机电系毕业设计-高压隔离开关的应用

目录
1绪论 (1)
1.1高压隔离开关的结构 (1)
1.2高压隔离开关种类 (1)
1.3隔离开关的作用 (2)
2高压隔离开关发展和研究状况 (3)
2.1我国高压隔离开关的发展和研究现状 (3)
2.2国外高压隔离开关发展和研究水平 (3)
2.31000K V特高压隔离开关 (3)
3隔离开关操作回路和操作机构 (5)
3.1隔离开关操作回路 (5)
3.2隔离开关操作机构 (5)
4隔离开关防误操作逻辑闭锁 (7)
4.1“五防”内容 (7)
4.2“五防”实现形式 (7)
4.3隔离开关防误闭锁逻辑关系 (7)
4.4隔离开关闭锁逻辑实例 (9)
5隔离开关的异常运行及事故处理 (11)
5.1隔离开关出现过热现象及处理 (11)
5.2隔离开关拒合、拒分故障 (11)
5.3隔离开关合闸不到位或三相不同期故障 (12)
5.4隔离开关误操作故障 (12)
6结论 (13)
参考文献 (14)
1绪论
隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，在分闸状态有明显可见的断口，在合闸状态能可靠地通过正常工作电流，并能在规定的时间内承载故障短路电流和承受相应电动力的冲击。

当回路的电流很小时，或者当隔离开关每极的两接线端之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电流的能力。

1.1高压隔离开关的结构
高压隔离开关主要由以下部分组成：
1．导电系统
高压隔离开关的导电系统又分为几个部分：1）触头；2）导电杆；3）接线座；4）接地开关。

2．绝缘部分
绝缘部分可分为两个部分：1）对地绝缘；2）断开绝缘。

3．操作机构和传动部分
操作机构有手动操作机构、电动操作机构和气动操作机构，电动操作机构又保留有手动操作功能。

传动机构有主轴，拐臂，拉杆绝缘子等。

4．底座部分
由钢架组成。

支持瓷瓶或套管瓷瓶以及传动主轴都固定在底座上，底座应可靠接地。

1.2高压隔离开关种类
隔离开关的分类有多种方式，主要分类有：
1．按装设地点分类，有户外式和户内式。

2．按支柱绝缘子数目分，有单柱式、双柱式和三柱式。

3．按隔离开关运动方式分，有水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式。

4．按有无接地装置分，有不接地、单接地和双接地。

5．按极数分，有单极和三极。

7．按使用性质分，有一般用、快分用和变压器中性点接地用等。

1.3隔离开关的作用
隔离开关在电力系统中主要起安全隔离作用。

它的任务是在无负荷下分、合电路，以达到停电检修和转换的目的。

隔离开关在合闸状态能可靠地通过额定电流，并能承载规定的短路电流；在分闸状态形成明显可见的具有可靠绝缘的隔离断口，使需要检修或分段的线路与带电线路相互隔离，以保证检修人员及线路设备的安全。

为了确保安全，不少隔离开关还附有接地开关，也有的接地开关是独立的，接地开关的作用是在需要的时候，人为地将线路与地相连。

隔离开关由于没有专门的灭弧装置，通常只在无负载的情况下分、合线路。

但是在一些特殊使用下，如倒换母线、开断空载变压器和空载母线等场合，也应能分、合母线转换电流及空载变压器的励磁电流、空载母线的电容电流等小电流。

隔离开关主要作用有：
（1）设备检修时，用隔离开关来隔离有电和无电部分，造成明显的断开点，使检修的设备与电力系统隔离，以保证工作人员和设备的安全。

（2）隔离开关和断路器相结合，进行倒闸操作，以改变运行方式。

（3）用来开断小电流和旁路、环路电流。

（4）用隔离开关进行500kV小电流电路合旁路、环路电流的操作。

2高压隔离开关发展和研究状况
隔离开关的研究和制造随着科学技术的不断进步和电力工业的发展而发展，各项指标越来越好。

2.1我国高压隔离开关的发展和研究现状
我国电力工业已有120年的历史，高压隔离开关作为电力系统的重要设备之一也经历了几个时代的发展。

20世纪60年代中及70年代末自主研制出363、550kV超高压隔离开关。

80年代中，西开和平高各研制出结构形式和传动结构更加完善的550kV隔离开关；80年代末高强度绝缘子的研制成功和90年代末三峡工程的投运以及“西电东送”工程的实施，推动了电力设备的发展，高压隔离开关在额定电流、峰值耐受电流、短时耐受电流和时间等参数上都大有改进。

