【文章內(nèi)容簡介】 在動觸頭系統(tǒng)相對于固定活塞移動時，在輔助氣室形成壓力。受膨脹室和輔助室內(nèi)氣體壓力的作用，輔助室的閥門動作，當膨脹室內(nèi)的壓力小于輔助室的時候，逆止閥打開，形成熄滅小電流電弧的助吹，從而增強熄滅小電流電弧的能力。第三節(jié)、 高壓斷路器的操動機構(gòu)操動機構(gòu)是高壓斷路器的重要組成部分。斷路器的操動機構(gòu)由儲能單元、控制單元和力傳遞單元組成。（一） 對操動機構(gòu)的要求1 合閘當斷路器關(guān)合工作電流時，相對容易，但是在故障狀態(tài)下，需要關(guān)合的回路中有上萬安培的電流時，斷路器的導電回路會承受數(shù)千牛頓以上的電動力，這時候需要操動機構(gòu)所做的功非常大。2 保持合閘操動機構(gòu)中需要有保持合閘的部分使得斷路器在合閘命令和操作力消失后斷路器能保持在合閘位置，提供足夠的保持力是這部分需要承擔的任務，否則就會出現(xiàn)回路發(fā)熱等危險情況。3 分閘 操動機構(gòu)的分閘操作應能滿足斷路器分閘時間和分閘速度的要求。（二） 彈簧操動機構(gòu) 彈簧機構(gòu)以彈簧作為儲能元件，彈簧儲能借助電動機通過減速裝置完成，并且經(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)過機械傳遞單元驅(qū)動觸頭運動。 彈簧操動機構(gòu)工作原理為：電動機通過減速裝置和儲能機構(gòu)的動作，使合閘彈簧儲能，儲能完畢以后通過合閘閉鎖裝置使彈簧保持在儲能狀態(tài)，然后切斷電動機電源。當接收到合閘信號時，將釋放脫扣器閉鎖合閘裝置，使彈簧能量釋放。這部分能量一部分通過傳動機構(gòu)使斷路器合閘，另一部分能量通過傳動機構(gòu)使分閘彈簧儲能，為分閘操作進行準備。另外當合閘過程結(jié)束，電動機會立即接通電源，通過儲能機構(gòu)使合閘彈簧重新儲能，準備下一次合閘。當接收到分閘信號時，脫扣裝置釋放分閘彈簧能量，使觸頭分開。 圖128 彈簧操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖 a）分閘位置（分合閘彈簧均未儲能）b）分閘位置（合閘彈簧已儲能） c）合閘位置（分閘彈簧儲能，合閘彈簧未儲能） d）合閘位置（分合閘彈簧均已儲能） 1 合閘保持摯子 2 分閘觸發(fā)器 3 分閘電磁鐵 4 合閘觸發(fā)器 5 合閘電磁鐵 6 分閘保持摯子 7 合閘彈簧 8 油緩沖器 9 分閘彈簧 10 凸輪 11 棘輪 12 拐臂 13 棘爪輪 14 棘爪 15 主軸 16 滾輪彈簧操動機構(gòu)動作時間不受天氣變化影響和電壓變化影響，保證了合閘的可靠性，工作穩(wěn)定，合閘速度較快，同時操動機構(gòu)對電源的要求不高。（三） 氣動機構(gòu)氣動操動機構(gòu)利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力，從而進行操作。因為利用壓縮空氣作為能源，所以氣動機構(gòu)不需要大功率的直流電源。 圖129 氣動操動機構(gòu)原理圖 a） 合閘位置 b）分閘位置 1 差動活塞 2 工作缸 3 控制閥 4 管道 5 差動活塞受壓面1 6差動活塞受壓面2 7 管道 8 壓縮空氣入口如圖29所示，分合閘操作主要由控制閥3來完成。分閘時，控制閥使壓縮空氣經(jīng)過管道7進入差動活塞1上方，由于差動活塞受壓面6大于壓面5，因此活塞向下運動，帶動斷路器操作桿，完成分閘操作并保持在分閘位置。合閘時，通過閥門3向外排至大氣，壓力下降，于是差動活塞受壓面5在壓縮空氣推動下向上運動，完成斷路器合閘操作。氣動機構(gòu)中壓縮空氣的質(zhì)量對操動機構(gòu)工作的可靠性有著重要的影響。壓縮空氣應該干燥，否則潮氣太重會使活塞和汽缸表面生銹，妨礙正常工作。（四） 液壓操動機構(gòu)液壓操動機構(gòu)是用液壓油作為能源來進行操作的機構(gòu)。 