2023年高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)教材

高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)教材

目錄

第一章、高壓斷路器基礎(chǔ)知識(shí)................................................4

第一節(jié)、高壓斷路器的基本功能...........................................4

第二節(jié)、高壓斷路器的分類和發(fā)展?fàn)顩r.....................................5

第三節(jié)、開關(guān)電弧理論和絕緣介質(zhì)特性.....................................6

第四節(jié)、高壓斷路器的性能參數(shù)...........................................8

第二章、高壓SF6斷路器....................................................11

第一節(jié)、SF6高壓斷路器的特點(diǎn)和發(fā)展歷程.................................11

第二節(jié)、SF6高壓斷路器的滅弧原理及結(jié)構(gòu).................................14

第三節(jié)、高壓斷路器的操動(dòng)結(jié)構(gòu)...........................................18

第三章、高壓組合電器......................................................22

第一節(jié)、SF6封閉組合電器(GIS)的發(fā)展方向和技術(shù)問題...................22

第二節(jié)、SF6封閉組合電器(GIS)的技術(shù)特點(diǎn)..............................25

第三節(jié)、戶外緊湊型組合式開關(guān)設(shè)備.......................................26

第四章、真空斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn).....................................28

第一節(jié)、真空斷路器的技術(shù)特點(diǎn)............................................28

第二節(jié)、真空斷路器的整體結(jié)構(gòu)............................................31

第三節(jié)、永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器簡(jiǎn)介..........................................33

第五章、隔離開關(guān)設(shè)備......................................................34

第一節(jié)、隔離開關(guān)設(shè)備的功能和型式.........................................35

第二節(jié)、技術(shù)先進(jìn)廠家的高壓隔離開關(guān)設(shè)備技術(shù)...............................36

第六章、高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行管理..............................................39

第一節(jié)、概述...............................................................39

第二節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的驗(yàn)收和投運(yùn)..........................................39

第三節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)............................................40

第四節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的操作.................................................45

第五節(jié)、缺陷管理...........................................................48

第六節(jié)、事故處理及預(yù)案.....................................................50

第七節(jié)、技術(shù)管理...........................................................53

第八節(jié)、技術(shù)培訓(xùn)...........................................................56

第七章、高壓開關(guān)設(shè)備的檢修工作..............................................57

第一節(jié)、檢修的一般規(guī)定.....................................................57

第二節(jié)、檢修的周期.........................................................58

第三節(jié)、檢修前的準(zhǔn)備工作...................................................60

第四節(jié)、檢修人員的要求.....................................................61

第五節(jié)、檢修環(huán)境的要求.....................................................61

第六節(jié)、檢修項(xiàng)目及技術(shù)要求.................................................61

第七節(jié)、檢修報(bào)告...........................................................71

第八節(jié)、檢修廢油、廢棄等的處理.............................................71

第九節(jié)、檢修后設(shè)備的投運(yùn)...................................................71

第八章、高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)監(jiān)督................................................73

第一節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)選型............................................73

第二節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的監(jiān)造................................................73

第三節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備的安裝及投產(chǎn)驗(yàn)收......................................75

第四節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)督..............................................76

第五節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備檢修監(jiān)督..............................................77

第六節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)改造監(jiān)督..........................................78

第七節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備缺陷監(jiān)督...............................................78

第八節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)監(jiān)督分析評(píng)估......................................79

第九節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備監(jiān)督告警...............................................80

第十節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)檔案監(jiān)督..........................................81

第九章、高壓開關(guān)設(shè)備預(yù)防事故措施............................................81

第一節(jié)、管理措施...........................................................81

第二節(jié)、運(yùn)行措施...........................................................81

第三節(jié)、技術(shù)措施...........................................................82

第十章、高壓開關(guān)設(shè)備交接、預(yù)防性試驗(yàn)........................................89

第一節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備交接、預(yù)防性試驗(yàn).......................................89

第二節(jié)、高壓開關(guān)設(shè)備交接、預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程..................................102

第一章高壓斷路器基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)、高壓斷路器的基本功能

斷路器（circuit-breaker）的定義為：能夠關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路的正常

電流，也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流（包括短路電流）的

開關(guān)設(shè)備。一般來講對(duì)地電壓高于IkV的斷路器為高壓斷路器。

高壓斷路器也應(yīng)該能開斷空載長(zhǎng)線的充電電流（容性電流）、空載變壓器的

勵(lì)磁電流（感性小電流）等等。通常使用的斷路器分合頻度不大，不經(jīng)常承載、

開斷和關(guān)合短路電流，但有些特殊斷路器也用于頻繁分合。

總的來說，為實(shí)現(xiàn)斷路器的作用，要求斷路器具備以下最基本的功能：

（1）在關(guān)合狀態(tài)時(shí)為良好的導(dǎo)體，在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)各部位溫度和溫升低

于最大允許發(fā)熱溫度和允許溫升，能夠承受短路情況下熱的和機(jī)械的作用。

（2）在開斷狀態(tài)時(shí)，具有良好的絕緣性能。在不同環(huán)境條件下，皆能承

受對(duì)地同相以及不同相端子間的電壓。

（3）在關(guān)合狀態(tài)的任一時(shí)刻，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，能夠開斷額定開斷

電流及以下的各種故障電流。

（4）在開斷狀態(tài)的任意時(shí)刻，在短時(shí)間內(nèi)能關(guān)合處于短路狀態(tài)下的電路。

在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行中，存在著各種類型的開關(guān)設(shè)備，國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)其進(jìn)

行了定義。

隔離開關(guān)（disconnector）：在分位時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和

明顯的斷開標(biāo)志；在合閘位置時(shí)，能承載正常線路條件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)

異常條件（短路）下的電流的開關(guān)。

負(fù)荷開關(guān)（switch,load-breakingswitch）：能關(guān)合、開斷及承載運(yùn)行線路正

常電流（包括規(guī)定的過載電流），也能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載規(guī)定的異常電流（短

路電流）的開關(guān)。

接地開關(guān)（earthingswitch）：用于將回路接地的一種機(jī)械式開關(guān)裝置。在異

常條件（短路）下，可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載規(guī)定的異常電流。但在正常的回路條件

