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1、我国高压断路器的现状及发展趋势 0.引言 高压断路器又叫高压开关，具有足够的开断能力和灭弧能力，它不仅可以切断与闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且当系统发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，可以迅速地切除故障电流，以减少停电范围，防庄事故扩大，对于保证电力系统的安全运行，具有极其重要的意义 高压断路器经历了油断路器、压缩空气断路器、真空断路器,SF6断路器的演变。SF6断路器在七十年代初被广泛采用，它是以六氟化硫作为灭弧介质，这种断路器的切断能力大，在自由开断情况下，其切断能力比其他断路器高10倍左右。在电力系统的稳定和安全运行发挥着重要的作用，在经济效益和社会效益方面也具有非常重要的
2、意义 1.SF6断路器的性能 SF6断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器。六氟化硫断路器具有以下特点 1)灭弧能力强、介质强度高、单元断口耐压值高，因而在同一额定电压等级下，所需要的申联断口数减少，提高了产品的经济性能 2)电气寿命长。50kA满容量连续开断可达19次，累计开断电流可达4200kA，检修周期长，适于频繁操作 3)开断性能好。由于SF6气体的电负性，使之具有强烈的吸附自由电子的能力。电离的等离子体扩散受到约束，从而使离子复合很有效。开断电流大，已达80-100kA，甚而200kA,熄弧时间短，一般为5-15ms。同时反
3、相开断、近区故障、空载长线、空变等开断性能也好 4)绝缘性能高。SF6绝缘强度约为空气的5-10倍 5)SF6气体是无色、无味、无毒的，不易燃烧，而且不易与其它物质发生反应的很稳定的气体。另外当断路器断开时，被电弧加热所引起的压力升高极小，因此运行可靠，不会发生爆炸事故 2.高压S F6断路器的发展 2.1双压式SF6断路器 在断路器内设置两个SF6气体系统(高压系统与低压系统)，只是在分闸过程，才通过控制吹气阀门使高压室流向低压室形成高压气流。分断完毕，吹气阀门关闭。其灭弧室原理是在高压室与低压室间有压气泵、管道相联，当高压室气压降低或低压室气压升高到一定限度时，压气泵启动，把低压室的SF。
4、气体打到高压室，形成气体的自动封闭循环系统。 2.2单压式SF。断路器 单压式结构简单，适应环境温度范围广。压气式也经历了一个发展过程:从吹弧看，第一代单压式为单吹结构，开断电流小。第二代单压式为双吹结构，开断电流增至(40 - 50kA )，断口电压仍低，一般252kV产品为双断口。第三代单压式为双吹结构并辅以热膨胀效应(混合灭弧)。开断电流大，增至63kA，断口电压高，单断口可做到252kV,363kV,420kV甚至550kV 单压式的发展，从灭弧室看，采用了更小的压气活塞。灭弧室活塞缩小带来的优点: 1)使产品开断过程的整个运动系统质量减小; 2)使产品的操作功率减小; 3)使产品的缓
5、冲变得容易，机械寿命长 2.3自能式SF6断路器 自能式SF6断路器有两种灭弧原理:热膨胀原理;旋弧原理。目前绝大多数自能式断路器利用热膨胀原理。自能式原理是利用电弧能量加热膨胀室的SF6气体，建立压力，形成气流，熄灭电弧。但在开断小电流时，因电弧能量小，需要加一个小活塞压气，形成助吹。由于操作功的大大减小，这样可采用结构简单的弹簧操动机构。目前热膨胀式已发展到第二代。第一代产品是通过减小灭弧所需压气能量而达到减少操作功的效果。压气活塞直径是按开断30%最大故障电流设计的，而且运动质量也小，这就减小了操作功。第二代产品更加完善热膨胀效应，提高开断性能，既改善了开断容性电流，又进一步减小了操作功
