高压交流接地开关

高压交流接地开关（精选6篇）

高压交流接地开关 第1篇

关键词：高压交流接地开关,工作原理,结构特点

1 概述

随着国家经济的发展, 对电力的需求也在不断的增大, 电力线路的增容也是势在必行。市场对500k V电压等级大容量接地开关产品的需求量正在逐步增大。我公司为满足市场的需求开发了JW5-550/J63-160型大容量高压交流接地开关, 该产品不仅对峰值耐受电流和短时耐受电流进行增容设计, 还对产品结构设计做了很大的改进, 使产品的性能得到很大的提高。

2 产品正常使用条件

2.1 环境温度:

-40℃~+40℃;2.2海拔高度:≤1000m;2.3风压:≤700Pa;2.4覆冰厚度:≤20mm;2.5外绝缘污秽等级:Ⅲ级和Ⅳ级;2.6抗震水平:地震烈度9度: (1) 人工合成地震波0.5g; (2) 正弦共振拍波0.3g/。2.7安装场所应无经常性的剧烈振动及易燃易爆物质和化学腐蚀的影响。

3 产品主要技术参数

产品主要技术参数见表1。

4 产品结构及工作原理

4.1 产品结构。

接地开关三极独立分装, 每极主要有CJ11型电动操动机构、操作杆、绝缘子底座、支柱绝缘子、接地导电回路系统等几部分组成。每极接地开关各用一台CJ11型电动机构操动, 三极接地开关可进行三相电气联动操作 (见图1) 。4.2接地开关工作原理。接地刀的运动过程是由两部分运动复合而成的, 即折叠运动和插入运动。折叠运动:由CJ11型电动机构驱动操作杆和主动拐臂水平转动, 通过绝缘子底座上的一套水平过渡四连杆传动, 将机构的转动角度由180度转变成120度, 过渡拐臂与接地刀底座上的被动拐臂组成一套空间四连杆传动, 把过渡拐臂的水平方向转动转变成被动拐臂的垂直方向转动, 传动角度由120度转变成90度, 并带动接地刀下管做竖直旋转运动进行分合闸。接地刀下管内的操作杆一端与接地刀底座铰接, 一端与齿条连接。由于操作杆与底座铰接点与接地刀下管与底座铰接点位置不同, 在接地刀下管竖直旋转过程中, 操作杆相对于下管做轴向移动, 这样齿条的轴向移动便推动齿轮旋转, 从而使与齿轮连接的接地刀上管相对于接地刀下管作伸直或折叠运动, 从而完成接地刀的合闸或分闸动作。另外, 在操作杆轴向位移的同时, 平衡弹簧按预定的要求储能或释能, 最大限度地平衡接地刀杆的重力矩, 以利于接地刀杆的运动。插入运动:接地刀杆由分闸位置向合闸位置运动的过程中, 在接近合闸位置 (快要伸直) 时, 动触头会沿着静触头的喇叭罩内壁逐渐插入到静触头内部。由于动触头为棒式结构, 静触头内部触指为梅花形结构, 动触头会慢慢涨开梅花形结构触指, 插入触指内部, 与触指完全接触完成合闸。

5 产品主要结构特点

5.1 接地底座结构。

接地底座采用装配式结构 (见图2) , 与公司现有GW16/17系列220k V产品主闸刀底座结构相比, 简化掉了接线板、左右导电板和主动拐臂支撑座等零部件, 起支撑和传动作用的零部件 (如支撑座、转动座等) 均采用普通钢材、机加工后热镀锌处理, 这样提高了底座的整体强度。方便零部件成套和生产装配, 降低产品的材料成本与装配成本。5.2动静触头结构 (见图3) 。动触头采用铜管和铝棒相结合的装配式结构, 导电接触部位使用铜管镀银, 支撑动触头采用铝棒镀锡, 铜管与铝棒的组合式结构既保证了通流能力和强度, 又降低了成本。静触头采用喇叭罩结构进行分合闸导向, 增大了合闸导向范围, 方便动触头合闸;采用梅花形触指结构, 保证合闸后动触头与触指充分接触, 满足63k A (3s) 的热稳定和160k A的动稳定试验参数。5.3接地刀杆肘节装配结构。接地刀杆肘节装配 (见图4) 主要分为齿轮箱装配和连接叉装配两大部分。齿轮箱装配采用两对称结构的齿轮箱对扣装配而成, 结构小巧, 装配方便;连接叉采用分体结构, 与上导电管用螺栓连接, 装配拆卸方便。肘节导电连接采用导电带连接, 防风沙效果好。5.4绝缘子底座传动结构 (见图5) 。该产品设计时对产品底座传动系统进行优化, 增加一套水平四连杆传动, 把原有机构的180度输出角度转变为120度, 然后再经过一套空间四连杆传动由120度转变为90度, 方便接地刀分合闸。

