户外真空开关

高压断路器是一种电气设备，主要针对三相交流的户内以及户外，其具体作用是开断电网、对电力系统中过载的电流、短路的电流、以及超过负荷的电流，使用范围广泛，对使用对象起保护和控制作用，可以用于变电站以及工矿企业的电力系统中，还可用于操作比较频繁的地方，例如变电站、工业企业和矿产企业甚至是运用到农村电网之中。在城镇网络和农村网络的改造中也发挥重要作用。因此和农村电网等频繁操作的场所，特别适用于城网、农网改造的需要。因此，掌握高压断路器的应用与维护知识是一个电力工作一线人员的必备素质。 　

一.高压断路器介绍 高压断路器的作用体现在控制和保护两方面。第一个是控制作用，以电网在实际运行中的需要为依据，对电气设备的使用或退出以及线路的运行进行控制；第二个是保护作用，保护对象是电网中没有运行障碍的部分，在电气设备或电力线路运行时出现故障的情况下，在电保护自动装置发出跳闸指令时，开启断路器，及时准确的将出现故障的设备和线路切割掉，以此保证没有故障的部分进行工作。 　　

1.1高压断路器种类繁多，一般可按下列方式分类。按断路器的灭弧原理或灭弧介质分为油断路器、真空断路器、高氟化硫（SF6）断路器。①真空断路器：指利用真空的高介质强度来灭弧的断路器。②六氟化（SP6）断路器：指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的六氟化气体作为灭弧介质和绝缘介质。可发展成为六氟化硫组合电器。此外，高压断路器按其安装地点的不同，可分为户内式和户外式两种。 　　

1.2高压断路器的技术参数和型号含义。

1.2.1高压断路器的技术参数： ①额定电压：指断路器长时间运行能够承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件。 ②最高工作电压：考虑输电线路有电压降，线路供电端母线电压高于受电端母线电压，使断路器可能在高于额定电压下长期工作，因此，规定了断路器有一最高工作电压。按国际上的普遍做法，220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330kV的设备，规定为1.1倍。③额定电流：指断路器在额定容量下允许长期通过的工作电流。它决定了断路器解头和导电部分的截面积，并且在某种程度上也决定了它的结构。一般在环境温度为40℃时，常用断路器额定电流等级为200、400、630、1000、1250、1600、3150。④额定开断电流：是体现断路器开断能力的依据，额定电压下，断路器能开断的电流最大值 。⑤动稳定电流：它的别称是极限通过电流，是指处在闭合情况下的断路器，允许通过的最大的短路电流值，它的存在说明断路器受短路电流影响，承受电动力能力的强弱。其值得导电和绝缘等部件的机械强度决定。⑥热稳定电流：是指断路器在规定的时间内，允许通过的最大的短路电流值。热稳定电流是断路器能够承担短路�流导致的热能的能力。⑦合闸时间：所谓合闸时间，是断路器操动机构接触到主触头的时间。⑧分闸时间：所谓分闸时间，是断路器接到分闸命令时，到灭弧触头分离的时间。一般在0.06-0.12s之间。如分闸时间少于0.06s，则此种断路器为快速断路器。固有分闸时间是从操动机构运行开始到触头分开的时间。灭板时间是指解头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间。

1.2.2高压断路器型号的含义：高压断路器型号的含义如图3-9所示。 其中断路器的类型有：S-少油断路器；D-多油断路器；K-空气断路器；L-六氟化硫断路器；Z-真空断路器。

1.3高压断路器的基本结构和灭弧过程：高压断路器由以下5个部分组成：通断元件、中间传动机构、操作机构、绝缘支撑件和基座。通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通和断开由它来完成。主电路的通断，由操动机构接到操作指令后，经中间传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断开。通断元件包括触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等，一般安放在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘，而绝缘支撑件由安装在基座上。这些基本组成部分的结构，随断路器类型不同而异，在此主要介绍10KV真空断路器和35KV六氟化断路器。

