SF6断路器在电力系统中的发展及其故障分析[摘要]本文通过对SF6气体的特性介绍来说明SF6断路器的优点，同时简单回顾了SF6断路器在电力系统中的发展历程。本文还描述了弹簧机构和液压机构SF6断路器在运行中发生的故障，分析了故障发生的原因，并进行了相关的故障模拟，模拟的故障结果与现场的故障现象完全吻合。SF6的分子和自由电子有非常好的混合性。当电子和SF6分子接触时几乎100%的混合而组成重的负离子，这种性能对剩余弧柱的消电离及灭弧有极大的的使用价值。即SF6具有很好的负电性，它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。这些负离子的导电作用十分迟缓，从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率，因此有很好的灭弧性能。在1.01×105Pa气压下，SF6的灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。SF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使SF6断路器具有如下优点：开断能力强，断口电压使于做得较高，允许连续开断次数较多，适用于频繁操作，噪音小，无火灾危险，机电磨损小等，是一种性能优异的"无维修"断路器。在高压系统中应用越来越多。高压断路器是电力系统中重要的电气设备之一，它使用数量多、范围广，应用在电力系统的各种电压等级中。高压断路器在电能生产、传输、分配过程中的主要作用是：在正常情况下，控制各种电气设备和电力线路的断开及投入；在电力系统发生故障时，与继电保护及自动控制装置相配合，快速切断故障电流，缩小事故范围，以保证电力系统的正常运行。因此，它是否具有优良的性能，直接影响到电力系统的稳定和安全运行，在经济效益和社会效益方面具有非常重要的意义。高压断路器的发展始终与电力系统电压等级的提高密切相关。当交流330kV及以上电压等级的电力系统在20世纪50年代开始发展的时候，1952年，瑞士率先投入运行了世界上第一条400kV电压等级的交流电力线路，使电力系统的最高电压等级突破了300kV的水平，向更高电压等级发展。以后欧、美、前苏联等相继建造了330、400、500、750kV等各种电压等级的交流超高压和特高压电力系统。随着电力系统向大容量、高电压的不断发展，相应地高压断路器的种类也日益增多。高压断路器主要可分为压缩空气断路器、油断路器、真空断路器、SF6断路器及SF6混合气体断路器等类型。据有关资料介绍，现在国外主要的电力设备生产厂商已将245kV及以上高电压和超高电压电气产品全部转向了生产SF6气体绝缘电气设备或装置方面。根据SF6断路器灭弧室结构的变化，SF6断路器的发展过程可划分为以下三个阶段：第一代SF6断路器第一代SF6断路器是指早期的SF6断路器，它是沿用压缩空气断路器的原理，配置压缩机将SF6气体压缩到高压罐(1.2-1.5MPa)内。当触头开断时打开主气阀，高压力的SF6气体通过主气阀，在灭弧室喷口中形成高速气流经过弧隙喷向低压区(0.2-0.3Mpa)，使电流过零时熄灭。因为灭弧室结构有两种气体压力，所以称它为双压式灭弧室。这种SF6断路器需要压气泵和加压装置，结构复杂，环境适应能力差，已经被淘汰。2、第二代SF6断路器随着各国对SF6断路器的不断研制和开发，设计出了单压式(又称压气式)灭弧室，产生了单压式SF6断路器。它与第一代SF6断路器相比，具有结构简单、灭弧性能好、生产成本低的特点。这种SF6断路器只充入较低压力的SF6气体(一般为0.5-0.7MPa，20℃)分闸时靠动触头带动压气缸，产生瞬时压缩气体吹弧。但是，依靠机械运动产生灭弧高气压，所需操动机构操动功率大，机械寿命短，开断小电感电流和小电容电流时易产生截流过电压。一般配用较大输出功率的液压操动机构或压缩空气操动机构，固有分闸时间比较长。3、第三代SF6断路器第三代SF6断路器是指具有“自能”灭弧功能的SF6断路器。它具有开断能力强，操动机构操动功率小的优点，有利于新型操动机构的小型化，应用前景广阔。这种SF6断路器在开断短路电流时，依靠短路电流电弧自身的能量加热SF6气体，产生灭弧所需要的高气压；在开断小电感电流和小电容电流时，电弧自身的能量不足于加热SF6气体，产生灭弧所需要的高气压，这时依靠机械辅助压气建立气压，不易产生截流过电压。所需操动机构操动功率小，可配用弹簧操动机构等，操作可靠，机械寿命长，固有分闸时间短，可以制造成断口少、单断口电压等级很高的SF6断路器。目前，国内外主要的电力设备生产厂商都已生产这种SF6断路器，并大量投入了运行。例如：德国的西门子公司、瑞士的ABB公司、法国的AREVA公司等等，都已生产这种SF6断路器。有的公司到我国办厂或合作生产，在我国电力系统110-500kV电压等级中已得到广泛的使用，大大提高了电力系统的可靠、稳定、经济运行水平。随着电力系统电压等级的不断提高，人们迫切需要和寻求一