搜索
第十一章隔离开关第一节基本原理及结构【本节描述】本模块介绍了隔离开关的基本原理，用途，主要技术参数特点。一、隔离开关基本原理隔离开关是在电力系统中比较常用的电气设备，它需要与断路器配合使用，隔离开关没有灭弧装置，不能开断负荷电流。用于将电力回路与电源隔开。根据GB/T2900.20-94《电工术语高压开关设备》的规定，隔离开关定义为：在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。注：当回路电流“很小”时，或者当隔离开关每极的两接线端间的电压在关合和开断前后无显著变化时，隔离开关具有关合和开断回路的能力。隔离开关又称隔离刀闸，因为它没有专门的灭弧装置，所以不能用来切断负荷电流和短路电流，使用时应与断路器配合。（一）、隔离开关主要部件及工作原理以GW17型隔离开关为例。1.导电回路图9-1导电回路设备结构图导电回路结构如图9-1所示，动作原理如下：动触头的分合闸运动由折叠运动和加紧运动组成，下导电管内有平衡弹簧系统平衡导电部分自重，合闸时平衡弹簧压缩储能降低合闸速度；分闸时平衡弹簧释放能量，减少分闸操作力。折叠运动：锥齿轮带动操作拐臂运动——转动座转动——下导电管系统转动（操作拉杆及齿条直线移动）——齿轮齿条传动及上导电臂运动。加紧运动：滚轮受斜面顶压推动——上操作杆纵向移动（压缩复位弹簧）——杆端连片推动触片收拢——压缩加紧弹簧并提供柔性夹紧力。2.传动部分图9-2主刀传动原理图主刀闸动作原理如下：机构轴——垂直连杆——轴承座（垂直连杆一并带动水平连杆——两边相）——操作瓷瓶——锥齿轮——双侧拐臂。图9-3地刀传动原理图主刀闸动作原理如下：机构轴——垂直连杆——轴承座（垂直连杆一并带动水平连杆——两边相）——传动连杆——水平轴——接地刀。（二）隔离开关的基本用途1.电气隔离将需要检修的电气设备与其它带电部分之间构成足够大的可见的空气绝缘间隔，以保证检修工作的安全进行。2.改变运行方式隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。3.接通或断开小电流电路。（三）电力系统对高压隔离开关的基本要求1.明显的断开点隔离开关在分闸状态下，应具有明显的断开点，以便清楚地鉴别被检修的设备是否已与电网隔离，从而更好地保证检修工作人员的安全。2.绝缘强度隔离开关在分闸状态下，能形成明显可见的断口并具备足够的绝缘强度，保证被隔离的设备能安全的检修和维护。在合闸状态下，支柱瓷瓶能满足系统对地绝缘的要求。隔离开关同一相的开断触头之间的距离要大于不同相导电部分之间及导电部分对地之间的距离(比绝缘耐受电压大10％～15％)。当系统出现过电压时，如果一旦发生放电，也只在不同相导电部分之间或导电部分对地之间发生，而不会在同一相的开断触头间发生。从而保证了在过电压作用情况下不带电侧的人身及设备的安全。3.通流能力隔离开关在合闸状态下，能长时间承载正常回路条件下的电流，也能承载在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流。4.关合能力隔离开关可以开断、关合空载下的设备由于电磁耦合或静电耦合产生的小电流，电流数值一般在0.5A～2A。隔离开关可以将负荷从一个母线系统转换到另一个母线系统，也即可以开断、关合母线转移电流。5.破冰能力户外隔离开关的触头敞露在大气中，经受各种气候的考验，尤其是在寒冷的天气，隔离开关的触头等部位有可能被冰层所覆盖，因此对户外式隔离开关，在开断时要求具有一定的破冰能力。6.机械连锁在隔离开关和接地开关操作过程中，必须保证先拉开隔离开关后，再合接地开关；先拉开接地开关后，再合隔离开关的操作顺序。所以在隔离开关和接地开关间应有可靠的机械连锁装置。7.锁扣装置隔离开关在通过短路电流时由于受电动力的作用有可能使隔离开关自动分开，所以在隔离开关本体或其操动机构上应有锁扣装置。(四)在运行中隔离开关可以进行以下操作1.