小学高级教师。现任杭州少年通讯社专业指导教师，《花开时节》主编。成功地策划、组织文学院、通讯社开展“为杭州做一张文化拼图”系列、“品质杭州少年行”系列、“LOMO青春涂鸦”等活动。有多篇论文、活动案例获国家级一二等奖。指导学生参加全国中小学生各类征文活动，多次获奖，并被评为优秀指导教师。曾获上城区第九届“教坛新秀”称号。2009年被评为全国少年儿童校外教育文学写作名师。
国网运行有限公司 高压交流断路器培训教材 国网运行有限公司 高压交流断路器培训教材 上海超高压管理处 编写 戴晨榕 目 目 录 第一章 概述 第一节 简介 1 、用途和结构 1.1 断路器本体 1.2 操作机构 1.2.2 弹簧操作机构 1.2.3 气动操作机构 2 、类型和适用场所 3 、国内外知名断路器简介 第二节 断路器工作原理 1 、灭弧原理 1.1 油断路器的灭弧 1.3 真空断路器的灭弧原理 第二章 断路器技术规范 第一节 断路器型号 第二节 技术参数 第三节 重要名词定义 第四节 断路器的设计规范 1 、交流高压断路器的技术要求 2 、控制与操作回路 3...
国网运行有限公司 高压交流断路器培训教材 国网运行有限公司 高压交流断路器培训教材 上海超高压管理处 编写 戴晨榕 目 目 录 第一章 概述 第一节 简介 1 、用途和结构 1.1 断路器本体 1.2 操作机构 1.2.2 弹簧操作机构 1.2.3 气动操作机构 2 、类型和适用场所 3 、国内外知名断路器简介 第二节 断路器工作原理 1 、灭弧原理 1.1 油断路器的灭弧 1.3 真空断路器的灭弧原理 第二章 断路器技术规范 第一节 断路器型号 第二节 技术参数 第三节 重要名词定义 第四节 断路器的设计规范 1 、交流高压断路器的技术要求 2 、控制与操作回路 3 、对 SF6 断路器的补充要求 4 、对气动和液压操动机构的若干要求 第三章 高压交流 SF6 断路器的结构 SF6 断路器灭弧室结构 1 、单压式（压气式）灭弧室 2 双压式灭弧室 SF6 断路器灭弧室结构 SF6 断路器结构 第四章 高压交流断路器的操作机构 概述 弹簧操动机构（CT ） 储能与维持储能 合闸与维持合闸 分闸、自动重合闸及自由脱扣 第三节 液压操动机构(CY) 1. 液压操动机构特点 2. 液压油的基本性质 3. 液压操动机构组成 4. 断路器液压操动机构典型结构 （ （1 ） 断路器液压操动机构性能 （ （2 ）储能式液压机械（CY-3 型） （ （3 ）弹簧储能式液压机构（AHMA 型） 第五章 高压交流断路器的运行维护 第一节 高压交流断路器的巡视检查 第二节 高压交流断路器的红外测温 第三节 高压交流断路器的操作 1 断路器的操作一般规定 2 故障状态下操作规定 高压交流断路器故障分析及处理 1 漏气分析及处理 2 拒合或合闸速度偏低 3 拒分或分闸速度低 4 合闸弹簧不储能或储能不到位 5 SF6 气体水份超标 6 液压机构故障分析 第六章 高压交流断路器的检修 第一节 总 则 第二节 高压交流断路器的小修项目 第三节 高压交流断路器的例行检查测试项目 第四节 大修前的准备工作 第五节 大修前的检查和试验 第六节 大修项目及技术要求 1 高压断路器本体的大修项目及技术标准 2 高压断路器操作机构的大修项目及技术标准 第七节 断路器大修后的调整及试验 第八节 检修后断路器的投运 第五章 高压交流断路器的试验 第一节 型式试验 出厂试验 交接试验 预防性试验 1 、SF6 断路器预防性试验 2 、 多油断路器和少油断路器的预防性试验 3 断路器油 4 SF6 气体 附：相关的标准和规范 件 附件 1 ：应用中的各厂家断路器图片参数 附件2 ：ABB HPL 245-550B2 高压SF6 断路器/BLG 1002A型单相弹簧操作机构培训教材型单相弹簧操作机构培训教材 高压交流断路器培训教材 第一章 概述 第一节 简介 1 、用途和结构 1.1 断路器本体 断路器在电力系统中起着两方面的作用：一是控制作用，即根据电力系统运行需要，将一部分电力设备或线路投入或退出运行；二是保护作用，即在电力设备或线路发生故障时，通过继电保护装置作用于断路器，将故障部分从电力系统中迅速切除，保证电力系统无故障部分的正常运行。 高压断路器的类型很多，但就其结构来讲，都是由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。通断元件是断路器的核心部分，操动机构接到操作指令后，经中间传动机构传送到通断元件执行命令， 使主电路接通或断开。通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等，安放在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘。绝缘支撑件安装在基座上。这些基本组成部分的结构，随断路器类型不同而异。 1.2 操作机构 操动机构是完成断路器分、合闸操作的动力能源，是断路器的重要组成部分,目前以弹簧机构、液压机构以及气动机构应用较为普遍。 1.2.1 液压操作机构 液压操动机构按储能方式，可分为非储能式和储能式。前者一般用于隔离开关，后者多用于 35KV 及以上的高压少油断路器及 110KV 及以上单压式 SF6 断路 器。按液压作用方式，可分为单向液压传动和双向液压传动。按传动方式，分为间接（机械液压混合）传动和直接（全液压）传动。按充压方式分为瞬时充压式、 常高压保持式、瞬时失压常高压保持式。 1.2.2 弹簧操作机构 弹簧操动机构是利用弹簧预先贮存的能量作为合闸动力，进行断路器的分、合闸操作的。只需要小容量的低压交流电源或直流电源。此种机构成套性强，不需配备附 加设备，弹簧贮能时耗费功率小，但结构复杂，加工工艺及材料性能要求高且机构本身重量随操作功率的增加而急骤增大。