《宁夏电力｝２ｏｏ８年第６期 ８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构特点分析 康真 （宁夏电力公司超高压电网运行分公司， 宁夏银川市７５００１１） 摘要： 分析了８００ｋＶＸ￣断口罐式断路器的结构、特点、作用及原理，认为８００ｋＶ；￣断口罐式断路器在结构设 计上取得了创新，其各项性能可以满足超高压电网的运行需求。 关键词：８００ｋＶ； 双断口罐式断路器； 结构特点； 分析 中图分类号：ＴＭ５６１．３，ＴＭ７２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—３６４３（２００８）０６－００２４—０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ８００ｋＶ ｄｏｕｂｌｅ－ｂｒｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｔａｎｋ ｓｗｉｔｃｈ ＫＡＮＧ Ｚｈｅｎ （ＥＨＶ Ｇｒｉｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｆｉｌｉａｌｅ ｏｆ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ ７５００１ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ Ｓｔｎｌｃｔｕｒｅ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｉｎｅｉｐｉｅ ｏｆ ｔｈｅ ８００ｋＶ ｄｏｕｂｌｅ ｂｒｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｔａｎｋ ｓｗｉｔｃｈ，ｄｅｅｍｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ８００ｋＶ ｄｏｕｂｌｅ ｂｒｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｔａｎｋ ｓｗｉｔｃｈ ｍａｋｉｎｇ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｏｐｍ ａｔ／ｏｎ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ＥＨＶ Ｇｒｉｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：８００ｋＶ；ｄｏｕｂｌｅ ｂｒｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｌａｎｋ ｓｗｉｔｃｈ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ａｎａｌｙｓｉｓ １ 引言 输电线路的功率输送能力与电压的平方成正比，与输 电线路的阻抗成反比。考虑不同电压等级输电线路的阻抗 ２ ８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构原理 ８００ｋＶ双断臼罐式断路器型号为：ＬＷ１３—８００／Ｙ５０００— ５Ｏ，断路器为三极分装、罐式双断口结构，三极电气控制部 分集中于汇控柜内。每个单极呈“Ｖ”字形结构，见图１。上部 变化时，电压升高１倍，输送能力将提高４倍『ｌ１，因此要大幅 度地提高线路的输电能力，特别是远距离输电线路的输电 能力，就必须提高电网的电压等级。日前随着我国经济的发 展，西北地区原有的３３０ｋＶ主网架及其线路走廊已无法满 足电网发展及电力外送的需求。