超高压真空断路器的必要性

摘要：简述了真空断路器的发展概况，对真空断路器与SF6断路器进行了对比分析。同时对真空断路器向750kV超高压等级发展的途径进行论述。

关键词：真空断路器；断路器；超高压

中图分类号：O46文献标识码： A

引言：

目前，在断路器方面，世界各国的发展趋势是努力发展高压与超高压真空断路器，逐步淘汰SF6断路器；在我国，将于今年年底左右试制成功高水平的126kV真空断路器，并正在积极开展750 kV超高压真空断路器的研制开发工作。

1 .真空断路器发展概况

目前，我国已能生产额定电压12～40.5 kV，额定电流最高达到6300A，开断电流为63 kA的真空断路器。我国真空断路器的产品质量和参数与国外先进产品相比基本相同，几乎不存在差距，但在可靠性和外观质量方面还需进一步改进和提高。

2 .超高压真空断路器的智能化

对特殊设计的永磁操动机构进行了仿真虚拟测试，结果表明其力的输出特性和速度特性均适合用于750 kV超高压真空断路器。永磁操动机构的最大行程可达到84 mm，合闸位置的负载吸力大约每极为10000 N，分闸平均速度可达3.5 m/s。对每个永磁操动机构安装有8个并联电容器，预充电电压为100 V，总电容值为0.8 F。将6个126 kV真空灭弧室组成750 kV超高压真空断路器时可实现对6个真空灭弧室永磁操作机构的同步操作，其动作时间的分散性一般不会超过100μs，因此，所设计的永磁操动机构能满足750 kV超高压真空断路器。

此外，自动控制和遥控测试装置设有接收光信号及光电波能量的光电自动控制器，它们被设置在控制箱内，用来控制预先充好电的电容器组向永磁操动机构的合闸或分闸线圈放电，达到真空灭弧室触头的闭合或分开。这种自动控制器还可以专用电话线路或无线电话接受信号方式来操作真空断路器。光电自动控制器设置有可靠抗外来干扰的电磁屏蔽设施。其操作过程是：当信号接受器接到电站操作信号时(如真空断路器在正常工作时接到故障信号)，通过光导纤维电缆3立刻传递给电子光控系统装置进行识别，并发出指令让储能电容器组向永磁操动机构的线圈放电使其动作，于是串联的6个真空灭弧室同步分闸(或合闸)。3 .专用真空断路器

真空断路器因截流会引起截流过电压，特别在开断小的感性负截如电动机时，一般情况下，为限制过电压而给真空断路器配过电压吸收装置如Sic、RC 路，ZnO避雷器等，这使断路器结构庞大且复杂化，而且有的限制过电压不理想。面临极其不同的开断任务，新的专用断路器应运而生。如用于发电机保护断路器的特大容量真空断路器（短路开断电流高达63～80kA及以上），标准型真空断路器（短路开断电流25～50kA），经济型真空断路器（16～25kA），频繁型真空断路器（如操作次数5～6万次），超频繁型真空断路器（如操作次数 10～15万次）。如西门子公司的3AH系列断路器就按使用场合划分为5种型号，其中3AH1和3AH3型为标准型，操作10000次，3AHZ型为频繁型，操作6万次，3AH4为超频繁型，操作12万次，3AH5型为经济型，价格便宜。为使产品多功能化，从现有产品看，有两种做法：一是真空断路器相柱在开断后移动或旋转，形成隔离和接地；另一是真空灭弧室内触头旋转完成隔离和接地。西门子公司NXAct型产品为开断后相柱移动完成隔离和接地，而Alstom公司为开断后相柱旋转完成隔离任务，日立公司通过灭弧室内触头旋转完成隔离和接地任务。