目前，只适用于所需操作能量少的真空断 路器、少油断路器、110KV 及以下电压等级的 SF6 断路器和自能式灭弧室 SF6 断路器。 1.2.3 气动操作机构 空气操动机构以压缩空气为动力，使断路器实现气动分闸，同时又使合闸弹簧储能，合闸时依靠合闸弹簧的释放能量，而不消耗压缩空气。 2 、类型和适用场所 断路器按其所采用的灭弧介质，可分为下列几种类型： （1）油断路器：采用变压器油作灭弧介质的断路器，称为油断路器，如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质，称为多油断路器；油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质，而带电部分对地之间的绝缘介质采用瓷或其他介质的，称为少油断路器。主要用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。 （2）六氟化硫（SF6）断路器：采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的 SF6 气体作为灭弧介质的断路器，称为 SF6 断路器，在电力系统中广泛应用。适用于频繁操作及要求高速开断的场合，在我国推荐在 7.240.5 选用 SF6 断路器，特别是 126KV 以上几乎全部选用 SF6断路器。但不适用于高海拔地区。 （3）真空断路器：利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称为真空断路器，现已大量应用在 7.240.5KV 电压等级的供（配）电网络上也主要用于频繁操作及要求高速开断的场合，但在海边地区使用时，应注意防凝露，因为会使断路器灭弧室灭弧能力下降。 目前，在电力系统中主要使用以上三种形式的断路器，而一些旧式断路器，如空气断路器和多油断路器等，已逐步被淘汰。 3 、国内外知名断路器简介 目前世界上断路器的生产主要集中在欧洲的几大生产厂家如 Siemens、ABB、Alstom 、Schneider 和日本的几大公司如三菱、东芝、日立。上述几家大公司所生产的各个电压等级的产品，基本上代表了世界上最先进技术水平。我国的断路器生产厂家通过技术引进和与外国著名厂商的合作，其中的 5 大著名开关生产厂商（西安开关厂、沈阳高压开关有限责任公司、平顶山天鹰集团有限公司、上海华通开关厂、北京开关厂）已经有生产 126550KV断路器和 GIS 封闭式组合电器的能力。 第二节 断路器工作原理 1 、灭弧原理 1.1 、油断路器的灭弧 这类断路器用油作灭弧介质，电弧在油中燃烧时，油受电弧的高温作用而迅速分解、蒸发，并在电弧周围形成气泡。能有效地冷却电弧，降低弧隙电导率，促使电弧熄灭。在油断路器中设置了灭弧装置（室），使油和电弧的接触紧密，气泡压力得到提高。当灭弧室喷口打开后，气体、油和油蒸气本身形成一股气流和液流，按照具体的灭弧装置结构，可垂直于电弧横向吹弧，平行于电弧纵向吹弧或纵横结合等方式吹向电弧，对电弧实行强力有效的吹弧，这样，就加速去游离过程，缩短燃弧时间，从而提高了断路器的开断能力，电流过零时灭弧。 1.2 、SF6 断路器的灭弧原理 SF6 断路器用 SF6 气体作为灭弧介质。SF6 气体是理想的灭弧介质，它具有良好的热化学性与强负电性。 （a）热化学性，即 SF6 气体有良好的热传导特性 由于 SF6 气体有较高的导热率，电弧燃烧时，弧心表面具有很高的温度梯度，冷却效果显著，所以电弧直径比较小，有利于灭弧。同时 SF6 在电弧中热游离作用强烈，热分解充分，弧心存在着大量单体的 S、F 及其离子等，电弧燃烧过程中，电网注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介质的断路器低得多。因此，触头材料烧损较少，电弧也就比较容易熄灭。（b） SF6 气体的强负电性 就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。由电弧电离所产生的电子，被 SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的移动性显著降低，并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。因此，弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。弧隙电导率很快降低，从而促使电弧熄灭。 1.3 真空断路器的灭弧原理 真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。断路器开断时，电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧，简称为真空电弧。当开断真空电弧时，由于弧柱内外的压力与密度差别都很大，所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。弧柱内部处在一面向外扩散，一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。随着电流减小，金属蒸气密度与带电质点的密度都下降，最后在电流接近零点时消失，电弧随之熄灭。此时，弧柱残余的质点继续向外扩散，断口间的介质绝缘强度迅速恢复，只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度，电弧最终熄灭。 