1、- 1 -第一章 绪论第一节 高压电器的分类及型号编制一、高压电器的分类 高压电器是指额定电压 3.6kV 及以上的电器设备。高压电器是在电力系统中用来实现控制、保护、调节和测量的设备。高压电器按其用途通常可分为开关电器、测量电器、限制电器和组合电器。1.1 开关电器主要用来关合和开断正常电路和故障电路，或用来隔离电源、实现安全接地的一种高压电器。1.1.1 断路器（CB）能关合、承载、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备。它是电力系统中最重要的控制和保护设备。断路器有如下类型：油断路器（多油和少油） 、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、
2、真空断路器、磁吹断路器和（固体）产气断路器。目前用得最多的是六氟化硫断路器。六氟化硫断路器是指以 SF6气体作为灭弧及绝缘介质的断路器。它广泛应用于中压、高压及超高压领域，在断路器市场中占主导地位。六氟化硫断路器按结构形式又可分为瓷柱式和落地罐式两种，按灭弧原理可分为压气式、自能式和旋弧式三种。1.1.2 隔离开关（DS）是用来隔离及连接电路，但不起控制保护作用，保证系统检修、安全的开关电器。在分闸位置时，触头间有安全的绝缘距离和明显的断开标志；在合闸位置时，能承载正常额定的电流及在短时的故障电流；必要时，还要求能开合母线转换电流、小电容电流（如开合短母线）和小电感电流（如开合电压互感器） 。
3、1.1.3 接地开关（ES）用于将线路接地的一种开关电器，以实现对设备或被检修线路的保护接地。在异常条件（例如短路）下，可在规定时间内承载现定的异常电流；但在正常回路条件下，不要求承载电流；特殊情况下，还应具有关合短路电流的能力。接地开关可独立安装，也可与隔离开关组装在一起。1.1.4 负荷开关（LS）能在正常的导电回路条件或规定的过载条件下关合、承载和开断电流，也能在异常的导电回路条件（例如短路）下按规定的时间承载电流的开关设备。负荷开关通常分为通用负荷开关和专用负荷开关两大类。1.1.5 熔断器（F）俗称保险。当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而开断电路的开关装置。通
4、常分为限流式熔断器和喷射式熔断器。1.1.6 重合器能够按照预定的顺序；在导电回路中进行开断和重合操作，并在其后自动复位、分闸闭锁或合闸闭锁的自具（厂需外加能源）控制保护功能的开关设备。- 2 -1.1.7 分断器一种能够自动判断线路故障和记忆线路故障电流开断的次数，并在达到整定的次数后在无电压或无电流下自动分闸的开关设备。某些分断器可具有关合短路电流（自动重关合功能）及开断、关合负荷电流的能力，但无开断短路电流的能力。1.2 测量电器测量电器通常是指互感器，互感器是一种（测量）变压器，供测量仪器、仪表、继电器和其他类似电器用。互感器是保护系统的“侦察兵” ，它的任务就是及时报告电力系统的运行
5、情况。将高压下的电压或电流接变比缩小为低电压、小电流，以便用一般的仪表直接测量。1.2.1 电流互感器（CT）用于变换高压电路中的电流，以便供电给测量仪器、仪表或继电器。常用的电流互感器有电磁式和光电式。1.2.2 电压互感器（PT）用于变换高压电路中的电压，以便供电给测量仪器、仪表或继电器。常用的电压互感器有电磁式、电容式和光电式。1.3 限制电器限制电器是指为保护线路或改善线路参数用于限制故障电流或线路过电压的电器装置。1.3.1 电抗器（L）是一种扼流线圈（限流电抗器） ；串联连接在系统上，在系统发生故障时，用以限制短路电流，以减轻开关电器的工作，维持电厂或变电所母线上的电压在一定的水平
