【文章內(nèi)容簡介】 （27）對于滅弧來說，大量中性分子與電弧接觸是有效的方法。 高壓斷路器的發(fā)展過程根據(jù)斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)的變化，斷路器的發(fā)展過程可劃分為以下三個階段：（1）第一代斷路器 第一代斷路器是沿用壓縮空氣斷路器的原理，配置壓縮機將氣體壓縮到高壓罐（～）內(nèi)。當(dāng)觸頭開斷時打開主氣閥，高壓力的氣體通過主氣閥，在滅弧室噴口中形成高速氣流經(jīng)過弧隙噴向低壓區(qū)（～），是電弧過零時熄滅。因為滅弧室結(jié)構(gòu)有兩種壓力，所以稱它為雙壓式滅弧室。這種斷路器需要氣壓泵和加壓裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適應(yīng)環(huán)境能力差，已經(jīng)被淘汰。（2）第二代斷路器 隨著各國對斷路器的不斷研制和開發(fā)，設(shè)計出了單壓式滅弧室，產(chǎn)生了單壓式斷路器。與第一代相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、滅弧性能好、生產(chǎn)成本低的特點。這中斷路器只充入較低壓力的氣體（～），分閘時靠動觸頭帶動壓氣缸，產(chǎn)生瞬時壓縮氣體吹弧。（3）第三代斷路器 第三代斷路器是指具有“自能”滅弧功能的斷路器。它具有開斷能力強，操動機構(gòu)功率小的優(yōu)點，有利于新型操動機構(gòu)的小型化，應(yīng)用前景廣闊。這種斷路器在開斷電流時，依靠短路電路電弧自身的能量加熱氣體，產(chǎn)生滅弧所需要的高壓氣；在開斷小電感電流和小電容電流時，電弧自身的能量不足于加熱氣體，產(chǎn)生滅弧所需要的高壓氣，這時依靠機械輔助壓氣建立高氣壓，不易產(chǎn)生載流過電壓。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高，人們迫切需要和尋求一種體積更小、性能更好、維護更簡單的高壓電氣設(shè)備，又研制和生產(chǎn)出了一種氣體絕緣金屬封閉式組合電器（GIS）。它是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、霹雷器、母線以及這些元件的封閉外殼、伸縮節(jié)、出線套管等組成，內(nèi)部充入一定壓力的氣體作為GIS的絕緣和滅弧介質(zhì)。 高壓斷路器的特點（1）路器的優(yōu)點1）氣體絕緣強度高。 電氣設(shè)備的絕緣距離可以大幅度減小，可優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)， 單元電壓可以做得很高， 同樣的電壓等級下串聯(lián)斷口減少，有利于高壓斷路器的小型化。2）滅弧能力強，觸頭燒損輕微，檢修周期長。目前斷路器一般都能夠達到額定開斷短路電流10～25次，大修周期達15～20年之久。3）開斷容量大，額定開斷短路電流可達40～63kA，最大的已達到了80kA。斷開大短路電流時滅弧快，不重燃，不會有火災(zāi)危險。4）斷開小電感電流和小電容電流時，滅弧特性好，恢復(fù)電壓不高，過電壓值很小，不易產(chǎn)生操作過電壓。5）操作所需操動能量小，操動機構(gòu)體積小，分、合閘特性好。6）模塊化結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，安裝、調(diào)試方便，適用于各種不同的地理和環(huán)境要求。7）封閉的氣體保持了內(nèi)部的干燥，不受潮，不受外部環(huán)境條件的影響。8）操作簡單，安全，無火災(zāi)危險，檢查巡視方便，運行維護工作量少。9）技術(shù)含量高，制造工藝精良，機械、電氣特性好，使用壽命長。（2）斷路器的缺點1）價格昂貴，一次性投資達。2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝要求高，一般要求安裝、調(diào)試、大修由制造廠家進行或制造廠委派專業(yè)技術(shù)人員并在其指導(dǎo)下進行作業(yè)。3）試驗項目、試驗條件、試驗標(biāo)準(zhǔn)等要求嚴(yán)格，試驗設(shè)備復(fù)雜、精確度高，要求操作人員技術(shù)水平較高。4）安裝、檢修、試驗時，對氣體的管理、回收、處理等要求嚴(yán)格。5）安裝、檢修、試驗時，對水分含量的要求特別嚴(yán)格，處理方法復(fù)雜。