我国高压SF_6断路器的现状及发展趋势_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。嚣 国高 压 ＳＦ ６ 断路 器 昀 坝 状 及 发 展 趋 势 吉林市吉电电力工程勘察设计有 限公 司 赵立明 吉林省电力有限公司超高压公 司 赵 亮 ［ 摘 要］ 本文介绍 了高压
嚣 国高 压 ＳＦ ６ 断路 器 昀 坝 状 及 发 展 趋 势 吉林市吉电电力工程勘察设计有 限公 司 赵立明 吉林省电力有限公司超高压公 司 赵 亮 ［ 摘 要］ 本文介绍 了高压 Ｓ Ｆ 断路 器的发展概况 ， 并对 高压 Ｓ Ｆ 断路 器的性能和灭弧 方式进行 了着重的阐述 。最后结合科 学技 术的发 ’ 展， 对瓷柱式和罐 式六氟化硫 断路 器的发展趋 势作 了较 为详细的论述 。 ［ 关键词］ ｓ 断路器 灭弧 瓷柱式断路 器 罐式 断路 器 ０ ． 引 言 高压断路器又 叫高压开关 ， 具有足够 的开 断能力 和灭弧 能力 ， 它不 仅可 以切 断与闭合高压 电路的空载 电流 和负载 电流 ， 而且当系统发 生 故障时 ， 它 和保护装置 、 自 动装置相配合 ， 可 以迅速地切 除故 障电流 ， 以 减少停 电范围 ， 防止事故扩大 ， 对 于保 证电力系统 的安全运行 ， 具有 极 其重要的意义 。 高压断路器经历 了油 断路器 、 压缩空气断路器 、 真空 断路 器 、 ｓ 断 路器 的演变 ， 其 中前两种 已逐步被 淘汰 ， 后两者 的 比较 中ｓ Ｆ 断路器 应 用更 为普遍 。ｓ Ｆ 断路器 在七 十年代初被广泛 采用， 它是 以六氟 化硫作 为灭 弧介质 ， 这种 断路 器的切断能力 大 ， 在 自由开 断情 况下 ， 其切 断能 力比其他断路 器高 １ Ｏ 倍 左右 。在 电力系统 的稳 定和安 全运行 中发 挥 着重要 的作用 ， 在经济效益和社会效益方面也具有非常重要 的意义 。 ４ ） 控制和辅助 回路 ； ５ ） 动力传动链 。 通过 这些检测可发 现 ９ ０ ％以上 的故 障， 在线检测可使断路 器从定 期检修变 为实 时状态检修 。 ３ ． 瓷柱式与罐式 ＳＦ 。 断路器及其应用 我国最早应用 ｓ 断路器 ， 是在 １ ９ ７ ０ 年东北 电管局从 国外引进 了３ 台西门子公司生产 的Ｈ一 ９ １ ２型２ ２ ０ Ｋ Ｖ双压瓷柱式 Ｓ Ｆ ６断路器安装于沈 阳虎石 台一次 变电站 ， 如今运 行 良好 。高压 六氟化硫断路 器按照结构 分为瓷柱式与罐式两种 ， 二 者对 比 ， 它们都有各 自的特点 。 １ ） 瓷柱 式和罐 式高压 ｓ 断路器 ， 它们 均能满 足 高压 大容量 的要 求。瓷柱式的灭弧室装在绝缘支柱上 ， 通过 串联灭弧室 ， 并将它们安装 在适 当高 度的绝缘支柱上 ， 便可获得任 意的电压额定值 。绝缘支柱现 １ ． ＳＦ 断 路 器 的 性 能 大多为 瓷柱 ， 也 出现 了有机复合支柱 。罐式的灭弧室安 装在与地 电位 每相需要将 多个灭弧室 串联装在 同一 ｓ 断路 器是 利用 ｓ Ｆ 气 体为绝缘介质和灭弧介质 的无油 化开关设 相连 的金 属罐 体内 。高 电压下 ， 备， 其绝缘性能 和灭弧特性都 大大高于油断路器 。六氟化硫 断路器具 罐体内 。 有以下特点 。 ２ ） 加装 电流互感器 。从 加装 电流互感 器方面看 ， 瓷 柱式断路 器处 １ ） 灭弧能力 强 、 介质 强度高 、 单元断 口耐压值 高， 因而在 同一额定 于劣势 。因为瓷柱式 的灭弧室安装在绝缘子 内， 位 于绝缘支柱 顶上 ， 电 电压等级下， 所需要 的串联断 口数减少， 提高了产品的经济性 能。 流互感器 必须单独装在 自身的绝缘 支柱 上 ； 而套管式 电流互感器可装 ２ ） 电气 寿命 长。５ ０ ｋ Ａ满容量连续开断可达 ｌ ９ 次， 累计开断 电流可 在罐式 断路器 的套管 上。