6 结论

JW5-550/J63-160型高压交流接地开关与JW5-550/J50-125接地开关相比, 接地底座及动静触头结构都进行了优化设计。具有以下几个方面的典型特点: (1) 接地底座、齿轮箱、连接叉、转动座由铸铝件改为装配式结构, 减少了有色金属的使用量, 且装配更加便捷, 有效降低材料成本与装配成本; (2) 关节电连接采用导电带结构, 防风沙效果更好, 对外界环境影响更小。 (3) 动触头由原有的板式触头改为棒式触头, 静触指由原有的板式触指改为梅花形触指, 合闸后接触更加良好, 方便调节; (4) 零件表面采用普通热镀锌或离心热镀锌处理, 提高了产品的防腐能力。该产品的研制成功在填补了我公司500k V折臂式接地开关63k A (3 s) 热稳定参数的空白, 将为我公司带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]GB/T11022-2011.高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S].

[2]GB/T13540-2009.高压开关设备抗地震性能试验[S].

高压接地开关安全联锁的设计 第2篇

高压接地开关是机车、动车组高压主电路的安全设备, 为机组成员登顶作业或维护高压电器提供可靠的接地保护。安全联锁是高压接地开关实现人身、机车高压安全保护的重要门户。因此, 安全联锁的可靠性、可用性、安全性是高压接地开关的重要指标之一。

1 安全联锁的结构与功能

高压接地开关的安全联锁是机车、动车组安全联锁系统的一部分。机械锁止方式主要包括钥匙、锁芯 (带传动轴) 、锁盖板、滑块等, 如图1所示。主要功能为实现与安全联锁箱、安全门的互锁, 确保登顶作业或维护高压电器的作业人员人身安全和车辆安全。

2 高压接地开关对安全联锁的要求

1) 能可靠锁定高压接地开关的状态;

2) 便于操作和识别;

3) 具备防止意外开锁的能力;

4) 具有较好的结构适应性, 结构简单, 易于操作。

3 安全联锁方案设计

在进行高压接地开关的安全联锁设计之前, 应首先了解机车、动车安全联锁系统的技术规范和接口要求。一般会限定安全联锁的锁芯、钥匙型号和联锁数量。这是设计可靠的安全联锁的基础。

3.1 安全联锁安装位置的选择

制定高压接地开关安全联锁方案还应了解项目中安全联锁箱和高压接地开关安装位置。安全联锁箱是高压接地开关安全联锁的上级设备。打开高压接地开关安全联锁首先要操作安全联锁箱, 锁闭受流设备, 取下一级联锁钥匙。因此, 安全联锁箱与高压接地开关和登顶门不宜相隔太远, 否则, 不便于操作, 也不利于安全。安全联锁箱与高压接地开关安全联锁的关系见图2所示。

高压接地开关的安全联锁的位置应既便于高压接地开关的操作, 又便于联锁的操作和识别。一般而言, 安装在车顶的高压接地开关, 安全联锁应安装在高压接地开关下罩底部或靠近底部的侧面, 正对机组通道。距离地面在2+0.1/-0.2 m为宜。同时, 高压接地开关与安全联锁箱最好在机组通道的同一侧, 以便于识别和操作。对于安装在柜内的高压接地开关, 安全联锁应安装在高压接地开关面向机组通道的一侧。距离地面高度在0.02 m以上, 但不宜高于1.6 m。安装在其他位置的高压接地开关, 应以便于识别和操作为主要设计原则。

3.2 安全联锁锁止方式的选择与设计

高压接地开关安全联锁锁止方式根据高压接地开关操作方式的不同, 分为两类:对应于手动接地开关的机械锁止方式和对应于气动、电动等非手动方式接地开关的电开关锁止方式。

对于机械锁止方式, 其锁芯上的传动轴和滑块 (直接用传动轴锁止的, 则对应于高压接地开关的传动盘) 配合质量是安全联锁开锁和锁闭是否顺畅的关键。滑块上椭圆槽最大宽度B应大于传动轴转动角度中对应尺寸的最大值A, 如图3所示。