第二章 断路器技术规范 第一节 断路器型号 型号表示方法（GB 标准）：高压断路器的型号是由字母和数字组成，表示如下： 第二节 技术参数 主要技术参数： （1）额定电压：指断路器能承受的正常工作线）额定电流：指断路器可以长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。 （3）额定开断电流。在额定电压下，规定的时间内断路器能可靠切断的最大电流的有效值，称为额定开断电流 Ik，它表示断路器的断路能力。 （4）动稳定电流。断路器在闭合位置时，所能通过的最大短路电流，称为动稳定电流，亦称额定峰值耐受电流，它表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定 （5）热稳定电流。热稳定电流是断路器在规定时间内，允许通过的最大电流，它表示断路器承受短路电流热效应的 能力。以短路电流的有效值表示。断路器的铭牌规定一定 时间（1、2、4 秒）的热稳定电流。 （6）额定绝缘水平：额定绝缘水平下表： 项 目 电压等级(kV) 550 363 252(245) 额定电压(即最高电压)(kV) 550 363 252(245) 额定频率(Hz) 50 50 50 1.2/50s 雷电冲击耐受 相 对 地 1550 (1675) 1175 950 电压峰值 (kV) 断 口 间 1550+315 1675+315 1175+205 1050 250/2500s 操作冲击 耐受电压峰值 (kV) 相 对 地 1050 (1175) 950 断 口 间 1175 1050+450 950 850+295 1min 工频耐受电压 (kV) 相 对 地 680 (740) 510 395 断 口 间 790 580 460 第三节 重要名词定义 （1）开断时间（又称全开断时间）。是指从断路器的操动机构接到开断指令起，到三相电弧完全熄灭为止的一段时间。开断时间可划分为分闸时间和燃弧时间两部分。分闸时间（又称固有分闸时间）是指自断路器接到分闸指令起，到首先分离相的触头刚分开为止的一段时间。这一段时间的长短通常主要和断路器及所配操动机构的机械特性有关，受开断电流大小的影响较小，可以看成是一个定值。燃弧时间是指自先分离相的触头刚分开起、到三相电弧完全熄灭为止的一段时间。这段时间的长短随开断电流的大小而变动。 可见，要缩短断路器的开断时间，必须从改善断路器的机械特性和灭弧特性两方面着手。随着断路器的发展，目前快速开断时间已到 50ms 左右。 （2）合闸时间（又称固有合闸时间）。是指自断路器的机构接到合闸指令起，到各相触头均接触时为止的一段时间。合闸时间的长短，主要取决于断路器的操动机构及传动机械特性。合闸时间已缩短到 100ms 左右。 （3）分闸相间同步。是用来反映三相触头分开时间差异的。这一性能的衡量，是由断路器接到分闸指令、自首先分离相的触头刚分开起到最后分离相的触头刚分开为止这一段时间的长短来表示。一般分闸相间同步应不大于 3ms。 同一相内串联几个断口时，还有断口间分闸同步的要求。断口间分闸同步应不大于2ms。 （4）合闸相间同步。是指断路器接到合闸指令，首先接触相的触头刚接触起到最后相触头刚接触为止的一般时间。一般合闸相间同步不大于 5ms。 同一相内串联几个断口，有断口间合闸同步要求，断口间合闸同步不大于 2.5ms。 （5）合闸电阻触头动作时间。为了降低操作过电压，在断路器断口上并联了合闸电阻和合电阻触头。在合闸时，要求合闸电阻触头提前合上（82ms）。当主触头合上后，合闸电阻触头一般不分闸，因此，在分闸时，要求合闸电阻触头提前分闸（大于 5ms）。如果合闸电阻触头迟于主触头分闸，由于它的容量不足易被烧损。 （6）无电流间隔时间。是指断路器自动重合闸过程中，断路器重合闸触头全部接通起到断路器重合触头预击穿为止的一段时间（30ms）。 （7）金属短接时间。是指断路器自动重合闸过程中，断路器跳闸各相电弧熄灭起到断路器再次跳闸触头刚分为止的一段时间（40～75ms）。 （8）额定操作顺序。断路器的额定操作顺序为 0－t－CO－t－CO 如果未规定时间间隔，则：对用作快速自动重合闸的断路器 t=0.3s；对不用作快速自动重合闸的断路器 t=3min；t=3min。 图 2-2-1 所示是断路器在关合、开断和重合闸顺序中所用到的各个时间术语间关系的示意图。 （9）每相导电回路电阻值。主要是指动、静触头的接触电阻，其值在微欧级。 （10）开断容性的电流能力。是指断路器能开断空载线路或电缆的充电电流的能力，其标准如下： 额定电压（kV） 220 110 线 电缆充电电流（A） 225 160 （11）开断感性电流能力。是指断路器能开断空载变压器或电动机等小电感负荷的能力，例如在 0.5～15A 范围内开断。 （12）灭弧室不检修开断能力 ①在 100%额定短路电流下开断次数，例如：20 次。 ②在 50%额定短路电流下开断次数，例如：80 次。 ③在额定电流下开断次数，例如：5000 次。 （13）合闸线圈、分闸线圈额定电源电压。交流为 220V，380V；直流为 48V，110V，220V。合闸线圈一般配一套。分闸线圈要可靠，一般可配两套及以上，其动作电压为：合闸 85（80）%～110%UN；分闸（30～65）%～110%UN。 第四节 断路器的设计规范 1 、交流高压断路器的技术要求 1.1 断路器的时间参数： a) 关于断路器分闸时间、燃弧时间、合闸时间和开断时间的范围由产品技术条件作出规定。 图 2-2-1 断路器各个时间术语间的关系图 b) 断路器的“合分”时间由产品技术条件作出规定。在型式试验中的“合分”时间不得大于规定值，而运行中实际“合分”时间不得小于规定值。 c) 分闸不同期性不得大于(ms)： 相间 3； 同相断口闸 2。 d) 合闸不同期性不得大于(ms): 相间 5； 同相断口闸 3。 e) 重合闸的无电流间隙时间：0.3s。 