特高压断路器灭弧室结构特点浅谈

包 力，经慧英（.国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司,内蒙古 通辽 08000；.国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院,呼和浩特 0000）

特高压断路器灭弧室结构特点浅谈

包 力1，经慧英2
（1.国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司,内蒙古 通辽 028000；2.国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院,呼和浩特 010020）

摘要：1000kV特高压断路器作为特高压工程建设中和投运后核心设备，且灭弧室作为断路器最核心的部分，与500kV断路器对比，阐述了在研制特高压断路器中，灭弧室在设计、材料选择、触头分离速度、结构等方面的特点，为以后断路器的运行维护提供可靠理论支撑。

关键词：断路器;灭弧室;特点

1 引言

断路器的核心部分就是灭弧室。灭弧室可分为压气式和自能式两种。自能式灭弧原理是指利用电弧的阻塞效应和热膨胀提高气室压力来吹弧；压气式是指在分闸过程中利用压缩气室气体吹弧的方法进行灭弧。断路器采用的是压气式的灭弧方式。相对于550kV双断口断路器，特高压双断口断路器很多特点。

2 特高压断路器断口并联电容器

SF6 灭弧室开断电流时，对起始恢复电压速率特别敏感，特别是开断近区故障时，断口必须承受极高的起始恢复电压速率，比之550kV双断口断路器，断口承受的起始恢复电压速率约高出一倍。

550kV双断口断路器每断口并联有500～1000pF电容，此电容起断口间均压作用，也起降低短路开断时恢复电压初期的增长速度以改善开断条件的作用。为解决特高压断路器断口电压分布问题和降低起始恢复电压速率，断口间也需要并联电容，电容值应大一些。

采用的是每个断口间并联780pF的电容器，两个断口电容再串联起来。该电容器选用的是性能参数较高的陶瓷电容片，安装与SF6气体中，因此其特性稳定，长时间使用不会有特性的改变，该电容器安装在绝缘件中以防止其变形[1-2]。

3 灭弧室的优化

单个断口间的恢复电压幅值和静态的断口绝缘水平都提高了近1倍，如果简单地按电压相似原理成比例地放大触头直径和触头开距，显然是不可取的。1100kV特高压断路器采取的是提高灭弧能力和改善断口电场，应用灭弧室优化设计，改善断口电场，并优化喷口形状等灭孤室的结构参数，使断口气流中介质强度恢复最低的地方不在电场最大场强处，以便保证不发生电击穿，得以顺利熄灭电弧。采取了以下措施来保证其灭弧能力：

（1）根据气流解析和电场解析及对开断特性使用模拟技术、开发出新型喷嘴，使之从小的线路充电电流的开断到短路时大电流的开断，具有较高的绝缘恢复特性、大大提高了开断特性。

喷口内部形状与尺寸对气吹压力的建立和整个熄弧过程气吹压力特性的影响，对弧通气流状态的影响很大，对灭弧室的开断性能起着关键性作用。

特高压断路器比之其他特高压断路器的最大特点就是采用了3N型喷口，压气式灭弧方式。

喷口设计要考虑两个主要因素：1）开断小电容电流（相当于冷态开断）时，要保证断口处有足够的介质恢复强度；2）近区故障开断时，对短燃弧时间，要保证断口有足够快的介质热恢复速度。厂家的断路器采用的是3N喷口，该喷口为550kV，63kA单断口断路器的喷口是一样的，它可以有效地改善电弧过零后气流速度。

通过3N型喷口与常规的喇叭型喷口在断大电流时气流分布对比，3N型喷口有如下优点：1）产生较大的有效气吹长度；2）有效地抑制了气流速度的增加。

通过3N型喷口与常规的喇叭型喷口在断小电流时气流分布对比：1）喇叭型喷口气流快速流过喷口喉部，降低断口处的介质恢复强度；2）3N型喷口气体流向弧触头，触头分开，压力升高。

而且，3N型喷口在断小电流时，是高密度气体始终保持在整个分闸过程中。

（2）采用双向同步压气效果，使之能胜任近区故障的开断。

（3）设计的自冷式热气冷却器、将大电流电弧加热的热气在空的容积内加以冷却，从而提高了大电流开断时的对地绝缘能力。断路器外壳选用的是钢制结构，而且体积大，导热性能好，散热快，强度大，在切断故障电流时，不会因为高温高压而爆炸。

3 提高触头分离速度

特高压断路器的触头开距达到230mm，相对550kV断路器触头开距相对变大，在调整液压机构和断路器内部操动机构后，分闸速度比550kV断路器有了较大提升，超过了10 m/s，达到12～14m/s，满足了触头开距变大对分闸速度的要求。

4 喷口材料的选择

如果喷口材料不够好，断路器在开断一定次数大电流后，再切断小电容电流的话，很可能引起断口重击穿，造成过电压。这是因为开断小电容电流的燃弧时间可能接近零，此时触头开距很小，且被喷口的沿面绝缘跨接，而喷口经受多次大电流开断后，表面炭化绝缘强度降低，故而断口承受不住如此高的恢复电压而重击穿，特高压断路器这个问题将更为严峻。因此，在结构设计中要采取一些措施，在喷口材料上要研究耐弧的材料[3-4]。

厂家在这方面做了大量的研究和实验，喷口的材料也经过多次改进，经过多次试验，完全满足现场开断条件。

5 断口间绝缘子结构特点

（1）连接灭弧室传动侧和静侧，使灭弧室成为有效的整体，便于断路器装配。

（2）便于动静触头对中和行程的调整。

（3）绝缘子整体浇注在断路器操作过程中不易变形。

6 结束语

通过与500kV断路器对比，阐述了在研制特高压断路器中，灭弧室在设计、材料选择、触头分离速度、结构等方面的特点，对后续特高压运维人员理解维护特高压断路器具有指导性意义。

参考文献：

[1]董景川,郭海.特高压断路器的绝缘特性研究.机电信息[J]. 2002,21(08).

[2]田秋松,张健毅等.特高压电网110kV并联电容器组的配置和投切[J].华东电力, 2013,01(04),38-42.

[3]林集明,顾霓鸿等.特高压断路器的瞬态恢复电压研究[J].电网技术,2007,12(18).

[4]田秋松,张健毅.1000kV特高压串联电容器接线方式与耐爆能量的分析计算[J]. 电力电容器与无功补偿, 2011,32(04),48-52.

作者简介:包力（1984-），男，工程师，主要从事电网规划调度运行管理工作。