结构可分为罐式(TGCB)和瓷柱式(PGCB)。
1.1 罐式高压六氟化硫断路器(TGCB)
    罐式高压六氟化硫断路器灭弧单元安装在与低电位相连的金属罐体内,罐体上部安装进出线套管。整个断路器本体内充一定压力的SF6气体,保证内部绝缘能力,使带电部位与罐体绝缘。罐式高压六氟化硫断路器可在进出线套管下部安装套管式电流互感器。有时为了减少传统电站设计的占地面积,可将罐式断路器、隔离开关、接地开关、避雷器和电压互感器进行组合,形成敞开式组合电器,大大减少了占地面积和检修时间。
    罐式断路器的重心低,抗震效果好,现公认的可抗0.9g地震。适应环境能力强,在低温地区可在罐体外部加装加热带,以满足开断能力。但是罐式断路器壳体所用金属很多,用六氟化硫气体量大,价格比瓷柱式断路器高,因此在设计选型时,须进行全面考虑,选择一种“性价比”高的断路器。
1.2 瓷柱式高压六氟化硫断路器(PGCB)
    瓷柱式高压六氟化硫断路器灭弧单元装在灭弧瓷套内,使处于高电位的触头、导电部分和灭弧室与低电位绝缘,绝缘支柱瓷套安装在接地的支架上。整个本体内充一定压力的SF6气体,保证内部绝缘能力。灭弧室安装在支柱瓷套的上部,支柱瓷套下端的密封拉杆与操动机构相连,通过支柱瓷套下部的绝缘拉杆带动动触头和压气缸进行断路器的合分闸机械操作。受灭弧室内部结构和电场的影响,瓷柱式断路器内部不能内附电流互感器(CT)。为满足电站运行,电流互感器只能为独立式的,通过导线将断路器和独立电流互感器连接。
    虽然瓷柱式断路器结构简单,现场安装方便,成本低,但为增强断路器的对地绝缘能力有时不得不加高支柱瓷套,为增强断路器的断口绝缘水平,在一台产品上串联几个灭弧单元以增加断口数,这样会使断路器的重心提高,抗震性能降低,因此在一些地区安装受到一定的限制。
2 介绍下西安西电高压开关有限责任公司生产的LW25-252瓷柱式高压六氟化硫断路器
2.1 基本结构
    LW25-252属于瓷柱式高压六氟化硫断路器,断路器每极单断口结构,每台产品由三个单级组成,每个单级包括灭弧室、操动机构和支架,外形呈I型布置,每台再配一面汇控柜。可单级操作,也可实现三极电气联动操作。
2.2 灭弧原理
    断路器的灭弧室以自能热膨胀原理为主,结合压气熄弧原理,采用变开距结构。合闸时,正常的电流在主触头之间通过。分闸时,绝缘拉杆带动动触头系统,一起向下运动。当动、静弧触头分开时,利用静弧触头及电弧对喷口的堵塞效应和电弧对气体的热膨胀作用,迅速提高灭弧室内的吹弧气体压力,从而获得良好的吹弧效果,灭弧室具有很强的熄弧能力。
    开断小电流时,当动、静弧触头分开时,熄灭小电流和负载电流所需的灭弧压力由活塞压缩压气缸内的六氟化硫气体经过喷口吹向电弧处,并在瞬间将其熄灭,并保持低的过电压水平。
    开断大电流时,当动、静弧触头分开时,产生的电弧将喷口堵塞,而电弧能量加热周围的六氟化硫气体,压气缸内的气体热膨胀,在电流过零时,将热膨胀后的高压气体吹向电弧,将电弧熄灭,恢复绝缘水平。
2.3 高压六氟化硫断路器操动机构工作原理
    该弹簧操动机构结构简单,可靠性高,分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。储能电机给合闸弹簧储能,合闸时合闸弹簧的能量一部分用来合闸,另一部分用来给分闸弹簧储能。合闸弹簧一释放,储能电机立刻给其储能,储能时间不超过15s。
2.4 主要特征和优点
    LW25-252瓷柱式高压六氟化硫断路器采用单元结构,断口数少,零件少,配用中日合资西菱公司专业化制造的性能优良的操作机构,因而具有最少的维修工作,高的可靠性,优越的开断能力和可靠的绝缘和载流能力。
3 产品的发展方向
    根据六氟化硫断路器产品的特点,今后发展趋向于以下几个方面:
    (1)高可靠性。高压产品的质量影响到输变电的可靠性,也影响着工矿企业人员的安全,关系到人们的日常生活,所以产品的高可靠性是产品设计的重中之重。
    (2)安全使用方便。在产品的使用过程中,需要对高压六氟化硫断路器进行日常维护,所以产品设计的人性化、便于安装调试及维护也成为产品设计的一个重要环节。
    (3)产品智能化。根据国家电网公司智能电网的发展规划,构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一智能电网,高压六氟化硫断路器是智能电网构成中非常重要的组成部分,为了适应智能电网的需要,发展智能型断路器已成为当前的一种趋势。
4 结束语
    随着科学技术的不断发展,我国高压六氟化硫断路器设计和制造水平也不断提高。近年来,国家对电网建设投资力度的增大、输电电压的不断提高,从而对高压六氟化硫断路器的断口电压和开断电流大小等提出了更为严格的要求。完善高电压等级、设计满足电网运行要求的高压六氟化硫断路器是当前设计和制造的重点。


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