对于电开关锁止方式, 关键在于连接开关的线路布置, 应确保不受到动作部件的影响。

3.3 安全联锁锁盖板的设计

锁盖板除注意识别标识的设计外, 其安装的精准定位是设计安全联锁成功的关键, 尤其对于机械锁止方式。一般而言, 受限于空间和出于小型化设计的考虑, 机械锁止方式中滑块上槽宽B比传动轴在锁芯转动角度最大转动范围内对应的尺寸A不会大很多。因此, 安装锁芯及传动轴的锁盖板在高压接地开关上的准确定位就至关重要。否则, 容易出现锁卡滞、不能转动等现象。目前较多的做法是配钻法, 即将锁盖板 (带锁芯和传动轴) 在高压接地开关上预安装, 待锁调试好后, 在锁盖板销孔对应位置钻孔, 打入销钉, 然后通过螺钉紧固。

为便于组装员工操作, 减少调试时间, 还可以采用缺口定位+配钻法, 如图4所示。即通过三角缺口与工艺孔对齐的方式减少调试和定位时间。

3.4 安全钥匙的选择

一般机车和动车在设计安全联锁系统时会确定高压接地开关安全联锁锁芯和钥匙的型号, 有的还会直接供货。但仍然要注意以下事项:

1) 不同级的安全钥匙应可以直观地进行分辨, 一般是采用颜色区分, 蓝色为一级安全钥匙, 黄色为二级安全钥匙, 绿色为三级安全钥匙……也有采用形状区分的、材质区分的, 但并不建议这么做。这种区分应不随温度、湿度等常规环境变化而发生变化。

2) 考虑安全和便于操作, 同车同级的安全钥匙应可以互换使用, 但不同机车的安全钥匙应不能互换使用。

4 安全联锁的标准化设计

高压接地开关是机车和动车高压电路不可缺少的保护电器。每次登顶作业或维护高压电器首先需要操作高压接地开关正确、可靠接地。目前各型机车和动车对于高压接地开关的安全联锁操作方法不一。有的锁闭为逆时针转, 有的则为顺时针转;钥匙口的初始位置也不一, 有的在水平靠右, 有的则在水平靠左。给机组成员带来一定困扰。因此, 有必要对此进行标准化设计, 以便于机组成员操作。

按照一般的操作习惯, 可设定安全联锁打开时钥匙口的位置在水平靠右;顺时针90°锁闭。如图5所示。

此外, 同级安全钥匙的区分方式也应进行统一。如前文所述, 采用颜色区分是很好的方式, 为机组成员在不同的车辆上识别和正确运用安全钥匙提供方便。

摘要：对机车、动车用高压接地开关安全联锁的设计要求、方案等进行了介绍, 并对其标准化设计进行了一定探讨。

关键词：接地开关,安全联锁,标准化

参考文献

[1]邵建设.安全联锁系统的可靠性及可用性分析[J].仪器仪表标准化与计算, 2002 (6) :30-34.

高压交流接地开关 第3篇

在电力系统的输变电设备中, 隔离开关是用量最多的一种。它的结构虽然简单, 但它的运行情况对电网的安全性与可靠性有着重要的影响。GW4-145型高压交流隔离开关就是为了适应国际市场需求而开发的。

GW4-145型高压交流隔离开关为双柱水平回转式, 结构简单, 动作可靠, 同时分闸后不占上部空间, 易于形成各种布置方式。

2 产品使用环境条件

a.环境温度:-40°C～+40°C;

b.海拔高度:1000m;

c.风速不超过:34m/s;

d.覆冰厚度不超过:10mm;

e.外绝缘污秽等级:Ⅲ级、Ⅳ级;

f.抗震水平: (1) 人工合成地震波0.25g; (2) 正弦共振拍波0.15g;

g.安装场所应无经常性的剧烈震动及易燃、易爆物质和化学腐蚀的影响。

3 产品结构及工作原理

3.1 产品结构

GW4-145型隔离开关由三个单极装配组成, 各极之间用水平连杆进行传动, 三极隔离开关主闸刀共用一台CJ11型电动操作机构进行操动, 三极单接地开关共用一台CS17人力操动机构进行操动, 双接地用2台。

