【正文】 和支撐結(jié)構(gòu)，這種組合式的開(kāi)關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)就是水平放置在支架上的斷路器。二是相對(duì)于GIS，可以大大節(jié)省費(fèi)用。目前CGIS從早期的圓筒式結(jié)構(gòu)發(fā)展成和通常開(kāi)關(guān)柜相似的箱式結(jié)構(gòu)。由于CGIS占地面積小，從而與變壓器的接線布置方便，不受地面和建筑物的限制。目前12~。CGIS不受外界條件的限制，可以運(yùn)行在環(huán)境惡劣的場(chǎng)所。第二節(jié) SF6絕緣金屬封閉式組合電器（CGIS）的技術(shù)特點(diǎn)CGIS是GIS技術(shù)與開(kāi)關(guān)柜技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也稱作氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜（C代表cubicle）。 二次智能化現(xiàn)代高壓SF6斷路器和GIS發(fā)展的一個(gè)顯著特征是二次系統(tǒng)現(xiàn)代化，即由傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)向以計(jì)算機(jī)為中心的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)發(fā)展。分解氣體及水分含量達(dá)到一定量以上，則會(huì)使絕緣性能降低。當(dāng)SF6中混入的水分為氣態(tài)存在的時(shí)候，對(duì)絕緣性能幾乎沒(méi)有什么影響，如果SF6氣體中存在固體絕緣件，當(dāng)水分附著在絕緣件表面，沿面絕緣特性就會(huì)受到影響。（三） GIS設(shè)備需要考慮的其他因素 金屬異物 試驗(yàn)表明，當(dāng)存在金屬異物時(shí)，如果使外電壓上升，則金屬異物首先在外殼上立起來(lái)，不久浮起；如果進(jìn)一步是電壓升高，則金屬異物浮起的高度增加，最終在高壓導(dǎo)體和外殼之間來(lái)回移動(dòng)，當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)就會(huì)發(fā)展為閃絡(luò)。另外目前許多GIS中使用了三工位的隔離開(kāi)關(guān)，即關(guān)合、隔離和接地由一個(gè)開(kāi)關(guān)完成。在126kV~252kV電壓等級(jí)上開(kāi)發(fā)出了配彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的自能式小型化的SF6斷路器，也使得GIS的體積大大減小。斷路器是GIS中最重要的組成部分。目前三相共筒式已能做到363kV全三相共筒化，500kV等級(jí)做到母線三相共筒化。此外還可以減少渦流損耗和現(xiàn)場(chǎng)安裝維修的工作量。這種GIS結(jié)構(gòu)緊湊，與單相封閉式GIS相比一般可縮小占地面積40%以上。同時(shí)隨著電壓的升高占地面積也會(huì)增大。早期的GIS是單相封閉式，各種高壓電器的每一相放在各自獨(dú)立的接地圓筒形外殼中，運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)相間短路故障，并且?guī)щ姴糠蛛妶?chǎng)分布均勻。一般情況下GIS的占地面積僅為敞開(kāi)式布置的10%一下甚至更小，占用空間也更小。GIS是將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器和連接母線等封閉在金屬殼體內(nèi)，充以有優(yōu)異絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體，作為相間和對(duì)地的絕緣。第一節(jié) 、SF6封閉式組合電器（GIS）的發(fā)展方向和技術(shù)問(wèn)題封閉式組合電器（GIS）是20世紀(jì)60年代中期才出現(xiàn)的一種新型電器裝置。組合電器的最根本好處是減小設(shè)備的占地面積，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。分閘時(shí)，液壓閥釋放活塞表面積較大的壓強(qiáng)，將活塞移動(dòng)到開(kāi)斷位置。 