6、 2.4智能式SF6断路器 现代高压断路器现代化的又一个特点是断路器智能化，即由传统的机电系统发展成以计算机为核心的现代智能化系统。当前对高压断路器在线检测内容有: 1)SF6气体; 2)操动机构系统; 3)脱扣器; 4)控制和辅助回路; 5)动力传动链 通过这此检测可发现90%以上的故障，在线检测可使断路器从定期检修变为实时状态检修 3.瓷柱式与罐式SF6断路器及其应用 我国最早应用SF6断路器，是在1970年东北电管局从国外引进了3台西门子公司生产的H-912型220KV双压瓷相式SF6断路器安装于沈阳虎石台一次变电站，如今运行良好。高压六氟化硫断路器按照结构分为瓷相式与罐式两种，二者对比
7、，它们都有各自的特点 1)瓷相式和罐式高压SF6断路器，它们均能满足高压大容量的要求。瓷相式的灭弧室装在绝缘支相上，通过串联灭弧室，将它们安装在适当高度的绝缘支相上，便可获得任意的电压额定值。绝缘支相现大多为瓷相，也出现了有机复合支相。罐式的灭弧室安装在与地电位相连的金属罐体内。高电压下，每相需要将多个灭弧室串联装在同一罐体内。 2)加装电流互感器。从加装电流互感器方面看，瓷相式断路器处于劣势。因为瓷相式的灭弧室安装在绝缘子内，位于绝缘支相顶上，电流互感器必须单独装在自身的绝缘支相上;而套管式电流互感器可装在罐式断路器的套管上。在某些使用场合，断路器不需要带电流互感器，尤其在用作投切电容器组和
8、并联电抗器的开关时。在这里，瓷相式的价格只相当于罐式断路器的60%，且因采用多断口，能更好地耐受重击穿 3)外部耐压能力。从外部耐压来看，瓷相式断路器灭弧室多个串联就能满足任一额定电压值，但外部绝缘耐受能力受其灭弧室自身长度的限制。而罐式断路器只要能开发出为减少断口数而必要的耐受能力，就可制出绝缘套管。因此罐式断路器已做到550kV / 63kA单断口1100kV / 50kA双断口。 4)SF6气体用量。从SF6气体用量看，瓷相式优于罐式。罐式断路器的用气量比瓷相式多得多 5)适应环境能力。从适应环境角度看，大容积罐式断路器表现出其优势。在罐式断路器可放入加热器，而瓷相式则不能 6)抗震能力
9、。从抗震角度看，罐式断路器远优于瓷相式。因瓷相式断路器重心高导致抗震性差 7)价格比较。从价格看，对同等容量而言，瓷相式断路器优于罐式。一般来说，罐式断路器的价格比同等容量的瓷相式断路器加外置电流互感器(如SF6互感器)的价格还高出20%左右 我国电网建设正在快速向前发展。一方面，表现在电网的建设投资已超过电源建设的投资，使电网与电源和谐发展，改善了过去那种“重发轻送不管用”的局面。在电网建设中，不仅注重骨干电网，而且作为输配电的城市电网和农村电网也有了大发展，使电力能上网也能下网，以便供电给千千万万的用户。另一方面，随着电力的大发展，我国电网的电压已有中压、高压、超高压和特高压。2009年1
10、月6日，我国首条1 000 kV线路投运，这是世界上首条真正投入商业运行的最高电压线路。同时，我国现已建有220 kV及以上线路40多万km。电网的大发展为高压开关设备制造业提供了千载难逢的发展机遇。高压开关设备在线路中起控制和保护作用。当线路运行时，随着高压开关的关合，强大的电力源源不断地流向用户，而当线路发生故障（如短路）时，高压开关一马当先，立即切除故障，保障线路的安全。因此，高压开关对线路的安全运行至关重要。近20多年来，特别是改革开放以来，高压开关行业经历了辉煌的发展历程。这从高压开关行业协会来看，会员单位从20年前的七八十家发展到今天的七八百家；高压开关行业的产值从 20 年前的
