SF6断路器的类型及基本结构.doc

SF6断路器的类型及基本结构采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器称为SF6断路器。由于SF6气体具有优良的绝缘性能和电弧下的灭弧性能，无可燃、爆炸的特点，使其在高压断路器中获得广泛的应用。一、 SF6断路器的特点（1） SF6气体的良好绝缘性能，使SF6断路器结构设计更为紧凑，电气距离小，单断口的电压可以做得很高，与少油和空气断路器相比较，在相同额定电压等级下，SF6断路器所用的串联单元数较少，节省占地，而且操作功率小，噪音小。（2） SF6气体的良好灭弧特性，使SF6断路器触头间燃弧时间短，开断电流能力大，触头的烧损腐蚀小，触头可以在较高的温度下运行而不损坏。（3） SF6气体介质恢复速度特别快，因此开断近区故障的性能特别好，通常不加并联电阻能够可靠的切断各种故障而不产生过电压。（4） SF6断路器的带电部位及断口均被密封在金属容器内，金属外部接地，能更好的防止意外接触带电部位和防止外部物体侵入设备内部，设备可靠。（5） SF6气体在低压下使用时，能够保证电流在过零附近切断，电流截断趋势减到最小，避免截流而产生的操作过电压，降低了设备绝缘水平的要求，并在开断电容电流时不产生重燃。（6） SF6气体是不可燃的惰性气体，这可避免SF6断路器爆炸或燃烧，使变电所的安全可靠性提高。（7） SF6气体分子中不存在碳，燃弧后，使SF6断路器内没有碳的沉淀物，所以可以消除碳痕，使其允许开断的次数多，检修周期长。二、 SF6断路器的发展（1） 双压式SF6断路器（第一代SF6断路器），1958年美国西屋公司造出了第一台SF6断路器，以两个表压的SF6气体代替压缩空气充于内腔作为主绝缘。开断时，以十四个表压的SF6气体通过主气阀在喷口中形成音速气流使电弧在电流过零时熄灭。但通过喷口的SF6气体不是向大气排放，而是排向两个表压的低压区，另以压缩机将SF6气体从两个表压的低压区补充到十四个表压的高压区的储气桶内，以备下次开断时再用，SF6气体在断路器内一直保持着密封循环。（2） 单压式SF6断路器（第二代SF6断路器），由于双压式结构复杂，另需配置一台密封循环运转的压缩机，价格昂贵。同时，SF6气体在十四个表压时容易液化，温度必须常保持在8度以上，在运行中十分麻烦。因此产生了单压式SF6断路器。这种断路器的额定压为56个表压，开断时，利用压气缸与活塞的相对运动，把SF6气体压缩，产生气流，在喷口达到音速，使电弧熄灭。这就大大简化了产品的结构。（3） 自能灭弧式断路器，它是利用电弧本身的能量加热SF6气体，建立高压力，形成压差，通过高压力SF6气体膨胀，而达到熄灭电弧的目的。这样做有两个好处：一是不用操动机构提供压缩功，故大大减轻了机构的负担，可不用大容量液压机构而采用低操作功的弹簧机构。二是简化了灭弧室的结构，缩小了尺寸。新的自能灭弧室大多采用混合灭弧原理，即利用膨胀加助吹的原理，有效的解决了开断大电流和小电流的矛盾。三、 SF6断路器的分类（1） 瓷柱式这是目前使用较多的一种。在结构上和户外少油断路器相似，具有单断口电压高、开断电流大、运行可靠性高和检修维护工作量小等优点，但不能内附电流互感器，且抗地震能力相对较差。（2） 落地罐式这是在瓷柱式的基础上发展起来的，具有瓷柱式SF6断路器的优点，而且可以内附电流互感器，产品整体不高，抗震能力相对提高，但是造价比较昂贵。四、 SF6断路器的基本结构SF6断路器的基本结构由导电回路、灭弧装置、绝缘部件、操动机构和附件等5部分组成。其中的灭弧装置与其他断路器比较有较大差距，而其余几个部分与其他断路器大致相类似，下面着重介绍SF6断路器灭弧装置的结构组成。（一）灭弧装置单压式SF6断路器灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞与气缸的相对运动造成短时气压升高而吹熄电弧。单压式灭弧室有定开距灭弧室和变开距灭弧室两种结构。（1）定开距灭弧室。定开距灭弧室结构如图2-1。断路器的触头由两个带嘴的空心静触头3、5和动触头2组成。