任务3 了解高压电器设备

资讯1 高压开关柜

高压开关柜是按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。外形如图2-15所示。高压开关柜按其主要元件安装方式分，有固定式和手车式两大类，按开关柜隔室的构成形式分，有铠装型、间隔型、箱型、半封闭型等，按其母线系统分，有单母线、单母线带旁路母线和双母线等形式。

在通信局（站）中一般采用固定式高压开关柜，其作用是保护本局的设备和配电线路，防止雷电侵入或本局的故障波及到外线设备，对本局的交流用电进行监测和控制。高压开关柜内装有高压隔离开关、高压真空断路器（或油断路器）、高压熔断器、高压仪用互感器和避雷器等元器件，常见的开关柜有GG-1A（F）、KGN、XGN等型。GG-1A型高压开关柜为开启式结构，由角钢焊接成骨架，钢板压制成面板，柜后无保护板。柜顶部由绝缘子支撑母线，柜上部安装油断路器，柜下部安装隔离开关，适用于工矿企业变电站，交流频率50 Hz，电压3～10kV，三相单母线系统。

GG-1A型高压开关柜的一次线路方案有124种，常用的一次线路方案如图2-16所示。任意两种开关柜可组合成组合柜使用，其典型组合有10多种。

图2-17为7台GG-1A型高压开关柜的组合，完成两路高压进、出线倒换、测量和防雷。主用高压经2号柜GG-1A-81引入，经隔离开关后分为两路，测量分路送本屏电压互感器，主分路送l号柜GG-1A-11，经电流互感器、油断路器、隔离开关到母排，母排上的高压经3号柜上的隔离开关、断路器、电流互感器输出到主变压器。同理，备用高压也经7号柜和6号柜送到母排，再经5号柜送到备用变压器。各断路器按步骤操作可完成由主用高压对两台或其中一台变压器供电，当主用高压停电时，改由备用高压对两台或其中一台变压器供电。

固定式开关柜具有结构比较简单、制造成本低的优点，但主要设备出现故障或需要检修时，必须中断供电，直到故障排除或检修完成后才能恢复供电。由于新技术的发展，设备在不断更新，由于具有五防性能的固定式高压柜体积大、搬运困难，且不便改装为采用真空断路器，新建的通信局（站）已不再采用。

手车式（移开式）高压开关柜，其主要设备装在可以拉出和推入开关柜的手车上，如GC、JYN、KYN等型。手车的种类有断路器车、真空开关车、电流互感车、避雷器车、电容车和隔离开关车等。相对于固定式开关柜，手车式开关柜具有检修安全、供电可靠性高等优点，当其发生故障或需要检修时，在切断电源后可将手车拉出，再推入同类备用手车，即可恢复供电，停电时间短，大大提高了供电可靠性，但制造成本较高，主要用于负荷比较重要、要求供电可靠性高的场所。典型的KYN系列高压柜一次交流供电系统方案如图2-18所示。

环网高压开关柜一般由三个间隔组成，其中一个电缆进线间隔，一个电缆出线间隔，另一个为计量间隔。环网柜主要电气元件有高压负荷开关、熔断器、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等。HXGN-12系列环网柜一次交流供电系统方案如图2-19所示，由于环网柜采用负荷开关加熔断器来代替断路器，所以设备价格低、占地面积少、操作简单，400kVA以下变压器重要程度一般的通信局（站）及住宅小区供电经常采用。

在高压维护中为了防止误操作，大多数高压开关柜都装有连锁装置，连锁装置分机械连锁和电气连锁，其目的是保证各开关、断路器必须按步骤正确操作才能断开和合闸。各种高压开关柜必须具备“五防”功能。所谓“五防”，是指防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电关合接地开关；防止带电挂接地线（停电检修时相线上均应接地线，闭合开关前应将挂接的地线去掉）；防止人员误入开关柜的带电间隔。

将电气设备由一种状态转换到另一种状态叫倒闸操作，如接通或断开高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关、跌落式熔断器、临时接地线等。