6）由于技術(shù)含量高，所需知識范圍廣，致使現(xiàn)場人員對一些現(xiàn)象的正確分析、判斷、處理比較困難。 斷路器的分類（1）按滅弧室結(jié)構(gòu)原理斷路器可分為：雙壓式、單壓式、自能式1）雙壓式：雙壓式滅弧室有高壓和低壓兩個氣壓系統(tǒng)，滅弧時，噴口打開，高壓氣體經(jīng)過噴口吹向低壓系統(tǒng)，與電弧發(fā)生能量交換使電弧熄滅。雙壓式斷路器工作性能雖然良好，但必須配置一臺在密封循環(huán)中工作的氣體壓縮機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。2）單壓式：單壓式斷路器只有一個氣壓系統(tǒng)，滅弧室的可動部分帶有壓氣裝置， 靠分閘過程中活塞氣缸的相對運動， 造成短時間的氣壓升高，產(chǎn)生吹弧作用來熄滅電弧。3）自能式：自能式滅弧原理是最大限度地利用電弧自身的能量，加熱膨脹室或氣壓室中氣體建立起高氣壓，形成壓差， 通過高壓力膨脹，在噴口處形成高速氣流，與電弧發(fā)生強烈的能量交換，當(dāng)電流過零時，達到熄滅電弧的目的。（2）按外形結(jié)構(gòu)可分為：絕緣子支柱式和落地罐式1）絕緣子支柱式：這類型斷路器的結(jié)構(gòu)特點是安置觸頭和滅弧室的容器是金屬筒或是絕緣筒，且處于高電位，靠支持絕緣子對地絕緣。2）落地罐式：這類型斷路器結(jié)構(gòu)特點是觸頭和滅弧室裝于接地的金屬箱中，導(dǎo)電回路靠絕緣套管引入，高壓帶電部分與外殼之間的絕緣主要由SF6氣體和環(huán)氧樹脂澆注絕緣子承擔(dān)。它的主要優(yōu)點是可以在進出線套管上裝設(shè)電流互感器，以提供電流信號，和利用出線套管的電容制成電容式分壓器，以提供電壓信號，還能與隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等融為一體，組成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備。（3）按電壓等級可分為：、10kv、55kv、126kv、252kv、363kv、550kv、660kv、765kv、800kv、1100kv。 斷路器基本結(jié)構(gòu)斷路器的基本結(jié)構(gòu)組成，主要有：（1）導(dǎo)電部分。它包括動、靜弧觸頭和主觸頭或中間觸頭以及各種形式的過渡連接等，其作用是通過工作電流和短路電流。（2）絕緣部分。主要包括氣體、瓷套、絕緣拉桿等，其作用是保證導(dǎo)電部分對地之間、不同相之間、同向斷口之間具有良好的絕緣狀態(tài)。（3）滅弧部分。主要包括動、靜觸頭、噴嘴以及壓氣缸等部件，其作用是提高熄滅電弧的能力，縮短燃弧時間。（4）操動機構(gòu)。主要指各種型式的操動機構(gòu)和傳動機構(gòu)，它的作用是實現(xiàn)對斷路器規(guī)定的操作程序，并使斷路器能夠保持在相應(yīng)的分、合閘位置。2. 3. 1斷路器典型結(jié)構(gòu)斷路器主要包括帶電箱殼式和接地箱殼式兩種典型的結(jié)構(gòu)。操動機構(gòu)接地外殼開斷元件開斷元件絕緣支柱操作機構(gòu)基座絕緣套管斷路器的典型結(jié)構(gòu)圖，見圖21(a)帶電箱殼 (b)接地箱殼圖21高壓斷路器的典型結(jié)構(gòu)圖中開斷元件是斷路器用來進行關(guān)合、承載和開斷正常工作電流和故障電流的執(zhí)行元件，它包括觸頭、導(dǎo)電部分和滅弧室等。觸頭的分合操作是靠操動機構(gòu)來帶動的，常用操動機構(gòu)有電磁操動機構(gòu)、彈簧操動機構(gòu)、壓縮空氣操動機構(gòu)和液壓操動機構(gòu)等。開斷元件放在絕緣支柱上，如圖21 (a)，使處于高電位的觸頭、導(dǎo)電部分及滅弧室與地電位絕緣，絕緣支柱則安裝在接地的基座上。這類結(jié)構(gòu)成為外殼帶電斷路器，也有人稱之為絕緣支柱斷路器。另一類結(jié)構(gòu)的斷路器稱為外殼接地斷路器(又稱落地罐式)，如圖21 (b)所示。開斷元件放在接地的箱殼中，其間的絕緣依靠氣體來承擔(dān)，導(dǎo)電部分經(jīng)套管引入，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，常在額定電壓高的電壓、超高壓和特高壓斷路器中使用。2. 3. 2 高壓斷路器操動機構(gòu)的構(gòu)成無論哪一種斷路器，都必須能夠進行機械運動，可以分離或接通觸頭，同時還需要為控制電弧而操縱滅弧介質(zhì)等的運動。