断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距，故称为定开距结构。在关合位置时，动触头2跨接于静触头3、5之间，构成电流通路。由绝缘材料制成的固定活塞6与动触头2连成一体的压气罩1之间围成压气室4。当分闸时动触头2连同压气罩1向右移动，压缩压气室内的SF6气体。当喷口被打开以后，形成气流吹弧。图2-1中7为操动机构拉杆，驱动动触头2和压气罩1组成的可动部分运动。灭弧过程如下：在图2-2（a）中，示出了断路器的合闸位置。当分闸时，拉杆7驱动可动部分向右运动，此时，压气室内的SF6气体被压缩，如图2-2（b）所示。当动触头2离开静触头3时，产生电弧。同时，原来由动触头2所封闭的压气室打开而产生气流，向喷口吹弧，如图2-2（c）所示。气流向静触头内孔对电弧进行纵吹，使电弧熄灭。熄弧后的开断位置如图2-2（d）所示。定开距灭弧室的特点是：触头开距小，126KV的断路器只有30mm，触头从分离位置到熄弧位置的行程很短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。但是压气室的体积较大。（2）变开距灭弧室。变开距灭弧室结构见图2-3，其灭弧过程如图2-4所示。由于在灭弧过程中，触头的开距是变化的，故称为变开距灭弧室。触头系统有工作触头、弧触头和中间触头，而且工作触头和中间触头放在外侧，可改善散热条件，提高断路器的热稳定性。为了在分闸过程中压气室的气体集中向喷嘴吹弧，而在合闸过程中不致在压气室形成真空，故设置逆止阀7。合闸时逆止阀7打开，使压气室与活塞9的内腔相通，SF6气体从活塞小孔充入压气室8。分闸时，逆止阀7堵住小孔，让SF6气体集中向喷嘴3吹弧。其灭弧过程可用图2-4说明如下：如图2-4（a）为合闸位置，当分闸时，可动部分向右移动，压气室内的压力增高，如图2-4（b）所示，工作触头首先分离，待弧触头分离时产生电弧，并开始吹弧，如图2-4（c）所示。触头在分闸过程中开距是变化的，在分闸位置的最终开距最大，因此，断口电压可作得较高，如图2-4（d）所示。（二）操动机构目前国内外许多制造厂家的各电压等级的SF6断路器的操动机构较多的有液压机构、压缩空气机构和弹簧机构。1、 对SF6断路器操动机构的一般要求SF6断路器的操动机构必须具备下列的功能：（1） 动作可靠。断路器无论在什么情况下，只要接到指令，其动作必须准确可靠。（2） 快速动作、迅速制动。断路器触头的运动形式是在限定的很短的时间内做到快速直线运动，因此，要求运动系统能够做到快速动作和迅速制动。（3） 动作稳定。断路器的分闸和合闸动作要在规定的短时间内完成，特别是对分闸时间的要求特别严格，因此，要求它的动作十分稳定。（4） 足够的操动能量，按要求在规定的时间内，根据指令完成一整套合、分闸操作，要求它要具有足够大的分、合闸操动力和储存足够的能量，以满足关合短路电流的能力和完成额定操作顺序所需的足够的能量。（5） 防“跳跃”功能。在实际工程中，多在设计控制回路中采用防跳跃继电器来实现防“跳跃”功能。有些操作机构在机构方面也具有防“跳跃”功能。（6） 联锁功能。分、合闸位置联锁，保证断路器在合闸位置时合闸回路断开而不能通电，在分闸位置时分闸回路断开而不能通电；高、低气（液）压联锁，保证断路器的操动机构处在合格的气（液）压范围内才能动作，或在合闸弹簧拉紧后才能合闸；断路器与隔离开关联锁，利用断路器的辅助开关触点与隔离开关的操动机构之间设立电磁联锁，保证断路器在分闸位置时才能够操作隔离开关。（7） 重合闸功能。断路器在自动分闸后，保证在接到重合闸指令后能可靠重合闸。2、 液压操动机构（1） 液压操动机构的特点由于液压操动机构利用液体不可压缩的原理，以液压油作为传递介质，将高压油送入工作缸两侧来实现断路器分、合闸操作，因此，它具有以下特点：（a） 主要优点：输出功率大；时间延迟小、动作快；负载特性配合好，噪声小；速度容易调整；可靠性高；维修方便等（b） 主要缺点：加工工艺要求高，如果制造或装备不良，容易渗漏油；速度特性易受环境温度的影响。（2） 液压操动机构的工作原理常高压保持式液压操作机构系统的工作原理如图2-2