圖1210 液壓機(jī)構(gòu)原理示意圖 1 儲(chǔ)能缸 2 操作缸 3 活塞桿 4 主閥 5 合閘電磁鐵 6 分閘電磁鐵 7 油箱 8 油泵 9 電機(jī) 10 過(guò)濾器 11 輔助開(kāi)關(guān)如圖210，合閘時(shí)液壓閥通過(guò)電磁方式開(kāi)啟，液壓儲(chǔ)能缸的壓強(qiáng)作用在兩側(cè)表面積不同的活塞桿，操作桿被活塞表面積較大的力所推動(dòng)，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘。壓縮空氣應(yīng)該干燥，否則潮氣太重會(huì)使活塞和汽缸表面生銹，妨礙正常工作。合閘時(shí)，通過(guò)閥門3向外排至大氣，壓力下降，于是差動(dòng)活塞受壓面5在壓縮空氣推動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，完成斷路器合閘操作。 圖129 氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 a） 合閘位置 b）分閘位置 1 差動(dòng)活塞 2 工作缸 3 控制閥 4 管道 5 差動(dòng)活塞受壓面1 6差動(dòng)活塞受壓面2 7 管道 8 壓縮空氣入口如圖29所示，分合閘操作主要由控制閥3來(lái)完成。（三） 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力，從而進(jìn)行操作。當(dāng)接收到分閘信號(hào)時(shí)，脫扣裝置釋放分閘彈簧能量，使觸頭分開(kāi)。這部分能量一部分通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使斷路器合閘，另一部分能量通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使分閘彈簧儲(chǔ)能，為分閘操作進(jìn)行準(zhǔn)備。 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理為：電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置和儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使合閘彈簧儲(chǔ)能，儲(chǔ)能完畢以后通過(guò)合閘閉鎖裝置使彈簧保持在儲(chǔ)能狀態(tài)，然后切斷電動(dòng)機(jī)電源。（二） 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 彈簧機(jī)構(gòu)以彈簧作為儲(chǔ)能元件，彈簧儲(chǔ)能借助電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置完成，并且經(jīng)過(guò)鎖扣系統(tǒng)保持在儲(chǔ)能狀態(tài)。2 保持合閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)中需要有保持合閘的部分使得斷路器在合閘命令和操作力消失后斷路器能保持在合閘位置，提供足夠的保持力是這部分需要承擔(dān)的任務(wù)，否則就會(huì)出現(xiàn)回路發(fā)熱等危險(xiǎn)情況。斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)能單元、控制單元和力傳遞單元組成。受膨脹室和輔助室內(nèi)氣體壓力的作用，輔助室的閥門動(dòng)作，當(dāng)膨脹室內(nèi)的壓力小于輔助室的時(shí)候，逆止閥打開(kāi)，形成熄滅小電流電弧的助吹，從而增強(qiáng)熄滅小電流電弧的能力。在這個(gè)過(guò)程中，由于開(kāi)斷電流產(chǎn)生的電弧足以提高膨脹室的壓力，所以整個(gè)過(guò)程中，膨脹室和輔助壓氣室之間的上逆止閥是關(guān)閉的，而輔助氣室的下逆止閥一直打開(kāi)，輔助氣室不起作用。圖27中是自能式SF6斷路器開(kāi)斷過(guò)程示意圖，這種斷路器是以電弧本身的能量為主的熱膨脹＋助吹SF6斷路器。這樣做可以減少操動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作功減低為單壓式的25%~30%。 