圖1210 液壓機構(gòu)原理示意圖 1 儲能缸 2 操作缸 3 活塞桿 4 主閥 5 合閘電磁鐵 6 分閘電磁鐵 7 油箱 8 油泵 9 電機 10 過濾器 11 輔助開關(guān)如圖210，合閘時液壓閥通過電磁方式開啟，液壓儲能缸的壓強作用在兩側(cè)表面積不同的活塞桿，操作桿被活塞表面積較大的力所推動，經(jīng)過傳動機構(gòu)進行合閘。操動機構(gòu)要求在壓力發(fā)生下降時斷路器仍能保持合閘位置。分閘時，液壓閥釋放活塞表面積較大的壓強，將活塞移動到開斷位置。第三章、高壓組合電器組合電器一般是將高壓斷路器、負荷開關(guān)、熔斷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等電器設備組合在一起，還有電壓互感器、電流互感器以及控制、測量、保護等裝置組合成組合電器。組合電器的最根本好處是減小設備的占地面積，提高設備運行的可靠性。高壓組合電器一般有封閉式組合電器（GIS）、絕緣金屬封閉式組合電器（C GIS）（充氣柜）以及發(fā)展迅速的戶外緊湊型組合式開關(guān)設備。第一節(jié) 、SF6封閉式組合電器（GIS）的發(fā)展方向和技術(shù)問題封閉式組合電器（GIS）是20世紀60年代中期才出現(xiàn)的一種新型電器裝置。是在SF6斷路器基礎上發(fā)展起來的。GIS是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器和連接母線等封閉在金屬殼體內(nèi)，充以有優(yōu)異絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體，作為相間和對地的絕緣。由于GIS既封閉又組合，所以占地面積小，占用空間少，不受外界環(huán)境條件的影響，不產(chǎn)生噪聲和無線電干擾，運行安全且維護工作量少，因而得到大力發(fā)展。一般情況下GIS的占地面積僅為敞開式布置的10%一下甚至更小，占用空間也更小。（一） GIS的結(jié)構(gòu)特點GIS有單相封閉式和三相封閉式（三相共筒式）兩種不同結(jié)構(gòu)。早期的GIS是單相封閉式，各種高壓電器的每一相放在各自獨立的接地圓筒形外殼中，運行中不會出現(xiàn)相間短路故障，并且?guī)щ姴糠蛛妶龇植季鶆?。但是分筒式的結(jié)構(gòu)鋼外殼中感應電流引起的損耗大，外殼數(shù)量以及密封面大，增加了漏氣的可能性。同時隨著電壓的升高占地面積也會增大。圖131三相母線共筒式排列結(jié)構(gòu)示意圖1屏蔽罩 2蓋 3母線 4外殼 5絕緣體三相共筒式（圖31）就是將主回路元件的三相裝在公共的接地外殼內(nèi)，通過環(huán)氧樹脂澆注絕緣子支撐和隔離。這種GIS結(jié)構(gòu)緊湊，與單相封閉式GIS相比一般可縮小占地面積40%以上。由于外殼數(shù)量少，可以大大節(jié)省材料，同時密封點數(shù)少所以漏氣故障率就低。此外還可以減少渦流損耗和現(xiàn)場安裝維修的工作量。三相共筒式的缺點是內(nèi)部電場不均勻，相間影響大，易出現(xiàn)相間短路。目前三相共筒式已能做到363kV全三相共筒化，500kV等級做到母線三相共筒化。圖132 252kV三相共筒式GIS結(jié)構(gòu)圖（二） GIS高電壓、大容量小型化GIS從問世以來一直向著高電壓大容量和小型化的方向發(fā)展。斷路器是GIS中最重要的組成部分。目前363kV和550kV單斷口的斷路器已經(jīng)研制成功，大大縮小了GIS的體積。在126kV~252kV電壓等級上開發(fā)出了配彈簧操動機構(gòu)的自能式小型化的SF6斷路器，也使得GIS的體積大大減小。高性能氧化鋅（ZnO）避雷器的使用降低了雷電沖擊絕緣水平，大大減小了絕緣尺寸和GIS尺寸。另外目前許多GIS中使用了三工位的隔離開關(guān)，即關(guān)合、隔離和接地由一個開關(guān)完成。還有環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)的進步使得澆注大型絕緣筒成為可能。