下，不要求承載電流。

接觸器（contactor）：手動(dòng)操作除外，只有一個(gè)休止位置，能關(guān)合、承載及開

斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關(guān)合裝置。

重合器（automaticcircuitrecloser）：能夠按照預(yù)定的順序，在導(dǎo)電回路中進(jìn)

行開斷和重合操作，并在其后自動(dòng)復(fù)位、分閘閉鎖或合閘閉鎖的自具（不需要外

加電源）控制保護(hù)功能的開關(guān)設(shè)備。

金屬封閉開關(guān)設(shè)備：開關(guān)柜（metal-enclosdswitchgear）：除進(jìn)出線外，其余

完全被接地金屬外殼封閉的開關(guān)設(shè)備。

組合電器（composite叩paratus）：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)的整體而各電器仍保持原規(guī)定功能的裝置。

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；封閉式組合電器（gasinsulatedmetal-enclosed

switchgear,GIS）：至少有一部分采用高于大氣壓的氣體作為絕緣介質(zhì)的金屬封

閉開關(guān)設(shè)備。

第二節(jié)、高壓斷路器的分類和發(fā)展?fàn)顩r

1.斷路器的分類

按斷路器滅弧原理來劃分，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。

按照斷路器的用途來劃分，有發(fā)電機(jī)保護(hù)用斷路器、線路用斷路器（包括輸

電用斷路器和配電用斷路器）、供電用斷路器（一般為6.9kV~40.5kV）、高壓直

流斷路器（開斷直流回路）。

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)高壓開關(guān)設(shè)備的性能要

求也越來越高，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

高壓開關(guān)設(shè)備的技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，高壓開關(guān)設(shè)備正在向著高壓大容量、

自能化、小型化、組合化、智能化的方向發(fā)展。

（1）高壓大容量斷路器。

目前隨著特高壓輸電系統(tǒng)工程的開展，500kV電壓等級(jí)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，并

且從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性角度的要求，都需要發(fā)展單元斷口、容量大、電壓高的

斷路器。

（2）斷路器滅弧的自能化。

自能式滅弧室最大限度的利用了電弧自身的能量，使滅弧室建立起氣吹熄弧

所必需的操作功可降低為壓氣式的20%o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。

自能式斷路器由于熄弧技術(shù)先進(jìn)、操作功小、整體體積小、因而在126~252kV

電壓等級(jí)應(yīng)用逐漸增多，大有取代壓氣式斷路器之勢(shì)。

(3)高壓開關(guān)設(shè)備的小型化。

高壓開關(guān)設(shè)備小型化的目的是為了減少占地空間、進(jìn)一步與環(huán)境相協(xié)調(diào)和易

于組合化。小型化有著重要的社會(huì)意義。

(4)高壓開關(guān)設(shè)備的組合化。

高壓開關(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。例如GIS,

GIS幾乎囊括了大部分高壓電器和保護(hù)檢測(cè)電器，使原來分立的電器功能成為一

個(gè)整體概念，可以說目前GIS的設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平成為高壓開關(guān)設(shè)備水平的代表。

(5)高壓開關(guān)設(shè)備的智能化。

目前隨著光電互感器、數(shù)字化變電站理論的成熟和技術(shù)的發(fā)展，逐漸提出了

電器智能化的要求，目前集中在斷路器智能化上的要求主要有：斷路器自身狀態(tài)

的檢測(cè)和故障診斷；對(duì)電網(wǎng)故障的診斷和信息遠(yuǎn)傳技術(shù)；自動(dòng)重合閘的智能控制；

同步操作技術(shù)等。

(6)高壓開關(guān)設(shè)備的高可靠性。

高壓開關(guān)設(shè)備的可靠性主要體現(xiàn)在兩方面，一方面為電氣可靠性，另一方面

則是機(jī)械可靠性。就目前的技術(shù)條件來說，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)械可靠性問題。因?yàn)闄C(jī)械可靠性是和設(shè)計(jì)制造水平，材料技

術(shù)息息相關(guān)的。提高機(jī)械可靠性是高壓電器發(fā)展的主要努力方向。

第三節(jié)、開關(guān)電弧理論與絕緣介質(zhì)特性

(一)電弧相關(guān)知識(shí)

開關(guān)設(shè)備使用觸頭分?jǐn)嗷芈分械碾娏?，在大氣環(huán)境中開斷電流，只要電壓超

過12~20V,被開斷的電流超過O.25~1A,在觸頭的間隙(弧隙)中通常產(chǎn)生一

團(tuán)溫度極高、發(fā)出強(qiáng)光和能夠?qū)щ姷慕茍A柱形的氣體，這就是電弧。

電弧是由三個(gè)部分構(gòu)成的，陰極區(qū)域、弧柱區(qū)域和陽極區(qū)域。電弧的陰極區(qū)

域?qū)﹄娀〉陌l(fā)生和物理過程具有重要的意義，形成電弧放電的大部分電子是在陰

極區(qū)產(chǎn)生或由陰極本身發(fā)射的。電弧放電時(shí)，實(shí)際上并不是整個(gè)陰極全部參加放

電過程，陰極表面的放電只集中在一個(gè)很小的區(qū)域上。這個(gè)小區(qū)域稱為陰極斑點(diǎn)，

它是一個(gè)非常集中，面積很小的光亮區(qū)域，其電流密度很大，是電弧放電中強(qiáng)大

電子流的來源。同樣陽極表面也存在陽極斑點(diǎn)，它接受從弧柱中過來的電子?；?/p>

柱是由高溫、游離了的氣體形成的充滿了帶電粒子的等離子體。

（二）SF6氣體的基本特性

近年來，SF6氣體作為斷路器的滅弧介質(zhì)得到了迅速的發(fā)展。SF6氣體本來

是作為具有空氣數(shù)倍的絕緣強(qiáng)度的絕緣氣體為人們所熟悉。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常快。因此在高壓斷路器中SF6氣體既

作為滅弧介質(zhì)，也作為絕緣介質(zhì)。

純凈的SF6氣體是無色、無味、無毒和不可燃的鹵素化合物氣體。純凈的

SF6氣體是穩(wěn)定和無毒的介質(zhì)，但是高溫分解出來的低氟化物卻具有劇毒。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。