1.3.1真空断路器。真空断路器的总体结构，一般分为悬臂式和落地式两种，主要由真空灭弧室、支架和操动机构3部分组成。真空灭弧室的性能主要取决于触头材料和结构，并与屏蔽罩的结构、材质以及灭弧室的制造工艺有关。典型的真空灭弧室的结构原理如图3-10所示，动、静触头分别焊接地动静导电杆上，用波纹管实现密封。动触头在机构驱动力的作用下，能在灭弧室内沿轴向移动，完成分闸和合闸运作。真空来弧室的触头，一般采用磁吹对接式。如图3-11所示，其触头的中间是“接触面的四周开有3条螺旋槽的吹弧面，触头闭合时，只有接触面相互接触。当开断电流时，最初在接触面上产生电弧，在电弧磁场作用下，驱使电弧沿触头四周切线方向运动，即在触头外缘上不断旋转，避免了电弧固定在锄头某处烧损触头。电流过零时，电弧即熄灭。

1.3.2 SF6断路器。六氟化硫断路器简称为GCB，属于气吹式断路器。其特点是：工作气压较低，在吹弧过程中，气体不排向大气，而在密封系统中循环使用。因SF6气体介质的绝缘和灭弧性能好，合GCB具有开断能力强、断口电压高、允许连续开断的次断较多、噪声小和无火花危险等优点。SF6断路器按总体结构可分为瓷柱式和落地罐式。①瓷柱式。瓷柱式GCB如图3-12所示，其灭弧装置安装在支持瓷套的顶部，由绝缘杆进行操纵。这种结构的优点是系列性好，用不同个数的标准灭弧单元和支持瓷套，即可组装成不同电压等级的产品；其缺点是稳定性差，不能加装电流互感器。②落地罐式。其总体结构类似于多油断路器，如图3-13所示。它的火弧系统用绝缘体支撑在接地金属罐的中心，借助于套管引线，基本上不改装就可以用于全封闭组合电器之中。这种结构便于安装电流互感器，抗振性能好，但系列性差。注意：110KV及以上电压等级的高压GCB，一般都是以上两种结构。③中压级GCB。用于中压级的GCB有旋弧式、气自吹式和压气式3种，在35KV及以下的配电装置中，GCB的总体结构常做成小车式，外形与少油和真空小车开关极为相似。SF6断路器灭弧室有单压式和双压式，其结构及灭弧过程介绍如下：1、单压式（也称为压气式）灭弧室，常态时只有单一的SF6气体。分闸过程中，压气缸与动触头同时运动，将压气室内的气体进行压缩。触头分离后，电弧即受到高速气流纵吹而将电弧熄灭。2、双压式灭弧室。它有高低两个气压系统，灭弧室内常时间充有高压气体的称为常充高压式；仅在程中才充有高压气体的称为瞬时充高压式。分闸时，排气阀打开，高压气体经喷嘴与触头吹弧后流向低压区。电弧熄灭后，排气阀关闭，高、低压区之间由压缩机及压力监视系统自动维持恒定的压力差。双压式GCB开断电流大、动作快，但结构复杂、价格高。早期产生的SF6断路均是这种结构。单压式结构简单，但开断电流小、行程大、固有分闸时间长，且操纵机构的功率大。近年来，单压式SF6断路器采用了大功率液压机构和双向吹弧，满足技术参数要求，已普遍采用。 　　

1.4断路器的操动机构是带动高压断路器传动机构进行合闸和分闸的机构。

1.4.1对操动机构的基本要求：

①应具有足够的操作功率。在断路器合闸过程中，操作机构要克服很大的机械作用力和电动力。因此，断路器合闸H-J，操动机构必须发出足够大的功率。而在断路器分闸时所需功率较小。

