如何正确选择线路断路器

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：到了70年代，SF6断路器全面取代空气断路器。双压式SF6断路器结构复杂、噪声大，很快被单压式SF6断路器所取代。由于单压式SF6断路器具有体积小、可靠性高及开断性能好等优点，在电力系统中得到了广泛应用。要保持SF6断路器的较高技术和性能，还应将其工作温度范围扩大到-50℃，而且无须加热。

线路用断路器主要用于变电所内，又可分为输电用断路器和配电用断路器。输电用断路器的电压通常为126～800 kV，目前已达到1 100 kV；配电用的为12～72.5 kV，有时可达到126～252 kV。

输电用断路器与配电用断路器有所不同。输电用断路器的动作次数少，但要求动作可靠。对于输电用断路器来说，除要求具备快速自动重合闸功能外，还要求有开断近区故障和失步故障、开断和闭合空载长线的能力。配电用断路器的动作次数多，要求寿命长、维护检修方便。对于配电用断路器除要求具备快速自动重合闸功能外，还要求有开断和闭合电容器组和开断空载变压器等的能力。

输电用断路器电压高、开断容量大，断路器的结构比较复杂。而配电用断路器电压低，其结构相对较简单。

在灭弧介质方面，20世纪40年代，以多油断路器为主。到了20世纪50年代，由于电力系统电压升高和容量增大，逐渐发展成以空气和少油断路器为主，空气断路器做到了275～500 kV级。20世纪60年代，性能优异的SF6断路器和全封闭组合电器问世，由于其性能不断改进，使现在的SF6断路器的单断口开断容量为空气断路器的10多倍。到了70年代，SF6断路器全面取代空气断路器。

在灭弧室结构方面，最早的SF6断路器沿用压缩空气断路器的灭弧原理，采用双压式结构，灭弧高压区充以1.5 MPa的SF6气体，灭弧低压区充以0.3 MPa的SF6气体，开断时气体从高压区向低压区流动吹拂电弧从而将电弧熄灭。双压式SF6断路器结构复杂、噪声大，很快被单压式SF6断路器所取代。单压式SF6断路器利用操作时的机械功来压缩SF6气体，并利用气体动力学的有关原理对灭弧喷口流道进行优化以获得优良的灭弧性能。由于单压式SF6断路器具有体积小、可靠性高及开断性能好等优点，在电力系统中得到了广泛应用。随着现代分析技术及试验手段的完善发展，以及对电弧进行的深入研究，人们在此基础上提出了自能式灭弧原理。该原理利用电弧本身的能量使压气室内SF6气体的压力升高，在电弧过零时产生有效的气吹而熄灭电弧，操动机构仅需提供触头运动所需要的动能，这就大大简化了机构，减少了操作功。目前，这一技术已在110 kV电力系统中广泛使用。为了进一步提高开断容量，在超高压及特高压电力传输系统中的开关设备常常采用压气加自能技术。进入21世纪后，开关技术已在高电压等级发展到大容量双动自能灭弧结构，操作功大大减少。高压SF6断路器的灭弧室发展过程大致可分为5个阶段：双压式阶段、单压式阶段、单断口高电压大电流阶段、自能灭弧式阶段和大容量双动自能灭弧式阶段。

SF6断路器灭弧方式的变化实质是由其结构决定的，图6-1为压气式断路器的典型结构及灭弧过程，它起源于20世纪60～70年代，在各个电压等级中应用广泛。图6-2为自能压气式灭弧室简图。

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图6-1　压气式断路器的典型结构及灭弧过程示意图

（a）合闸位置；（b）分闸过程；（c）分闸位置

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图6-2　自能压气式灭弧室简图

（a）开断初期；（b）开断后期

在电压等级方面，我国开关制造企业在20世纪80年代引进技术、消化吸收过程中积累了大量的理论基础和技术经验。新东北电气和西开股份有限公司通过引进国外750 kV GIS产品技术并在西北电网投入运行的基础上，研制开发出1 100 kV GIS产品，断路器为双断口。平高公司在自主开发800 kV G1S成功并投入运行的基础上，通过“引进技术，消化吸收再创新”的方式，研制出1 100 kV双断口罐式SF6断路器，并在晋东南—南阳（开关站）—荆州百万伏级示范试验工程中得到成功应用，这是世界上首次正式运行的特高压输电线路。在此之前，意大利、日本等国家也开展了特高压工程研究，但由于用电量需求等原因，这些工程都处于降压或带电试验运行状态。

要保持SF6断路器的较高技术和性能，还应将其工作温度范围扩大到-50℃，而且无须加热。解决这个课题的途径主要是采用SF6气体与其他气体的混合物作为绝缘和灭弧介质。研究表明，47%N2与53%SF6混合气体的电气强度和灭弧能力与纯SF6气体没有很大的差别。

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