在20℃和O.IMPa時(shí)，其相對(duì)密度為6.135,即為空氣相對(duì)密度的5倍。在

O.IMPa氣壓時(shí)，沸點(diǎn)為-60C。至150C為止，SF6為化學(xué)惰性，和高壓斷路器

中常用的金屬等其他材料不發(fā)生化學(xué)作用。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S2、F2、S、

F等，在有濕氣的時(shí)候?qū)ΣＡШ徒饘儆懈g作用。并且這些成分和蒸發(fā)的金屬結(jié)

合成一種極細(xì)的金屬氟化物粉末，其電阻很高影響斷路器的電氣性能。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。

（三）真空滅弧的基本特性

在真空中熄滅電弧的研究很早就開始了。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。

在真空中開斷電流有很多優(yōu)點(diǎn)：①開斷時(shí)不需要外加氣體或者液體滅弧介質(zhì)，

真空是不可燃的，也不會(huì)放出火焰或者氣體，無火災(zāi)或爆炸的危險(xiǎn)；②觸頭的電

氣壽命長(zhǎng)；③有較大的開斷能力，開斷近區(qū)故障時(shí)不需要并聯(lián)電容器或電阻；④

真空中介質(zhì)強(qiáng)度高，觸頭開距很小，需要的操作功也小。

真空中滅弧過程會(huì)出現(xiàn)一種特有的現(xiàn)象。對(duì)于工頻電流的電弧，在電弧電流

接近自燃零點(diǎn)時(shí)，由于金屬蒸汽不足和電源電壓不夠高而會(huì)突然熄滅。熄滅后的

真空間隙最終可以承受很高的電壓。從熄弧前的幾十伏電弧電壓到能承受近

lOOkV的電壓（12mm真空間隙）需要一個(gè)過程，這個(gè)過程即為真空燃弧間隙介

質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。在恢復(fù)過程中，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。熄弧后真空間隙在恢復(fù)電壓的作用下

有可能被擊穿而引起電弧的重燃。引起重燃的原因有：①燃弧和燃弧后電極放出

過量的氣體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500kV/cm以上產(chǎn)生場(chǎng)致?lián)?/p>

穿④電流過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)初期①②

為重燃的主要原因，后期③④為主要原因。

第四節(jié)、高壓斷路器的性能參數(shù)

（一）電流的通過能力

斷路器在閉合的狀況下導(dǎo)電系統(tǒng)長(zhǎng)期通過的電流，或在限定時(shí)間內(nèi)能夠安全

通過的一定的負(fù)荷電流成為斷路器的額定電流。在通過這個(gè)一電流時(shí)，斷路器各

部分的允許溫度不能超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(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、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、

6300、8000>10000、12500>16000、20000（A）。

額定短時(shí)耐受電流又稱額定熱穩(wěn)定電流，是在規(guī)定的短時(shí)間T內(nèi)，斷路器閉

合位置所能耐受的電流。在流過這一電流的時(shí)間內(nèi)，斷路器的溫升應(yīng)不超過規(guī)定

的數(shù)值。我國(guó)規(guī)定的短時(shí)間為2s。短時(shí)電流的通過能力，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。

額定峰值耐受電流即為額定動(dòng)穩(wěn)定電流，是指斷路器在閉合位置所能耐受的

峰值電流，其值等于額定短路關(guān)合電流是其額定短路開斷電流交流分量有效值的

2.5倍。在通過這一電流時(shí)，斷路器應(yīng)不受損壞而能繼續(xù)正常工作。

（二）開斷性能

開斷能力是斷路器最重要的性能之一。額定開斷電流也即額定短路開斷電流,

標(biāo)志著高壓斷路器開斷短路故障的參數(shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定斷路器的額定短路開斷電

流是在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)的工頻及瞬態(tài)恢復(fù)電壓下，能夠開斷的最大短路電流。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)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若直流分量不超過20%,則額定短路開斷電流僅以交流分量

有效值表征。

（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)定電流通過斷路器時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間（Is、4s、5s或10s,我國(guó)國(guó)標(biāo)

規(guī)定為4s）內(nèi)，溫度不超過規(guī)定的允許發(fā)熱溫度，且無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。熱穩(wěn)定電流一般用多少秒內(nèi)允許通過的電流有

效值來表示。且一般采用與額定開斷電流相等的數(shù)值。

（2）.額定峰值耐受電流（動(dòng)穩(wěn)定電流或極限通過電流）：

指斷路器的觸頭未分開之前或合閘時(shí)，允許通過短路電流的最大值。其值等

于額定短路關(guān)合電流，是額定短路開斷電流交流分量有效值的2.5倍。短路電流

的最大峰值一般出現(xiàn)在短路電流發(fā)生后電流波形的第一個(gè)周波內(nèi)。在通過此電流

后，斷路器應(yīng)不受電動(dòng)力的破壞且能繼續(xù)正常工作。極限通過電流決定于斷路器

的導(dǎo)電部分和支持絕緣部分的機(jī)械強(qiáng)度，以及觸頭的結(jié)構(gòu)形式。極限通過電流表

示斷路器對(duì)短路電流電動(dòng)穩(wěn)定性。

2.操作性能和動(dòng)作時(shí)間

（1）分閘時(shí)間：從開關(guān)分閘操作起始瞬間（即接到分閘指令瞬間）起到所有

極的觸頭都分離瞬間的時(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。

（3）合閘時(shí)間：處于分閘狀態(tài)的斷路器，從接到合閘指令瞬間起到所有極的

觸頭都接觸瞬間的時(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。

（5）合分時(shí)間（金屬短接時(shí)間）：合操作中，從首合極各觸頭都接觸瞬間起到

隨后的分操作時(shí)所有極中弧觸頭都分離瞬間的時(shí)間間隔。

（6）合（分）閘同期性：開關(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。

（7）合閘彈跳時(shí)間：指對(duì)于真空斷路器在合閘過程中，動(dòng)、靜觸頭在接觸瞬

間發(fā)生的短暫、多次的合分過程所需的時(shí)間。

圖1-1-1斷路器分閘時(shí)間

圖1-1-2斷路器合閘時(shí)間

圖1-1-3斷路器自動(dòng)重合閘時(shí)間(0—t—CO)