1.2 合闸电阻： 合闸电阻值的一般要求 (400～600)5%；线 合闸电阻提前接入时间 8～11ms； 合闸电阻的热容量在 1.3 倍额定相电压下合闸 3～4 次：前两次之间的时间间隔为 3min；后两次之间的时间间隔为 3min；前后两组试验之间的时间间隔不超过 30min。或在 2～2.5倍额定相电压下合闸 2 次，其间的时间间隔为 30min。 1.3 ： 并联电容：并联电容应能耐受额定电压 2h。试验后的局部放电测量应符合专业标准的规定。 1.4 断路器在 100%额定短路开断电流下的连续开断能力(其间不需检修)应为 15 次以上。 1.5 开、合空载架空线A； 252(245)kV 断路器为 160A； 开断时不得有重击穿； 开断时的频率为 502.5Hz。 操作方式：在使用三相重合闸的场所操作方式为分合分；在使用单相重合闸的场所操作方式为分、合分。 1.6 开、合空载变压器的能力：断路器应能顺利开断 0.5～15A 空载变压器励磁电流。 开断时的过电压分别不得大于相应电压等级额定相电压峰值的： 550kV 2 倍； 363kV 2.5 倍； 252(245)kV 2.7 倍。 开断试验时应使用实际的空载变压器，不得采用在变压器次极加电抗以调整开断电流值的方法进行本项试验。 1.7 开、合并联电抗器的能力：断路器应能开断指定容量的并联电抗器。开、合的其他要求见电力行业标准 DL/T40291 的 26 和 IEC 技术报告 1233 号。 1.8 近区故障下的开、合能力：近区故障下的开断电流为额定短路开断电流的 90%，75%； 操作方式为 分t1合分180s合分（ t1 一般为 0.3s）。 1.9 失步状态下的开断能力：失步开断电流为额定短路开断电流的 25%；工频恢复电压为额定电压的 2 倍。 2 、控制与操作回路 2.1 断路器应能远方和就地操作，其间应有闭锁。就地操作的操作电源与分、合闸回路间应设有单相双极刀闸，与后备分、合闸回路间也应装设刀闸。断路器应配备就地指示分、合闸位置的红、绿灯。 2.2 550kV 断路器应设有两套相同而又各自独立的分闸装置，每一套分闸装置动作时，或两套装置同时动作时均应保证设备的机械特性。对配用电流互感器的断路器，互感器特性也应满足上述要求。 2.3 断路器应具有可靠的防止跳跃、防止非全相合闸和保证合分时间的性能。 2.4 SF6 断路器应具备高、低气压闭锁装置。 2.5 合闸和分闸机构及辅助回路电源电压(气源气压)的额定值及其变动范围。合闸和分闸机构及辅助回路的电源电压应理解为，断路器在操作时在其本身回路端子上测得的电压，如有必要，还包括制造厂提供的或要求的与断路器串接的辅助电阻或附件，但不包括连接到电源的导线。 额定电源电压为： 直流电压 110V，220V。 操动机构在电源电压额定值的 85%～110%间应能使断路器合闸和分闸。 并联合闸脱扣器应能在其直流额定电压的 85%～110%范围内正确动作。 并联分闸脱扣器应能在其直流额定电压的 65%～110%范围内正确动作，实现分闸。当电源电压低至其额定值的 30%(或更低)时，不应脱扣。当装有多个分别作用的分闸脱扣器时，任一个分闸脱扣器的缺陷不得影响其他分闸脱扣器的功能。 操作用压缩空气的气压源气压额定值(表压 MPa)为：0.5，1.0，1.5。 除非制造厂另有规定，当压缩气体压力在额定压力值的 85%～110%范围内时，气动操动机构应能使断路器实现合闸和分闸。 2.6 除通常作为控制或辅助用的触点外，550kV 断路器每相应有 10 付常开和 10 付常闭备用触点，363kV 断路器每相应有 8 付常开和 8 付常闭备用触点，252(245)kV 断路器每相应有 6 付常开和 6 付常闭备用触点。 3 对 对 SF6 断路器的补充要求 3.1 断路器应配备现场安装后第一次充气用的SF6气体以及其他运行操作上用的液体与气体。 3.2 SF6 新气应符合 IEC Pub376(1971)、a(1973)、b(1974)新 SF6 的规范和验收的要求。对批量提供的气体应附毒性检验合格证。 3.3 断路器应配备气体取样的阀门，在断路器安装完毕并充入新气后，应从断路器内重新进行气体取样并试验，其含水量应小于 150l/l。 3.4 SF6 断路器的年漏气率不大于 1%。 3.5 每台 SF6 断路器应配备一套 SF6 气体运行监视装置(包括气体密度继电器、压力指示器与温度指示器)。 3.6 SF6 断路器(包括 GIS)在 SF6 气体零表压下的电压耐受能力在不过多影响造价时可定为3) 3 . 1 ~ 05 . 1 (NU，UN 为设备对地额定电压，承受时间为 5min。 4 对气动和液压操动机构的若干要求 4.1 对带有单独压缩机的断路器，压缩机的出力和储气筒的容积应满足断路器按额定操作顺序操作的需要。 4.2 对驱动空气压缩机的电动机的要求： a) 电动机在周围空气温度+40℃时能连续工作 24h； b) 电动机需配备“手动自动”转换开关和复式脱扣开关(包括电磁式过流脱扣和热偶式保护脱扣)等控制设备。 4.3 对液压操动机构的要求：每台液压机构应配备自身的液压设备，如油泵、储压筒、控制装置、连接管路和阀等。油泵由一台单相 220V 或三相 380V 电动机驱动。电动机和泵的容量应满足储压筒在 60s 内从最低工作油压打压到最高工作油压。储压筒的容量应满足压力降到自动重合闸闭锁压力之前不启动油泵，并能连续进行两次合分或一次分0.3s合分的操作顺序。 4.4 液压操动机构本身应具有防止失压慢分的性能。 4.5 气动或液压操动机构需设置高、低气(液)压闭锁装置。 4.6 气动机构的储气筒、液压机构的储压筒及罐式断路器的承压容器的质量均应遵守中国国家劳动总局发布的(压力容器安全监察规程)的规定。 