高压电气设备倒闸操作的技术要求如下：

① 高压断路器和高压隔离开关的操作顺序：停电时，先断开高压断路器，再断开高压隔离开关；送电时，顺序与此相反。严禁带负荷分、合隔离开关。

② 高压断路器两侧的高压隔离开关的操作顺序：停电时先拉负荷侧隔离开关，再拉电源侧隔离开关；送电时，顺序与此相反。

③ 变压器两侧开关的操作顺序：停电时，先拉负荷侧开关，后拉电源侧开关；先停低压，后停高压。送电时顺序与此相反。

④ 单极隔离开关及跌落式熔断器的操作顺序：停电时，先拉开中间相，后拉开两边相；送电时顺序与此相反。

⑤ 当采用电磁操动机构关合高压断路器时，应观察直流电流表的变化，合闸后电流表应返回。连续操作高压断路器后，应观察直流母线电压的变化。

资讯2 电力变压器

1.电力变压器的种类

通信局（站）常用的变压器为降压变压器（又称配电变压器），如图2-20所示。它把三相三线制10 kV高压变成三相五线制220/380 V低压（相电压220V、线电压380V），输送给市电油机转换屏和低压配电屏，为整个通信局（站）提供低压交流电。

降压变压器的种类很多，可根据不同方式进行分类。

（1）按相数：可分单相和三相。一般采用三相变压器，三相变压器的原、副边绕组有多种连接方式，如Y/Yn0，即变压器的原边接成星形，副边接成星形且中性点接地；D/Yn11，即变压器原边接成三角形，副边接成星形且中性点接地。

（2）按容量：有100kVA、126kVA、160kVA等，是采用IEC推荐的R10系列，其容量按1.26倍递增，容量等级较密，便于选用。

（3）按调压方式：可分为有载调压和无载调压。一般采用无载调压变压器，当供电电压超出允许变化范围时选用有载调压器。

（4）按绕组类型：可分为双绕组、三绕组和自耦变压器。一般采用双绕组变压器。根据绕组的材料还可分为铜芯和铝芯变压器，由于铜芯变压器的损耗低，过载能力强，一般选择铜芯变压器。

（5）按冷却方式：可分为干式、油浸式和充气式变压器。干式变压器有环氧树脂浇注干式和非环氧树脂浇注干式等。一般采用环氧树脂浇注。它具有噪声低、防潮、阻燃、空载损耗小、过载能量力强、抗雷电冲击好等特点；油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强制循环冷却式四种，一般采用油浸自冷式。

通信局（站）一般采用油浸式变压器，如安装在通信大楼内，应选用干式变压器。目前，通信局（站）开始大量采用干式变压器。

2.电力变压器的规格

电力变压器的额定容量，采用国际电工委员会（IEC）推荐的R10系列，按1.26倍递增，如50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kVA等。变压器所带负载为额定容量的75%～80%为宜。

电力变压器的额定电压，包括一次额定电压和二次额定电压，都指的是线电压；二次额定电压指空载电压。通信局（站）使用的降压电力变压器，其额定电压一次绕组为10kV，二次绕组为400V（采用星形连接时对应的相电压为230V）。由于满载时二次绕组内有约5%的电压降，因此用电设备受电端的电压为线电压380V、相电压220V。

3.油浸式变压器

油浸式变压器是把绕组和铁芯的热量先传递给油，然后通过油传递给冷却介质，应特别注意防火安全。为了使变压器的运行更加安全、可靠，维护更加简单，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油与周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型，其中全充油密封型变压器使用很广泛。它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形补偿。

油浸式变压器主要部件是绕组和铁芯，绕组是变压器的电路，铁芯是变压器的磁路，二者构成变压器的核心即电磁部分。除了电磁部分，还有油箱、冷却装置、绝缘套管、调压和保护装置等部件。

（1）铁芯：变压器的铁芯是由导磁性能很好的硅钢片叠加而成，硅钢片厚度为0.35～0.5 mm。两面涂有绝缘漆。铁芯的形状有“口”字形和“日”字形，三相变压器的铁芯一般为“日”字形，俗称三柱式，如图2-21（a）所示。直立部分称为铁柱，水平部分称为铁轭，用来构成闭合磁路。三个铁柱上分别套上高、低压绕组。