导电元件:包括主触头系统、主导电回路、接地系统触头等, 其功能为开断及关合电力线路、安全隔离电源, 在正常工作条件下, 长时间安全地工作。

支撑绝缘件:瓷柱等构成的支撑元件, 保证导电元件有可靠的对地绝缘、承受导电元件的操作力及各种外力。

传动元件:各种连杆、齿轮拐臂等元件, 将操作命令及操作力传递给导电元件的触头、导电杆及其它部件。

基座:开关本体的底架底座等, 是整台产品的基础。

操动机构:电动、气动及手动机构, 为导电元件分合闸提供操作能量, 并实现规定的操作。

3.2 隔离开关工作原理

隔离开关运动是靠CJ11型电动机构或人力操动机构操动传动轴旋转90°, 传动轴带动水平连杆使一侧瓷瓶旋转90°, 并借助交叉连杆使另一侧瓷瓶反向旋转90°, 于是, 左、右触头同时向一侧分开或闭合;从而实现隔离开关分、合闸。

接地开关的运动是靠CS17人力操动机构带动拐臂旋转90°, 通过连杆带动接地开关三极连杆旋转90°, 接地刀杆以三极连杆为中心跟着旋转, 从而使接地开关实现分或合闸。

4 GW4-145/2000隔离开关导电杆及触头结构特点

GW4-145型隔离开关的导电杆采用界面尺寸为75×75×6的方铝管, 通过计算, 其通流能力为3322A。本产品额定通流能力要求为2000A, 考虑日照的影响, 隔离开关的试验通流能力应为额定通流能力的1.2倍。故实际应达到的通流能力为:2000×1.2=2400A, 小于3322A, 即75×75×6方铝管能够满足长期通过工作电流的要求。

隔离开关在通过一定额定短时耐受电流时, 由于导电杆通过短路电流的时间很短, 只有几秒钟, 热量很少传入周围介质, 致使导体温度急剧上升, 导电杆可能因过热而出现软化, 这对于隔离开关而言是不允许的, 因为此时导电杆要承受一定的电动力, 要满足一定的机械强度要求。为此, 要求导电杆在通过一定额定短时耐受电流时, 其温度不能超过导电杆材料的软化点温度。

当通过3s, 40kA额定短时耐受电流时, 75×75×6的方铝管的短时温升, 经计算为10.09°C, 因此, 在极限温度40℃下, 导电杆的温度约为50.09℃, 小于铝的软化温度159℃。可见, 用75×75×6的方铝管做导电杆可以满足设计要求。

在本产品中, 根据结构上的要求, 触指采用指形触指, 每片触指宽20mm, 厚6mm, 共用6片, 接触形式为线性接触, 表面处理为铜镀银, 当通2000A额定电流时的温升, 触头温度与触指接触点的温度相差不大。

为了防止触头溶化, 若以铜的软化温度作为设计触指的短时极限温度是比较保守的;按熔点设计 (铜的熔点温度1038℃) , 是不可靠的。国家标准规定:隔离开关在通过额定短时耐受电流后, 开关设备不应该有明显的损坏;应该能正常地操作, 连续地承载额定电流而不超过规定的温升极限, 并在绝缘试验时能耐受规定的电压。这就说明在隔离开关触头通过额定短时耐受电流后, 只要没有明显得损伤, 仍能满足承载额定电流的能力既可。根据以前做过的试验经验, 我们在设计中按τ小于熔点温度的50%来进行隔离开关的触头短时温升, 触头既是安全的, 又是经济的。对于铜基触头此温度大概为500℃。

对以上触指进行短时温升计算为78.96℃, 隔离开关的极限工作温度为40℃, 通3s, 40kA额定短时耐受电流时触指的温度为119℃, 小于500℃, 说明触头可以可靠承受短时温升。

5 结论

GW4-145型高压交流隔离开关结构简单, 动作可靠, 导电杆及触指结构合理, 既能满足长期通过额定电流的要求, 又能承受额定短时耐受电流产生的温升, 安全经济, 将更好的为我公司打开国际市场, 带来巨大的经济效益, 提高我公司的国际知名度。

摘要：在电力系统的输变电设备中, 隔离开关是用量最多的一种。它的结构虽然简单, 但它的运行情况对电网的安全性与可靠性有着重要的影响。GW4-145型高压交流隔离开关就是为了适应国际市场需求而开发的, 谈谈GW4-145/2000高压交流隔离开关。

关键词：高压变流隔离开关,产品结构,工作原理

参考文献

[1]GB/T11022-1999.高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S].

[2]GB1985-2004.高压交流隔离开关和接地开关[S].

[3]苑舜, 崔文库.高压隔离开关设计与改造, 2007, 4.