為了操作這些可動部件，斷路器具有控制機械運動的部件，即操動機構(gòu)。對此操動機構(gòu)，要求具有獨特的結(jié)構(gòu)和機能，以滿足斷路器的使用目的。操動機構(gòu)的機能簡單的說就是如下四項并成一體的反復(fù)操作： （1）接受合閘指令關(guān)合觸頭。(合閘)（2）使觸頭保持在關(guān)合位置。(保持合閘)（3）接受分閘指令使觸頭分離。(脫扣)（4）使觸頭保持在分離位置。(保持開路)斷路器的分合閘要靠一定的能源和機械操動系統(tǒng)來實現(xiàn)。合分閘能源可以是彈簧能、氣體或液體的壓縮能等；一般，斷路器的操動機構(gòu)分為壓縮空氣操動機構(gòu)、彈簧操動機構(gòu)以及液壓操動機構(gòu)。源動力操動機構(gòu)緩沖器傳動機構(gòu)提升機構(gòu)動觸頭斷路器本體圖22斷路器操動機構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)圖機械操動機構(gòu)大致可分為三部分：（1）操動機構(gòu)：指斷路器本體外的和操動能源直接聯(lián)系的機械傳動裝置；（2）提升機構(gòu)：指直接帶動斷路器動觸頭運動的機構(gòu)；（3）傳動機構(gòu)：是指連接操動機構(gòu)和提升機構(gòu)的中間環(huán)節(jié)。此外，斷路器操作是速度很高， 為了減輕斷路器在分合閘終了時的撞擊，避免零部件的損壞，需要在斷路器機構(gòu)的適當(dāng)部位(一般在提升機構(gòu)的附近)裝設(shè)分、合閘緩沖器。斷路器的分閘緩沖一般都采用油緩沖器，合閘緩沖可用彈簧緩沖器。操動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和提升機構(gòu)的職能雖然不同，但它們實質(zhì)上都是以四連桿機構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成的。另外，絕大部分?jǐn)嗦菲鞯挠|頭都是作直線運動或近似直線運動，而斷路器的主軸則作旋轉(zhuǎn)運動，因此在斷路器的機械操動系統(tǒng)中必須有一個能把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的機構(gòu)。由此可見，斷路器的操動機構(gòu)是由許多的機械部分組合而成。因此，斷路器能否開斷短路電流的前提是其操動機構(gòu)的每一組成部分都能正確無誤的動作。2. 3. 3高壓斷路器對操動機構(gòu)的要求（1）合閘在電網(wǎng)正常工作時，用操動機構(gòu)使斷路器關(guān)合，這是電路中流過的是工作電流，關(guān)合是比較容易的。但在電網(wǎng)事故情況下，如斷路器關(guān)合到有預(yù)伏短路故障的電路時，情況就要嚴(yán)重的多。因為斷路器關(guān)合時，電路中出現(xiàn)的短路電流可達幾萬安以上，斷路器導(dǎo)電回路受到的電動力可達幾千牛以上。另一方面，從斷路器導(dǎo)電回路的布置以及觸頭結(jié)構(gòu)來看，電動力方向又常常是阻礙觸頭關(guān)合的。因此，在關(guān)合有預(yù)伏短路故障的電路時，由于電動力過大，斷路器有可能出現(xiàn)觸頭不能關(guān)合，從而引起觸頭嚴(yán)重?zé)齻?，甚至斷路器爆炸等?yán)重故障?？傊?，就合閘操作而言，操動機構(gòu)應(yīng)有足夠能力來帶動斷路器可靠關(guān)合電路。標(biāo)志操動機構(gòu)合閘能力大小的一項指標(biāo)是操動機構(gòu)輸出的機械功。（2）保持合閘由于合閘過程中，合閘命令的持續(xù)時間很短，而且操動機構(gòu)的操作力也只在短時內(nèi)提供，因此操動機構(gòu)中必須有保持合閘的部分，以保證在合閘命令和操作力消失后，斷路器仍能保持在合閘位置。（3）分閘操動機構(gòu)不僅要求能夠電動(自動或遙控)分閘，在某些特殊情況下，應(yīng)該可以在操動機構(gòu)上進行手動分閘，而且要求斷路器的分閘速度與操作人員的動作快慢和下達命令的時間長短無關(guān)。同時，為了減少分閘信號的能量，達到快速分閘，簡化繼電保護回路的要求，在操動機構(gòu)中應(yīng)有分閘省力措施。（4）自由脫扣 自由脫扣就是，斷路器合閘過程中如操動機構(gòu)又接到分閘命令，則操動機構(gòu)不應(yīng)繼續(xù)執(zhí)行合閘命令而應(yīng)立即分閘。 （5）防跳躍使斷路器關(guān)合短路而又自動分閘后，即使合閘命令尚未解除，也不會再次合閘。