圖 126壓氣式定開(kāi)距滅弧室的工作原理 a）合閘位置 b）滅弧 c）分閘位置 1 壓氣缸 2 動(dòng)觸頭 3 帶噴嘴的空心觸頭 4 活塞（三） 自能吹弧式SF6斷路器 自能式滅弧原理即是最大限度的利用電弧能量，加熱膨脹室或者壓氣室中SF6氣體建立高氣壓，形成壓差，通過(guò)高壓力SF6氣體膨脹，在噴口處形成高速氣流，與電弧發(fā)生強(qiáng)烈的能量交換，在電流過(guò)零時(shí)，熄滅電弧。a中所示為合閘位置，當(dāng)分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)觸頭和壓氣缸運(yùn)動(dòng)，在活塞和壓氣缸之間的SF6氣體被壓縮，產(chǎn)生高氣壓。這種結(jié)構(gòu)限制了絕緣材料進(jìn)入絕緣噴口，提高了開(kāi)斷容量，和單向吹弧方式相比，能提高開(kāi)斷電流20%以上。這個(gè)過(guò)程中，要求動(dòng)靜觸頭分開(kāi)到噴口打開(kāi)有一段距離，稱為超行程，因此壓氣式的SF6斷路器分閘時(shí)間要比其他斷路器稍長(zhǎng)。 圖124壓氣式變開(kāi)距單向吹弧滅弧室工作原理 1 靜觸頭 2 絕緣噴口 3 動(dòng)觸頭 4 壓氣缸 5 活塞 1． 變開(kāi)距 圖24即為變開(kāi)距式滅弧室，如圖25所示，活塞是固定不動(dòng)的。 單壓氣式斷路器只有一個(gè)氣壓系統(tǒng)，動(dòng)觸頭部分帶有壓氣裝置，在分閘過(guò)程中，使活塞汽缸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成短時(shí)間的氣壓升高，產(chǎn)生吹弧作用，從而熄滅電弧。雙壓式實(shí)現(xiàn)的必要條件是有一臺(tái)在密封循環(huán)中的氣體壓縮機(jī)，從而提供高壓的SF6氣體，這使得雙壓式SF6斷路器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴。 圖123 雙壓式SF6滅弧室結(jié)構(gòu)示例 1 動(dòng)觸頭的橫擔(dān) 2 動(dòng)觸頭側(cè)面上孔 3 絕緣支持棒 4 定弧極 5 靜觸頭的載流觸指 6 滅弧室 7 吹弧屏罩 8 中間觸頭 9 絕緣操作棒 動(dòng)觸頭為中空的噴口形狀，動(dòng)觸頭側(cè)面有孔，使熱的SF6氣體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。如圖所示，當(dāng)觸頭閉合，靜觸頭只和動(dòng)觸頭周圍接觸，定弧極處于靜觸頭一側(cè)的中間部分。第二節(jié)、SF6斷路器滅弧原理及結(jié)構(gòu)（一） 雙壓氣式滅弧室雙壓式滅弧室有高壓和低壓兩個(gè)氣壓系統(tǒng)，滅弧時(shí)，噴口打開(kāi)，高壓SF6氣體經(jīng)過(guò)噴口吹響低壓系統(tǒng)，與電弧發(fā)生能量交換使電弧熄滅。罐式斷路器重心低，抗震能力好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。接地金屬箱式（或稱落地罐式）SF6斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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靠SF6氣體和環(huán)氧樹(shù)脂澆注絕緣子承擔(dān)。但是由于這樣組成的高電壓等級(jí)斷路器中心高，抗震能力較差。這種型式的斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(duì)地絕緣。SF6斷路器的外形結(jié)構(gòu)可以分為絕緣子支柱式（圖21）和落地罐式（圖22）兩大類。到了20世紀(jì)80年代后期至90年代，人們提出了一種嶄新的滅弧原理，即自能吹弧原理。單壓氣式斷路器按照滅弧結(jié)構(gòu)分成定開(kāi)距式斷路器和變開(kāi)距式斷路器，定開(kāi)距能開(kāi)斷較高的電流，而變開(kāi)距式則有斷口電壓高的優(yōu)勢(shì)。雙壓氣式斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且容量低，經(jīng)過(guò)研究和改進(jìn)，逐漸利用開(kāi)斷過(guò)程中壓縮氣體的方式，取消了壓縮機(jī)，改成單壓氣式斷路器。