6、，可保证没有短路的分支路上的用户能继续地用电。1.3.2 避雷器（LA）是一种过电压限制器，用以限制系统过电压。当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电气设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正常状态。1.4 组合电器组合电器是指将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而各电器仍保持原规定功能的装置。1.4.1 金属封闭开关设备除进出线外，完全被接地的金属外壳封闭的开关设备。金属封闭开关设备分铠装式、间隔式和箱式三种类型。1.4.2 气体绝缘金属封闭开关设备；封闭式组合电器（GIS）全部或部分地采用 SF6气体而不采用处于大气压下的空气作绝
7、缘介质的金属封闭开关设备。- 3 -1.4.3 敞开式组合电器完全敞开于大气中，各元件仍保持原有单个产品的技术性能和结构特点的组合电器。1.4.4 复合式组合电器（HGIS）GIS 和敞开式高压电器的组合。例如汇流母线采用敞开式，而其它电器采用 GIS。二、高压电器产品的型号用字母、符号和数字的组合来表征产品名称、结构特性、使用类别等功能简称，叫做产品型号。2.1 高压开关设备的型号2.1.1 压开关设备型号的组成形式 / 企业自定符号特征参数规格参数操动机构类别特殊派生标志一般派生标志额定电压改进顺序号设计序号使用场开关电器 测量电器 限制电器 组合电器高压电器断路器 熔断器隔离开关 重合器
8、接地开关 分断器负荷开关电压互感器电流互感器电抗器避雷器金属封闭开关设备封闭式组合电器敞开式组合电器复合式组合电器1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11- 4 -所或灭弧介质产品名称2.1.2 常用汉语拼音宇母所代表的合义（见后表）2.1.3 国内高压开关产品型号举例a）LW29126T315040 126kV 户外六氟化硫断路器b）LW25252/T315040 252kV 户外六氟化硫断路器c）ZF8550315050 550kV 六氟化硫封闭组合电器d）ZCW8126(L)T200031.5 126kV 户外敞开式组合电器e）GW16/17-252250050 252kV 户外高
9、压隔离开关I）JW8550(W)J63 550kV 户外高压接地开关g）KYN33-12 12kV 铠装移开式开关柜h）CT24 弹簧操动机构产品型号第 1 位 产品型号第 2 位L （六）氟化硫断路器 W 户（外）Z （真）空断路器 N 户（内）S （少）油断路器 操动机构类别D （多）油断路器 T （弹）簧操动机构G （隔）离开关 D （电）磁操动机构J （接）地开关 Y （液）压操动机构F （负）荷开关 Q （气）动操动机构ZF （封）闭式（组）合电器 S （手）力操动机构，人力操动机构ZH 复（合）式（组）合电器 J 电动（机）操动机构ZC （敞）开式（组）合电器C （操）动机构2.2
10、 其它高压电器的型号组成举例2.2.1 电流互感器特殊使用环境代号电压等级，kV设计序号结构特征线圈外绝缘介质结构型式用途种类LVQB220W2 六氟化硫电流互感器（L“流” ） ，倒立式（V） ，气体绝缘（Q） ，带有保护级（B） ，适用于级污秽地区（W2） 。1 2 3 4 5 6 7- 5 -2.2.2 金属氧化物避雷器 / 标称放电电流下残压避雷器额定电压设计序号使用场所结构特征标称放电电流产品型式代号YH1OWZ100260 110kV 交流系统用电站型复合外套无间隙金属氧化物避雷器，YH表示有机复合 （H）外套金属氧（Y）化物避雷器，标称放电电流 10kA，无放电间隙（W） ，适用
11、于发变电站（Z） ，避雷器额定电压 100kV，标称放电电流下雷电冲击残压260kV。第二节 高压电器在电力系统中的作用及电力系统对高压电器的要求一、电力系统及电力网电力工业是国民经济的命脉，1979 年全国发电设备总装机容量约 52GW，年发电量2819.5 亿度；改革开放十年间，发电装机容量和年发电量增加一倍多，至 1989 年分别达 126.7GW 和 5850 亿度；近十年来，全国每年新增装机容量约 16GW，截止到 2000 年底，我国发电设备总装机容量达到 319.3GW，年发电量 13680 亿度，装机容量和年发电量均居世界第二位，2004 年发电量将达 19800 亿度，增长
