特高壓斷路器滅弧室結構特點淺談

包 力，經慧英（.國網內蒙古東部電力有限公司通遼供電公司,內蒙古 通遼 08000；.國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院,呼和浩特 0000）

特高壓斷路器滅弧室結構特點淺談

包 力1，經慧英2
（1.國網內蒙古東部電力有限公司通遼供電公司,內蒙古 通遼 028000；2.國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院,呼和浩特 010020）

摘要：1000kV特高壓斷路器作為特高壓工程建設中和投運后核心設備，且滅弧室作為斷路器最核心的部分，與500kV斷路器對比，闡述了在研制特高壓斷路器中，滅弧室在設計、材料選擇、觸頭分離速度、結構等方面的特點，為以后斷路器的運行維護提供可靠理論支撐。

關鍵詞：斷路器;滅弧室;特點

1 引言

斷路器的核心部分就是滅弧室。滅弧室可分為壓氣式和自能式兩種。自能式滅弧原理是指利用電弧的阻塞效應和熱膨脹提高氣室壓力來吹弧；壓氣式是指在分閘過程中利用壓縮氣室氣體吹弧的方法進行滅弧。斷路器采用的是壓氣式的滅弧方式。相對于550kV雙斷口斷路器，特高壓雙斷口斷路器很多特點。

2 特高壓斷路器斷口并聯電容器

SF6 滅弧室開斷電流時，對起始恢復電壓速率特別敏感，特別是開斷近區故障時，斷口必須承受極高的起始恢復電壓速率，比之550kV雙斷口斷路器，斷口承受的起始恢復電壓速率約高出一倍。

550kV雙斷口斷路器每斷口并聯有500～1000pF電容，此電容起斷口間均壓作用，也起降低短路開斷時恢復電壓初期的增長速度以改善開斷條件的作用。為解決特高壓斷路器斷口電壓分布問題和降低起始恢復電壓速率，斷口間也需要并聯電容，電容值應大一些。

采用的是每個斷口間并聯780pF的電容器，兩個斷口電容再串聯起來。該電容器選用的是性能參數較高的陶瓷電容片，安裝與SF6氣體中，因此其特性穩定，長時間使用不會有特性的改變，該電容器安裝在絕緣件中以防止其變形[1-2]。

3 滅弧室的優化

單個斷口間的恢復電壓幅值和靜態的斷口絕緣水平都提高了近1倍，如果簡單地按電壓相似原理成比例地放大觸頭直徑和觸頭開距，顯然是不可取的。1100kV特高壓斷路器采取的是提高滅弧能力和改善斷口電場，應用滅弧室優化設計，改善斷口電場，并優化噴口形狀等滅孤室的結構參數，使斷口氣流中介質強度恢復最低的地方不在電場最大場強處，以便保證不發生電擊穿，得以順利熄滅電弧。采取了以下措施來保證其滅弧能力：

（1）根據氣流解析和電場解析及對開斷特性使用模擬技術、開發出新型噴嘴，使之從小的線路充電電流的開斷到短路時大電流的開斷，具有較高的絕緣恢復特性、大大提高了開斷特性。

噴口內部形狀與尺寸對氣吹壓力的建立和整個熄弧過程氣吹壓力特性的影響，對弧通氣流狀態的影響很大，對滅弧室的開斷性能起著關鍵性作用。

特高壓斷路器比之其他特高壓斷路器的最大特點就是采用了3N型噴口，壓氣式滅弧方式。

噴口設計要考慮兩個主要因素：1）開斷小電容電流（相當于冷態開斷）時，要保證斷口處有足夠的介質恢復強度；2）近區故障開斷時，對短燃弧時間，要保證斷口有足夠快的介質熱恢復速度。廠家的斷路器采用的是3N噴口，該噴口為550kV，63kA單斷口斷路器的噴口是一樣的，它可以有效地改善電弧過零后氣流速度。

通過3N型噴口與常規的喇叭型噴口在斷大電流時氣流分布對比，3N型噴口有如下優點：1）產生較大的有效氣吹長度；2）有效地抑制了氣流速度的增加。

通過3N型噴口與常規的喇叭型噴口在斷小電流時氣流分布對比：1）喇叭型噴口氣流快速流過噴口喉部，降低斷口處的介質恢復強度；2）3N型噴口氣體流向弧觸頭，觸頭分開，壓力升高。

而且，3N型噴口在斷小電流時，是高密度氣體始終保持在整個分閘過程中。

（2）采用雙向同步壓氣效果，使之能勝任近區故障的開斷。

（3）設計的自冷式熱氣冷卻器、將大電流電弧加熱的熱氣在空的容積內加以冷卻，從而提高了大電流開斷時的對地絕緣能力。斷路器外殼選用的是鋼制結構，而且體積大，導熱性能好，散熱快，強度大，在切斷故障電流時，不會因為高溫高壓而爆炸。

3 提高觸頭分離速度

特高壓斷路器的觸頭開距達到230mm，相對550kV斷路器觸頭開距相對變大，在調整液壓機構和斷路器內部操動機構后，分閘速度比550kV斷路器有了較大提升，超過了10 m/s，達到12～14m/s，滿足了觸頭開距變大對分閘速度的要求。

4 噴口材料的選擇

如果噴口材料不夠好，斷路器在開斷一定次數大電流后，再切斷小電容電流的話，很可能引起斷口重擊穿，造成過電壓。這是因為開斷小電容電流的燃弧時間可能接近零，此時觸頭開距很小，且被噴口的沿面絕緣跨接，而噴口經受多次大電流開斷后，表面炭化絕緣強度降低，故而斷口承受不住如此高的恢復電壓而重擊穿，特高壓斷路器這個問題將更為嚴峻。因此，在結構設計中要采取一些措施，在噴口材料上要研究耐弧的材料[3-4]。

廠家在這方面做了大量的研究和實驗，噴口的材料也經過多次改進，經過多次試驗，完全滿足現場開斷條件。

5 斷口間絕緣子結構特點

（1）連接滅弧室傳動側和靜側，使滅弧室成為有效的整體，便于斷路器裝配。

（2）便于動靜觸頭對中和行程的調整。

（3）絕緣子整體澆注在斷路器操作過程中不易變形。

6 結束語

通過與500kV斷路器對比，闡述了在研制特高壓斷路器中，滅弧室在設計、材料選擇、觸頭分離速度、結構等方面的特點，對后續特高壓運維人員理解維護特高壓斷路器具有指導性意義。

參考文獻：

[1]董景川,郭海.特高壓斷路器的絕緣特性研究.機電信息[J]. 2002,21(08).

[2]田秋松,張健毅等.特高壓電網110kV并聯電容器組的配置和投切[J].華東電力, 2013,01(04),38-42.

[3]林集明,顧霓鴻等.特高壓斷路器的瞬態恢復電壓研究[J].電網技術,2007,12(18).

[4]田秋松,張健毅.1000kV特高壓串聯電容器接線方式與耐爆能量的分析計算[J]. 電力電容器與無功補償, 2011,32(04),48-52.

作者簡介:包力（1984-），男，工程師，主要從事電網規劃調度運行管理工作。