最初的斷路器和普通的充氣式空氣斷路器的原理是一樣的， MPa。（３） 由于SF6氣體的電弧分解物中不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，在嚴(yán)格控制水分的情況下分解物又沒(méi)有腐蝕性，再加上觸頭在SF6氣體中的燒損極輕微，因此SF6斷路器允許開(kāi)斷的次數(shù)多，檢修周期長(zhǎng)。SF6高壓斷路器的主要優(yōu)點(diǎn)有：（１） 滅弧能力強(qiáng)，介質(zhì)強(qiáng)度高，單斷口的電壓可以做得很高，因此與少油和空氣斷路器相比，在同一額定電壓等級(jí)下，SF6斷路器所用的串聯(lián)單元數(shù)較少。 GCB）和罐式（T第二章、高壓SF6斷路器第一節(jié)、SF6高壓斷路器的特點(diǎn)和發(fā)展歷程SF6高壓斷路器是采用高絕緣性能的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的新型氣吹斷路器。　　　　 圖111 斷路器分閘時(shí)間　　　　 圖 112 斷路器合閘時(shí)間　　　　　　　　　　　　　　圖113 斷路器自動(dòng)重合閘時(shí)間（Ｏ－ｔ－ＣＯ）3． 機(jī)械壽命由于開(kāi)關(guān)設(shè)備屬于變電設(shè)備中唯一的機(jī)械運(yùn)動(dòng)為主的設(shè)備，因此其機(jī)械壽命的參數(shù)顯得尤為重要，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在常溫下應(yīng)能正常連續(xù)進(jìn)行3000次操作。（6）合（分）閘同期性：開(kāi)關(guān)合（分）時(shí)各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭接觸（分離）瞬間的最大時(shí)間間隔。（4）分合時(shí)間（自動(dòng)重合時(shí)）：重合操作時(shí)，從所有極的弧觸頭都分離瞬間起到首合極各弧觸頭都重新接觸瞬間的時(shí)間間隔。（2）燃弧時(shí)間：從首先分離極主回路觸頭剛脫離金屬接觸起，到各極中的電弧最終熄滅為止的時(shí)間間隔。極限通過(guò)電流表示斷路器對(duì)短路電流電動(dòng)穩(wěn)定性。在通過(guò)此電流后，斷路器應(yīng)不受電動(dòng)力的破壞且能繼續(xù)正常工作。其值等于額定短路關(guān)合電流。且一般采用與額定開(kāi)斷電流相等的數(shù)值。（三） 合閘能力和操作性能1． 合閘能力（1）. 額定短時(shí)耐受電流（熱穩(wěn)定電流）： 表示熱穩(wěn)定電流通過(guò)斷路器時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間（1s、4s、5s或10s，我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定為4s）內(nèi)，溫度不超過(guò)規(guī)定的允許發(fā)熱溫度，且無(wú)觸頭熔焊或妨礙斷路器正常工作的導(dǎo)體退火，變形的現(xiàn)象。有兩個(gè)特征值表示：一是交流分量有效值，簡(jiǎn)稱“額定短路電流”，二是直流分量百分?jǐn)?shù)。額定開(kāi)斷電流也即額定短路開(kāi)斷電流，標(biāo)志著高壓斷路器開(kāi)斷短路故障的參數(shù)。在通過(guò)這一電流時(shí)，斷路器應(yīng)不受損壞而能繼續(xù)正常工作。短時(shí)電流的通過(guò)能力，主要決定于觸頭的溫升、熔焊、接觸面的劣化和承受電動(dòng)力的強(qiáng)度。在流過(guò)這一電流的時(shí)間內(nèi)，斷路器的溫升應(yīng)不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出的斷路器額定電流值為：200、400、61000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000（A）。第四節(jié)、 高壓斷路器的性能參數(shù)（一） 電流的通過(guò)能力 斷路器在閉合的狀況下導(dǎo)電系統(tǒng)長(zhǎng)期通過(guò)的電流，或在限定時(shí)間內(nèi)能夠安全通過(guò)的一定的負(fù)荷電流成為斷路器的額定電流。