因此，建设７５０ｋＶ电网是 西北地区乃至全国电网发展的迫切需求。但是７５０ｋＶ输变 电线路所必需的８００ｋＶ高 开关设备，阂际上仍为三断口 或凹断口断路器，技术相对落后；而国外企业生产的７５０ｋＶ ＧＩＳ价格又相当昂贵，这种状况严重制约了我国电力事业 的发展。２００８年８月我国自丰研发的第１台８００ｋＶ双断口 罐式断路器在银川东７５０ｋＶ变电站顺利投运，改变了国外 ８００ｋＶ开关产品的垄断地位，也为我国超高压电网的发展 提供了产品技术保障。 ５６０２ １一机构；２－大罐；３－电流互感器；４一套管；５－灭弧室 图１ 双断口罐式断路器的单极结构 收稿日期：２００８—１０～０８ 作者简介：康真（１９７４一），男，工程师，从事电网高 试验 Ｉ：作。 ・２４・ 《宁夏电力））２００８年第６期 ８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构特点分析 发生击穿现象，灭弧单元的触头 在开断过程中各时刻的表面场 强必须保持与已成熟的５５０ｋＶ 或３６３ｋＶ单断口断路器同样条 件下的场强值，且速度特性也能 够满足，这在技术上还不够成 熟，国外也没有制造８００ｋＶ单 断口灭弧室的先例。从国外断路 器型式及８００ｋＶ ＧＩＳ的断口特 点分析，通过断口单元串联，提 高断路器的电压等级可以满足 超高压电网的需求，而且也可大 大减少开发费用。断口串联开断 只要保证各断口间的绝缘、均压 图２ 罐式断路器灭弧室结构 和机械动作的同步性，就能保证 为倾斜的进出线套管，紧接套管下方的是电流互感器，每个 各断口所具有的开断性能。为此，８００ｋＶ罐式Ｓ 断路器采 套管下方各有一组。电流互感器和进出线套管均安装在接 用ＧＩＳ中已成熟的双断口结构型式。两断口串联连接，水平 地的灭弧室罐体上方。ＣＹＡ１５型液压弹簧操动机构挂于灭 布置于灭弧室罐体的两侧，在断口处并联有电容。通过试 弧室罐体的下部。灭弧室由两个单断口灭弧单元串联而成。 验，８００ ｋＶ双断口罐式断路器断口工频耐压值可以达到 灭弧室内部结构整体呈左右对称布置（见图２）。正中间是 ９６０（＋３２０）ｋＶ，断口间雷电冲击耐受电压值为２１００（＋４６０） 水平传动系统，它通过绝缘支撑（盆式绝缘子）安装到接地 ｋＶ，操作冲击耐受电压值为１３００（＋６５０）ｋＶ，额定短路开断 的罐体内。灭弧单元的动触头安装在水平传动系统的两侧。 电流达到５０ｋＡ（到２０１５年。西北７５０ｋＶ电网建成后系统最 传动系统通过绝缘拉杆与操动机构连接。静触头位于与动 大短路电流为３１．５ ｋＡ），分闸时间同期≤３ｍｓ，合闸时间同 触头相隔的断口两侧，在断口处通过绝缘件支撑固定，静触 期￣＜４ｍｓ。其断口试验性能超出国外８００ｋＶ ＧＩＳ的要求和国 头侧连接外部引流导电杆。合闸电阻安装在静触头侧的法 内高压开关技术标准的要求。 兰上。分合闸时，液压机构建压，弹簧储能，通过分合指令控 ３．２灭弧室分析 制电磁控制阀的动作。控制阀动作，弹簧储能后的高压液压 ８００ｋＶ罐式断路器灭弧室内的主要部件为：动弧触头、 油就会在液压机构活塞的上下截面上产生压力差，活塞动 静弧触头、动主触头、静主触头、喷口及支座，在断口上并联 作从而带动绝缘拉杆上下运动完成分合闸操作。 有电容，在静触头上连有合闸电阻。灭弧室内部结构整体呈 左右对称布置，其电气回路构成如图３所示。 ３ ８００ｋＶ罐式断路器结构特点分析 并联电容器 并联电容器 ３．１双断口结构分析 目前国内外单断口罐式ＳＦ６断路器最高电压等级为 ５５０ｋＶ，国外８００ｋＶ断路器的产品中，以瓷柱式断路器为 主，采用４个断口串联（ＡＢＢ、ＡＬＳＴＯＭ、ＡＥＧ、ＳＩＭＥＮＳ等） 断口１ 断口２ 和３个断口串联（ＡＬＳＴＯＭ）。