第三章 高压交流 SF6 断路器的结构 第一节 SF6 断路器灭弧室结构 SF6 断路器灭弧室的结构基本上有单压式和双压式两种。 1 单压式（压气式）灭弧室 单压式灭弧室又称压气式灭弧室。只有一个气压系统，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞汽缸的相对运动，造成短时气流来熄灭电弧。单压式灭弧室又分以下两大类： 1.1 变开距。图 2-2-12 所示为变开距单压灭弧室的工作原理。压气活塞是固定不动的。图 2-2-12（a）所示触头在合闸位置。分闸时，操动机构通过拉杆 7 使动触头 4、动弧触头 3、绝缘喷嘴 8 和压气缸 5 运动，在压气活塞 6 与压气缸 5 之间产生压力。图 2-2-12（b）所示为产生压力的情况。等到动静弧触头脱离后，在这两个触头间产生电弧，同时压气缸内 SF6 气体在压力作用下吹向电弧，使电弧熄灭，如图 2-2-12（c）所示。图 2-2-12（d）所示为电弧熄灭后，触头在分闸位置。在这种灭弧室结构中，电弧可能在触头运动的过程中熄灭，所以称为变开距。 1.2 定开距。图 2-2-13 所示为定开距单压式灭弧室工作原理。压气活塞 6 是固定不动的，静弧触头1 和动弧触头 2 之间开距也是固定不变的。图2-2-13（a）所示触头在合闸位置。分闸时，操动机构通过连杆带着动触头 3 和压气缸 5 运动，在压气活塞 6 与压气缸之间产生压力。图 2-2-13（b）所示为产生压力的情况。当动触头 3 脱离静触头 1后，产生电弧 7，同时压气缸 5 内 SF6 气体在压力作用下，通过压气栅 4 吹向电弧 7，如图 2-2-13（c）所示。当电弧熄灭后，触头处在图 2-2-13（d）所示的分闸位置。 图 2-2-12 压气式变开距灭弧室工作原理 1-静触头；2-静弧触头；3-动弧触头；4-动触头；5-压气缸；6-压气活塞；7-拉杆；8-喷嘴 图 2-2-13 压气式定开距灭弧室工作原理 1-静触头；2-静弧触头；3-动弧触头；4-压气栅；5-压气缸；6-活塞；7-电弧 单压式灭弧室中 SF6 气体只有一种气压，其值约为 0.3～0.5MPa。当分闸时，由于压气缸与压气活塞的作用，吹系统的 SF6 气体压力可比原来的提高一倍。 变开距与定开距灭弧室的比较如下： ①气吹情况。变开距的气吹时间比较富裕，压气缸内的气体利用比较充分。定开距吹弧时间短促，压气缸内的气体利用稍差。 ②断口情况。变开距的开距大，断口间的电场均匀度较差。绝缘喷嘴置于断口之间。 ③经电弧多次灼伤后，可能影响断口系统。定开距的开距短，断口间电场比较均匀，绝缘性能较稳定。 ④电弧能量。变开距的电弧拉得较长，电弧能量较大。定开距的电弧长度一定，电弧能量较小，对灭弧有利。 ⑤行程与金属短接时间。变开距可动部分的行较小，超行程与金属短接时间亦较短。定开距的行程较大，超行程与金属短接时间较长。 2 双压式灭弧室 双压式灭弧室有高压和低压两个气压系统。灭弧时，高压室控制阀打开，高压 SF6 气体经过喷嘴吹向低压系统，再吹向电弧使其熄灭。 图 2-2-14 所示是双压式灭弧室结构图。灭弧室触头系统处于低压的 SF6 气体中。在分闸时，当动触头脱离静触头，在定弧极与动触头之间产生电弧。这时通向高气压系统的控制阀已打开，SF6 气体从高压区域顺着箭头方向吹向低压区域，电弧在 SF6 气吹的作用下熄灭。这种型式的特点如下： ①吹弧能力强，开断容量大，它的吹弧能力不受开断条件或操作速度的影响，能维持稳定，强力的吹气条件，加上 SF6 气体优异的灭弧性能，使得开断能力很强。 ②动作快，燃弧时间短。电弧在第一个过零点就能熄灭。很少复燃。 ③结构复杂。两个压力系统的气体之间必须有一套控制装置，以维持压力差，这就增加了设备的复杂性。其次，高压力的 SF6 气体液化温度高，低温环境使用时必须加装加热器。 由于双压式的结构复杂，辅助设备多，随着单压式的发展，双压式已渐被单压式取代。 图 2-2-14 双压式灭弧室结构示例 1-动触头的横担；2-动触头上的孔；3-静触头的载流触指；4-吹弧屏罩；5-定弧极；6-中间触头；7-绝缘操作棒；8-绝缘支持棒；9-灭弧室 第二节 SF6 断路器结构 SF6 断路器结构按照对地绝缘方式不同分为以下两种类型： 1 罐式型。这类断路器对地绝缘方式的特点，是触头和灭弧室装有充有 SF6 气体并接地的金属罐中，触头与罐壁间的绝缘采用环氧支持绝缘子，引出线靠绝缘瓷套管引出，如图2-2-15所示。可以在套管上装设电流互感器，在使用时不需要再配专用的电流互感器。 2 绝缘套支柱型。绝缘套支柱型断路器的灭弧室可布置成“T”形或“Y”形，220kVSF6 断路器随着灭弧室开断电流增大，制成单断口断路器可以布置成单柱式，如图 2-2-16 所示。灭弧室 4 位于高电位，靠支柱绝缘套对地绝缘。 断路器的外绝缘，对罐式来说，主要是指套管的对地间隙、爬距、进出套管的间距。对支柱型来说，是指灭弧室绝缘套两端间隙，绝缘套爬距、支柱绝缘套对地间隙及爬距，这些安全距离一定要保证。 图 2-2-15 单压式变开距灭弧室罐式 SF6 断路器 1-套管；2-电流互感器；3-绝缘子；4-静触头；5-动触头；6-压气缸；7-压气活塞；8-SF6 气体；9-吸附剂 图 2-2-16 单压式定开距灭弧室绝缘套支柱型断路器 1-帽；2-上接线-下接线-吸附剂；12-传动机构箱；13-液压机构；14-操作拉杆 第四章 高压交流断路器的操作机构 第一节 概述 断路器的分合闸要靠操动机构来实现。而操动机构要有能源才能动作，还需要有传动系统传递操作功，这样才能使断路器分合闸。 合闸的能源可以是人力、电磁能、弹簧能、气体或液体的压缩能等。分闸的能源可以是在合闸过程中储能的分闸弹簧，也可以直接用气体或液体的压缩能。 以下就高压交流断路器常用的弹簧操作机构和液压操作机构进行说明。 