接通和断开正常运行的电压互感器和避雷器。2.接通和断开励磁电流不超过2A的空载变压器。如35kV级1600kVA及以下或10kV级320kVA及以下的空载变压器，但当电压在20kV及以上时，应使用户外垂直分、合式的三联隔离开关。3.接通和断开电容电流不超过5A的空载线路。如35kV户内三联隔离开关可分、合5km以下的线路，户内三联隔离开关可分、合电压10kV，长度lkm以内的空载电力电缆。4.接通和断开未带负荷的汇流空载母线。5.户外三联隔离开关可分、合电压为10kV及以下，且电流在15A以下的负荷电流。6.与断路器并联的旁路隔离开关，当断路器在合闸位置时可接通和断开断路器的旁路电流。7.接通和断开变压器中性点的接地线。但当中性点接消弧线圈时，只有在系统确认无接地故障时才可进行。8.户外带消弧角的三联隔离开关可接通和断开电压为10kV及以下，电流为70A以下的环路均衡电流。二、隔离开关的结构、分类及特点（一）隔离开关基本结构隔离开关型号较多，其基本结构主要由以下几部分组成：1.支持底座。支持底座的作用是起支持固定的作用，将导电部分、绝缘子、传动机构、操动机构等连接固定为整体。2.导电部分。导电部分包括触头、闸刀、接线座等，其作用是传导电流。3.绝缘子。绝缘子包括支持绝缘子、操作绝缘子，其作用是使带电部分对地绝缘。4.传动机构。传动机构的作用是接受操动机构的力矩，并通过拐臂、连杆、轴齿或操作绝缘子，将运动传给动触头，以完成分、合闸操作。5.操动机构。用手动、电动向隔离开关的动作提供动力。（二）隔离开关的分类及特点隔离开关基本分类如下：按安装场所分为户内和户外式两种；按极数分为单极和三极两种；按每极支柱绝缘子的数目分为单柱式、双柱式和三柱式；按隔离开关的动作方向分为闸刀式、旋转式、摆动式和插入式四种；按所配机构分为手动式、电动式、气动式和液压式四种；按使用环境分为普通型和防污型两种；按断口两端有无接地装置及附装接地开关的数量不同，分为不接地、单接地和双接地三种；按使用特性的不同，分为一般用、快分用和变压器中性点接地三类。隔离开关由于安装方式、所处位置、电流电压要求的不同，拥有多种分类形式，与之相对应的结构形式主要有以下几种：双柱水平旋转式、双柱V型水平旋转式、单柱双臂垂直伸缩式、三柱水平旋转式、单柱单臂垂直伸缩式、双柱水平伸缩式。三柱（或五柱）组合式。1.双柱水平旋转式代表型号为GW4D系列，该型产品主要特点为导电部位为相互逆向旋转的触头侧与触指侧，接触位置在中间部位。优点是结构简单、检修维护方便。但由于导电部分为单边悬伸状态且下部轴承座需旋转，受力情况较差，且在分闸后占用相间距离较大，故仅应用于252kV及以下电压等级。图9-4GW4D系列2.双柱V型水平旋转式代表型号为GW5D系列，该型产品主要特点为绝缘子成V型布置，但导电部分结构基本和双柱水平旋转式一致。除了和GW4D一样拥有结构简单、检修维护方便等优点，GW5D产品结构更为紧凑，安装方式更为灵活多变。但由于导电部分及绝缘子斜向布置，对下部旋转轴承座及传动产生分力，受力情况较GW4D型更差，故仅应用于126kV及以下电压等级。沈高、长高早期产品GW5-35、GW5-110型隔离开关触指采用外拉式触指弹簧，触指接触部位未进行热缩处理，长期通流拉伸导致弹簧疲劳，造成隔离开关触指接触压力不足，接触部位发热等缺陷频发。应结合停电对该型号断路器进行完善化改造，更换为外压式带热缩触指弹簧。图9-5GW5D系列3.单柱双臂垂直伸缩式代表型号为GW6D系列，该型产品主要特点为导电部分有两根对夹的主导电臂，共同形成钳夹口，类似一把“剪刀”。该型产品优点是钳夹范围很大，特别适合于软母线及温差较大造成静触头位置变动较大的地方。该型产品适用于126~550kV各电压等级，应用范围很广。该型结构和后面所提的单柱单臂垂直伸缩式隔离开关可以统称为单柱垂直伸缩式，应用范围和特点基本类似，均拥有占地面积小的优点，但只能安装于母线下或者A型架下能安装悬挂式静触头的地点。