我国高压断路器发展

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。

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，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。

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H—GIS。

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12 744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/6 300 A—63 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（H—GIS）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 000A—50 kA。

为了满足国网公司后续特高压工程1 100 kV/6 300 A—63 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。