第二节 弹簧操动机构（CT ） 利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构，称为弹簧操动机构。弹簧操动机构有多种型式，常用的有 CT2-XG 型，用于 SW2-35少油断路器；CT6-X 型，用于 SW4-110、SW4-220断路器；CT14 型，用于 LW8-35 断路器等。弹簧操动机构通常由以下主要部件组成。 （ （1 ）储能机构。通常由交直流两用的储能电动机、变速齿轮离合器、蜗杆、蜗轮、连杆、拐臂、合闸弹簧或皮带轮、棘爪、棘轮等组成。在蜗杆或变速齿轮轴上可以套装储能的手柄和储能指示器。 （ （2 ）电磁系统。它由合闸线圈，分闸线圈，辅助开关，联锁开关和端子板等组成。 （ （3 ）机械系统。它包括合、分闸机构和输出轴等。 操作机构箱上装有手动合闸和分闸按钮，以及位置指示器。图 2-2-27 为 CT6-X 型弹簧操动机构的结构图。图 2-2-28 为 CT6-X 型弹簧操动机构的工作原理。图 2-2-29 为 CT6-X 弹簧式操作机构分闸线-X 弹簧式操动机构合闸线. 储能与维持储能 （ （1 ）弹簧储能。图 2-2-27 弹簧储能部分由弹簧 1、连杆 2 及 3、拐臂 4、蜗轮 5、蜗杆 6、离合器 26、齿轮 28 及 29 等组成，弹簧 1 为压缩储能型，其上端固定，下端经连杆 3 和绕轴 O1 转动的拐臂 4 相连。拐臂 4 的另一端则与连杆 2 相连。连杆 2 向下运动时弹簧将被储能。油缓冲器 30 的作用是弹簧释放能量时，防止机构受冲击。 图 2-2-27 CT6-X 型弹簧操动机构的结构图 1-弹簧；2、3、13、15-连杆；4、12、17-拐臂；5-蜗轮；6-蜗杆；7-锁扣；8-合闸锁扣板；9-合闸线-拉杆；19-锁扣；20~24-分闸器连杆；25-滚轴；26-离合器；27-调节垫块；28、29-减速齿轮 电动储能时，起动电动机，通过减速齿轮 28 及 29、离合器 26、蜗杆 6，带动蜗轮 5逆时针方向旋转。连杆 2 的下端和蜗轮 5 连轴上的 A 点绞连。在蜗轮转动时，A 点将绕轴O2 作圆周运动。轴 O1 和 O2 间由拐臂 4、连杆 2 和蜗轮 5 构成一个四连杆机构，这个机构有两个死点位置，当 A 点运动到蜗轮最上一点时，称上死点。当 A 点运动到蜗轮最下点，称下死区点。当 A 点逆时针转到下死区点位置时，通过连杆 2、拐臂 4、连杆 3 迫使合闸弹簧压缩储能，如图 2-2-28（a）所示。为了防止蜗轮在弹簧 1 作用下反转，需在蜗杆转动系统中装设棘轮和掣子（图中未画出）。 手动储能时，将手柄 31 向顺时针方向旋转，蜗轮 5 则逆时针方向旋转，同用电动机控制一样，合闸弹簧将储能。当锁扣板 16 与滚轴 25 扣时，应立即停止操作。此时弹簧储能完毕。（ （2 ）维持储能。弹簧 1 储能后，并不需要立刻将能量释放，因此，需要一套机构将弹簧的位能储存起来，维持储能的机构由合闸锁扣 7，合闸锁扣板 8 组成。如图 2-2-27 所示。图2-2-30 为合闸线圈图。当 A 点越过下死区点后，锁扣 7 将连杆 2 顶住，使 A 点停止运动，锁扣 7 由另一合闸锁扣板 8 控制牢。因此可以维持在图 2-2-28（a）所示的位置，将弹簧的位能储存起来。 2. 合闸与维持合闸 图 2-2-27 中 O3、O4、O5、O6、O7 均为固定轴，其中 O5 为操动机构的主轴。轴 O4和 O5 间形成四连杆机构。轴 O4 和轴 O3 间经拐臂 12、连杆 13、斧形连杆 14 和连杆 15形成一个五连杆机构。 （ （1 ）准备合闸。如图 2-2-28（a）四连杆机构轴 O6、O7 和轴 7 中，O7 都处于死点附近，滚轴 25 被分闸锁扣 16 锁住不能左移。因此，轴 O8 就成了机构的临时固定轴，在轴 O4 和O8 间形成了可以传动的四连杆机构。 （ （2 ）合闸。合闸线 的止动解除，蜗轮 5 向逆时针方向旋转，带动连杆 2 向上运动。推动斧形连杆 14 绕临时固定轴 O8 顺时针转动，通过连杆 13、拐臂 12、连杆 21、带动拐臂 17 逆时针旋转，使传动拉杆 18 向右 图 2-2-28 CT6-X 型弹簧操动机构的工作原理 （a）机构分闸，弹簧已储能；（b）机构合闸，弹簧释放；（c）自由脱扣 运动，完成断路器合闸，如图 2-2-28（b）所示。合闸操作在弹簧储能后进行，操作时只需操作合闸电磁铁，打开合闸锁扣板 8，操动机构即可借事先储存在弹簧内的能进行合操作。可见在弹簧操动机构中合闸电磁铁只需起到脱扣的作用，所需功率可以很小。 （ （3 ）维持合闸。合闸后，斧形连杆 14 将由支持元件 19 支持，如图 2-2-28（b）所示，使斧形连杆 14 不能向左运动而保持在合闸位置。合闸结束后弹簧 1 能量被释放，储能系统立即可以进行储能，即由连锁开关起动电动机，连杆 2 可由蜗轮带动向下运动重新给合闸弹簧储能。因此，机构可实现一次快速合闸。 3. 分闸、自动重合闸及自由脱扣 （ （1 ）分闸。当分闸线 的搭扣解除。滚轴 25 将被释放。此时在断路器分闸弹簧的作用下，连杆 15 将绕轴 O3 顺时针旋转，使斧形连杆脱离支持元件 19 而实现分闸。则操动机构进行到图 2-2-28（a）所示的机构分闸位置。 （ （2 ）自动重合闸。断路器分闸后，由于合闸弹簧的储能工作早已完成，若接到合闸命令，操动机构可再次使断路器合闸。因此在断路器故障分闸以后，操动机构能进行一次自动重合闸。 （ （3 ）自由脱扣。当断路器关合有短路故障的电路时，在合闸过程中，只要接到分闸命令，断路器就立即分闸，图 2-2-28（c）就是这种情况。当接到分闸命令时，即分闸线 的搭扣解除，在分闸弹簧的作用下，连杆 15 绕轴 O3 顺时针旋转，使斧形连杆脱离支持元件 19，而实行自由脱扣。 