尚未见到采用２断口的 图３断路器电气回路 ８００ｋＶ瓷柱式ＳＦ６断路器。对于２断口断路器ＡＢＢ、 ３．２．１灭弧动作原理分析 ＳＩＭＥＮＳ、东芝、三菱等国外厂家均有８００ｋＶ ＧＩＳ供货，在超 如图２所示灭弧室内部结构整体呈左右对称布置，因 高压中，敞开式双断口罐式ｓ 断路器还未曾使用。 此以单断口为例，当断路器合闸时，此时机构动作，绝缘拉 对于单断口断路器来说，继续提高一个断口的耐压水 杆向下运动带动水平传动系统动作（绝缘拉杆处在充满ＳＦ６ 平，从技术、经济等各方面考虑，目前还不能实现，例如对于 气体的密闭罐内，承受着系统电压对地的主绝缘的作用）。 瓷柱式断路器来说灭弧室是用瓷套支撑的，电压等级越高， 因为合闸电阻要预投入，连接合闸电阻的辅助断口先接通 则瓷套越高，断口单元的尺寸和重量将随之增加，断路器的 （８ｍｓ １２ｍｓ），如图３所示。此时动触头向前运动，断口扯 重心越高，稳定性和抗震性难以保证。对于罐式结构，单断 弧，由于喷口位于动触头的前侧，当动触头向前运动时，处 口电压等级的提高，将迫使断口尺寸发生极大变化，灭弧室 在压气缸的活塞与动触头相对运动，动触头与活塞之间的 断口在８００ｋＶ电压等级的恢复电压作用下，要保证绝缘不 气隙增大向进吸气，此时断口拉弧就随着吸气方向进入喷 ・２５・ 《宁夏电力））２００８年第６期 ８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构特点分析 接掉就可限制合闸过电压。７６５ｋＶ ６分裂输电线路的波阻 抗值为２５９．９１２，２倍的波阻抗值为５１９．８Ｆ／，据前分析合闸 电阻的阻值应大于５１９．８１２。但是，考虑合闸电阻热容量的 要求合闸电阻的选择又不可太大，一般超高压输电线路的 合闸电阻的阻值的选择范围为：４００１－／＇～６００１１，合闸电阻在此 范围内可以有效的限制操作过电压，可以使过电压倍数限 制在１．８ｐｕ以下…。８００ｋＶ双断Ｅｌ罐式断路器选用的合闸电 阻阻值为５７２ｆ￣。 ３．３套管的结构特点分析 图４灭弧动作原理 ８００ｋＶ罐式断路器套管由绝缘支持件、接地法兰、接地 屏蔽筒、悬浮电位屏蔽筒、瓷套、中心导体（引线１、屏蔽环 及瓷套等构成，结构见图５所示。ＬＷ１３—８００罐式断路器套 Ｅｌ内侧，动弧触头与静弧触头接触后，在灭弧介质作用下电 弧自动熄灭，随后动主触头与静主触头接触完成合闸动作。 当断路器分闸时，此时由于连接合闸电阻的辅助断口是弹 簧压缩后的压紧接触连接，当动主触头与静主触头分离时 分闸速度非常快，此时弹簧力的加速度没有动主触头与静 主触头分离的加速度快，因此连接合闸电阻的 辅助断口先分离，动主触头与静主触头随后分 离，如图４所示 随着动触头向后运动，断口扯 弧，压气缸的活塞压气，此时断口拉弧就会被 强大的气流吹灭或当电压过零值时熄灭。在整 头避免了强燃弧的烧损。 ３．２．２并联电容器的作用分析 一管不同于变压器等油纸绝缘型套管，它是内空纯瓷性套管， 约重３５００ｋｇ，套管外绝缘爬距大于２０ｍ。一般来说对于高 电压等级以上的设备出线套管普遍采用电场较均匀的同轴 绝缘 接地 接地 悬浮电位 屏蔽筒 瓷套 中心导体屏蔽环 个合闸和分闸动作过程中动主触头与静主触 支持件 法兰屏蔽筒 图５罐式断路器套管结构 圆柱形电场结构，且电容式套管的设计和使用经验表明，多 层同轴圆柱形屏蔽对改善电场分布效果非常好。然而对断 路器来说随着电压等级的提高，断路器套管的中心导体与 接地法兰问电场分布的不均匀性变得非常突出，通过增设 接地内屏蔽可以改善电场分布 。凼此在断路器套管的底部 法兰处加装与导电杆同轴方向的接地屏蔽圆筒，改善电场 分布使接地法兰处也形成比较均匀的电场。