GW6型隔离开关运行中发生过“自动脱落分闸”现象，为预防此类故障的发生，反措规定，在检修中应检查操动机构蜗轮、蜗杆的啮合情况，确认没有倒转现象；检查并确认刀闸主拐臂调整应过死点；检查平衡弹簧的张力应合适。图9-6GW6D系列4.三柱水平旋转式隔离开关对应型号为GW7C系列。该型产品主要特点为有三个绝缘支柱，中间为动触头，两端为静触头，产品分闸后形成两个断口。该型号经历了两个发展阶段，前期产品静触头能旋转，合闸动作是一步到位，现阶段产品静触头固定，动触头先水平旋转进入静触头开口然后在垂直面内旋转45度完成合闸。产品优点是结构相对简单，导电部分受力特别均衡，无需重力平衡结构，故在超、特高压产品上应用很多，适用于126~1100kV各电压等级。图9-7GW7C系列5.单臂垂直伸缩式隔离开关代表型号为GW16A和GW35两个系列。该型产品和单柱双臂垂直伸缩式的主要区别在于只有一条导电臂，分闸时朝一边偏折，动触头端部采用钳夹结构（GW16A)或梅花触指结构（GW35)。该产品导电部分结构较为复杂，需要有折叠运动结构、钳夹结构和重力平衡结构共同作用以完成分合闸动作。该型产品适用于126~550kV各电压等级，在800-1100kV电压等级也有厂家采用。图9-8GW16A系列6.单柱单臂垂直伸缩式隔离开关代表型号为GW17A和GW36两个系列。该型产品和单柱单臂垂直伸缩式的结构很类似，可以理解为水平放置的单柱单臂垂直伸缩式隔离产品，但传动结构和平衡结构有一定的差异。因此，很多零部件和结构两者之间是通用的。该型产品适用于126~550kV各电压等级，在800-1100kV电压等级也有厂家采用。长高早期GW16/17型隔离开关上导电臂内操作杆未采用绝缘连接设计，操作杆末端滚轮采用环氧树脂材质，用以防止操作杆加紧弹簧、复位弹簧过流疲劳。环氧树脂滚轮长期受力、老化易发生变形、断裂等问题，引起隔离开关操作不到位、触指接触压力不足等故障。近期系统内就发生一起隔离开关上下导电臂中间接头齿轮配合间隙过大，运行中上臂风摆过大等原因造成环氧树脂滚轮断裂，进而导致隔离开关触指自动分开断流故障。图9-9GW17A系列7.三柱（或五柱）组合式代表型号为GW36-550S在合适的系统配置条件下，可以将两组水平型隔离开关组合在一起，其中一个绝缘支撑柱上安装两个静触头，从而省掉一个安装底架和一柱支撑绝缘子，并取消连线简化结构，因此减少了成本；另一方面使得结构更为紧凑以减小占地面积。采用两组双柱水平伸缩式隔离开关组合在一起的结构型式称为三柱水平伸缩组合式，采用两组三柱水平旋转式隔离开关组合在一起的结构型式称为五柱水平旋转组合式。这两种产品一般称为“双静”式隔离开关，采用在相应产品型号中加“S”表示，如GW36-550型隔离开关组合成的三柱水平伸缩式隔离开关型号为GW36-550S。系统中在运的长高2008年以前产GW35/36隔离开关万向节、小连杆材质存在问题，操作中已多次出现断裂现象，需结构停电逐步更换。图9-10“双静”式隔离开关8.GW1型直立式隔离开关GW1-10高压隔离开关由三个完全相同的单极隔离开关组成,在安装时由管子连杆将三极组成一整体,配用CS8-1或CS8-5型手动操作机构，每个单极隔离开关有一个单独的铁架，两端安装两只支柱绝缘子,其上装有触头。在铁架中部有一转轴，借助拉杆绝缘子使刀闸分合。GW1型隔离开关主要优点是体积小、质量轻、安装调试方便快捷，存在的主要缺点是支柱瓷瓶、拉杆瓷瓶易受力断裂、动静触头接触不良发热、分合闸不到位、支构架及连杆易锈蚀等。三、隔离开关型号铭牌及主要技术参数（一）隔离开关的型号含义①②③-④⑤/⑥-⑦⑧①代表产品名称，G隔离开关②代表安装场所,N户内式，W户外式③代表设计序号，用数字表示④额定电压(kV)⑤W-防污型；T-统一设计；G-改造型；D-带接地刀闸⑥额定电流(A)⑦额定峰值耐受电流(kA)⑧高海拔如：GWl6-252D／3150中各部分含义是：G表示隔离开关，W表示户外，16是设计序号，额定电压是2