弹簧机构不存在“跳跃”动作，因为故障合闸时，只经过一个“合分”循环，合闸弹簧不能再次完成自动储能，操动机构也就不能再次进行合闸操作。 图 2-2-30 CT6-X 型弹簧式操动机构合闸线 CT6-X 型弹簧式操动机构 合闸线-顶杆；39-铁轭 第三节 液压操动机构(CY) 1. 液压操动机构特点。 液压操动机构是利用液压油作为动力传递的介质，常用储能驱动方式。即利用储压器中预储的能量间接驱动操动操动活塞，而储压器则是由较小功率的电动机与油泵储能。 图 2-2-41 是断路器液压操动机构的原理图。断路器的运动部分是由工作缸的活塞推动的，图中工作缸活塞可以在水平方向左右移动，推动断路器分合闸。活塞运动方向由阀门控制，图中工作缸左侧直接与储压器的高压油连通，右侧接阀门。当阀门与储压器连通时，如图 2-2-41（a）所示，工作缸右侧也接高压油，但活塞两侧受压面积不等，右侧受压面积大，活塞将向左移动而带动断路器合闸。当阀门转到与低压力的油箱联通时，如图 2-2-41（b）所示，活塞向右移动，使断路器分闸。从图 2-2-41 中可以看到液压操作机构的几个主要组成部分如下。 （ （1 ）储能部分：储压器、油泵、电动机等。储压器是充有高压力气体（氮气）的容器，能量是以气体压缩的形式储存的。当机构操动时，气体膨胀释放出能量，经液压油传递给工作缸而转变成机械能。油泵和电动机供储压器储能用，电动机带动油泵向储压器压油，使气体受压缩，所以机构的能源仍然来自电源，由于储能过程时间较长，要几分钟，而机构一次操作过程时间即释放能量的时间却很短，一般小于 0.1s，两者相差近千倍，因此储能用的电动机功率也就降低了近千倍，这就大减轻了对电源容量的要求，这是储能式机构的优点。 （2 ）执行元件：工作缸。它把能量转变为机械能，驱动断路器分、合闸。 （3。 ）控制元件：阀门。用来实现分、合闸动作的控制，连锁、保护等要求。 （4： ）辅助元件：如低压油箱、连接管道以及油过滤器、压力表、继电器、开关等。 由此可见，在液压机构中，油主要起传递能量作用。液压机构的优点是： ①体积小，操作力大，需要的控制能量小。液压机构的工作压力高，一般在 20～30MPa 左右，比气动机构高 10 多倍，在同 图 2-2-41 断路器液压操作机构动作原理 （a）合闸；（b）分闸 样的储压器容积下，其能量密度也就比气动机构高 10 倍多。因此液压机构的储压器容积不大，可获得很大的操作力，而且控制比较方便。 ②操作平稳无噪声。 ③油具有润滑、保护作用。 ④容易实现自动控制。 液压机构的缺点是结构比较复杂，对加工精度要求高，油系统的工作压力高，易渗漏。 2. 液压油的基本性质 液压油有石油基油和合成油两大类。石油基油以石油为原料，经精炼加工并加入适当添加剂（如抗氧化剂、防腐剂，着色剂等）制成，具有良好的粘度湿度特征和防腐、润滑性能。工业设备用液压油一般都采用石油基油，如机械油、锭子油、航空液压油等。合成油具有高稳定性及更大的使用温度范围，一般适用军用。 对液压机构用油的要求是： ①粘度小，粘度温度特性平缓。粘度是液压油的主要指标，液压油的标号就是以 50℃时的运动粘度值表示的。粘度过大则流动时内摩擦大，能量损耗大。断路器的液压操动机构工作流量大、流速高，要求油的粘度要小，为适应户外环境条件，液压油粘度随温度的变化越小越好。 ②杂质少，包括气体杂质、机械杂质、酸碱含量等，以免工作中磨损或腐蚀机件。 ③化学性能稳定，长期使用不变质。 3. 液压操动机构组成 （ （1 ）工作缸 工作缸是液压机构的执行元件，是把液流能量变成机械能的转换环节。工作缸结构有活塞式和柱塞式两种类型。 ①活塞式工作缸。这是目前使用最多的工作缸结构，按照两侧压力控制方式的不同，又可分为直动式和差动式两种。 直动式工作缸。如图 2-2-42 所示，当工作缸两侧管道一个接高压油、另一个接低压油时，便产生单方向的推动力。它要求装两个控制阀门（VA、VB）。图 2-2-42 中 VA、VB 都置于位置Ⅱ，工作缸 B 侧与高压油（储压器）连通，而通低压油箱 图 2-2-42 直动式工作缸的控制 的通道关闭；工作缸 A 侧与低压油箱连通，而高压油通道关闭，因此活塞 B 侧受推力向左移动。当 VA、VB 都转到位置Ⅰ，则产生向右移动的推力。若活塞直径为 D，活塞杆直径为 d，工作缸中油的压力为 P，直动式工作缸活塞的推力为： A 侧 FA=P 4（D2－d2） B 侧 FB= P 4D2 可见，因两个方向的承压面积不同，推力是不相等的。为了使两侧推力相等，便生产了如图2-2-43 双出杆式工作缸结构。当 dA=dB 时，两侧的推力是一样的。 差动式工作缸。图 2-2-41 就是差动式工作缸的原理图。 工作缸有一侧油管始终接至高压油管道上，另一侧经阀门控制。当 B 侧接高压油时，由于活塞 B 侧承压面积大于 A 侧，活塞受到向左侧的推力，见图 2-2-41（a）差动式工作缸的工作推力为： A 侧 FA=P 4（D2－d2） B 侧 FB= P 4D2 与直动式工作缸推力比较，对于同样的活塞尽寸，差动式 B 侧的推力要小得多。在要求同样的推力的情况下，差动式工作缸的直径要比直动式大。但差动式工作缸只需要一个控制阀门，比直动式简单。 活塞式工作缸，内壁与活塞之间是滑动的密封结构，对其表面加工精度和光洁度都要求很高，一般为三级精度，光洁度为▽8～▽10。 ②柱塞式工作缸。要求工作行程特别长的液压机构，可采用柱塞式工作缸结构，如图 2-2-44 所示。工作缸的可动件制成长圆柱形的柱塞，滑动密封面限于工作缸的端部，这样避免了工作缸内壁精加工的困难。柱塞式工作缸只能单方向推动，柱塞的返回要依靠外力。柱塞式工作缸单向推力为： 图 2-2-43 双出杆式工作缸 图 2-2-44 柱塞式工作缸 F=P 4d2 工作缸的缓冲。