在某些使用场 合 ， 断路器不需 要带 电流互感 达４ ２ ０ ０ ｋ Ａ， 检修周期 长 ， 适 于频繁操作 。 器， 尤其在用作投切 电容器组 和并联 电抗 器的开关 时。在这 里 ， 瓷柱式 ３ ） 开断性 能好 。由于 ｓ 气 体的电负性 ， 使之具有强烈的吸附 自由 的价格只相 当于罐式断路器的 ６ ０ ％， 且因采用多断 口， 能更好地 耐受重 电子的能力。电弧在 ｓ Ｆ 中形 成有利于熄“ 电弧弧柱结 构” （ 弧心 、 弧套） ， 击穿 。 电离的等离子体扩散受到约束 ， 从而使离子复合很有效 。开断 电流大 ， ３ ） 外 部耐压能力 。从 外部耐压来看 ， 瓷柱式断路器 灭弧室 多个串 已达 ８ ０ 一 ｌ Ｏ Ｏ ｋ Ａ ， 甚而 ２ ０ ０ ｋ Ａ， 熄弧时间短 ， 一般 为 ５ － １ ５ ｍ ｓ 。同时反相开 联 就能满足任一额定 电压值 ， 但 外部绝缘耐受能力受其 灭弧室 自身长 断、 近区故 障 、 空载长线 、 空变等开断性能也好 。 度 的限制 。而罐式 断路器 只要 能开 发出为减 少断 口数而 必要的耐受能 ４ ） 绝缘性 能高 。ｓ Ｆ 绝缘强度约为空气的 ５ — １ ０ 倍。 力， 就可制 出绝缘 套管 。因此 罐式断路器 已做到 ５ ５ ０ ｋ Ｖ／ ６ ３ ｋ Ａ 单断口 １ ０ ０ ｋ Ｖ／５ ０ ｋ Ａ双 断 口。 ５ ） ｓ Ｆ 气体是 无色 、 无味、 无毒 的 ， 不易燃烧 ， 而且不易 与其它物质 ｌ 发生反应 的很 稳定 的气体 。另外 当断路器 断开时 ， 被 电弧加热所引起 ４ ） Ｓ Ｆ ￣ 气体用量 。从 ｓ 气体用 量看 ， 瓷柱 式优 于罐式 。罐式 断路 器 的用 气 量 比瓷 柱 式 多 得 多 。 的压力升高极 小 ， 因此运行可靠 ， 不会发生爆炸事故 。 ２ ． 高 压 ＳＦ 。 断 路器 的发 展 ５ ） 适 应环境能力 。从 适应环境 角度看 ， 大容积 罐式断路器 表现 出 ２ ． １双压式 ｓ Ｆ 断路器 其优势 。在罐式 断路器 中可放人加热器 ， 而瓷柱式则不能。 在断路器 内设置两个 ｓ Ｆ 气体系统 （ 高压系统与低压 系统 ） ， 只是在 ６ ） 抗 震能力 。从抗震 角度看 ， 罐 式断路器远优 于瓷柱式 。因瓷柱 分 闸过 程 ， 才 通过控制 吹气 阀门使 高压室流 向低压室 形成高压 气流 。 式 断路器重心高导致抗震性差 。 分断完 毕 ， 吹气 阀门关 闭。其灭弧室 原理是在高压室 与低压室 间有 压 ７ ） 价格 比较 。从 价格看 ， 对 同等容量 而言 ， 瓷 柱式断 路器优 于罐 气泵 、 管 道相联 ， 当高压 室气压降低或 低压室气压升 高到一定限度 时 ， 式 。一般来说 ， 罐式断路器 的价格 比同等容量 的瓷柱式断路 器加外置 压气泵启 动 ， 把低压室 的 ｓ 气体打到高 压室 ， 形成气体 的 自动封 闭循 电流互感器（ 如Ｓ Ｆ 互感器） 的价格还高 出２ ０ ％左右 。 环系统 。 ４ ． ８Ｆ 。 断路器在运行和检修中应注意的问题 ２ ． ２单 压 式 Ｓ 断 路器 为了严格控制漏 气量和 防止 水分潮气侵入 箱内 ， 加工 工艺和材料 单压式结 构简单 ， 适应 环境温度 范围广。压气式也 经历 了一个 发 要 求 比一般 高压电器要高得 多。同时还需要 一套专 门的ｓ 气 体系统 展 过程 ： 从 吹 弧看 ， 第 一代 单压 式 为单 吹结 构 ， 开 断 电流小 （ 一般 在 其中包括密封性 能 良好 的阀， 检漏设备 、 气体 回收装置和压 力监视等 ， ３ １ ． ５ ｋ Ａ ） ， 断 口电压低 （ 一般为 １ ７ ０ ｋ Ｖ ） 。第二代单压式为双吹结构 ， 开断 加上金属消耗量大 ， 增加 了制造 的复杂性 。