3.機(jī)械壽命

由于開關(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。

但是由于斷路器不僅僅正常操作，在實(shí)際情況中，經(jīng)常需要開斷故障電流，

因此對(duì)斷路器還應(yīng)有電壽命的要求，一般對(duì)220SF6斷路器開斷額定短路電流次

數(shù)的要求為20次。

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。斷路器可以按結(jié)構(gòu)分為磁柱式(PGCB)和罐式(T.GCB)兩種，

按安裝位置分為戶內(nèi)和戶外兩種。

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。

(2)介質(zhì)恢復(fù)速度特別快，因此開斷近區(qū)故障的性能特別好，通常不加并

聯(lián)電容即能可靠地切斷各種故障而不產(chǎn)生過電壓。

(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斷路器允許開斷的次數(shù)多，檢修周期長(zhǎng)。

鑒于SF6斷路器的優(yōu)秀特性，使其受到重視，自20世紀(jì)50年代第一臺(tái)SF6

斷路器誕生之后，發(fā)展速度很快。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，高壓力區(qū)氣壓為1.5MPa,低壓區(qū)為0.3MPa。開斷時(shí)，氣流由高壓

區(qū)向低壓區(qū)流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)熄弧，故此種開關(guān)也稱雙壓式斷路器。雙壓氣式斷路器

結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且容量低，經(jīng)過研究和改進(jìn)，逐漸利用開斷過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。60年代以后，單壓氣式斷路器進(jìn)入高速

發(fā)展時(shí)期，主要改進(jìn)的方面為氣流設(shè)計(jì)和優(yōu)化壓縮氣體容積上。

單壓氣式斷路器按照滅弧結(jié)構(gòu)分成定開距式斷路器和變開距式斷路器，定開

距能開斷較高的電流，而變開距式則有斷口電壓高的優(yōu)勢(shì)。目前，這兩種型式的

斷路器都有了很大的發(fā)展，開斷電流從20kV增大到63kV；開斷電流從最初的

72kV提高到360kV、420kV及目前最高的550kVo

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。這種原理利用電弧本身能量熄滅電弧本身，不需要操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供

很大的能量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了操動(dòng)功。

SF6斷路器的外形結(jié)構(gòu)可以分為絕緣子支柱式（圖2-1）和落地罐式（圖2-2）兩

大類。

圖l-2-1550kV絕緣子支柱式SF6斷路器圖1-2-2550kV罐式SF6斷路器

1均壓電容2合閘電阻3滅弧室1套管式電流互感器2滅弧室3套管

4絕緣拉桿5操動(dòng)機(jī)構(gòu)6支柱瓷套4合閘電阻5吸附劑6操動(dòng)機(jī)構(gòu)

7連桿箱8接線端子7并聯(lián)電容器8罐體

K絕緣子支柱式高壓SF6斷路器的總體結(jié)構(gòu)屬積木式結(jié)構(gòu)。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。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是可以用串聯(lián)若干個(gè)開斷元件和加

高對(duì)地絕緣的方法組成更高電壓等級(jí)的斷路器。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。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，電流互感器不能裝在斷路

器本體上，只能單獨(dú)裝在自己的絕緣支柱上，通過空氣絕緣的連接線連接到斷路

器上。

2、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)氧樹脂澆注絕緣子承擔(dān)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在出線套管

上裝設(shè)電流互感器，也可以利用出線套管的電容制成電容式分壓器，同時(shí)還可以

和隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等組成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備。罐式斷路器重心低，抗

震能力好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。然而罐式斷路器制造難度較大，殼體與環(huán)氧樹脂澆注件都

需要大型成套加工設(shè)備，因此比一般的磁柱式斷路器貴。

第二節(jié)、SF,,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，高壓SF6

氣體經(jīng)過噴口吹響低壓系統(tǒng)，與電弧發(fā)生能量交換使電弧熄滅。圖2-3為雙壓式

滅弧室結(jié)構(gòu)示例。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。通過噴口和吹弧屏罩的作用控制電弧的位置和高壓

SF6氣體的流動(dòng)方向。

圖1-2-3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)。

分閘過程中，動(dòng)觸頭和靜出頭分離的瞬間，靜觸頭的定弧極和動(dòng)觸頭的內(nèi)壁

先分離，也就最早產(chǎn)生電弧，這時(shí)，通向高壓氣室的閥已經(jīng)打開，SF6氣體從高

氣壓區(qū)順著箭頭的方向流動(dòng)，通過噴口和吹弧屏罩的作用，按著一定的方向流動(dòng)，

最后電話在SF6氣吹的作用下熄滅。

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。

（二）單壓式SF6斷路器

因?yàn)閴嚎s機(jī)的存在，導(dǎo)致斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)很高，所以人們通過研究，

利用開斷過程中壓縮SF6氣體的方式，取消了壓縮機(jī)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就

成為單壓氣式SF6斷路器。

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。

單壓氣式SF6斷路器滅弧室分為變開距式和定開距式兩種。

圖1-2-4壓氣式變開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.變開距

圖2-4即為變開距式滅弧室，如圖2-5所示，活塞是固定不動(dòng)的。分閘時(shí)，

操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過連桿帶動(dòng)動(dòng)觸頭、噴口、壓氣缸運(yùn)動(dòng)，活塞對(duì)壓氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行

壓縮，使氣體壓力升高，當(dāng)動(dòng)觸頭進(jìn)一步的動(dòng)作，噴口打開進(jìn)入氣吹階段，氣體

在壓氣缸的作用下吹向電弧，產(chǎn)生能量交換使電弧熄滅。這個(gè)過程中，要求動(dòng)靜

觸頭分開到噴口打開有一段距離，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)。

更進(jìn)一步的氣吹方式為雙向氣吹式，這種滅弧結(jié)構(gòu)主氣流流過大直徑的絕緣

噴口，支氣流流過兩個(gè)空心觸頭。這種結(jié)構(gòu)限制了絕緣材料進(jìn)入絕緣噴口，提高

了開斷容量，和單向吹弧方式相比，能提高開斷電流20%以上。

圖1-2-5壓氣式變開距雙向吹弧滅弧室工作原理

a）合閘位置b）開始?xì)獯惦A段c）雙向吹弧階段

2.定開距

在定開距滅弧室中（圖2-6）,電弧最后被引到兩個(gè)固定開距的觸頭上燃燒,

然后通過氣吹熄滅。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。當(dāng)動(dòng)觸頭脫離