高压交流接地开关 第4篇

ZCW1 组合电器系列是建立在GW27 隔离开关的技术基础上设计开发出来的延伸产品, 它即吸收了GW27 系列产品的优点, 又在电站设计上能够极大节约用地, 它以隔离开关为主体, 与电流互感器通过不同的方式进行组合, 可组合为LG、LGG、LGGL和GG四种组合形式, 是近几年来电力市场比较青睐的水平断口布置的电气产品, 具有很好的市场发展前景。

2 产品突出特点

2.1 主闸刀设计新颖, 通过定位弹簧系统、球形万向节系统等, 使分、 合闸完成水平运动和轴向旋转复合运动, 且主刀由原来的90°机构改为180°机构传动, 机械性能好, 操作力小, 动作平稳可靠, 机械寿命长;

2.2 主导电系统主要采用铝合金材质, 动、静触头接触点多, 通流能力好;

2.3 该产品设置有辅助动、静触头, 能较好的开、合容性、感性电流及母线转移电流;

2.4 隔离开关与所配的接地开关配置有电气闭锁或者机械联锁装置, 工作安全可靠;

2.5 隔离开关额定绝缘水平达到了电力行业的标准DL/T593-2006 中关于额定绝缘水平的最高规定, 而且具备开、合电力部B类感应电流的能力。

3 产品性能及主要技术参数

3.1 产品主要用途及使用条件:ZCW1- 363 ( W) 型敞开式组合电器是供330k V高压线路在无载流条件下, 进行线路切换, 及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与高压线路进行电气隔离, 给被检修设备和检修人员提供一个安全可见的绝缘距离。 同时对线路的电流进行测量, 为二次保护系统提供必要的绝缘保护和线路参数, 满足对电力系统和设备进行保护的要求。 产品使用环境条件如下:

a.海拔高度不超过: 2000m;

b.周围空气温度:- 40℃~+40℃;

c.风压不大于:700Pa (相当于风速34m/s) ;

d.覆冰厚度不大于:10mm;

e.地震烈度不超过:8度;

f.外绝缘污秽等级:Ⅲ、Ⅳ;

g. 安装场所应无经常性剧烈震动及易燃、易爆物质和化学腐蚀性气体等影响。

3.2 产品主要技术参数 ( 见表1)

4 产品结构与工作原理

4.1 产品结构

ZCW1- 363 组合电器三极独立分装 ( 如图1) , 每极主要由底座装配、绝缘支柱、主闸刀、接地开关、SF6 电流互感器等组成。 每极组合电器装有一台CJ11 型电动操动机构;每极接地开关通过CSC人力操动机构或者CJ11 电动机构实现分相操作。

4.2 产品工作原理

组合电器主闸刀的工作原理 ( 如图1) :主闸刀与旋转瓷瓶成'T'字型固定, 旋转瓷瓶安装在轴承座上, 再通过四连杆结构与CJ11 型电动操动机构的主轴联接。 当操动机构主轴顺时针旋转180°时, 旋转瓷瓶顺时针旋转90°, 主闸刀操作平稳。 同时其旋转瓷瓶上端的导电杆先水平转动70°, 动触头进入静触头中, 再绕自身轴线翻转45°, 使静触头的夹紧动触头, 完成合闸运动。 分闸运动反之。

接地开关的工作原理 ( 如图1) :当CSC型手力机构或CJ11 电动机构从分闸位置转动到合闸位置时 ( 顺时针转90°) , 动力通过手力机构或CJ11 电动机构带动传动四连杆装配拉动接地开关转轴转动, 从而使地刀杆绕转轴先旋转70°, 动静触指接触, 再继续绕转轴旋转40°, 直至动触头完全进入静触头内, 完成合闸运动, 分闸运动反之。 另外, 平衡弹簧按预定的要求储能或释能, 最大限度地平衡刀闸的重力矩, 以利于刀闸的运动。

结束语

ZCW1-363组合电器是在借鉴国内外同类型隔离开关的基础上自行设计、研制的新产品, 与国内同类产品相比, 参数相同, 成本更低, 性能却有很大的提高, 其结构简单紧凑, 性能可靠。设计上采用无焊接安装, 便于现场安装与调试, 且该产品系列性, 通用性较强, 在西北地区有良好的市场, 为我公司带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]GB 1985-2014高压交流隔离开关和接地开关.

[2]徐光辉, 赵斐.GW7-550/4000型三柱式隔离开关[J].高压电器通讯, 2000 (4) .