中国电力设备历经多年的不断创新、发展，如今已成功地跨入特高压时期。

2005建成750kV青海官亭至甘肃兰州东输电工程，接着±800kV直流输电和1000kV 交流输电等特高压输电线路相继建成投运，特高压电网正逐步形成。

国内知名的高压隔离开关生产厂家如西安西电高压开关有限责任公司（西开）、新东北电气（沈阳）高压隔离开关有限公司（沈高）、河南平高电气股份有限公司（平高）、湖南长沙高压开关集团股份公司（长高）等相继研制出相应的隔离开关，有效保证了我国电力设备的国产化。

2.2国外高压隔离开关发展和研究水平
发达国家受经济和电力工业的快速发展影响，高压隔离开关研究和生产水平都要领先于我国。

ABB公司（由组建于1891年的瑞士BBC公司和组建于1883年的瑞典ASEA公司合并而成）、法国MG（Egic）、Alstom、德国SIEMENS、日本高岳、荷兰HAPAM等国际知名公司生产的电力设备一直享有很高的声誉。

这些知名公司的许多技术和管理经验值得我们借鉴。

2.31000kV特高压隔离开关
全国特高压电网，目前，特高压电网建设已进入高潮阶段。

1000kV配电装置有常规GIS，复合式组合电器(HGIS)和敞开瓷柱式电气设备(AIS)3种。

世界上投运750kV电网已有几十年的历史，均采用800kV隔离开关，由一些著名制造厂商提供成熟的工业产品。

而1000kV电网只在日本、前苏联、美国等少数国家处于试运行阶段，有的国家目前还是降压运行。

国外的一些著名制造厂商，如西门子、ALSTOM，ABB，SSL(美国)、EGIC(原法国MG)、HAPAM(荷兰)等所生产的800kV隔离开关工业产品以及1000kV隔离开关试制产品对我国的隔离开关研发具有巨大的借鉴价值。

我国相关厂商也与国外知名企业合作，研发出适合自己国情的特高压隔离开关，目前已大量使用。

图3.1 隔离开关操作回路示意图
3 隔离开关操作回路和操作机构
3.1 隔离开关操作回路
~220
~N 就地电气联锁远方分闸命令
远方合闸命令
监控闭锁隔离开关机构箱
就地操作
隔离开关操作回路是指控制隔离开关分闸或者合闸的控制回路。

如图3.1所示为隔离开关控制回路的总体示意图，控制回路为单相220V 交流，动力回路另外接入，为三相380V 交流。

就地电气联锁是把控制回路接入到本间隔内和该隔离开关有逻辑闭锁的断路器、接地闸刀的辅助触点，只有断路器和接地闸刀的状态符合一定的逻辑才能导通。

监控闭锁则是根据本间隔以及其他间隔有逻辑闭锁相关的断路器、接地闸刀的状态都考虑在内，符合条件才能导通。

当闭锁回路导通且收到动作命令，操作回路导通，隔离开关动作。

3.2 隔离开关操作机构
隔离开关的操作回路是控制回路，而操作机构则是具体实现部件。

西门子隔离开关的MA-6电动操作机构具有普遍意义，其原理如图3.2所示。

Q1为空气开关，用于通断控制回路和电机电源。

S7为操作方式切换开关，切至左边为就地操作，切至右边为远方遥控。

S1为隔离开关的辅助触点，有多组输出，几组经过常开常闭逻辑转换后接入控制回路，使电动机构在操作到位后断开控制回路，其它用于提供信号。

LE 为远方合闸控制回路，LA 为远方分闸控制回路，LS 为控制回路电源输入，L 为就地控制回路电源，这4路电都是单相220V 交流。

S4为就地合闸按钮，S5为就地分闸按钮。

K1为合闸交流接触器，K2为分闸交流接触器。

F 为热过载继电器，当电机回路过载时切断控制回路。

S2为行程开
图3.2 西门子MA-6电动机构原理图 作同时进行。

转动机构由三相异步电机带动，电机的两相互换，旋转方向即相反。

因此两组交流接触器的主触点接成如图模式，实现电机正反转。

K1和K2的常闭触点和对方的常开触点串联是为了防止两组接触器都导通而短路。

LE LA LS S7
L
远就
L1L3N
4隔离开关防误操作逻辑闭锁
4.1“五防”内容
电力系统各种设备操作时要遵守一定的操作顺序，否则会造成严重的安全事故。