引起重燃的原因有：①燃弧和燃弧后電極放出過(guò)量的氣體②陰極表面吸附微小的絕緣物和金屬微粒等維持著較強(qiáng)的場(chǎng)致發(fā)射作用而重新形成陰極斑點(diǎn)③恢復(fù)電壓的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)500kV/cm以上產(chǎn)生場(chǎng)致?lián)舸茈娏鬟^(guò)零后間隙有殘余粒子碰撞繼續(xù)維持較高的游離密度。在恢復(fù)過(guò)程中，真空間隙能承受外加電壓的能力隨時(shí)間的變化規(guī)律即為該真空間隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)特性。熄滅后的真空間隙最終可以承受很高的電壓。真空中滅弧過(guò)程會(huì)出現(xiàn)一種特有的現(xiàn)象。而真空滅弧室到20年代實(shí)際50年代才被迅速應(yīng)用，并且在電力系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。因此斷路器的觸頭表面必須有自潔功能，以除去在接觸面上散布的這種金屬氟化物。然而，在大功率電弧引起的高溫下，它能分解和游離成各種不同的成分，主要為SF4和SF2，以及少量的SFS、F等，在有濕氣的時(shí)候?qū)ΣＡШ徒饘儆懈g作用。沸點(diǎn)為60℃。盡管在溫度降低后大部分低氟化物也會(huì)復(fù)合，但是總會(huì)殘留一些，因此在生產(chǎn)檢修中要格外注意。純凈的SF6氣體是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒和不可燃的鹵素化合物氣體。它的滅弧能力非常強(qiáng)，由導(dǎo)電電弧向絕緣體的變化速度非?？?。（二） SF6氣體的基本特性近年來(lái)，SF6氣體作為斷路器的滅弧介質(zhì)得到了迅速的發(fā)展。同樣陽(yáng)極表面也存在陽(yáng)極斑點(diǎn)，它接受從弧柱中過(guò)來(lái)的電子。電弧放電時(shí)，實(shí)際上并不是整個(gè)陰極全部參加放電過(guò)程，陰極表面的放電只集中在一個(gè)很小的區(qū)域上。電弧是由三個(gè)部分構(gòu)成的，陰極區(qū)域、弧柱區(qū)域和陽(yáng)極區(qū)域。提高機(jī)械可靠性是高壓電器發(fā)展的主要努力方向。就目前的技術(shù)條件來(lái)說(shuō)，電氣可靠性已經(jīng)大大提高，困擾高壓電器整體水平的是機(jī)械可靠性問(wèn)題。（６） 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的高可靠性。（５） 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能化。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的組合化要求主要基于小型化技術(shù)，最重要的目的是可以實(shí)現(xiàn)體積小、具有成套性、可靠性高、少維護(hù)、易于安裝、抗嚴(yán)酷環(huán)境等。小型化有著重要的社會(huì)意義。（３） 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的小型化。由于自能式的斷路器的操作功大大減小，必將大大提高斷路器機(jī)械動(dòng)作的可靠性。（２） 斷路器滅弧的自能化。（１） 高壓大容量斷路器。2. 斷路器的發(fā)展?fàn)顩r由于電力系統(tǒng)對(duì)輸變電的質(zhì)量和可靠性要求提高，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的性能要求也越來(lái)越高，另一方面由于基礎(chǔ)理論，工藝水平，材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第二節(jié)、 高壓斷路器的分類和發(fā)展?fàn)顩r1. 斷路器的分類按斷路器滅弧原理來(lái)劃分，有油斷路器、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器、磁吹斷路器。組合電器（posite apparatus）：將兩種或兩種以上的高壓電器按電力系統(tǒng)主接線要求組成一個(gè)有機(jī)的整體而各電器仍