高压交流接地开关 第5篇

关键词：隔离开关,结构型式,结构原理,性能

1 概述

1.1 产品型号和名称

GW7G-252/2000、3150 型高压交流隔离开关 (以下简称隔离开关) 。

1.2 产品用途和使用范围。本隔离开关为三柱水平断口户外高压交流隔离开关, 供高压线路在无载荷情况下进行线路切换, 以及对被检修的高压母线和断路器等电器设备与带电高压线路进行隔离, 在隔离开关处于分闸位置时提供一个可见的断口绝缘距离, 适用于城乡220k V线路中。

1.3 操动机构型号。每组 (三极) 隔离开关配CJ11 型电动操动机构一台, 附装的接地开关配CSC型人力操动机构。

1.4 产品特点。GW7G-252 系列隔离开关系我公司已申请专利的结构 (专利号为:200620130174.0) , 采用水平平衡转动结构, 其结构简单, 受力平衡、稳定, 尤其动触头和导电杆之间采用铰链连接, 并且在分闸时动触头和导电杆之间存在一个夹角, 该夹角的存在, 使动触头刚接触静触头时, 只有动触头一侧的触指接触到静触头, 随着旋转绝缘子的继续转动, 动触头的一端绕轴转动, 另一端绕静触头转动, 动触头在转动的同时逐渐插入到静触头中, 这样避免了动触头对静触头直接撞击, 能够有效降低隔离开关合闸时动触头对静触头的冲击力, 减小了产品在合闸时对瓷瓶的冲击。触指和触头部分采用了我公司的成熟技术———自力式触指, 可靠的保证了产品的通流能力, 其导电性能、绝缘性能和机械强度均能满足国标标准的要求。

2 产品结构和工作原理

2.1 产品结构。每组隔离开关由三极组成, 各由一台机构操动进行隔离开关三极机械联动和接地开关三极机械联动 (单接地) 。隔离开关采用CJ11 型电动机构操作, 接地开关采用CSC型人力机构操作。

隔离开关与接地开关的机械联锁部件安装在主极 (中间极) 上。

单极隔离开关主要结构 (见图1) 。

主要部分:由底座装配、棒形支柱瓷绝缘子 (上、下) 、静触座装配、均压环、导电杆装配等部分组成。

底座装配由焊装、螺杆、调节板、拐臂拉杆装配 (仅主极有) 、轴承座装配、限位板装配、拐臂等组成。对于带接地开关的, 还装有传动杆装配、支板装配、导电带、接线板、支架装配等, 主极还装设有隔离开关与接地开关间的机械联锁部件。

静触座装配由静触座、触头等组成。

导电杆装配由触指、导电杆焊装、托板、M16 六角螺母、支板焊装、限位螺栓、弹簧、导电带、触指座等组成。

接地开关回路部分主要由接地静触头装配、接地刀杆装配、拐臂连杆装配及底座装配 (接地开关部分) 等组成。

主导电回路部分:导电杆采用优质铝管做为原材料;动触头与导电杆联接的肘节处导流采用多层镀锡铜导电片连接型式;触指采用特殊合金材料, 通流能力好、散热性能佳, 且本身具有一定的弹性;底座采用可以调节瓷瓶高度的结构, 使隔离开关安装调试时更加简单、方便。

2.2 工作原理。隔离开关的工作原理:动触头和导电杆之间采用铰链连接, 并且在分闸时动触头和导电杆之间存在一个夹角, 该夹角的存在, 使动触头刚接触静触头时, 只有动触头一侧的触指接触到静触头, 随着旋转绝缘子的继续转动, 动触头的一端绕轴转动, 另一端绕静触头转动, 动触头在转动的同时逐渐插入到静触头中, 这样避免了动触头对静触头直接撞击, 从而减小对绝缘子的合闸冲击力。隔离开关主导电与旋转瓷瓶成“T”型固定, 旋转瓷瓶安装在底座装配的轴承座上。主极 (中间极) 通过四连杆机构与CJ11 型电动机构的输出轴连接;边极是通过连杆在各自底座装配的下方与主极相连接。 CJ11 型电动机构输出轴通过垂直连杆带动主拐臂转动, 主拐臂通过旋转瓷瓶带动导电杆转动。导电杆装配中的自力式触指与导电杆约成40°夹角, 当旋转瓷瓶旋转时, 导电杆装配的触指与静触头开始接触, 此时机构继续旋转, 而触指则继续插入, 直至整个导电杆装配呈一直线状态从而完成合闸运动。分闸运动则反之。

参考文献

[1]黎斌.SF6高压电器设计[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]GB 1985-2004.高压交流隔离开关和接地开关[S].