12、10，火力发电占 82，水力发电占 15，核电占 2左右。进入了世界电力生产和消费大国的行列。我国幅员辽阔，蕴藏动力资源的地区与电能用户之间往往隔有一定距离，为此必须架设输电线路将电能送往负荷中心。同时，要实现大容量、远距离输送电能，必须建设升压变电所和架设超高压输电线路。而当电能输送到负荷中心后，则必须经过降压变电所降压，再经过配电线路，才能向各类用户供电。当把一个个地理上分散在各处、孤立运行的发电厂通过输电线路、变电所等相互连接起来形成一个“电”的整体以供给用户用电时，就形成了现代的电力系统。电力系统就是指由发电厂、变电所、输配电线路直到用户等在电气上相互连接的整体，它包括从发电、输电、配
13、电直到用电这样一个全过程。此外，还把由输配电线路以及由它们所联系起来的变电所的总称为电力网络，简称电网（图 1 是高压电力系统主接线的一个示例） 。到 2000 年底，我国 500kV 线路已达 26837 km，已形成华中、华东、东北、华北、南方联营和川渝 6 个跨省 500kV 大区电网，山东和福建 2 个 5OOkV 的省网以及西北跨省1 2 3 4 5 6 7- 6 -330kV 大区电网，华中和华东 2 个大区电网通过葛沪直流工程实现了非同步联网。电网互联已成为当今世界电力发展的总体趋势，我国国民经济和社会发展第 10 个五年计划纲要已指出：“建设西电东送的北、中、南 3 个大通道，
14、推进全国联网” ，使我国电网发展开始进入跨大区联网和实施全国联网的新阶段。G发电机 QF断路器 QS隔离开关 QL负荷开关 FU熔断器TA电流互感器 TV电压互感器 TM变压器 L电抗器 F避雷图 1 电力系统主接线图示例二、高压电器在电力系统中的作用由图 1 可粗略地看出各种高压电器设备在电力系统中所处的地位和作用。2.1 断路器图 1 中 QF1 为发电机保护断路器，当 10kV 汇流母线或接到该母线上的设备发生故障时，QFI 断开，以免发电机 G 遭到破坏。断路器 QF2、QF3 和 QF5、QF6 将变压器 TM 与各电压等级的母线连接起来，当某一条母线发生故障时，该母线与变压器之间的
15、断路器将自动跳闸，以保护变压器不受损坏；当变压器本身发生故障时需要检修时，有关的各台断路器都必须断开。QF7 为母线联络断路器，在双母线网络中，当带电母线需要检修时，通过 QF7 将电- 7 -流由带电母线切换到备用母线上，以继续供电。断路器 QF4 和 QF8 为出线侧断路器，用来切除线路故障，开断、关合、承载运行线路的正常电流。2.2 隔离开关断路器两侧的隔离开关，用来在检修断路器时将断路器与所有带有电部分隔离，以保证断路器处于安全的地电位；隔离开关 QS1、QS2、QS5、QS6 等，用来投人或切除电压互感器 TV、避雷器 F 等元件。这些隔离开关要求具有可靠的切小电感电流的能力；在双母
16、线系统中，当改变电网的界限方式时，隔离开关 QS3、QS4 E 应具有开合母线转换电流的功能。2.3 负荷开关能关合、开断及承载运行线路正常电流（包括规定的过载电流） ，也能在规定的时间内承载规定的异常电流（如短路电流） 。负荷开关不具备切短路电流的能力。2.4 熔断器能承载运行线路正常电流（包括规定的过载电流） ，也能快速断开故障线路，它常与负荷开关配合使用，在故障电流较小的线路中代替价格昂贵的断路器使用。2.5 电流互感器将高电压大电流转换为低电压小电流，进行线路工作电流测量，并且当电网发生短路故障时由它向二次保护系统、断路器发布分闸信号。2.6 电压互感器将电网的高电压转换为低电压，供电
17、网测量电压与电网保护用。2.7 避雷器它是一种过电压限制器。当电网因受雷电或操作而出现过电压时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电器设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统恢复正常状况。2.8 电抗器用来限制当变压器或输电线路发生故障时产生的短路电流，以减轻断路器、变压器和线路的工作条件。它在高压线路中不是必需的，只有在短路电流过大以至有关设备不能承受时才装设。三、电力系统对高压电器的主要要求电力系统的运行状态和负载性质是多种多样的，耍确保电力系统的安全运行，对高- 8 -压电器的要求也是多方面的。归纳起来，大致可以分为下述几个方面。3.1 电气性能方面3.1.1 绝缘性能高压电器在规