11、25 亿元发展到现在的1 000 多亿元；生产配套能力从20年前的几百万千瓦发展到现在的过亿千瓦；生产开发的产品从20年前的仿制和技术引进发展到现在自主创新的完全国产化；产品电压等级从高压上升到超高压和特高压。如我国自主创新，开发出550 kV单断口SF6断路器和GIS、800 kV双断口SF6断路器和GIS，合作和自主开发出1 100 kV GIS和HGIS。这些产品已达到世界先进水平。“十一五”期间，高压开关行业各项经济指标均大幅增长，其中，工业总产值年均增长25.89%；利润总额年均增长20.43%。产品产量增长显著，其中550 kV气体绝缘金属封闭开关设备2010年产量较2005年增长
12、3.3倍，年均增长66.1%；40.5 kV交流金属开关设备2010年产量较2005年增长1.18倍，年均增长23.54%；12 kV环网柜2010年产量较2005年增长81%，年均增长16.2%。高压开关行业平稳快速增长，保障了国家重点工程建设的顺利实施，满足了电力发展和电网建设的需求，支持了国民经济的快速增长。2010年，高压开关行业继续保持平稳较快增长，全年实现工业总产值1 518.19亿元，比2009年增长13.24%。由于受到国家宏观调控政策和电网投资下降等因素影响，增长速度较上年有所下降，较上年下降了3.78个百分点。全年生产126 kV及以上电压等级气体绝缘金属封闭开关设备12
13、744间隔，生产 126 kV及以上电压等级高压SF6断路器8 142台，生产各型金属封闭开关设备511 476面。高压开关设备是指用于发电、输电、配电和电能转换有关的开关电器。习惯上将高压开关设备的额定电压细分为中压（3.6 kV、7.2 kV、12 kV、24 kV和40.5 kV）、高电压（72.5 kV、126 kV和252 kV）、超高压（363 kV、500 kV和800 kV）及特高压（1 100 kV）等。高压开关设备的额定电压高于线路对应的标称电压。高压开关设备包括元器件和成套装置。以下介绍我国最新自主研发的特高压和超高压及高电压典型产品。1 特高压大容量1 100 kV/6
14、 300 A63 A GIS我国1 000 kV晋东南南阳荆门交流特高压试验示范工程是我国第一个特高压输电工程，且是世界上第一个以特高压长期运行的特高压输电工程，于2009 年1月6日正式投入运行。该工程包括3站2线，起于山西省晋东南变电站，经河南省南阳开关站，止于湖北省荆门变电站。1 000 kV晋东南南阳荆门交流特高压试验示范线路全长640 km（含黄河和汉江两个大跨越工程），经过山西、河南和湖北三省九市。我国特高压形成三纵三横一环网格局。根据国家电网公司透露的特高压工程建设规划，到2015年，将建成“三华”（华北、华东和华中）特高压电网，形成“三纵三横一环网”，并将建成11回特高压直流输
15、电工程。按照该规划，未来5年特高压的投资规模将达到2 700亿元。2009年1月6日，我国首条晋东南南阳荆门1 000kV特高压交流试验示范工程投入运行。当时提供的1 100kV特高压GIS（HGIS）为与国外企业合作生产，其中西开电气与ABB 公司、平高电气与东芝公司以及新沈高与日立公司合作。当时产品的主要参数为1 100 kV/4 000A50 kA。为了满足国网公司后续特高压工程1 100 kV/6 300 A63 kA 开关设备市场的需求，国内主要制造商自主对该参数特高压开关设备进行了研发。如西开电气于2010年9月完成1 100 kV/6 300 A63 kA特高压开关设备研制。又如平高电气特高压大容量开关设备也于2010年12月23日在中国高压电器监督检验中心通过了全部型式试验。平高电气在晋东南特高压工程50 kA百万伏级断路器的基础上，研制成功了63 kA百万伏级双断口断路器。在历时两年的研制过程中，先后攻克了6 300 A额定电流升级，63 kA短路开断电流增容及双断口等关键技术。新沈高自主研发出具有自主知识产权的1 100 kV/6 300 A63 kA GIS产品。断路器采用四断口串联结构，用液压弹簧操动机构。全部壳体采用铝合金材料，呈低位布置。西开电气于2009年正式启动了 1 100 kV/6 300 A63 A GI