高压交流接地开关 第6篇

随着HVDC的投入运行,换相失败可能会导致直流电压降低、直流输送功率减少、电流增大、换流阀寿命缩短、环流变压器直流偏磁及逆变侧交流系统过电压等后果[1]。所以,为了研究换相失败对整个系统的影响,本文分析了逆变侧交流母线的单相接地故障原因和深入研究了单相直接接地短路故障对换相失败的影响,并通过PSCAD仿真找到了换相失败的直接原因及当今采取预防措施的弊端。

1 直流输电系统

1.1 直流输电系统的组成部分

高压直流输电系统由整流器、逆变器、两侧交流系统和直流输电线路组成,图1为CIGRE直流输电第一标准模型。

1.2 换相失败的机理

换相实际上就是交流系统与换流器短时间的两相短路。同一桥中的两个臂在换相结束后,刚退出的阀在反向电压作用一段时间内可能会出现两种可能性,一种可能性是该阀未能及时恢复其正向阻断能力,另一种可能性是该作用时间内没彻底完成换相过程。当阀两侧电压再次恢复为正向时,该换流阀就会不经触发而进行再次导通,这样就与刚好导通的阀形成了反换相,此过程称为换相失败。高压直流输电系统中单次换相失败实际上就是同相中的换流阀同时导通所引发的直流短路,如图2所示。

在换相过程中,关断角的表达式为

γ=β-μ, (1)

式中:γ为关断角;β为越前触发角;μ为换相角,又称重叠角。

β是由直流输电的控制器决定的,关断角的大小决定了是否发生换相失败,而换流阀本身就是一种电力电子器件,需要一定的恢复导通能力的时间,其值大约在400 μs(约为7°)。一般要考虑到其串联元件所带来的误差,阀的最短恢复时间γmin=10°,当γ≤γmin时,就认为系统发生了换相失败。

阀运行时其关断角大小与换流器外部的电路也是密切联系的,当交流系统对称时,关断角的表达式为

$\gamma =\arccos \left(\cos \beta +\frac{\sqrt{2}{\rm K}{\rm I}{}_{d}X{}_C}{U}\right)‚(2)$

式中:K为变压器变比;Id为直流电流值;U为换流母线上的线电压有效值;Xc为换相电抗值。

当交流系统发生不对称故障时,使线电压的过零点前移φ,此时的换流器阀的关断角可表示为

$\gamma =\arccos \left(\cos \beta +\frac{\sqrt{2}k{\rm I}{}_{d}X{}_C}{U}\right)-\phi {}_0$。 (3)

由式(3)可以看出,随着过零点的前移,关断角越小。当γ≤γmin时,发生换相失败。

2 逆变侧交流母线的单相接地故障

逆变器侧交流系统发生A相接地短路时,A相的相电压下降ΔU。B、C相的相电压均不变,φ为电压过零点前移角,如图3所示。

由正弦定理可得:

$\begin{array}{l}\frac{|\text{Δ}U|}{\sin \phi }=\frac{\sqrt{3}|U{}_c|}{\sin (\text{π}-\frac{\text{π}}{6}-\phi )}‚(4)\\ \frac{|U{}_c|}{\sin (\text{π}-\frac{\text{π}}{6}-\phi )}=\frac{|U{}_c|-|\text{Δ}U|}{\sin (\frac{\text{π}}{6}-\phi )}。(5)\end{array}$

由式(4)、式(5)式,得:

$\phi =\arctan \left(\frac{|\text{Δ}U|}{\sqrt{3}(2-|\text{Δ}U|)}\right)$。 (6)

另外,A相电压下降后,B、C相间的线电压保持不变,根据图3,由三角关系得到A、B相间的线电压(等于C、A相间的线电压)为

$|U^{\prime }|=\sqrt{3-3|\text{Δ}U|+|\text{Δ}U|{}^2}$。 (7)

在故障发生的瞬间,由于变压器抽头需要一定的时间来调整,因此变比k可认为没发生变化。由于A相电压降低,逆变器中阀1和阀4的电压过零点前移φ,γV1,V4减小φ;阀2和阀5电压过零点后移φ,γV2,V5增加φ;阀3和阀6保持不变。因此,发生A相直接接地短路故障时,逆变器中各个阈阀的关断角为