18、定的正常使用和性能条件下，既要能够长期承受其额定电压的作用，还应耐受各种短时过电压的影响，即在遭受雷电袭击和系统内部过电压作用下，各绝缘部位不应损坏。3.1.2 通流能力高压电器长期通过额定工作电流时，各导电部件的温升不应超过国家标准规定的允许值。当短路电流通过时，能承受短路电流电动力的作用，无机械损坏或触头熔焊现象；而且短路电流在规定时间内使导电部分产生的温升不超过国家标准的规定。3.1.3 短路保护当线路发生短路故障时，断路器应能可靠地开断短路故障电流。当断路器关合已存在绝缘故障的线路（预伏故障）时，常在动静触头尚未接触前，在电源电压作用下，触头间隙击穿（预击穿） ，随即出现短路电流，开关
19、应有足够的关合能力，以抵抗短路电动力的阻力，保证开关触头可靠的合到底，而不发生触头熔焊等现象。3.2 自然环境方面3.2.1 周围空气温度国家标准规定高压电器正常工作时，其周围空气温度为2540（户内）和4040（户外） 。温度过低，会使高压电器内部的变压器油、润滑油、液压油的粘度增大，而使开关分合速度降低，六氟化硫气体可能液化而导致开关绝缘能力和开断能力下降。温度过低还可能使高压电器密封材料的性能劣化，造成高压电器设备漏气、漏油。温度过高，空气的绝缘强度也会降低。标准规定从 40开始，周围空气每升高 3，试品的试验电压就应提高 1。由于热带阳光直射的影响，还会导致产品温升的增大，过高的环温，
20、会使导电容套管等产品密封胶渗出，一些与导电体接触的固体绝缘件加速老化。因此，对高温和严寒地区的产品，在设计、制造工艺及材料选用等方面都应予特殊考虑。3.2.2 海拔高度海拔会对高压电器的外绝缘产生影响。高海拔地区，大气压力低，空气稀薄，空气的绝缘强度也低。因此，标准规定，对用于海拔高于 1000m，但不超过 400Om 处的设备的外绝缘，海拔每升高 100m，绝缘强度约降低 1，在海拔不高于 1000m 的地点试验时，其试验电压应按 1000m 处的额定耐受电压乘以海拔校正日数 Ka（Ka1） 。3.2.3 湿度我国长江以南地区湿度很大，全年有较长时间（三个月左右）的相对湿度达 90以上，这期
21、间零件表面会附着一层厚度为微米级的水膜。水膜会导致绝缘件表面电阻下降，绝缘件受潮而使其绝缘性能下降，水份附在零件表面会促使霉菌旺盛繁殖，加速零部件- 9 -损坏；高湿度还会使金属电镀层和油漆的腐蚀速度成倍增加。3.2.4 地震我国处于太平洋和南亚两大地震区之间，是一个多地震国象。在选用高压电器时，应选用抗震性能好，结构比较稳定的产品。3.2.5 风速过大的风力有可能使结构细长的高压电器变形甚至断裂。因此，高压电器的结构设计中应考虑这种风力载荷。高压开关设备的标准规定，使用场合的风速不应超过34ms，相应于圆柱表面每平方米受力约 700N。3.2.6 污秽沿海地区和重工业集中地区，尤其是火电厂、
22、炼油厂、水泥厂、化工厂和沿海油田等地区，空气污秽严重，水雾、盐雾、泥沙及腐蚀性气体都会污染电器设各的外绝缘，使表面闪络电压下降，发生外闪事故。特别是秋末冬初和冬末春初之际，以及天气久晴之后遇到毛毛雨就更为严重。减少污秽引起的污闪事故，除加强清扫，改善室内环境（密封、空调）外，还可以通过增加爬电比距和选用合适的绝缘材料（如硅橡胶）等来解决。3.3 其它方面3.3.1 机械寿命断路器应有一定的允许合分次数（也称机械寿命） ，以保证足够长的工作年限。根据标准，一般断路器允许的空载合分次数为 2000 次；控制电容器组、电动机等经常启动的电力设备的断路器，其允许的合分次数应当更多，如 5000 次，1