浙江省电力公司企业标准《110～500 kV 变电所防误操作闭锁逻辑规范》中规定：防误闭锁逻辑应满足“五防”功能：
1．防止误分、合断路器；
2．防止带负荷拉、合隔离开关或手车触头；
3．防止带电挂（合）接地线（接地闸刀）；
4．防止带接地线（接地闸刀）合断路器（隔离开关）；
5．防止误入带电间隔。

4.2“五防”实现形式
实现“五防”的方式主要有五种：机械连锁、电气闭锁、电磁闭锁、微机防误闭锁、监控系统防误闭锁。

4.3隔离开关防误闭锁逻辑关系
4.3.1 母线闸刀
a) 断路器断开、断路器两侧接地闸刀断开、母线接地闸刀断开；
b) 正常倒母时，母联运行状态、本间隔另一母线闸刀合上；
c) 当需硬连接倒母时，某间隔（主变或旁路间隔）正、副母闸刀均合上、本间隔另一母线闸刀合上；
d) 当间隔硬连接需切空母线时，本间隔正、副母线闸刀均合上、被切母线所有闸刀均断开（压变闸刀除外）。

4.3.2 线路闸刀（变压器闸刀）
地闸刀断开）。

4.3.3 母联闸刀
断路器断开、断路器两侧接地闸刀断开、所连接母线接地闸刀断开。

4.3.4 分段闸刀
断路器断开、断路器两侧接地闸刀断开、所连接母线接地闸刀断开。

4.3.5 旁路闸刀
不停电旁路代时，被代间隔正母闸刀合上及副母闸刀断开（或副母闸刀合上及正母闸刀断开）、线路（或变压器）闸刀合上、旁路间隔断路器断开、旁路母线接地闸刀断开、旁路母线闸刀合上、旁路间隔正母或副母闸刀合上（旁路兼母联接线方式的，跨条闸刀断开）；
停电旁路代时，被代间隔线路（或变压器）闸刀断开、线路（或变压器各侧）接地闸刀断开、旁路母线接地闸刀断开、旁路断路器断开（旁路兼母联接线方式的，跨条闸刀断开）。

4.3.6 压变闸刀
压变接地闸刀断开、母线接地闸刀断开。

4.3.7 电容器（电抗器）闸刀
电容器（电抗器）接地闸刀断开、断路器断开位置。

4.3.8 接线为3/2 方式时闸刀
a) 边开关母线侧闸刀：边开关断开、边开关两侧接地闸刀断开、母线接地闸刀断开。

b) 边开关出线侧闸刀：边开关断开、边开关两侧接地闸刀断开；若无线路闸刀，则线路接地闸刀断开。

器接地闸刀断开；若低压侧无变压器闸刀，则低压侧母线接地闸刀断开。

d) 中开关闸刀：中开关断开、开关两侧接地闸刀断开；若无线路闸刀，则线路接地闸刀断开；若一侧为主变间隔，则各侧变压器接地闸刀断开；若低压侧无变压器闸刀，则低压侧母线接地闸刀断开。

4.3.9 变压器500kV闸刀（变压器直接接母线）
a) 断路器与变压器间无闸刀：断路器断开、断路器母线侧接地闸刀断开、母线接地闸刀断开、各侧变压器地刀断开；若低压侧无变压器闸刀，则低压侧母线地刀断开。

b) 断路器与变压器间有闸刀时：
1）母线闸刀：断路器断开、断路器两侧接地闸刀断开、母线接地闸刀断开；
2）变压器闸刀：断路器断开、断路器两侧接地闸刀断开、各侧变压器接地闸刀断开；若低压侧无变压器闸刀，则低压侧母线接地闸刀断开。

4.4隔离开关闭锁逻辑实例
国网公司《电气作业安全操作规程》规定，电气装置中，可以用隔离开关同其他电气装置分开的部分为一个电气连接部分，闭锁逻辑相关设备即在一个电气连接部分内，因此，开关、变压器等没有明显断开点和有电磁联系的设备都视为直接相连部分，两侧的设备要有闭锁逻辑。