工作缸活塞操动过程速度高，运动冲量大，缓冲是非常重要的。各种工作缸都采用窄缝间隙制动来实现缓冲。在断路器液压机构中通常把分闸缓冲置于工作缸上，合闸缓冲置于断路器本体中。 图 2-2-45 所示是工作缸的两种缓冲结构。在活塞到终止位置以前的一段行程里，活塞端部的缓冲头进入缸体凹槽内，使 B 腔的油经中缝由 A 出口流出，油只能通过小环形窄缝，油流的阻力很大，使运动系统得以减速，避免了最后的撞击。为了便于调节制动力的大小，在工作缸的结构上增加调节装置，如图 2-2-45（b）中的螺丝和单向阀。单向阀的作用是使活塞反向动作开始阶段（合闸开始阶段）阻力不致太大。 （ （2 ）储压器 断路器的液压机构都采用气体（氮气）储压器，图 2-2-46 为储压器的原理结构。储压器体是个无缝钢管制作的高强度容器，筒中活塞把气体与油分隔开，活塞与筒壁为滑动密封结构。储压器结构上有单筒式和双筒式两种，单筒式结构较简单，体积较小；双筒式体积大，可储更大的能量。 储压器的工作状态有三种，如图 2-2-47 所示。活塞处在最下端位置时为充气状态，筒内气体体积为 V0，压力为 P0，如图（a）所示；当油泵打入高压油时，活塞上移，气体体 图 2-2-45 工作缸的缓冲结构 （a）固定间隙缓冲；（b）可调间隙缓冲 图 2-2-47 储压器的三个工作位置 （a）预充气状态；（b）储能状态；（c）操作后最低工作压力状态 图 2-2-46 储压器原理结构 （a）单筒式；（b）双筒式 积压缩到 Vc，压力增加到 Pc，这是储能状态，如图 2-2-47（b）所示；操作时，储压器供给工作缸高压油，由于油流出，气体体积膨胀到 V1，压力降至 P1，当压力降低到允许下限值时，就是最低工作压力状态，如图 2-2-47（c）所示，这时油泵将重新起动加压。 储压器的储存能量数值正比于工作压力和气体体积的乘积，提高工作压力可以提高储能值。提高压力的限制主要是强度和安全问题。 储压器气体体积大小取决于要求连续操作次数和允许的最低工作压力值。一般应保证断路器在一次快速自动重合闸的操作循环（分合分）之后压力高于允许的最低值（P1）。 气体储压器的工作压力与温度有密切关系，为了保证储压器内预充的气体数量合适，预充压力 P0 应根据厂家给出充气时的压力温度曲线进行校正。 此外，储压器的密封要求很高，要防止气体外泄，又要防止活塞下面的油渗入气体空间。为此，要采取防渗漏措施。如有的在活塞上部预先充一层薄薄的油层，以防止氮气漏出，有的在活塞腰部设有通向大气的泄放槽，使油气不会相互渗漏。 （ （3 ）油泵 油泵是用来把低压油打进储压器使之成为高压油的。高压油用以压缩气体使其储能。液压机构的储能时间约 2～3 min，比一次操作时间长得多，因此油泵的功率和流量都比较小，但其工作压力是比较高的。液压机构一般采用柱塞式（活塞式）油泵，这种泵的特点是使用压力高，密封性能好，压油效率高，使用寿命长。 图 2-2-48（a）为柱塞泵的结构原理图。它与打气筒相似。柱塞 3 与柱塞套 4 之间的间隙很小（约20～30m）。工作时柱塞在套中左右往复运动。当柱塞 3 向右方运动时，套内腔体积增大，低压油经单向阀 1 被吸入，而出口的单向阀 2 在高压油的作用下关闭，这是吸油过程。当柱塞 3 向左方运动时，套内腔中的油受压缩，压力加大，这时单向阀 1 关闭，2 开启，油被压往高压系统（储压器），这是排油过程。如此一吸一排不断重复，就把低压油不断地打到高压油系统中去。 柱塞泵一般由几个柱塞组成，柱塞的往复运动由电动机带动偏心轮来推动。 在液压系统中，为了画图方便，各液压元件都使用统一规定图形符号。柱塞泵的图形符号如图 2-2-48（b）所示。 图 2-2-48 柱塞泵原理图及其图形符号 （a）原理图；（b）图形符号 1、2-单向阀；3-柱塞；4-柱塞套 （ （4 ）阀门 液压系统的各种控制、保护都是通过阀门来实现的。阀门的作用和结构是多种多样的。有的阀门起自动调节作用，如减压阀、安全阀。但是，在断路器液压机构中多数阀门只作控制元件使用，阀门的种类有： ①放油阀。用于检修时人工泄放压力。图 2-2-49（a）为人工放油阀结构原理。它包括阀芯及操作手柄、阀套、高压油进口（P）和通油箱的出口（O）等结构。图形符号如图 2-2-49（b）所示，其中“山”形符号代表低压油箱，中间方框表示在正常状态（阀门不动作时）通道联通情况，图中箭头不与 P、O 相连通表示两个液流通道在正常状态是互不相通的。方框右边手柄图形表示手控式。 ②安全阀。图 2-2-50（a）为安全阀结构原理。它与人工放油阀的差别在于用一个弹簧代替了手柄。当液体压力超过某一数值时，阀芯上的作用力超过弹簧力，阀就开启，P 与 O联通。弹簧力的大小，可根据保护要求进行调节。图 2-2-50（b）中虚线代表控制油路，右边的弹簧符号代表阀的返回是靠弹簧推动的。 ③单向阀（逆止阀）。液流只能在一个方向（P 方向）通过，反向截止。这种阀门在液压机构中用得很多，其结构原理及图形符号如图 2-2-51 所示。 ④减压阀。用于从高压油系统中获得另一低压力的油系统，如有的液压机构的工作缸位置高于低压油箱，要维持工作中的低压油就需要有比大气压力高些的低压油系统，这时常用减压阀从高压油系统中取 图 2-2-50 安全阀结构原理 （a）原理图；（b）图形符号 图 2-2-49 人工放油阀结构原理及其图形符号 （a）原理图；（b）图形符号 1-阀芯；2-阀套；3-手柄 图 2-2-51 单向阀结构原理及其图形符号 （a）原理图；（b）图形符号 得。 图 2-2-52 是减压阀结构原理及形符号。它是靠弹簧1与活塞2维持输出低压油压力为定值的，高压力的油进入减压阀腔 A 中，流经窄缝 S 时，产生压力损失，使压力从高压降低到低压而供给低压油系统。如果高压油压力增大，低压油的压力也随之增大，由于活塞上推力超过...
