HD4型SF6斷路器的特點介紹

傅偉群

摘 要：文章對HD4型SF6斷路器研制發展狀況進行了描述，HD4型SF6斷路器在電網中是較重要的組成部分，HD4型SF6斷路器的可靠性對電網穩定運行有著重要的影響。文章以HD4型SF6斷路器作為分析目標，討論了高壓SF6斷路器可靠性研究的各種性能，詳細介紹其機械防跳工作原理、合分閘回路結構特點及回路監視的實現可能性。

關鍵詞：HD4型SF6斷路器；可靠性；性能；機械防跳；合分閘回路結構

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0127-02

1 ABB公司簡介

ABB自1992年以成立其合資企業-廈門ABB開關有限公司形式全面進入中國的中壓開關領域以來，一直著眼于中壓小型手車式真空斷路器的推廣工作，并已占據中國中壓產品元件高端市場的大部分份額。

隨著在中國中壓產品市場的深入，ABB亦已引進推廣其最成熟的SF6斷路器來滿足用戶的不同需求。

ABB首先是從ABB意大利SACE公司引進HA系列12 kV SF6斷路器，提供給中國部分特殊行業應用領域（如特種鋼鐵電鍋爐和焦化企業等），又在配合其對40.5 kV ZS3.2型鎧裝式開關柜在上海電力系統的推廣在SACE研制出HD4型40.5 kV SF6斷路器，最終ABB從SACE提供了針對中國市場滿足GB標準的HD4型3～40.5 kV各電壓等級全系列SF6斷路器。

同ABB德國Calor Emag公司研制的VD4型真空斷路器一樣，ABB意大利SACE公司研制的HD4型SF6斷路器在不同電壓等級、額定電流和開斷電流均具有統一的ESH型操作機構和內部二次元件，并與VD4型真空斷路器具備一致的外形尺寸以實現其互換性。本文就HD4型SF6斷路器的若干新特點加以詳細介紹。

2 機械防跳工作原理

通常在設計各種斷路器的時候，都會在斷路器本身添加合閘防跳回路，合閘防跳回路能夠有效對斷路器在合閘電壓長時間保持以及來自繼電保護的跳閘信號同時存在等情況做到有效預防。如在線路有故障時，電路非正常狀態下進行合閘，此種情況可能會造成斷路器反復合分閘，對斷路器有一定的損壞。通常對合閘防跳回路設計師一般會采用防跳繼電器，以HD4型SF6斷路器為例，如圖1所示，防跳繼電器K0的常開接點串聯在合閘電氣回路中，當HD4型SF6斷路器在合閘的時候，防跳繼電器K0會產生吸合并通過自保持作用使回路保持吸合狀態，串聯在合閘電氣回路中的K0常閉接點將合閘回路斷開。合閘電壓消失后，防跳繼電器K0恢復原狀態。

HD4型SF6斷路器的合閘防跳回路的設計有其獨特性，HD4型SF6斷路器沒有單獨的防跳繼電器，斷路器的防跳功能是通過合閘脫扣器YC線圈來實現。在合閘線圈受電的時候，會導致其鐵芯勵磁吸合，并能夠驅動連桿，使連桿推動合閘脫扣板，合閘彈簧隨著合閘脫扣板的推動釋放能量，完成合閘操作。此時，該連桿即與合閘脫扣板處于解扣狀態。僅當外部合閘指令消失之后，該連桿和合閘脫扣板才能夠復位。若合閘脈沖指令因為故障處于自保持狀態時，合閘線圈鐵芯勵磁而長時保持吸合，合閘連桿與合閘脫扣板將始終處于解扣狀態，故即使隨后斷路器分閘且合閘彈簧已儲能，也無法使合閘彈簧釋放能量，就無法完成第二次合閘。

實踐證明，該斷路器本體上的機械防跳功能優于電氣防跳功能，是極其有效和可靠的。傳統的電流起動并電壓自保的TBJ電氣防跳繼電器不再需要。這樣，合閘回路不再存在常閉型接點，斷路器合閘的可靠性大為提高。

3 合閘回路的結構特點

合閘閉鎖條件為作用于合閘閉鎖電磁鐵，而該電磁鐵對合閘線圈的作用亦是通過機械連桿實現的。在合閘線圈回路不再串聯任何輔助接點，而設有電子防護回路，通過電子防護回路表現為合閘前后線圈阻抗的切換變化。

HD4型SF6斷路器是一種手車式斷路器，HD4型SF6斷路器在合閘有會有一定的條件。如想要將斷路器手車從試驗位置轉向到斷路器手車位置之后，則需要對動、靜觸頭有一定的要求，必須要求其在完全可靠接觸的情況下才允許合閘，如果不能保證動、靜觸頭能夠完全可靠接觸必須加以閉鎖，以防對觸頭燒毀產生破壞。另外，必須保障彈簧已儲能時才可以合閘，不然也必須加以閉鎖。HD4型SF6斷路器是一種常見的手車式斷路器，以HD4型SF6斷路器為例，如圖1所示，HD4型SF6斷路器利用手車試驗的位置、運行的位置2和付限位開關S9、S8共同來實現對合閘閉鎖電磁鐵Y1的控制，閉鎖電磁鐵Y1對輔助接點S2實現聯動，輔助接點S2串聯在合閘回路當中。如果HD4型SF6斷路器手車從試驗位置推向運行位置不到位，輔助接點S2將不能閉合而導致合閘回路不通，從而使斷路器無法合閘。