图4.1 双母双分段接线图
如图4.1所示，为双母双分段主接线图。

相关的隔离开关的闭锁逻辑如表4.1所示。

表中，0表示该设备在断开位置，1表示在合上位置。

母线闸刀的第2条闭锁逻辑为闸刀的热倒方式之一，通过母联进行热倒，要求母联开关在运行状态，另一把隔离开关合闸位置。

母线闸刀的第3条闭锁逻辑也为闸刀的热倒方式之一，通过另一条线路（500kV 变电站一般为主变220kV侧）两把闸刀直接跨接两条母线来热倒。

母线闸刀的第4条闭锁逻辑为利用闸刀切空母线。

表4.1 隔离开关闭锁逻辑表
5隔离开关的异常运行及事故处理
隔离开关运行中经常会产生故障，工作中了解熟悉设备的结构、工作原理及其性能，经常加强对设备的运行巡视和检修维护，预想设备运行中可能出现的故障隐患，提前做出解决办法，减少故障的发生，既能延长设备使用寿命又能提高系统的稳定、安全可靠性。

5.1隔离开关出现过热现象及处理
过热的主要原因有：触头表面氧化或接触不良，接触电阻增大，使触头发热；隔离开关过负荷造成发热。

可以通过红外测温仪判断隔离开关触头是否过热。

发现隔离开关触头、接点过热时，首先汇报调度，设法减少或转移负荷，加强监视，然后根据不同接线进行处理：
1．双母线接线。

如果一母线侧隔离开关过热，通过倒母线，将过热的隔离开关退出运行，停电检修。

2．单母线接线或者线路侧隔离开关过热。

降低负荷，加强监视，如条件允许，可退出运行进行检修。

3．带有旁路断路器的可用旁路断路器倒换。

4．一个半断路器接线的可开环运行。

5.2隔离开关拒合、拒分故障
由于隔离开关的传动杆断裂，齿轮卡齿等机械故障，或因电气回路故障，可能发生刀杆与操作机构脱节或者卡死，从而引起隔离开关拒绝合闸或分闸。

电动操作结构的隔离开关拒合、拒分应检查：
1．控制电源是否正常，检查控制熔丝是否熔断；
2．检查监控装置运行是否正常；
3．闸刀辅助接点位置是否正确，接触是否良好；
4．检查闸刀的命名是否相符，是否符合防误闭锁的要求；
5．检查闸刀的操作方式是否为“远方”操作方式；
6．电机电源是否正常，检查电机电源开关是否已全部投入，接触器是否完好；
手动操作机构的隔离开关拒合、拒分应检查：
1．检查闸刀的命名是否相符，是否符合防误闭锁的要求；
2．检查有机械联锁的接地闸刀是否完全拉开到位；
3．检查机械机构是否润滑，有无卡滞现象。

5.3隔离开关合闸不到位或三相不同期故障
隔离开关合不到位，多数是机构锈蚀、卡涩、检修调试未调好等原因引起的，刀闸如果在操作时，不能完全合到位，接触不良，运行中会发热并危及电网和设备的安全运行。

在出现合不到位，三相不同期时，应拉开重合，反复合几次，操作动作要符合要领，用力要适当。

若无法完全合到位，不能达到三相完全同期，应戴绝缘手套，使用绝缘棒，将刀闸的三相触头顶到位。

并向上级汇报，安排计划停电检修。

5.4隔离开关误操作故障
带负荷错拉隔离开关时，刀闸动触头刚离开静触头便有异常弧光产生，此时应立即将刀闸合上，电弧便可熄灭，避免发生事故。

若刀闸已全部拉开，则不许将误拉的刀闸再合上。

若再合上会形成带负荷合刀闸，带负荷合刀闸会产生三相弧光短路，扩大事故。

带负荷错合隔离开关时，即使合错，甚至在合闸时产生电弧，也不准再拉开隔离开关，否则会形成带负荷拉刀闸，带负荷拉刀闸，也会造成三相弧光短路，扩大事故。

错合隔离开关后，应立即采取措施，操作断路器切断负荷。

为了避免误操作造成生产事故，目前许多高压隔离开关采用了闭锁装置，就是只有在断路器断开的情况下才能拉开或合上隔离开关。

6结论
高压隔离开关是一种结构比较简单的开关电器，是电网中重要的开关电器之一。

它由操作机构驱动本体刀闸进行分、合，分闸后形成明显的电路断开点。

高压隔离开关保证了高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用，不能用与切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作，即是说它不具有灭弧功能。

它没有专门的灭弧装置，不能用来开断负荷电流和短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故，本文也重点阐述了高压隔离开关的故障分析以及处理方法。

通过对高压隔离开关的应用研究，全面系统地复习与巩固了变电站运行规程等内容，进一步加深了对电力设备的理解，并把理论知识和实际变电站运行维护进行了一次全面的有机结合，不仅提高了查阅各种资料的能力，而且更重要的是提高了处理电力工程实际问题的能力，进一步提升实际的工作能力。

参考文献
书籍：
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