（2）绕组：绕组又称为线圈，是用绝缘的铜线或铝线绕制的，分高压绕组和低压绕组。低压绕组套在铁芯上，高压绕组套在低压绕组外面，其目的是便于绝缘，如图2-21（b）所示。绕组与绕组之间留有油道，便于变压器油的自由流通。

（3）油箱和散热器：油箱就是变压器的外壳，是用钢板做成的。油箱内装有铁芯和绕组，铁芯和绕组之间充满变压器油，变压器油用来绝缘和散热。为了扩大散热面积，在油箱外面四周装有圆形或扁形的散热管。油箱上部还有油枕，用管道与油箱相通。油枕的作用是减少变压器油与空气的接触面积，使油不易受潮和氧化。油枕中装有呼吸孔与外界相通，使变压器油有一个热胀冷缩的缓冲空间，保持变压器内部压力正常，以免油箱变形。油枕端部刻有油标，油标上的几根红线表示不同温度下的油面高度。

（4）绝缘套管：为了避免与油箱短路，高、低压绕组的引出线需经绝缘套管引出，在油箱上标有A、B、C的是高压套管，标有a、b、c的是低压套管。

（5）电压分接开关：又叫无载调压开关，是调整变压比的装置，一般有三至五个分接头。三个分接头的中间分头为额定电压位置，相邻分头相差±5%，五个分接头的中间分头为额定电压位置，相邻分头相差±2.5%，变压器出厂时，调压开关设置在额定电压位置，用户应根据市电电压的高低进行相应的设置，以保证变压器输出电压为400V，设置时一定要先断电。

4.干式变压器

干式变压器基本上属于免维型的变压器。相对于油浸式变压器，干式变压器因没有油，故电气规范、规程都不要求干式变压器置于单独房间。特别是新系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。干式变压器种类很多，主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类。

环氧树脂浇注干式变压器已在通信企业中被广泛采用，其主要特点是：具有很高的机械强度、空载损耗小、抗短路及过载能力强、抗雷电冲击性能好、局部放电量小、抗干裂性能好、热容性好、变压器使用寿命长、噪声低、具有防潮、抗湿热、阻燃和自熄的特性，并具有温度自动监测与保护，为变压器的运行提供安全可靠的保障。

干式变压器使用中应注意以下事项。

（1）变压器运行温度

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。

（2）变压器外壳防护

根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12.5mm的固体异物或小动物进入而造成短路等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除了上述防护功能外，还可防止轨迹线与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。

5.电力变压器绕组接线方式

电力变压器的绕组连接方式：绕组接成星形、三角形，在高压侧分别用Y、D表示，在低压侧分别用y、d表示；有中性点引出时高压侧用YN表示，低压侧用yn表示。变压器原（一次）、副（二次）绕组采用不同的连接方式，形成了原、副绕组对应的线电压之间不同的相位关系，其相位差是30°的整数倍。我国通信局（站）使用的降压电力变压器采用“D，yn11”连接，如图2-22所示。其优点是有利于抑制高压电网的三次谐波等高次谐波电流，有利于低压单相接地短路故障时的保护与切除，变压器承受三相不平衡负荷的能力更强。

10kV配电网一般为不接地系统，因此降压电力变压器的原绕组没有中性点引出。变压器副绕组中性点直接接地的接地电阻值，在变压器容量不超过100kVA时，不宜大于10Ω；当变压器容量超过100kVA时，不宜大于4Ω。

资讯3 常用高压电器

1.高压隔离开关

高压隔离开关（文字符号QS）高压隔离开关主要用来隔离电路。它没有专门的灭弧装置，但在分闸状态下具有明显的分断间隙，在合闸状态下，导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流。因此主要用来隔离高压电源，保证安全检修，并能通断一定的小电流。它没有专门的灭弧装置，因此不允许接通或切断正常的负荷电流，更不能切断短路电流，禁止带负荷拉断、闭合隔离开关。通常它与断路器配合使用，并要严格遵守操作顺序，即切断电源时，先切断断路器，再拉隔离开关；送电时，先闭合隔离开关，再闭合断路器。工程中常用于固定式高压柜或高压电源的室内进线端。在高压成套配电装置中，隔离开关常用做电压互感器，避雷器，配电所用变压器及计量柜的高压控制电器。