左邊的帶噴口的空心觸頭后，產(chǎn)生電弧，電弧被吸引到兩個(gè)噴口之間燃燒，并且

被SF6氣體熄滅。

圖1-2-6壓氣式定開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，在電流過零時(shí)，熄滅電弧。

由于利用電弧能量，使得不需要操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供很大的操作功，同時(shí)氣體的氣

壓是電弧建立的，所以在分閘中不需要很高的分閘速度，也減少了對(duì)操作機(jī)構(gòu)做

功的要求。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%。

目前的SF6高壓斷路器大多采用混合式滅弧原理，即用膨脹+助吹或者壓氣

十助吹式，這樣做能提高滅弧效能和斷路器性能。

圖2-7中是自能式SF6斷路器開斷過程示意圖，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。

圖1-2-7熱膨脹+助吹SF6斷路器開斷過程

a）合閘位置b）開斷短路電流c）開斷小電流d）分閘位置

1靜弧觸頭2絕緣噴口3靜觸頭4動(dòng)弧觸頭5動(dòng)主觸頭

6熱膨脹室7主觸頭8、11閥門9輔助壓力室10汽缸

當(dāng)開斷大電流時(shí)，觸頭分開產(chǎn)生電弧，電弧加熱周圍的氣體，被電弧加熱的

氣體通過氣孔進(jìn)入膨脹室，熱氣體與膨脹室中原有的冷氣體混合，形成高壓力低

溫氣體，當(dāng)噴口打開時(shí)，高壓氣體吹至噴口，與電弧發(fā)生強(qiáng)烈的能量交換，當(dāng)電

流經(jīng)過過零點(diǎn)時(shí)熄滅電弧。在這個(gè)過程中，由于開斷電流產(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，輔助氣室不起作用。

當(dāng)開斷小電流時(shí)，產(chǎn)生的電弧不足以提供滅弧所需的壓力，因此在動(dòng)觸頭系

統(tǒng)相對(duì)于固定活塞移動(dòng)時(shí)，在輔助氣室形成壓力。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,

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。

第三節(jié)、高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)

操動(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器的重要組成部分。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。

（一）對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求

1合閘

當(dāng)斷路器關(guān)合工作電流時(shí)，相對(duì)容易，但是在故障狀態(tài)下，需要關(guān)合的回路

中有上萬安培的電流時(shí)，斷路器的導(dǎo)電回路會(huì)承受數(shù)千牛頓以上的電動(dòng)力，這時(shí)

候需要操動(dòng)機(jī)構(gòu)所做的功非常大。

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。

3分閘

操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分閘操作應(yīng)能滿足斷路器分閘時(shí)間和分閘速度的要求。

（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)通過減速裝置完成，并

且經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲(chǔ)能狀態(tài)。開斷時(shí)，鎖扣借助磁力脫扣彈簧釋放能量，經(jīng)

過機(jī)械傳遞單元驅(qū)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)。

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理為：電動(dòng)機(jī)通過減速裝置和儲(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。當(dāng)接收到合閘信號(hào)時(shí)，將釋放脫扣器閉鎖合閘裝置，使彈簧能量釋

放。這部分能量一部分通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使斷路器合閘，另一部分能量通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

使分閘彈簧儲(chǔ)能，為分閘操作進(jìn)行準(zhǔn)備。另外當(dāng)合閘過程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)會(huì)立即接

通電源，通過儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)使合閘彈簧重新儲(chǔ)能，準(zhǔn)備下一次合閘。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。

圖1-2-8彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

a）分閘位置（分合閘彈簧均未儲(chǔ)能）b）分閘位置（合閘彈簧已儲(chǔ)能）

c）合閘位置（分閘彈簧儲(chǔ)能，合閘彈簧未儲(chǔ)能）

d）合閘位置（分合閘彈簧均已儲(chǔ)能）

1合閘保持摯子2分閘觸發(fā)器3分閘電磁鐵4合閘觸發(fā)器5合閘電磁鐵

6分閘保持摯子7合閘彈簧8油緩沖器9分閘彈簧10凸輪11棘輪

12拐臂13棘爪輪14棘爪15主軸16滾輪

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間不受天氣變化影響和電壓變化影響，保證了合閘的可

靠性，工作穩(wěn)定，合閘速度較快，同時(shí)操動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)電源的要求不高。

（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。因?yàn)槔脡?/p>

縮空氣作為能源，所以氣動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要大功率的直流電源。

4

8

b)

圖1-2-9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16差動(dòng)活塞受壓面2

7管道8壓縮空氣入口

如圖2-9所示，分合閘操作主要由控制閥3來完成。分閘時(shí)，控制閥使壓縮

空氣經(jīng)過管道7進(jìn)入差動(dòng)活塞1上方，由于差動(dòng)活塞受壓面6大于壓面5,因此

活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)斷路器操作桿，完成分閘操作并保持在分閘位置。合閘時(shí)，

通過閥門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。

氣動(dòng)機(jī)構(gòu)中壓縮空氣的質(zhì)量對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的可靠性有著重要的影響。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。

（四）液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)

液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)是用液壓油作為能源來進(jìn)行操作的機(jī)構(gòu)。

圖1-2-10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過濾器11輔助開關(guān)

如圖2-10,合閘時(shí)液壓閥通過電磁方式開啟，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)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行

合閘。操動(dòng)機(jī)構(gòu)要求在壓力發(fā)生下降時(shí)斷路器仍能保持合閘位置。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)到開斷位置。

第三章、高壓組合電器

組合電器一般是將高壓斷路器、負(fù)荷開關(guān)、熔斷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、

