1000kV GIS断路器的结构与作用

1000kV GIS断路器是由主开断部、电阻开断部、分压电容、电阻、支撑绝缘件、连接机构、操作机构、液压泵及基座组成。主开断部、电阻开断部是断路器的核心部分,操动机构接到操作指令后,经连接机构传送到主开断部、电阻开断部执行命令,使主回路和电阻回路接通或断开。主开断部包括触头、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。

(一)本体结构

1000kV GIS断路器单相外形见图3-3,由断路器本体、灭弧室、液压机构构成,其内部详细结构见图3-4。

图3-3　1000kV GIS断路器单极外形图

1—断路器本体;2—灭弧室;3—液压机构

(二)灭弧室

灭弧室置于充SF6气体的罐体内,开断部主要分为主断口和电阻断口,两个主断口水平串联布置,两个电阻断口分别布置在两个主断口的正下方,主断口两侧是电阻体单元。拆除断路器两端的导体和电阻体单元后其余的开断部分可由支撑绝缘筒支撑固定,由导体形成通电回路。壳体中间底部位置装有维持SF6气体正常状态的吸附剂。

图3-4　断路器本体内部构造

1—罐体;2—导体;3—电阻体单元;4—主断口;5—电阻断口;6—电阻体单元;7—电阻测定端子;8—贮压器;9—工作缸;10—吸附剂放置位置;11—支撑绝缘筒;12—液压泵单元

(三)开断部分

断路器开断部分见图3-5。

图3-5　断路器开断部分图

1—可动静弧触头;2—可动静主触头;3—喷口;4—动弧触头;5—动主触头;6—压气缸;7—压气活塞;8—压气室;9—绝缘拉杆;10—传动连杆;11—电阻动触头;12—电阻静触头

开断部分主要分为主断口和电阻断口,主断口由动触头和对面的可动静触头构成,动触头由动主触头和动弧触头构成,可动静触头由可动静主触头和可动静弧触头构成。动主触头和可动静主触头合称为主触头,动弧触头和可动静弧触头合称为弧触头。由于主触头和弧触头在开断时,弧触头后分离,有效地保护了主触头。动触头侧设计有由压气缸和压气活塞组成的压气室,动触头向分闸方向驱动时,SF6气体被压缩,通过喷口喷出高压SF6气体灭弧。分合时,可动静触头通过传动连杆的传动与动触头构成的双动连杆装置,使得可动静触头与动触头同时向相反方向动作。此连杆装置对触头移动的速度不一定有所提高,但提高了动触头和可动静触头间的相对速度。主断口并联有电阻断口,电阻动触头和电阻静触头提前主断口8～11ms接触,能够有效的限制操作过电压。另外,灭弧室内左右各装有电容单元与主灭弧室并联,改善了电压分担。

(四)液压机构

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,1000kV GIS采用氮气储能液压传动机构。氮气储能液压传动机构是利用液压油作为动力传递的介质,利用储压器中预储的氮气能量间接驱动断路器主开断部和电阻开断部。

液压机构用油的要求如下:①黏度小,黏度—温度特性平缓;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。

液压机构的结构见图3-6。液压操作机构主要由工作缸(由控制阀类和其他模块构成)、油泵组件(包括油泵)、电机、油压开关、辅助油箱、贮压器以及连接它们的液压配管构成;还有灭弧室连杆装配以及SF6气体系统、气体压力表、辅助开关、分合指示牌、动作计数器等控制类,共同放置在液压机构箱中,可以完成单相操作。为了防潮、防锈,在机构箱中安装有加热器。

每相断路器液压系统原理见图3-7。液压系统采用各相独立的控制方式、每相配有油压表、油压开关。在尽量减少液压配管的同时,全部在厂内装配,可靠性高。

图3-6　液压机构的结构图

1—油气分离器；2—安全阀；3—泄压阀；4—过滤器；5—浮动开关；6—辅助开关；7—储压器；8—连杆装配；9—防慢分装置；10—工作缸；11—辅助油箱；12—加热器；13—液压配管；14—油标；15—油压表；16—油压开关；17—油箱；18—气体阀门；19—气体压力表；20—油泵组件；21—电机；22—出线套（断路器本体用）；23—端子排（断路器本体用）；24—分合闸指示牌；25—动作计数器；26—液压机构箱(www.xing528.com)

图3-7　单相断路器液压系统

1—合闸电磁阀；2—分闸电磁阀；3—工作缸；4—单向阀；5—辅肋油箱；6—油压表；7—油压开关；8—保压阀；9—泄压阀；10—过滤器；11—油泵；12—注油口；13—浮动开关；14—连轴器；15—电机；16—油泵；17—油标；18—油气分离器；
P—出气口；B—注入外部压力口；T—外部吸入口；R—返回口；—常开阀；—常闭阀

图3-8　单相断路器SF6气体系统

1—压力表;2—密度开关;3—补充气用常闭阀;4—GCB罐体用充气阀;5—常开阀;6—绝缘接头;7—气体压力感应器;—常开阀;—常闭阀

每相断路器SF6气体系统见图3-8。SF6气体系统采用各相独立的方式、每相配有压力表、密度开关。灭弧室的SF6气体系统在工厂制造时装配,可靠度高。

(五)动作原理

1.主灭弧室的动作原理。按照图3-9对主断口以及电阻断口的动作顺序进行说明

(1)分闸动作(a)→(b)→(c)。

1)电阻断口先打开,电流从主断口流过。

2)主断口随后打开,切断回路电流,达到最终分闸。

(2)合闸动作(c)→(d)→(a)。

1)电阻断口提前8～11ms合闸,电流先从电阻断口流过,限制合闸操作产生的过电压。

图3-9　断路器动作顺序

2)在电阻断口合闸后8～11ms内,主断口合闸,形成合闸时的通电回路。

2.主断口以及电阻断口的各种详细动作原理

(1)分闸动作。当液压操作机构向分闸方向动作时,绝缘拉杆向下运动,通过拐臂和传动连杆实现主断口和电阻断口的分闸。

1)主断口:首先可动静主触头和动主触头脱离接触,然后可动静弧触头和动弧触头分离。若断路器带有高电压,此时将在弧触头间出现电弧。在动主触头向分闸方向运动时,压气缸内的SF6气体被压缩后通过喷口向电弧区域喷吹,使电弧冷却和去游离而熄灭,并使断口间的介质强度迅速恢复,以达到开断额定电流及各种故障电流的目的。

2)电阻断口:电阻动触头在分闸拉力下高速右移,此时被顶压着的电阻静触头也在弹簧力的作用下右移,运动到一定位置时,电阻动触头和电阻静触头脱离,之后电阻静触头恢复到原位,走完行程后分闸动作完成。分闸时电阻断口提前于主断口一定时间断开,电阻体在分闸过程中没有电流通过。

(2)合闸动作。

1)电阻断口的合闸动作。电阻断口动触头通过绝缘拉杆向合闸方向移动,电阻静触头也向合闸方向运动。因为在构造上电阻断口的开距比主断口的开距小,因此电阻断口动、静触头接触8～11ms后,主断口的动、静触头接触,电阻体被短接。当电阻断口动、静触头接触后,电阻动触头继续顶着电阻静触头运动,直到走完行程,电阻断口的合闸动作完成。

2)主断口的合闸动作。合闸动力传递到动主触头后,带动动弧触头、喷口和压气缸一起向左移动,运动到一定位置时,可动静弧触头首先插入动弧触头中,即动弧触头首先合闸。紧接着动主触头插入可动静主触头中,主导电回路接通,主断口合闸动作完成。