②要求动作迅速。通常要求快速断路器的全分闸时间不大于0.80s，近代高压和超高压断路器甚至要求为0.02-0.04s。而断路器的全分闸时间中，固有分闸时间约占1/2以上，它与操动机构的结构有关。③要求操动机构工作可靠，结构简单、体积小、重量轻、操作方便等。

1.4.2操作机构的类型及特点：根据断路器合闸时所用能量的形式，操动机构可分为手动式、电磁式、弹簧式、气动式和液压式等几种类型。

①手动式操动机构的特点是，靠人力合闸，并具有自由脱扣机构；构造简单，不需要其他辅助设备；一般只使用于额定开断电流不超过6.3KA的断路器。它的最大缺点是操动功率受人力限制，合闸时间长，不能实现自动重合闸。目前较少采用。 　　

②电磁式操动机构，是用电磁铁将电能变成机械能作为合闸动力。这种机构结构简单，运行可靠，能用于自动重合闸和远距离操作。因而在10-35KV断路器目前使用较少，逐渐被淘汰。 　　

③弹簧式操动机构，是利用弹簧预先储存的能量作为合闸动力。此种机构成套性强，不需要配备附加设备，弹簧储能时耗用功率小；但结构复杂，加工工艺及材料性能要求高，且机构本身重量随操动功率增加而急剧增大。目前我国生产的CT7、CT8等系列操作机构可供SN10系列断路器使用；CT6型弹簧式操动机构，供SW4系列断路器使用。 　　

④液压式操动机构，是利用压缩气体（氮气）作为能源，以液压油作为传递能量的媒价，推动活活塞做功，使断路器合闸或分闸。CY3、CY3III和CY4型液压式操动机构，具有压力高、出力大、体积小、传递快、延时小、动作准确及出力比较均匀等优点，所以目前我国电压在100KV及以上SF6断路器，广泛采用。 　　

⑤气动式操动机构，是利用压缩空气进行断路器分闸，利用弹簧力进行断路器合闸。此种机构结构简单，动作可靠，正在获得越来越广泛的应用。 　　

1.4.3操动机构的主要组成：一般来说，操动机构主要由以下几种部件组成。 　　

①做功和储能部分。它的作用是将其他形成的能量转换为机构能。例如，电磁操动机构中的合闸电磁铁，通电后由电磁铁的动能使传动机构动作，同时将能量储存起来，以备分闸时只使用很小能量去释放机构能，使其快速分闸。 　　

②传动系统。用以改变操动力的方向、位置、行程以及运行性质等。它是一套机械连杆机构，要求机械能量损失小，动作准确，寿命长。 　　

③维持机构和脱扣机构。前者的任务是将已经经完成的合闸操作可靠地保持在合闸状态，有时称为“搭钩”；后者为解除合闸的机构，它可以“碰即脱”以使分闸动作快，需用功率小。 　　

二.在实际工作中应注意的问题 。目前在10KV及以下电压等级配电网络中，真空断路器已经逐步取代油断路，在无油化改造过程发挥了积极作用。与油断路器相比，真空断路器具有适合频繁操作，电气寿命长，检修维护工作量小，防燃、防爆、运行可靠性高的优点，在安装、调试、应用过程中也应注意几个问题，使它的优越性得到充分发挥。

三.使用维护中解决措施

3.1过电压保护 由于真空断路器开断较小电流。特别是开断空载变压器励磁电流等小感应电流时，往往会出现截流而产生截流过电压，并且截流值越大，产生的过电压越高。另外，真空断路器在开断电容器组的容性电流时，也很难达到绝对无电弧重燃，一旦出现重燃，也会产生重燃过电压。对于截流或者重燃过电压，需装用性能好的金属氧化物避雷器或阻容保护装置来预防。 　　

