压断路器的操作结构有哪几种?和隔离开关有什么区别?

2021-04-27

■高压断路器和隔离开关的区别

高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备,具有灭弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。

隔离开关没有灭弧装置,虽然规程规定其可以操作于负荷电流小于5A的场合,但其总体属于不能带负荷操作;但隔离开关结构简单,从外观上能一眼看出其运行状态,检修时有明显断开点。

断路器在使用中简称为”开关”,隔离开关在使用中简称为”刀闸”,二者常联合使用。高压断路器隔离开关两者之间区别如下:

1)高压负荷开关是可以带负荷分断的,有自灭弧功能,但它的开断容量很小很有限。

2)高压隔离开关一般是不能带负荷分断的,结构上没有灭弧罩,也有能分断负荷的高压隔离开关,只是结构上与负荷开关不同,相对来说简单一些。

3)高压负荷开关和高压隔离开关,都可以形成明显断开点,大部分高压断路器不具隔离功能,也有少数高压断路器具隔离功能。

4)高压隔离开关不具备保护功能,高压负荷开关的保护一般是加熔断器保护,只有速断和过流。

5)高压断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高。主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护。可具有短路保护、过载保护、漏电保护等功能。


■开关操作机构的分类

1.开关操作机构的分类

我们在现在碰到的开关一般分为多油(比较老的型号,现在几乎见不到了)、少油(一些用户站还有)、SF6、真空、GIS(组合电器)等类型。这些讲的都是开关的灭弧介质,对我们二次来说,密切相关的是开关的操作机构。

机构类型可分为电磁操作机构(比较老,一般在多油或少油断路器配的是这种);弹簧操作机构(目前最常见的,SF6、真空、GIS一般配有这种机构);最近ABB又推出一种最新的永磁操作机构(比如VM1真空断路器)。


2.电磁操作机构

电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧,跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量。

所以该类型操作机构跳闸电流较小,但合闸电流非常大,瞬间能达到一百多个安培。

这也是为什么变电站直流系统要分合闸母线控制母线的缘故。合母提供合闸电源,控母给控制回路供电。

合闸母线是直接挂在电池组上,合母电压即电池组电压(一般240V左右),合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流,同时合闸时电压瞬间下降的很厉害。而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起(一般控制在220V),合闸时不会影响到控制母线电压的稳定。因为电磁操作机构合闸电流非常大,所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈,而是接通合闸接触器。跳闸回路直接接通跳闸线圈。

合闸接触器线圈一般是电压型的,阻值较大(一般几K)。保护同这种回路配合时,应注意合闸保持一般启动不了。但这问题也不大,跳闸保持TBJ一般能启动,所以防跳功能还存在。该类型机构合闸时间较长(120ms~200ms),分闸时间较短(60~80ms)。


3.弹簧操作机构

该类型机构是目前最常用的机构,其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量,跳合闸线圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销,所以跳合闸电流一般都不大。弹簧储能通过储能电机压紧弹簧储能。

对弹操机构,合闸母线主要给储能电机供电,电流也不大,所以合母控母区别不太大。保护同其配合,一般没什么特别需要注意的地方。


4.永磁操作机构

永磁操作机构是ABB应用到国内市场的一种机构,首先应用于它的VM1型10kV真空断路器上。

它原理同电磁型大体有点类似,主动轴为永磁材料制成,永磁体周围有电磁线圈。

正常情况下电磁线圈不带电,当开关要分闸或合闸时,通过改变线圈的极性利用磁力相吸或排斥的原理,驱动分闸或合闸。

虽然这个电流也不小,但开关是通过一个大容量电容来”储能”,动作时通过电容放电来提供大电流。

这种机构优点是体积小,传动机械部件少,所以可靠性较弹操机构要好。

同我们保护装置配合来说,我们跳合闸回路驱动的是一个高阻固态继电器,它实际上只需要我们给它提供一个动作脉冲即可。

所以对该开关,保持回路肯定启动不了,保护的防跳也不会启动(该机构本身带有防跳)。

但是要注意一点,因为固态继电器的动作电压较高,常规设计TW负和合闸回路接在一起这种情况,不会造成固态继电器给动作,但有可能因为分压太多造成位置继电器不能启动。


这种情况在现场碰到过,具体分析处理过程可见本文的调试案例部分,有详细描述。

国内也有永磁操作机构的产品,但以前质量一直不太过关,这几年质量提上来后,也逐渐推向市场。因为考虑到成本,国内永磁机构一般不配电容,直接由合闸母线提供电流。

我们操作机构驱动的是分合闸接触器(一般选电流型的),保持及防跳一般可启动。


5.FS型“开关“及其它

我们上面所说的都是断路器(俗称开关),但我们在电厂施工时可能会碰到用户称为FS开关的情况。FS开关实际上是负荷开关+快速熔断器的简称。

因为开关比较昂贵,为了节省成本采用这种FS回路。正常电流由负荷开关切除,故障时由快速熔断器切除电流。

这种回路一般在电厂6kV厂用电系统常见。保护同这种回路配合,往往被要求当故障电流大于负荷开关所能允许的开断电流后,要禁止跳闸或靠延时,让快速熔丝切除电流。有些电厂用户可能不希望保护有保持回路。

因为开关质量不好,可能导致辅助触点不到位,而保持回路一旦启动后,必须要靠断路器辅助触点打开才能返回,否则跳合闸电流会一直加在跳合圈上,直到线圈烧毁。

而跳合闸线圈是按短时通电设计的,电流加的时间一长,则很容易烧毁。而我们肯定希望有保持回路,否则很容易烧保护接点。

当然如果现场用户坚持,也可去掉保持回路。一般比较简便的方法是割断电路板上保持继电器常开接点同控母正的连线。


在调试现场一定要注意,如果开关分合操作后,位置指示灯全灭。(排除因弹簧未储能造成,这种情况面板显示弹簧未储能告警的)必须马上关掉控制电源,防止烧毁开关线圈。这是一个基本原则,现场应切记。