SF6断路器无噪声公害，无火灾危险。SF6断路器要求加工精度高，密封性好，对水分和气体的检测要求严格，给生产带来一定困难。图6-17为LW-220型SF6断路器一相的外形图。......
2023-06-30
SF6断路器：特点与结构分析
【摘要】：第6章给出了SF6气体的主要性质。由于单压式具有体积小、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，如今的高压、超高压电力传输系统中的开关设备一般均采用这种SF6断路器。SF6断路器的外型结构可分为瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。1）瓷瓶支柱式高压SF6断路器的总体结构属积木式结构。图8-3为550kV罐式SF6断路器的结构示意图，图8-4所示为550kV罐式SF6断路器外形，图8-5所示为1100kV罐式SF6断路器外形。
第6章给出了SF6气体的主要性质。SF6断路器利用SF6气体作为熄弧和绝缘介质，其主要优点如下：
1）灭弧能力强，介质强度高，单断口的电压可以做得很高，SF6断路器所用的串联单元数较少，目前已经做到550kV单断口和1100kV双断口。
2）介质恢复速度特别快，因此开断近区故障的性能特别好，通常不加并联电容应能可靠地切断各种故障而不产生过电压。
3）由于SF6气体的电弧分解物中不含有碳等影响绝缘能力的物质，在严格控制水分的情况下分解物又没有腐蚀性，再加上触头在SF6中的烧损极轻微，因此SF6断路器允许开断的次数多，检修周期长。
断路器研制的核心技术是灭弧室的研究。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1.5MPa的SF6气体，灭弧低压区充以0.3MPa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。双压式结构复杂、噪声大，很快被单压式所取代。单压式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知识对灭弧喷口进行优化以获得优良的灭弧性能。由于单压式具有体积小、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，如今的高压、超高压电力传输系统中的开关设备一般均采用这种SF6断路器。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，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110kV电力系统中广泛使用。进入21世纪，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。
综上所述，高压SF6断路器的发展经历了巨大的变革，其过程大致可分为五个阶段：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
大容量双动自能灭弧式阶段。
SF6断路器的外型结构可分为瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。
1）瓷瓶支柱式高压SF6断路器的总体结构属积木式结构。这一类型断路器的结构特点是安置触头和灭弧室的容器是金属筒或是绝缘筒，且处于高电位，靠支持瓷瓶对地绝缘。它的主要优点是可以用串联若干个开断元件和加高对地绝缘的方法组成更高电压等级的断路器。这种总体布置方式可以给断路器向高电压等级的发展带来很多方便。从外部耐压能力看，将瓷柱式灭弧室多个串联便能满足更高额定值。现代SF6高压断路器灭弧室容器多为电工陶瓷。灭弧室可布置成单柱型，“T”型或“Y”型，图8-1给出了三相联动单柱型瓷柱式126kV SF6断路器外形，图8-2给出了550kV瓷柱式SF6断路器“T”型布置的示意图。瓷柱式断路器气体容积较罐式断路器小，用气量也小。总的来说瓷柱式断路器耐压水平高，结构简单，运动部件少，系列性好。然而，由于它的重心高，抗震能力较差，所以使用场所受到一定限制。由于结构上的特点，电流互感器没有办法安装在断路器本体上，只能单独装在它自己的绝缘支柱上，通过空气绝缘的连接线连于断路器上。
图8-1 三相联动单柱型瓷柱式126kV SF6断路器外形
图8-2 550kV瓷柱式SF6断路器
1—均压电容器 2—合闸电阻 3—灭弧室 4—绝缘拉杆 5—操动机构 6—支柱瓷套 7—连杆箱 8—接线端子
2）接地金属箱型（或称接地罐式）SF6断路器的结构特点是触头和灭弧室装于接地的金属箱中，导电回路靠绝缘套管引入，高压带电部分与外壳之间的绝缘主要由SF6气体和环氧树脂浇注绝缘子承担。它的主要优点是可以在进出线套管上装设电流互感器以提供电流信号和利用出线套管的电容制成电容式分压器以提供电压信号，还能与隔离开关、接地开关、避雷器等融为一体，组成复合式开关设备。图8-3为550kV罐式SF6断路器的结构示意图，图8-4所示为550kV罐式SF6断路器外形，图8-5所示为1100kV罐式SF6断路器外形。罐式断路器重心低，抗震性能好，结构稳固，外绝缘部位少，可用于多地震地区以及高原和环境污秽地区。然而罐式断路器制造难度较大，壳体与环氧树脂浇注件都需要有大型成套加工设备；灭弧室中所用的陶瓷电容及合闸电阻等配套件的性能要求很高；高电压部位的电极形状要求较严格；气体容积大，气量多；金属材料消耗多等，因而价格一般比瓷柱式断路器稍贵。
图8-3 550kV罐式SF6断路器结构示意图
1—套管式电流互感器 2—灭弧室 3—套管 4—合闸电阻 5—吸附剂 6—操动机构箱 7—并联电容器 8—罐体
图8-4 550kV罐式SF6断路器外形
图8-5 1100kV罐式SF6断路器外形
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