避雷器等電器設(shè)備組合在一起，還有電壓互感器、電流互感器以及控制、測(cè)量、

保護(hù)等裝置組合成組合電器。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。

高壓組合電器一般有封閉式組合電器（GIS）、絕緣金屬封閉式組合電器（C-

GIS）（充氣柜）以及發(fā)展迅速的戶外緊湊型組合式開關(guān)設(shè)備。

第一節(jié)、SF6封閉式組合電器（GIS）的發(fā)展方向和技術(shù)問題

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。

是在SF6斷路器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。GIS是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(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。由于GIS既封閉又組合，所以

占地面積小，占用空間少，不受外界環(huán)境條件的影響，不產(chǎn)生噪聲和無線電干擾,

運(yùn)行安全且維護(hù)工作量少，因而得到大力發(fā)展。一般情況下GIS的占地面積僅

為敞開式布置的10%一下甚至更小，占用空間也更小。

（一）GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

GIS有單相封閉式和三相封閉式（三相共筒式）兩種不同結(jié)構(gòu)。

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。但是分筒

式的結(jié)構(gòu)鋼外殼中感應(yīng)電流引起的損耗大，外殼數(shù)量以及密封面大，增加了漏氣

的可能性。同時(shí)隨著電壓的升高占地面積也會(huì)增大。

圖1-3-1三相母線共筒式排列結(jié)構(gòu)示意圖

1-屏蔽罩2-蓋3-母線4-外殼5-絕緣體

三相共筒式（圖3-1）就是將主回路元件的三相裝在公共的接地外殼內(nèi)，通

過環(huán)氧樹脂澆注絕緣子支撐和隔離。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。由于外殼數(shù)量少，可以大大節(jié)省材料，同時(shí)密

封點(diǎn)數(shù)少所以漏氣故障率就低。此外還可以減少渦流損耗和現(xiàn)場(chǎng)安裝維修的工作

量。三相共筒式的缺點(diǎn)是內(nèi)部電場(chǎng)不均勻，相間影響大，易出現(xiàn)相間短路。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。

圖1-3-2252kV三相共筒式GIS結(jié)構(gòu)圖

（二）GIS高電壓、大容量小型化

GIS從問世以來一直向著高電壓大容量和小型化的方向發(fā)展。斷路器是GIS

中最重要的組成部分。目前363kV和550kV單斷口的斷路器已經(jīng)研制成功，大

大縮小了GIS的體積。在126kV~252kV電壓等級(jí)上開發(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。

高性能氧化鋅（ZnO）避雷器的使用降低了雷電沖擊絕緣水平，大大減小了

絕緣尺寸和GIS尺寸。另外目前許多GIS中使用了三工位的隔離開關(guān)，即關(guān)合、

隔離和接地由一個(gè)開關(guān)完成。還有環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)的進(jìn)步使得澆注大型絕緣筒

成為可能。

（三）GIS設(shè)備需要考慮的其他因素

1、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，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)。

2、水分影響

SF6氣體內(nèi)含有水分的主要原因有：新氣體中含有水分；安裝過程中進(jìn)入水

分。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。同時(shí)水分對(duì)SF6氣體的分解生成物也有影響。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。

（四）GIS的發(fā)展方向

1、復(fù)合化

GIS向著更加小型化的方向發(fā)展，復(fù)合化的主要措施有：將電纜終端、電壓

互感器、避雷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)置于一個(gè)罐內(nèi)，以減少充氣罐的數(shù)目，從

而大大縮小體積。

2、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。利用的新的傳感器技術(shù)

采集信息，用光纖傳輸信息，用計(jì)算機(jī)處理信息，監(jiān)視斷路器和GIS運(yùn)行狀態(tài),

實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，這樣做可以大大的提高運(yùn)行可靠性，同時(shí)大大節(jié)省檢修費(fèi)用，帶

來巨大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。

第二節(jié)SF6絕緣金屬封閉式組合電器（C-GIS）的技術(shù)特點(diǎn)

C-GIS是GIS技術(shù)與開關(guān)柜技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也稱作氣體絕緣開關(guān)柜（C

代表cubicle）。C-GIS具有柜式外殼，它是將三相高壓元件裝在內(nèi)設(shè)間隔的焊接

鋼板箱體內(nèi)，箱體內(nèi)充略高于大氣壓的SF6氣體作為絕緣，及時(shí)壓力降到零表壓,

仍具有全耐壓強(qiáng)度。C-GIS不受外界條件的限制，可以運(yùn)行在環(huán)境惡劣的場(chǎng)所。

目前在12~126kV的電壓等級(jí)中，國(guó)外各大制造公司都有C-GIS的產(chǎn)品。目前

12~72.5kV等級(jí)中的產(chǎn)品種類較多。

（一）、C-GIS的特點(diǎn)

C-GIS有以下的有點(diǎn)：縮小變電所面積，因?yàn)橹骰芈穼?dǎo)電部分全部封閉在

SF6氣體中，不受塵埃、濕氣和周圍環(huán)境的影響，可長(zhǎng)期保持可靠性和安全性。

由于C-GIS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。

（二）、C-GIS的分類和結(jié)構(gòu)

C-GIS的分類可以按斷路器分為SF6斷路器和真空斷路器；按照用途分為電

力配電、變電和工業(yè)配電用；按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)高壓元件分為有隔板和無隔板、氣體

絕緣母線與固體絕緣母線式；按照結(jié)構(gòu)可以分為圓筒式和箱式結(jié)構(gòu)。目前C-GIS

從早期的圓筒式結(jié)構(gòu)發(fā)展成和通常開關(guān)柜相似的箱式結(jié)構(gòu)。

第三節(jié)、戶外緊湊型組合式開關(guān)設(shè)備

戶外緊湊型組合式開關(guān)設(shè)備就是將高壓元件高度集成化，開發(fā)研制出的，這種

緊湊型組合式開關(guān)有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是相對(duì)于敞開式開關(guān)，可以大大減少占地面積。

二是相對(duì)于GIS,可以大大節(jié)省費(fèi)用。

（一）高度集成的高壓開關(guān)設(shè)備（HIS）

西門子推出的HIS是一中高度集成的高壓開關(guān)設(shè)備，是將現(xiàn)有的空氣絕緣

和SF6絕緣的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起的組合。HIS的特點(diǎn)是斷路器的直接連接，不需要