隔离开关按安装地点的不同，分为室内隔离开关和室外隔离开关两类。按绝缘支柱数目分为，单柱式，双柱式和三柱式，各电压等级都有可选设备。

一般配电用的室内隔离开关的额定电压不高，多采用三相共座式结构，如图2-23所示。每相导电部分由触座、闸刀和静触头等组成，并安装在支持瓷瓶的上端，通过支持瓷瓶固定在底座上。三相平行安装，每相闸刀由拉杆瓷瓶（或绝缘子）与安装在底座上的转轴相连，主轴通过手柄与手动操动机构相连，从而通过操动机构控制开关的分合。

大容量发电机母线用的室内隔离开关，额定电压虽只有10～200kV，但通过电流的能力很大，其额定电流从数千安至数万安。导电部分呈圆筒形，采用水平直线移动式触头结构，配用电动机操作机构，三相联动操作。使用时两端八角形接线端子通过伸缩节与封闭母线相连。

室外高压隔离开关中，除了中性点隔离开关和铁道用隔离开关外，一般均由三个单极组成，每个单极主要由底座、支柱绝缘子及导电部分等组成。单极间用连杆连接，配用操动机构（人力）进行分、合操作。35kV及以下室外高压隔离开关主要结构形式如图2-24所示。

由于室外隔离开关工作环境较为恶劣，因此在结构上较为复杂。如使用在多冰雪地区的隔离开关，需装设破冰机构；为防止触头表面沉积污垢和消除氧化物的影响，触头分、合时应具有自清除功能；为克服风力和其他外力的作用、保证接触良好，触头应有自调节的能力；为改善切断小电流性能，防止烧伤接触面，应加装引弧棒或灭弧角等装置。

2.高压负荷开关

高压负荷开关（文字符号QL）能通断正常的负荷电流和过负荷电流，隔离高压电源。它只有简单的灭弧装置，因此不能接通或切断短路电流。高压负荷开关通常与高压熔断器配合使用，可执行短路保护及过流保护的功能，其动作时间大大少于断路器加继电保护的传统保护动作时间，可缩短一次故障回路的延时，特别对变压器回路及终端回路、线路、电动机等短路故障，其快速保护作用更加明显。工程中多用于环网柜、箱式变电站，以及对变压器进行直接操作的场合。

按灭弧方式分类可将高压负荷开关分为产气式、压气式和真空负荷开关。

（1）产气式负荷开关

产气式负荷开关为模块式结构，包括主开关基本单元、储能机构、接地开关、连锁装置、熔断器、电动跳闸装置等。负荷开关在分断负荷电流的过程中，能通过快速分、合闸，使产气管通过电弧发热产生六氟化硫（SF6）压缩气体，使电弧迅速熄灭。

其特点是结构紧凑，体积小，功能全，重量轻，分合速度快，燃弧时间短，灭弧性能好，操作方便、可靠，价格便宜，易维修。

产气式负荷开关利用产气式灭弧原理，即当分闸时，主回路已切除，副回路尚未断开，在断开副回路的瞬间产生压缩气体，将电弧迅速熄灭。在设计开断容量范围内，灭弧性能较稳定。

（2）压气式负荷开关

压气式负荷开关结构特征是开关在分、合闸的过程中，通过气缸、喷口与弧触头之间的相对运动，产生较强的压缩空气，使电弧迅速熄灭。

（3）真空负荷开关。

真空负荷开关主要由隔离开关、真空开关、操动机构及储能分、合闸系统组成。其结构特点是既具有接通和分断负荷电流的功能，在分闸后又有可见的隔断口，分、合负荷电流的作用依靠真空灭弧室来执行，隔离功能依靠联动机构装置来完成。

真空负荷开关按电压等级可分为10kV，20kV，35kV及63kV四类。

3.高压断路器

高压断路器（文字符号QF）是高压输配电线路中最为重要的电气设备，具有可靠的灭弧装置，不仅能通断正常的负荷电流，还可以接通和承担一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除故障电路。

高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器、六氟化硫（SF6）断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器等。油断路器按其油量多少和油的作用，又分为多油和少油两大类。多油断路器的油量多，油一方面作为灭弧介质，另一方面又作为相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘介质。少油断路器的油量很少（一般只几千克），油只作为灭弧介质。一般6～35kV户内配电装置中多采用少油断路器。