（三） GIS設備需要考慮的其他因素 金屬異物 試驗表明，當存在金屬異物時，如果使外電壓上升，則金屬異物首先在外殼上立起來，不久浮起；如果進一步是電壓升高，則金屬異物浮起的高度增加，最終在高壓導體和外殼之間來回移動，當電壓繼續(xù)升高時就會發(fā)展為閃絡。 水分影響SF6氣體內(nèi)含有水分的主要原因有：新氣體中含有水分；安裝過程中進入水分。當SF6中混入的水分為氣態(tài)存在的時候，對絕緣性能幾乎沒有什么影響，如果SF6氣體中存在固體絕緣件，當水分附著在絕緣件表面，沿面絕緣特性就會受到影響。同時水分對SF6氣體的分解生成物也有影響。分解氣體及水分含量達到一定量以上，則會使絕緣性能降低。（四） GIS的發(fā)展方向 復合化 GIS向著更加小型化的方向發(fā)展，復合化的主要措施有：將電纜終端、電壓互感器、避雷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)置于一個罐內(nèi)，以減少充氣罐的數(shù)目，從而大大縮小體積。 二次智能化現(xiàn)代高壓SF6斷路器和GIS發(fā)展的一個顯著特征是二次系統(tǒng)現(xiàn)代化，即由傳統(tǒng)的機電系統(tǒng)向以計算機為中心的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)發(fā)展。利用的新的傳感器技術(shù)采集信息，用光纖傳輸信息，用計算機處理信息，監(jiān)視斷路器和GIS運行狀態(tài)，實現(xiàn)狀態(tài)檢修，這樣做可以大大的提高運行可靠性，同時大大節(jié)省檢修費用，帶來巨大的經(jīng)濟技術(shù)效益。第二節(jié) SF6絕緣金屬封閉式組合電器（CGIS）的技術(shù)特點CGIS是GIS技術(shù)與開關(guān)柜技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也稱作氣體絕緣開關(guān)柜（C代表cubicle）。CGIS具有柜式外殼，它是將三相高壓元件裝在內(nèi)設間隔的焊接鋼板箱體內(nèi)，箱體內(nèi)充略高于大氣壓的SF6氣體作為絕緣，及時壓力降到零表壓，仍具有全耐壓強度。CGIS不受外界條件的限制，可以運行在環(huán)境惡劣的場所。目前在12~126kV的電壓等級中，國外各大制造公司都有CGIS的產(chǎn)品。目前12~。（一）、CGIS的特點CGIS有以下的有點：縮小變電所面積，因為主回路導電部分全部封閉在SF6氣體中，不受塵埃、濕氣和周圍環(huán)境的影響，可長期保持可靠性和安全性。由于CGIS占地面積小，從而與變壓器的接線布置方便，不受地面和建筑物的限制。（二）、 CGIS的分類和結(jié)構(gòu)CGIS的分類可以按斷路器分為SF6斷路器和真空斷路器；按照用途分為電力配電、變電和工業(yè)配電用；按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)高壓元件分為有隔板和無隔板、氣體絕緣母線與固體絕緣母線式；按照結(jié)構(gòu)可以分為圓筒式和箱式結(jié)構(gòu)。目前CGIS從早期的圓筒式結(jié)構(gòu)發(fā)展成和通常開關(guān)柜相似的箱式結(jié)構(gòu)。第三節(jié)、戶外緊湊型組合式開關(guān)設備 戶外緊湊型組合式開關(guān)設備就是將高壓元件高度集成化，開發(fā)研制出的，這種緊湊型組合式開關(guān)有兩大優(yōu)點：一是相對于敞開式開關(guān)，可以大大減少占地面積。二是相對于GIS，可以大大節(jié)省費用。（一） 高度集成的高壓開關(guān)設備（HIS）西門子推出的HIS是一中高度集成的高壓開關(guān)設備，是將現(xiàn)有的空氣絕緣和SF6絕緣的優(yōu)勢結(jié)合在一起的組合。HIS的特點是斷路器的直接連接，不需要許多的戶外套管或絕緣子，也不需要基礎和支撐結(jié)構(gòu)，這種組合式的開關(guān)設備的基礎就是水平放置在支架上的斷路器。斷路器可以和電流互感器組合，在一側(cè)或者兩側(cè)可裝隔離開關(guān)，還可以裝封閉式接地開關(guān)。