在接到合閘指令的0～200 ms時間間隔內，其線圈功率輸出為250 W。充分滿足合閘操作機構需求之沖擊功率，其后，該電子保護回路自動改變其輸出功率，使滿足合閘鐵芯保持在吸合狀態所需之功率，約為5 W左右，即將合閘線圈回路的電流限制在20 mA（220 V）或40 mA（110 V）左右。合閘回路的電流波形圖，如圖2所示。因此，即使合閘出口接點長期吸合或由其出口接點切斷，其電流總被抑制在20 mA（220 V）或40 mA（110 V）左右。如此低的功耗，既不會燒合閘出口繼電器的接點、也不會燒斷路器的合閘線圈。這是HD4型斷路器先進而獨到之處。為了防止燒毀合閘出口中間繼電器的接點，要求該接點具有最短閉合時間不少于250 ms。斷路器主觸頭的標準合閘時間為43～55 ms。

第一峰： 1.31 A 11.5 ms

第二峰： 1.69 A 43 ms

保持電流： 38 mA 194.3 ms

4 分閘回路的結構特點

分閘線圈回路中串有斷路器常開型輔助接點，其線圈的消耗功率約為125 W。當未串入斷路器常開輔助接點時，其跳閘回路的電流波形圖，如圖3所示。從圖中可見跳閘線圈的功率是不變的。斷路器分閘后由其輔助接點自動切斷跳閘電流。其切斷時間較主觸頭慢約2～3 ms（斷路器主觸頭的標準分閘時間為36～40 ms）。防止跳閘出口接點先于此時間切斷、拉弧而被燒毀，要求跳間出口接點的最短閉合時間大于100 ms或者其斷弧能力大于跳閘功率。

第一峰： 0.62 A 11.7 ms

第二峰： 0.78 A 47.7 ms

注：測量時跳閘線圈未串入斷路器的常開接點

ABB的REF54_系列繼電器既滿足最短閉合時間的相關要求、又滿足斷弧功率。跳閘回路無需采用跳閘電流自保持 （TBJ）結線，這樣跳閘回路簡單而可靠。跳閘線圈能獲得最大的全功率、以及跳閘電流快速上升，提高了斷路器跳閘的可靠性。

5 對分、合閘回路完整性監視裝置的要求

我國國內在生產高壓試驗的儀器與試驗設備方面已經有了很大的改進，現在高壓試驗的儀器與試驗設備逐漸向微機化和數字化發展，工作效率上得到了很大的提高。

①分閘線圈Y01的阻抗為460 ohm（220 V）或130 ohm（110 V），建議回路監視限制在20 mA以下。

②合閘線圈YC在合閘0～200 ms的時間間隔內其瞬間功率為250 W，阻抗為200 ohm（220 V）或57 ohm（110 V）；在>200 ms長時運行的功率為5 W，阻抗為14 400 ohm（220 V）或2 900 ohm（110 V），為避免合閘線圈長期勵磁（合閘脫扣板不能復位）而導致不能正常合閘。回路的監視電流必須限制在10 mA（220 V）或20 mA（110 V）以下。

③綜合①、②所述的要求，再經過試驗測試，國產常規采用的HWJ和TWJ回路監視繼電器、信號燈或電壓型中間繼電器已無法實現與HD4合分閘回路有效匹配。

采用ABB的SPER1系列單獨的回路監視繼電器或ABB REX、REF等系列綜合測控保護裝置，這些監視繼電器都基于恒流源動作原理，能適用于HD4型SF6斷路器的分、合閘回路監視。恒流源產生于其監視回路的出口兩端，監視電流極小約為1.5～2 mA（DC 110 V或220 V） 。

④斷路器輔助接點與主開關的動作時序，如圖4所示，HD4設計結構上的先進性使得其輔助接點反應時效優于VD4真空斷路器（約20 mA）。

主開關分閘時，常開接點滯后主開關2 ms；主開關合閘時，常開接點滯后主開關2 ms，常閉接點滯后4 ms。

6 其他性能

HD4型SF6斷路器以SF6氣體作為滅弧和絕緣介質，當在110 kV及以上高壓環境中時，HD4型SF6斷路器使用的是自能式熱膨脹結合壓力助吹滅弧的先進技術，使用這項先進的技術能保證斷路器開斷時電流逐漸熄滅（在電流第一次過零時熄滅），能夠保證工作電路中不會出現截流和重燃現象，在對設備的操作過程中不會出現過電壓現象。HD4型SF6斷路器設置有SF6低壓報警設備和低壓閉鎖輸出接點（但不配SF6密度表），HD4型SF6斷路器的滅弧室部分是永久免費維護的密封系統。

現在國內外出現了多種斷路器，一般斷路器使用時需要利用提供彈簧儲能狀態等輸出接點，HD4型SF6斷路器從意大利ABB公司原裝進口的產品，HD4型SF6斷路器不能夠達到彈簧儲能狀態輸出接點。所以在HD4型SF6斷路器運到現場之后，會通過一定的方式來解決這個缺陷：

將彈簧儲能電動機限位開關S33M的一對空閑接點3、4利用起來，用導線引至斷路器航空插座43#、44#空閑插針位置，通過航空插座線將S33M的接點3、4引出斷路器接上開關柜端子排，作為彈簧儲能狀態輸出接點使用。

7 結 語

通過以上對HD4型SF6斷路器的實例以分析和由將HD4型SF6斷路器與其他類型的斷路器的對比可看出，在合閘閉鎖回路、合閘防跳回路等功能的實現上HD4型SF6斷路器有著明顯技術特點和優越的產品性能。HD4型SF6斷路器裝配有齊全的機械和完整的電氣閉鎖裝置，使其能夠配合著開關柜內其他聯鎖裝置一起使用。這種運行方式既能夠避免斷路器在非正常狀態下運行，也能夠對操作人員誤操作帶來的損壞有一定的預防作用，能夠確保操作人員的人身和試驗設備的安全。

參考文獻：

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