高压断路器的主要参数是额定电压和额定电流，断路器额定电压不应小于装置的工作电压。其他重要参数是额定短路开断电流及额定短路关合电流。

（1）额定电压（kV）

额定电压是断路器的标称电压，应保证能在这一电压等级的电力系统中使用。电器要满足额定电压的要求，必须通过国家标准中规定的试验。

（2）额定电流（A）

额定电流是指断路器在闭合状况下导电系统能长期通过的电流。通过这一电流时，电器各部分的允许温度不超过国家标准中规定的数值。额定电流在某种程度上决定了导体及触头的尺寸与结构。

（3）额定短路开断电流（kA）

额定短路开断电流是指在断路器额定电压下，断路器能可靠切断的最大短路电流，断路器的额定短路开断电流一般比其所能开断的极限电流值稍低，留有一定的余量。应符合地方供电部门的要求。

（4）额定短路闭合电流（kA）

额定短路闭合电流（峰值）是指断路器在额定电压下所能闭合的最大短路电流。一旦断路器处在短路状态下合闸（采用自动重合闸装置时几率较大），断路器的触头应完好无损。

（5）动作时间

断路器的动作时间可分为开断时间与闭合时间。在断开过程中，从断路器分闸线圈开始通电到三相电弧完全熄灭为止的时间间隔称为开断时间。从断路器接到分闸指令、操作起始瞬间起到所有相触头都分离瞬间为止的时间间隔称为分闸时间。从断路器触头分离、产生电弧起到三相电弧完全熄灭为止的时间间隔称为燃弧时间。在闭合过程中，从合闸电路开始通电起到所有各相触头都接触的瞬间为止的时间间隔称为等闸时间。从合闸电路开始通电到任一相中开始流通电流瞬间为止的时间间隔称为闭合时间。

工程中少油断路器较少采用，多选用真空断路器。

高压真空断路器，是利用真空灭弧的一种断路器。它的触头装在真空灭弧室内，因为真空中不存在气体游离的问题，所以这种断路器的触头断开时不会产生电弧。

4.高压熔断器

高压熔断器（文字符号FU）是一种结构最简单、应用最广泛的保护电器，俗称保险器。在电路发生短路或过负荷时通过的电流超过规定值时使其自身熔断而断开电路，起到保护作用，一般由熔管、熔体、灭弧填充物、静触座、绝缘支柱等构成。室内广泛采用RN型管式熔断器，室外则广泛采用RW型跌落式熔断器。高压熔断器通常与负荷开关或隔离开关配合使用。

室内型管式熔断器是较简单和较早采用的一种保护电器，主要用于电压3～35kV，三相交流50Hz的电力系统中，用以保护电气设备免受严重过负荷和短路电流的损害。限流熔断器具有较大的分断能力。它既可以单独使用，也可与负荷开关、真空接触器配合使用。

室内高压熔断器按照其安装方式可分为插入式熔断器和母线式熔断器两种。插入式高压限流熔断器由熔断器底座、支柱绝缘子、插座和熔断件等组成，根据额定电流的大小，熔断件可由单管、双管、四管并联使用。

RW型跌落式熔断器是户外高压电器设备，属于喷射式熔断器的一种类型。它主要用于额定电压10～35kV，三相交流50Hz的电力系统中，作为配电线路或配电变压器的过载和短路保护。

跌落式熔断器由最基本的构件组成，包括熔断器底座、底座上下触头、载熔体上下触头、载熔件、熔断件等。各种型号的跌落式熔断器的功能基本相同，只是组成熔断器的零部件外形有所不同。

5.电流互感器和电压互感器

电流互感器（文字符号TA）和电压互感器（文字符号TV）统称为互感器，它们其实就是一种特殊的变压器。电气设备运行时，需要对各种参数（电压、电流、功率）等进行测量和监视。为了保证测量的安全，对高电压、大电流采用互感器降压、变流后再进行测量，同时也可采用互感器作为继电保护和信号装置的电源，使得控制和保护装置与高压电路隔离开。必须注意电流互感器次级不能开路，电压互感器次级不能短路。