（二） PASS組合開關(guān)設備PASS意為插接式開關(guān)系統(tǒng)，是ABB公司基于敞開式開關(guān)和全封閉式組合電器開發(fā)的。PASS的主要特點是它的集成化和多個功能集成在一起的模塊化。這種模塊包括斷路器、隔離開關(guān)、電壓和電流互感器，母線為空氣絕緣。PASS與敞開式開關(guān)設備的接線的最大區(qū)別是沒有線路側(cè)隔離開關(guān)和接地開關(guān)。由于線路側(cè)的隔離開關(guān)作用是在維修時起到隔離作用，由于PASS的高可靠性所以很多PASS接線中取消了線路側(cè)隔離開關(guān)。圖133 8DN8 型145kV三相封閉HIS示意圖1 斷路器 2 斷路器彈簧操作機構(gòu)3 隔離開關(guān)和接地開關(guān) 4 分離模塊5 電流互感器 6 電壓互感器7高速接地開關(guān) 8 電纜終端模塊9 室外封閉 10 框架 圖134 MO型雙母線PASS的接線圖1 隔離開關(guān)和接地開關(guān) 2 斷路器 3電流互感器第四章、真空斷路器結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)第一節(jié)、 真空斷路器的技術(shù)特點真空滅弧室是真空斷路器中的一個重要部件。由于真空間隙的絕緣強度很高，開斷后介質(zhì)恢復速度快，因此滅弧室觸頭開距很小，利用金屬波紋管與操動機構(gòu)連接操作。 圖141 真空滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖一、 外殼外殼用來密封真空滅弧室，不僅要容納和支持真空滅弧室內(nèi)的種種零件，而且當動、靜觸頭在開斷位置時起絕緣作用。因此對外殼首先要求氣密性好，不能有漏孔存在，其次要有一定的機械強度和絕緣性能。二、 波紋管金屬波紋管被普遍用作動觸頭運動的真空密封。波紋管的一端固定，連在滅弧室的一個端面上，另一端運動，連至動觸頭的導桿上。常用的波紋管有液壓成型式和焊接式。波紋管的伸縮量決定了觸頭開距的大小，壽命決定了開關(guān)開斷的次數(shù)，目前真空斷路器的機械壽命一般在幾萬次以上。 a）液壓成型 b）膜片焊接 圖 142 真空滅弧室波紋管三、 屏蔽罩在觸頭周圍設置屏蔽罩，可以擋住電弧生成物的去路，防止絕緣外殼因為電弧生成物的污染而導致的絕緣強度的降低和絕緣破壞。屏蔽罩結(jié)構(gòu)一般分為兩種：一種為內(nèi)屏蔽罩，外殼承擔兩端之間的絕緣；另外一種為外屏蔽罩，屏蔽罩成為真空殼體的一個主要部分，兩端的陶瓷（或玻殼）承擔絕緣。在真空滅弧室的設計中，屏蔽罩的結(jié)構(gòu)形狀和表面狀態(tài)對絕緣性能影響很大。四、 觸頭觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，真空滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭決定。目前真空開關(guān)的觸頭接觸方式為對接式。真空滅弧室的開斷能力主要和觸頭的結(jié)構(gòu)有關(guān)，真空觸頭主要有三種型式：平板觸頭，橫磁場觸頭，縱磁場觸頭。a）平板觸頭 b）杯狀橫磁場觸頭 c）螺旋橫磁場觸頭d）縱磁場觸頭1 e）縱磁場觸頭2圖 143 真空斷路器觸頭型式1. 平板觸頭 最初的真空滅弧室采用簡單的平板觸頭。要增大開斷電流，就得增大觸頭面積，當觸頭面積較小的時候，其極限開斷電流和直徑幾乎呈線性關(guān)系，但是當觸頭直徑大于50mm后，直徑的增加，極限開斷電流就很少增加了。當電流超過10kA時，真空電弧聚集，并聚集在局部地區(qū)，隨著電弧溫度的增加，產(chǎn)生嚴重的熔焊點，失去了開斷電流的能力。所以平板電流一般用于8000A以下。2. 橫磁場觸頭 為了防止觸頭局部熔焊，利用電弧沿特殊路徑流過觸頭產(chǎn)生橫磁場而驅(qū)動電弧在觸頭表面上運動。橫磁場觸頭通常為杯狀橫磁場觸頭和螺旋橫磁場觸頭。3. 縱磁場觸頭 縱磁場觸