4 .同步断路器

同步断路器又叫选相真空断路器或受控真空断路器。其基本原理是使真空断路器在电压或电流最有利时刻关合或开断。与普通真空断路器相比，同步断路器具有如下优势：降低了电网瞬态过电压负荷；改善了电网供电质量；提高了断路器电寿命及性能；简化了电网设计，从而降低了整个系统费用。 ABB公司利用数字电子器件和磁力操动机构已开发出了同步真空断路器，这是一个良好的开端。真空断路器智能化是建立在现代传感技术和数字化控制技术之上。国外制造公司都使自己的产品具有智能，这是配电自动化的需要，也是断路器本身控制保护的需要。如Alstom公司的DCX型可编程序数字控制装置，ABB公司的REF542型控制和保护装置，西门子公司第二代数字保护装置等。由以上可知，真空断路器发展很快，究其原因，固然很多，但有两条是基本的：一是真空灭弧室技术的进步；二是操动机构技术的进步。真空灭弧室是真空断路器的心脏。真空灭弧室的进步表现在如触头材料从CuBi转变成CuCr，提高了开断能力，并降低了截流值，同时磁场从横磁场转向纵磁场，提高了开断能力，减少了触头的烧损。在工艺上，一次排封工艺的采用，大大提高了灭弧室性能及可靠性。

5 .高电压等级断路器的发展趋向

目前形势下世界各国都在力争开发高电压等级真空断路器，以抢占市场，国际上早已有123kV、145kV、168kV单断口真空断路器。当前在国外230KV单断口真空断路器已经接近成熟。据悉，美国通用电气公司早在60年代初，曾采用多个真空灭弧室串联制成高压和超高压真空 断路器和真空负荷开关，并实际投入了相应的电力系统上运行。这种高压断路器分别由3、7 、11和14个真空灭弧室组成145kV、362kV、550kV和800kV的真空断路器。俄罗斯于1990年生 产了由四个35kV的真空灭弧室组成110kV、25kA的真空断路器，亦在实际的电力系统上投入运行。1980年美国通用电气公司正式生产了双断口的168kV、40kA真空断路器。1980年日本日立电气公司制造出123kV、31.5kA单断口的真空断路器。1987年日本东芝电气公司开发了145kV、31.5kA的单断口真空断路器和168kV双断口的真空断路器。就我国的形势来看，真空断路器也已不完全限于中压领域，正面向高电压、大容量方向发展。早期由于国内真空灭弧室制造厂的设备条件，北开曾用用两个63kV真空灭弧室串联组成110kV 双断口真空断路器。该断路器真空灭弧室排列呈垂直布置，总高度为2650mm，已由北京开关厂试制完成。2002年北开又一次在国内首次成功开发了ZW36-126kV/T1600-40型单断口高压真空断路器，并完成了型式试验。顺应了市场需求，并填补我国真空断路器的一项空白，美中不足其选用的真空灭弧室却为日本明电舍公司生产。由于社会的进步、技术水平的发展，电力系统中的油断路器和压缩空气断路器处于淘汰，从而真空断路器和SF6断路器依靠各自的独特优势占领了整个中高压电力系统。由于SF6气体具有特异的热化学性和负电性，因而SF6气体被广泛用做高压开关设备的绝缘和灭弧介质，进而SF6断路器占领了高压领域的几乎所有份额。然而SF6断路器的漏气问题非常突出，随着SF6气体的使用量、泄漏量的增加，大气中的SF6气体浓度也在逐年增加。这样SF6气体所带来的大气温室效应也越来越严重。

6 .结语

综上所述，国外也正在开展采用单断口真空灭弧室串联组成超高压真空断路器的研究工作。希望有关部门能大力支持我国对瓷柱式结构超高压真空断路器的开发。在智能化方面，随着当前电子技术的迅速发展，采用自动化光电控制技术和同步选相合闸的方案是可行的。

参考文献：

[1]王季梅，钱豫圭.论我国研制成功126 kV户外高压真空断路器和进一步解决高压电压等级真空灭弧室的建议.高压电器，2003(1)：3.

[2]王季梅，吴维忠，魏一钧，等.真空开关北京：机械工业出版社，1983.［11］林立生SF6开关设备的泄漏问题.高压电器，2000(6)：34.

[3]王季梅.真空开关理论及其应用［Ｍ］.西安：西安交通大学出版社，1986.