許多的戶外套管或絕緣子，也不需要基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)，這種組合式的開關(guān)設(shè)備的

基礎(chǔ)就是水平放置在支架上的斷路器。斷路器可以和電流互感器組合，在一側(cè)或

者兩側(cè)可裝隔離開關(guān)，還可以裝封閉式接地開關(guān)。

（二）PASS組合開關(guān)設(shè)備

PASS意為插接式開關(guān)系統(tǒng)，是ABB公司基于敞開式開關(guān)和全封閉式組合電

器開發(fā)的。PASS的主要特點(diǎn)是它的集成化和多個(gè)功能集成在一起的模塊化。這

種模塊包括斷路器、隔離開關(guān)、電壓和電流互感器，母線為空氣絕緣。

PASS與敞開式開關(guān)設(shè)備的接線的最大區(qū)別是沒有線路側(cè)隔離開關(guān)和接地開

關(guān)。由于線路側(cè)的隔離開關(guān)作用是在維修時(shí)起到隔離作用，由于PASS的高可靠

性所以很多PASS接線中取消了線路側(cè)隔離開關(guān)。

圖1-3-38DN8型145kV三相封閉HIS示意圖

1斷路器2斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)

3隔離開關(guān)和接地開關(guān)4分離模塊

5電流互感器6電壓互感器

7高速接地開關(guān)8電纜終端模塊

9室外封閉10框架

母線?

圖1-3-4MO型雙母線PASS的接線圖

1隔離開關(guān)和接地開關(guān)2斷路器3電流互感器

第四章、真空斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)

第一節(jié)、真空斷路器的技術(shù)特點(diǎn)

真空滅弧室是真空斷路器中的一個(gè)重要部件。由于真空間隙的絕緣強(qiáng)度很

高，開斷后介質(zhì)恢復(fù)速度快，因此滅弧室觸頭開距很小，利用金屬波紋管與操動(dòng)

機(jī)構(gòu)連接操作。

一、外殼

外殼用來密封真空滅弧室，不僅要容納和支持真空滅弧室內(nèi)的種種零件，而

且當(dāng)動(dòng)、靜觸頭在開斷位置時(shí)起絕緣作用。因此對(duì)外殼首先要求氣密性好，不能

有漏孔存在，其次要有一定的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能。

二、波紋管

金屬波紋管被普遍用作動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的真空密封。波紋管的一端固定，連在滅

弧室的一個(gè)端面上，另一端運(yùn)動(dòng)，連至動(dòng)觸頭的導(dǎo)桿上。常用的波紋管有液壓成

型式和焊接式。波紋管的伸縮量決定了觸頭開距的大小，壽命決定了開關(guān)開斷的

次數(shù)，目前真空斷路器的機(jī)械壽命一般在幾萬次以上。

a)b)

a）液壓成型b）膜片焊接

圖1-4-2真空滅弧室波紋管

三、屏蔽罩

在觸頭周圍設(shè)置屏蔽罩，可以擋住電弧生成物的去路，防止絕緣外殼因?yàn)殡?/p>

弧生成物的污染而導(dǎo)致的絕緣強(qiáng)度的降低和絕緣破壞。

屏蔽罩結(jié)構(gòu)一般分為兩種：一種為內(nèi)屏蔽罩，外殼承擔(dān)兩端之間的絕緣；另外一

種為外屏蔽罩，屏蔽罩成為真空殼體的一個(gè)主要部分，兩端的陶瓷（或玻殼）承

擔(dān)絕緣。在真空滅弧室的設(shè)計(jì)中，屏蔽罩的結(jié)構(gòu)形狀和表面狀態(tài)對(duì)絕緣性能影響

很大。

四、觸頭

觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，真空滅弧室的開斷能力和電氣壽命主

要由觸頭決定。目前真空開關(guān)的觸頭接觸方式為對(duì)接式。

真空滅弧室的開斷能力主要和觸頭的結(jié)構(gòu)有關(guān)，真空觸頭主要有三種型式：平板

觸頭，橫磁場(chǎng)觸頭，縱磁場(chǎng)觸頭。

o

d)

a）平板觸頭b）杯狀橫磁場(chǎng)觸頭c）螺旋橫磁場(chǎng)觸頭

d）縱磁場(chǎng)觸頭1e）縱磁場(chǎng)觸頭2

圖1-4-3真空斷路器觸頭型式

1.平板觸頭

最初的真空滅弧室采用簡(jiǎn)單的平板觸頭。要增大開斷電流，就得增大觸頭面

積，當(dāng)觸頭面積較小的時(shí)候，其極限開斷電流和直徑幾乎呈線性關(guān)系，但是當(dāng)觸

頭直徑大于50mm后，直徑的增加，極限開斷電流就很少增加了。當(dāng)電流超過

10kA時(shí)，真空電弧聚集，并聚集在局部地區(qū)，隨著電弧溫度的增加，產(chǎn)生嚴(yán)重

的熔焊點(diǎn)，失去了開斷電流的能力。所以平板電流一般用于8000A以下。

2.橫磁場(chǎng)觸頭

為了防止觸頭局部熔焊，利用電弧沿特殊路徑流過觸頭產(chǎn)生橫磁場(chǎng)而驅(qū)動(dòng)電

弧在觸頭表面上運(yùn)動(dòng)。橫磁場(chǎng)觸頭通常為杯狀橫磁場(chǎng)觸頭和螺旋橫磁場(chǎng)觸頭。

3.縱磁場(chǎng)觸頭

縱磁場(chǎng)觸頭沿正極性真空弧柱的軸向施加一磁場(chǎng)，使其熄滅更加強(qiáng)烈。目前

縱磁場(chǎng)觸頭在實(shí)驗(yàn)室中能做到200kA,并且仍有可能進(jìn)一步發(fā)展。

4.觸頭材料

現(xiàn)在真空斷路器的觸頭材料一般為CuCro由于真空斷路器一直被過電壓?jiǎn)?/p>

題困擾，目前國(guó)外大力研究低過電壓觸頭材料來限制過電壓。比如以銀為主的銅

銀硒低過電壓觸頭材料，在CuCr觸頭中添加高蒸汽材料以及用銅格-a多元材料

等。但是由于CuCr觸頭將截流值成功的限制在3~5A,故一般情況下不采用限

制過電壓的措施。

第二節(jié)、真空斷路器的整體結(jié)構(gòu)