3.2真空灭弧室真空度的检测 真空灭弧室管内的真空度通常是在10“-10rPa，随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数增多，以及受外界因素的作用，其真空度逐步下降，下降到一定程度将会影响它的开断能力和耐压水平。因此，真空断路器在使用过程中必须定期检查灭弧室管内的真空度。目前检查方法有： 　①对玻璃外壳真空灭弧室，可以定期目测巡视检查，正常时内部的屏蔽罩等部件表面颜色应很亮，在开断电流时发出浅蓝色弧光。当真空度下降很严重时，内部颜色就会变得灰暗，开断电流时将发出暗红色弧光。②定期（3年左右）进行一次工频耐压试验（42KV）。当动静触头保持额定开距条件下，如果耐压很低，而且经多次放电老炼后，耐压值仍达不到规定耐压标准，就说明真空灭弧室真空度已经严重下降，已经不能继续使用，并及时更换。 　　

3.3真空灭弧的老炼。真空灭弧室的电气老炼包括电压和电流老炼。新的真空灭弧室在产品出厂之前已经过老炼。但真空灭弧室经过一段时间存放，出于种种原因的影响，它的工作耐压水平会下降，开关制造厂在组装后以及使用部门在安装时仍然需要重新进行电压老练和在规定条件下进行工频耐压试验。

3.4触头超程和触头压力的控制： ①我国生产的10KV真空灭弧室规格有固定标准，触头超程越是3毫米，开距约是12mm。一般情况下，10KV断路器使用灭弧室的额定接触压力，具体的额定电流不等。②对于真空断路器的安装和修理，不仅要依据说明书调整测量触头超程，还要反复认真的查看触头弹簧是否符合标准，禁止出现形状改变的情况。

3.5检测触头磨损值。真空灭弧室运作时，主要是触头进行开断奄滴，多次运作后，触头的接触面会进行放电进而磨损，导致触头运动的距离增加，与此同时，波纹管的工作形成也随之增加，减少使用寿命。一般情况下，触头磨损最大值约为3毫米，若是达到或超过此值，说明真空灭弧室已经不能继续使用。 为了保证真空灭弧室符合标准，在安装时就应该进行测量，在进行检修工作时，更应该对磨损值进行统计，在真空灭弧室到达使用寿命时，立即进行更换。

3.6真空断路器反弹对灭弧室的影响。受对接式结构影响，在操动机构分合操作中，断路器的触头会发生反弹，反弹具有两种形式，一种是分闸反弹，一种是合闸反弹，两种反弹都影响断路器的运行。具体危害表现：①触头烧损严重，甚至熔焊。②波纹管经受强迫振动可能产生裂纹，使灭弧室漏气。③分合闸时的冲击速度及冲击力较大发生弹跳都可能产生触头和甚至产生裂纹。④切合电容器组的真空断路器如发生合闸弹跳还会导致电容器的损坏。 　　

3.7分合闸速度的测量。新断路器的投运前应测量分、合闸速度，因为它不仅可以建立原始技术资料，同时也可以及时发现产品质量上的一些问题，以便及时采取措施。

四. 结论

通过以上几个问题的分析判断，运行人员、检修人员及时发现隐患及时消缺，避免事故发生，确保高压断路器良好运行，保证电网高效、安全、可靠、人民群众用上放心电。

五.结语

通过以上问题的分析，正确掌握高压断路器安装、调试、检修专业技能，力求突出“新”字，做到“知识新、工艺新、设备新、标准新”，努力突破技术质量难题，探讨先进工艺，重点掌握高压一次设备的结构、工作原理、电气接线的基本特点和性能以及运行和操作，重点了解电气设备预防性试验项目、方法、标准及注意事项，熟悉新规程有关内容和试验仪器设备动向，了解绝缘在线监测原理及其应用，使其在实际工作得到应用并加以推广。高压断路器的研究要在适应社会经济发展要求，保障供电安全方面取得进展。这样，专业维护检修队伍高效技术人才能得到促进，获取更多收获，才能使各行各业加快产业升级，提高企业竞争力，推动技术创新和科技成果转化生产力。专业维护检修队伍的专业技能才是社会进步、科技进步、人才进步一大亮点。