23、0000 次，20000 次，甚至更高。3.3.2 电寿命一般来说，断路器应有尽可能多的开断额定短路开断电流的次数（通常 20、50 次） 。对于保护、控制经常启动的电力设备的断路器更应有连续几千次以上开合负荷电流的能力。3.3.3 密封性能对于六氟化硫和真空电器，其密封性能应有所要求。例如六氟化硫开关设备气体的年漏气率应低于 1；真空灭弧室出厂后在制造厂规定的贮存条件下，贮存期为 20 年，其真空度不应低于 6.610-2Pa（即灭弧室内部气体压力应低于 6.610-2Pa） 。3.3.4 对周围环境的影响断路器在动作时往往会出现排气、喷烟或高温气体等现象。这些现象都应尽力控制，以免影响周围
24、设备的正常工作，更不应出现喷油、喷火的现象。对断路器动作时的噪声水平也有标准要求。另外，对 126kV 及以上的高压电器还规定了无线电干扰电压的要求，电磁兼容性（EMC）方面的要求近年来已引起了人们的高度重视。第三节 世界电力与高压开关市场一、世界电力生产与消费：- 10 -世界上，现装机容量为 3000GW，我国 1998 年为 270GW。据世界能源组织(IEA)估计，1995 年2020 年间，世界电力翻一番，由 3000GW 增加到 6000GW 在增加的约 3500GW 中，CECD(经合组织)为 1094GW，发展中国家 550GW，中国 550GW，其他国家 1109GW，总计3
25、503GW。估计在这 25 年中需要资金 33 万亿美元。这就意味着，每增加 KW 电力，需投资900 美元。从世界人均用电量看，世界上一些国家排序为：挪威最高，人均电量 23850kWh，依次为瑞典 15015kWh，美国 11623kWh，比利时 7300kWh，瑞士 6635kWh，法国 6495kWh，丹麦 5865kWh，奥地利 6165kWh，德国 5835kWh，荷兰 5835kWh，英国 5320kWh，意大利4450kWh，西班牙 3690kWh，世界人均 2216kWh，中国 880kWh。二、世界输配电市场概况：全球输配电设备市场容量为 414.85 亿美元(1994 年
26、数据)。其中开关设备销售额为102.31 亿美元，占输配电设备市场容量的 1/4 弱。另据资料介绍，1997 年欧洲高中压开关市场估计为 3386 百万美元，其中中压开关设备约占 51.7，高压开关设备占48.8。估计 1997 年2004 年间，年增长 2.1，2004 年预期市场容量达到 3928 百万美元。到 2004 年，中压销售额将占 55，高压销售额占 45。据报告，有 4 个跨国公司几乎控制着欧洲市场：Alsthom 公司、Merlin Gerin 公司，ABB 公司和 Siemens 公司。另据英国资源的市场研究者 Coulden 的报告，1998 年世界高压开关设备的销售额比
27、1997 年增加 4.3，达到 120 亿美元，高压开关设备的市场呈上升趋势。1997 年1998年美国开关设备市场的销售额占世界销售额的 18，中国及其台湾省是第二大市场，销售额为 13.88 亿美元，接着是德国(13.8 亿美元)和英国(6.15 亿美元)。世界其他许多地方需求量也有很大增长。三、国际高压开关著名生产厂家及产品开发战略：ABB 公司的产品几乎占世界总市场份额的 18，占世界 14 个主要供应商所占市场的30。该公司在北美有最大的市场份额，占该市场的 27。ABB 公司的欧洲对手是Siemens(西门子)公司、Schneider(施耐德)公司和 Alsthom(阿尔斯通)公司
28、。在远东、日本制造商三菱、东芝等公司占总销售额的 37，其中三菱公司占该市场的 14，销售额为 4.29 亿美元。世界上高压开关的生产主要集中在欧洲几大公司(如西门子、ABB、Alsthom、Schneider 等)和日本几大公司(如三菱、东芝、日立等)。它们的产品基本上代表了世界水平，研究它们产品，可从中了解到世界的发展水平与动向。对国外产品作分析，可得出产品之所以具有先进水平，固然有很多原因，但以下原因是主要的。1. 产品更新换代快 产品一般 5 年内更换 5060。1999 年初，ABB 公司召开了一次新闻发布会。会上介绍了该公司的研究与开发(RD)工作。研究成果在其产品中占有相当大的份额。在过去的 5 年中，研究成果在输配电领域