真空斷路器外絕緣分為空氣絕緣和復(fù)合絕緣兩種，空氣外絕緣斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

單，造價(jià)低。復(fù)合絕緣產(chǎn)品采用的是整體固封環(huán)氧樹脂工藝，由于環(huán)氧樹脂具有

許多良好的特性，如良好的加工工藝，良好的絕緣性能以及非常高的耐壓強(qiáng)度和

機(jī)械強(qiáng)度，因此可以大大提高真空斷路器的絕緣強(qiáng)度。減少相間絕緣距離，可以

使斷路器體積大大減小。

另外真空斷路器的整體結(jié)構(gòu)有組合式和一體化式，組合式的斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)

是獨(dú)立的，有利于加工配套。一體化式布置斷路器為目前的使用較多的型式，比

如VS1型斷路器，這種斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)為斷路器的固有組成部分，一體化成型，

這樣的設(shè)計(jì)減少了中間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也能使

用戶不經(jīng)過調(diào)試而直接投入使用。

圖1-4-4VS1型戶內(nèi)真空斷路器總體結(jié)構(gòu)

1上出線座2上支架3真空滅弧室4絕緣筒5下出線座

6下支架7絕緣拉桿（內(nèi)加觸頭簧）8傳動(dòng)拐臂9分閘彈簧

10傳動(dòng)連板11主軸傳動(dòng)拐臂12分閘保持掣子13連板

14分閘脫口器15手動(dòng)分閘頂桿16凸輪17分合指示牌連桿

25

圖1-4-5VS1彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)

1儲(chǔ)能到位切換用微動(dòng)開關(guān)2銷3限位桿

4滑塊5拐臂6儲(chǔ)能傳動(dòng)輪7儲(chǔ)能軸

8滾輪9儲(chǔ)能保持掣子10合閘彈簧

11手動(dòng)儲(chǔ)能蝸桿12合閘電磁鐵13手動(dòng)儲(chǔ)能傳動(dòng)蝸輪

14電機(jī)傳動(dòng)鏈輪15電機(jī)輸出軸16儲(chǔ)能電機(jī)17聯(lián)鎖傳動(dòng)彎板

18傳動(dòng)鏈條19儲(chǔ)能保持軸20閉鎖電磁鐵21拐臂22凸輪

23儲(chǔ)能傳動(dòng)鏈輪24邊板25儲(chǔ)能指示牌

圖1-4-6在開啟位置下的彈簧機(jī)構(gòu)示意圖

第三節(jié)、永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器簡(jiǎn)介

和傳統(tǒng)的斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，永磁機(jī)構(gòu)采用了一種全新的工作原理和結(jié)

構(gòu)、工作時(shí)主要運(yùn)動(dòng)部件只有一個(gè)，無需機(jī)械脫扣、鎖扣裝置，故障發(fā)生情況少,

可靠性較高。

（一）永磁機(jī)構(gòu)的合閘都是采用電磁操動(dòng)。按照機(jī)構(gòu)在分閘操作時(shí)的不同

可以分為電磁操動(dòng)（也即俗稱的雙穩(wěn)態(tài)）和彈簧機(jī)構(gòu)（也就是單穩(wěn)態(tài)）兩種型式。

從線圈數(shù)目上分為單線圈和雙線圈兩種（圖4-7）,從外形上可以分為方形機(jī)構(gòu)和

圓形機(jī)構(gòu)。

方形電磁鐵圓形電磁鐵

圖1-4-7兩種形狀電磁鐵和永磁機(jī)構(gòu)縱向剖面圖

1靜鐵心2動(dòng)鐵心3、4永磁體5分閘線圈

6合閘線圈7驅(qū)動(dòng)桿

(-)永磁機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和技術(shù)先進(jìn)性

1、永磁機(jī)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是工作時(shí)主要運(yùn)動(dòng)部件只有一個(gè)，無需機(jī)械脫扣、

鎖扣裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。從而使永磁機(jī)構(gòu)的使用壽命非常長(zhǎng)，能做到10萬次以上

甚至更高。另外因?yàn)闆]有機(jī)械脫扣、鎖扣裝置，高速運(yùn)動(dòng)部件少，使得永磁機(jī)構(gòu)

發(fā)生故障的幾率非常小，機(jī)械可靠性非常高。

2、在操作動(dòng)力方面，永磁機(jī)構(gòu)可以采用儲(chǔ)能電容或者電池進(jìn)行供電，和彈

簧機(jī)構(gòu)一樣可用小功率電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

3、目前鈦鐵硼永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)很強(qiáng)，永磁機(jī)構(gòu)能夠提供非常大的吸合力，

使真空開關(guān)觸頭的壓力更大。

第五章、隔離開關(guān)設(shè)備

第一節(jié)、隔離開關(guān)設(shè)備功能和型式

裝設(shè)隔離開關(guān)的最大目的是為了確實(shí)可靠地隔離電源。要求隔離開關(guān)在分?jǐn)?/p>

狀態(tài)下應(yīng)有明顯可見的斷口。在關(guān)合狀態(tài)下，導(dǎo)電系統(tǒng)中可以通過正常的工作電

流和故障下的短路電流。

一、隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)的功能

1、隔離開關(guān)在分閘后應(yīng)建立可靠的絕緣間隙，將被檢修線路和設(shè)備與電源

隔開。隔離開關(guān)在任何狀態(tài)下都不能被擊穿，因此它的斷口耐壓一般比其對(duì)地絕

緣的耐壓高出10%~15%o

2、根據(jù)運(yùn)行需要變換母線接線方式。

3、可以用隔離開關(guān)開斷或者關(guān)合一定長(zhǎng)線路的充電電流和一定容量空載變

壓器的勵(lì)磁電流。

4、某些分?jǐn)嗨俣容^快的隔離開關(guān)與接地開關(guān)配合的話，可以在某些終端變

電站代替斷路器使