防止斷路器無謂的多次合、分短路電流，造成觸頭的嚴(yán)重?zé)龘p甚至引起爆炸事故。（6）復(fù)位斷路器分閘后，操動機構(gòu)中的各個部件應(yīng)能自動地恢復(fù)到準(zhǔn)備合閘的位置。（7）連鎖為了保證操動機構(gòu)的動作可靠，要求操動機構(gòu)具有一定的連鎖裝置。常用的連鎖裝置有： 1）分合閘位置連鎖。保證斷路器在合閘位置時，操動機構(gòu)不能進行合閘操作；斷路器在分閘位置時，操動機構(gòu)不能進行分閘操作。 2）低氣(液)壓與高氣(液)壓連鎖。當(dāng)氣體或液體壓力低于或高于額定值時，操動機構(gòu)不能進行合、分操作。 3）彈簧操動機構(gòu)中的位置連鎖。彈簧出能不到規(guī)定要求時，操動機構(gòu)不能進行分、合閘操作。（8）重合閘 斷路器在自動分閘后，保證在接到重合閘指令后可靠重合閘。 斷路器主要性能指標(biāo)與高壓斷路器的主要性能包括電壓、電流和開斷關(guān)合時間等幾項指標(biāo)。（1）額定電壓() kV，斷路器的額定電壓是指在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運行的最高電壓。同時斷路器工作時還應(yīng)耐受高于額定電壓的各種過電壓，而不會導(dǎo)致絕緣的損壞。具體數(shù)值與斷路器額定電壓有關(guān)，由國家標(biāo)準(zhǔn)GB1984規(guī)定。（2）額定電流()kA，斷路器的額定電流是指在規(guī)定的正常使用和性能條件下，主回路能夠長期連續(xù)承載的電流有效值。（3）額定短時耐受電流（，kA），又稱額定熱穩(wěn)定電流，是指在規(guī)定的使用和性能條件下，在確定的短時間內(nèi)，斷路器在合閘位置所能承受的電流有效值。（4）額定短路持續(xù)時間（，s），又稱額定熱穩(wěn)定時間，是指斷路器在合閘位置所能承受其額定短時耐受電流的時間間隔。這一時間通常為1s～4s。（5）額定峰值耐受電流（，kA），又稱額定動穩(wěn)定電流，是指在規(guī)定的使用和性能條件下，斷路器在合閘位置所能耐受的額定短時耐受電流第一個大半波的峰值電流。（6）開斷時間（，s），是指斷路器接到分閘指令瞬間起到所有各相中電弧最終熄滅的時間間隔。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，要求繼電保護系統(tǒng)盡快動作，斷路器開斷得越快越好。這樣可以縮短電力系統(tǒng)故障存在的時間，減輕短路電流對電力設(shè)備造成的傷害。在超高壓電力系統(tǒng)中，縮短斷路器開斷斷路故障的時間可以增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證輸電線路的輸送容量。因此開斷時間是高壓斷路器的一個重要參數(shù)。開斷時間是分閘時間與燃弧時間之和()分閘時間為斷路器接到分閘指令瞬間起到所有相中弧觸頭分離瞬間的時間間隔。燃弧時間是指某相中首先起弧瞬間起到各相中電弧最終熄滅的時間間隔。對于，高壓斷路器，分閘時間和燃弧時間都必須盡量縮短。（7）關(guān)合時間(，s) s，是指斷路器接到合閘指令瞬間起到所有相觸頭都接觸瞬間的時間間隔。關(guān)合時間是合閘時間與預(yù)擊穿時間之差()。合閘時間是指斷路器接到合閘指令瞬間起到所有相觸頭都接觸瞬間的時間間隔。預(yù)擊穿時間是指關(guān)合時，從任意一相中首先出現(xiàn)電流到所有相中觸頭都接觸瞬間的時間間隔。上述性能指標(biāo)中，高壓斷路器的各項電流幅值大小于斷路器電磨損量有關(guān)，各時間參數(shù)則反映斷路器機械操動機構(gòu)的狀況。 斷路器的試驗每一種型號的斷路器都要經(jīng)過嚴(yán)格進行預(yù)防性試驗。預(yù)防性試驗的目的是：在不損傷被試品的性能和可靠性的情況下，檢驗斷路器材料和結(jié)構(gòu)上是否存在缺陷。只有性能良好，可靠性高的斷路器投入到電力系統(tǒng)中運行，才能使電力系統(tǒng)安全運行得到保障。根據(jù)GB501501991《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接驗收標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，斷路器交接驗收試驗的項目，應(yīng)包括下列內(nèi)容：（1）測量絕緣拉桿的絕緣電阻。（2）測量每相導(dǎo)電回路的直流電阻。（3）交流工頻耐壓試驗。（4）斷路器并聯(lián)電容的試驗。