纯 ｓ Ｆ 气体无色 ， 无臭 ， 无毒 电流增 至（ ４ ０～５ ０ ｋ Ａ） ， 断口电压仍低 ， 一般 ２ ５ ２ ｋ Ｖ产品为双断 口。第三 且不燃 ， 但 在六氟化硫 的合 成中 ， 也会产 生硫 的低氟化合物 ， 这是有毒 代单压 式为双吹结构并辅 以热膨胀效应 （ 混合灭弧 ） 。开断 电流大 ， 增 的。在断路器中 ， 气体会在电弧的高温作用下通过离介和 电离的作用 ， 至６ ３ ｋ Ａ， 断口电压高 ， 单断 口可做到 ２ ５ ２ ｋ Ｖ、 ３ ６ ３ ｋ Ｖ、 ４ ２ ０ ｋ Ｖ甚至 ５ ５ ０ ｋ Ｖ。 部分被分解 产生剧毒气体 ， 所以断路器 内要装设吸附器 内放活性铝 单压式 的发展 ， 从灭 弧室看 ， 采用了更小的压气活塞。灭弧室活塞 来吸收这些毒气。虽然如此 ， 在检修时仍应特别注意 防止 中毒 ， 故需事 缩小带来的优点 ： 先将气体抽空排放干净方能工作 ， 如仍 闻到难 闻气味 ， 则应戴上 防毒 面 １ ） 使产品开断过程的整个运动系统质量减小 ； 。 具和橡皮手套。此外 ， 电弧分解物 中还有一些金属氛化物 ， 呈粉末状地 ２ ） 使产 品的操作功率减小 ； 散布在断路器 内， 这些粉末虽不属剧毒物质 ， 但在清除时仍应 防止 吸人 ３ ） 使产 品的缓 冲变得容易 ， 机械寿命长。 人体内。 ２ ． ３自能 式 Ｓ 断 路 器 ５ ． 结语 自能式 ｓ 断路器有两 种灭弧原理 ： 热膨胀原理 ； 旋弧原理 。 目前 随着 电力 系统电压 的不 断提高 ， 作为 ｓ 断路器 ， 不管 是瓷柱式还 绝大 多数 自能式断路 器利 用热膨胀原理。 自能式原理是利用 电弧能量 是火罐式 ， 它们都在不 断的发展和技 术的进步。特别是 近几年研制 开 加热膨 胀室的ｓ Ｒ气体 ， 建 立压力 ， 形成气流 ， 熄灭电弧 。但在开断小 电 发了采用 自能灭弧原理 ， 即利用高压力形成气 吹， 熄灭 电弧 。断 口数 减 流时 ， 因 电弧能量小 ， 需要加一个 小活塞压气 ， 形 成助吹 。由于操作功 少 ， 减少耗 材。 由于其价 格较高 ， 且对 ｓ Ｆ 气 体的应用 、 管理 、 运行都有 的大大减小 ， 这样 可采用结构 简单的弹簧操动机 构。 目前热膨 胀式 已 较高要求 ， 故在中压（ ３ ５ ｋ Ｖ、 １ ０ ｋ Ｖ） 应用还不够广泛。总之 ， ｓ Ｆ 高压断路 发展 到第二 代。第 一代产 品是通过减小灭弧所需压气能量而达到减少 器应用前 景广阔 ， 产 品的技术研发 和更新 换代将带来很 大的经济效 益 操 作功的效果 。压气 活塞直径是按开 断３ ０ ％最大故障 电流设计 的 ， 而 和 社 会 效 益 且运 动质量也小 ， 这就减小 了操作 功。第二代产 品更加完善热 膨胀效 应， 提高开 断性能 ， 既改善 了开断容性电流 ， 又进一步减小了操作 功。 参考文献 ２ ＿ ４ 智能式 ｓ 断路器 ［ １ ］ 朱 宝林 ｓ 断路 器技能 考核 培训教材 ［ Ｍ］ ． 北京： 中国电力 出版 ２ ０ ０ ３ 现代 高压断路器现代 化的又一个 特点是断路 器智能化 ， 即由传统 社 ． 的机 电系统 发展成 以计算 机为中心的现代智能化系统 。当前对高压断 ［ ２ ］ 李建基． 高压断路 器及 其应用［ Ｍ］ ． 北京： 中国电力 出 版社 ， ２ ０ ０ ４ ． 路器在线检测 内容有 ： ［ ３ ］ 徐 秀英． 自能式 ｓ Ｆ 断路 器［ Ｉ ］ － 电气时代 ， ２ ０ ０ ４ ， ４ ： １ ０ ６ —１ ０ ７ ． １ ） Ｓ Ｐ 气体 ； ［ ４ ］ 李 建基． 高压 及超 高压 Ｓ Ｆ 断路 器和 Ｇ Ｉ Ｓ 市场 与技 术进 步 ［ Ｉ ］ 电 ２ ） 操动机构系统 ； 力设备， ２ ０ ０ ７ ， ８ （ １ １ ） ： １ ０ ８ — １ １ １ ． ３ ） 脱扣器 ； 一 － － — — ４３ ５ － － — —