$\begin{array}{l}\gamma {}_{V{}_1,V{}_4}=\arccos (\cos \beta +\begin{array}{l}\\ \end{array}\\ \frac{\sqrt{2}k{\rm I}{}_{d}X{}_C}{\sqrt{3-3|\text{Δ}U|+|\text{Δ}U|{}^2}U/\sqrt{3}})-\phi ‚(8)\end{array}$

$\begin{array}{l}\gamma {}_{V{}_2,V{}_5}=\arccos (\cos \beta +\begin{array}{l}\\ \end{array}\\ \frac{\sqrt{2}k{\rm I}{}_{d}X{}_C}{\sqrt{3-3|\text{Δ}U|+|\text{Δ}U|{}^2}U/\sqrt{3}})+\phi ‚(9)\end{array}$

$\gamma {}_{V{}_3,V{}_6}=\arccos \left(\cos \beta +\frac{\sqrt{2}k{\rm I}{}_{d}X{}_C}{U}\right)=\gamma {}_0$。 (10)

对于天广HVDC的逆变站,其参数如下:换流变压器额定容量为1 011/505.5/505.5WVA;额定电压为230/198.5/198.5 kV(k=1.0 p.u.);短路阻抗为15%;额定电流电压为466 kV;直流电流为1 800 kA;换流母线线电压为230 kV。由此参数,根据式(8)—式(10),可以得到单相接地短路时各阀关断角曲线,如图4所示。

当系统发生不对称短路时,由于相电压过零点前移φ时,阀1和阀4最容易发生换相失败。

3 PSCAD仿真分析

本文采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC为仿真研究工具。通过监测关断角γ大小研究换相失败情况,克服了以往准稳态模型在交流非对称故障研究中的局限性。

当直流系统逆变侧发生单相直接接地短路故障(0.30～0.35 s)时,得到了直流电流、直流电压和关断角的仿真图,如图5—图7所示。从图5—图7中可以看出,整个直流系统在前2 s左右时处于非稳定状态,在0.2～0.3 s时系统才处于稳定运行状态,系统出现故障后逆变器即刻发生换相失败,逆变侧的直流电流突然升高,直流电压骤然下降,逆变器的关断角也变小。在0.35 s故障消除后,在0.38 s左右直流系统开始恢复。

仿真结果表明,换相失败的最直接原因是由于关断角过小而引起的,因此,为了避免换相失败,可采取增大关断角措施,但这也会引发其它的问题。

在逆变侧系统中,要使直流侧向交流侧系统输送有功功率,α必须要大于90°。根据α=π-β和式(1),使0°<β<90°和0°<γ<90°。逆变器的直流电压和功率因数的公式为

$\begin{array}{l}U{}_{d^{″}}=\frac{3\sqrt{2}}{\text{π}}{U}^{″}\cos \gamma -\frac{3}{\text{π}}X{}_c{\rm I}{}_d‚(11)\\ \cos {\text{ϕ}}^{″}\approx \frac{1}{2}(\cos \gamma -\cos \beta )。(12)\end{array}$

根据式(11),在直流电流Id不变的情况下,增大关断角γ必然会使直流电压Ud″降低,这样从而导致了整个直流系统的输送功率下降。在整个逆变过程中,逆变器从交流系统吸收无功功率。根据式(12),增大关断角必然将导致功率因数减小,使逆变器吸收更多的无功功率。

4 结论

1) 换相电压的大小和相位过零点对逆变器(整流器)中各阀的关断角的影响不同,对整个系统的换相失败有很大影响。

2) 不能简单地通过增大关断角来降低换相失败的几率,这样会使整个系统输送功率减小,消耗更多的无功功率。

3) PSCAD软件的仿真结果表明,换相失败的最直接原因是由于关断角过小而引起的,系统发生1次换相失败通常可以自行恢复。

摘要：针对交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的问题,阐述了高压直流输电系统(HVDC)的组成和直流输电换相失败的机理,分析了其受交流系统单相接地短路故障影响的原因,并基于PSCAD/EMTDC仿真软件以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真模型,对交流侧的单相接地短路故障引发HVDC系统换相失败的情况进行仿真研究。PSCAD仿真分析结果表明,增大关断角来减小换相失败几率的方法会导致整个高压直流输电系统的输送功率减少,消耗更多的无功功率。

关键词：换相失败,高压直流输电,单相接地短路故障,关断角,无功功率

参考文献