并在接地屏蔽 般来说对于多个断口串联而成的断路器由于带电部 位对接地罐体的杂散电容的影响，会导致在分闸时，每个断 口问承受的电压不一样。超高压８００ｋＶ ＳＦ６断路器由两个 断口构成，在断路器断口Ｊ司增加电容可以减小断口问所承受 电压的不均匀性１２１。罐式断路器一般不采用定型的标准电容 器，而是根据罐体内部的结构需求选取合适的电容元件组合 成满足断口耐压和电容值要求的电容器。８００ｋＶ罐式断路器 根据断口实际，每断口配１０４０ｐＦ的陶瓷电容器，其断口试验 值满足断口需求。另外当并联电容器－－一定时，当输电线路发 筒的内侧加装不等高的绝缘悬浮电位屏蔽筒用于减小由于 瓷套尺寸变化引起的电场不均匀现象，改变瓷套表面的电 位分 ，使其卫！接近理想状态。另外由于套管端部对地电压 等级较高。尖端对空气的电离作用较大，为防止尖端电场不 均匀，空气发生电离起晕，在套管上端加装屏蔽环均匀空气 中的电场，可以防止可见电晕现象的发生。 ３．４液压弹簧操动机构的原理及特点分析 ３．４．１贮能原理 生近区接地或短路故障时，在丹断故障时，电容可以降低断 口高频恢复电压上升限度，有利于改善开断性能。 ３．２．３合闸电阻的作用分析 输电线路在关合空数长线时，比如银川Ｉ东至兰州东 ７５０ｋＶ输电线，若线路 有残余电压或兰州东侧开关在合， 且合闸时电源与线路侧电 的极性相反，就有可能产生２ 接通油泵电机回路，电机带动油泵运转，油泵输出的高 压油同时进入ｉ个贮能活塞的上端，推动贮能活塞向前运 动压缩弹簧进行贮能。贮能到位后，弹簧行程开关切断油泵 电机，油泵停转，贮能过程结束。当操作后或泄漏到一定值 时，弹簧行程开关接通油泵电机再次补压到油泵停转位置。 ３．４．２分闸操作原理 倍以匕的过电压，所以断路器必须要加装合闸电阻来限制 合闸操作过电压。断路器加装合闸电阻等值电路图如图３ 所示。合闸时，断路器辅助断口先合，电源经合闸电阻与空 载长线接通，根据瑚论分析，只要合闸电阻大于两倍的波阻 抗值，合闸时由于合闸电ｍ巾联在电路中，电路就不会产生 振荡过程ｆ１１。此时丰断口合闸时的过电压就不高。合闸过程 ｒ 在合闸位置接到分闸命令，分闸控制阀动作，换向阀切 换至分闸位置，差动活塞高 油通过换向阀连通至低压油 箱，在差动活塞ｊ＿端常高 的作用下，活塞快速向下运动分 闸，并带动辅助开关切换，切断分闸回路，为下次合闸作好 为 ＞２、／ ，合闸时电源与空载线之间有合闸电阻连通， Ｖ乙 它们之间电压差不会很大。然后再合丰断口把合闸电阻短 ・２６． 《宁夏电力））２００８年第６期 ８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构特点分析 准备。 漏量主要取决于密封圈的结构形状及作用在密封圈密封面 ３．４．３合闸操作原理 上的压力分布。通过采用阶梯面结构的组合密封，取得了很 在分闸位置时，接通合闸控制阀，换向阀切换至合闸状 好的效果。组合动密封结构具有动密封效果好、结构紧凑； 态，压差动活塞的底部与高压油接通，在差动原理（压差动 静、动摩擦系数小、寿命长等特点，而且通过采用“填充”技 活塞上下截面不同，在高压油的作用下产生压力差）作用 术增加了动密封的耐磨性和韧性。 下，快速向上合闸并带动辅助开关切换，断开合闸回路，为 ３．４．４．３模块化设计特点 分闸作好准备。分、合闸速度调整可利用合闸节流螺塞和分 整个液压机构采用模块化设计，可分为工作模块、控制 闸节流螺塞对合闸速度及分闸速度分别进行调整。 模块、监测模块、贮能模块和充能模块５个部分；工作模块 ３．４．４液压弹簧操动机构的特点 为活塞杆和液压工作缸部分，完成液压机构内部压力的转 ３．４．４．１液压机构的特点 换和动作。控制模块包括分合闸控制阀、换向阀等完成分 ８００ｋＶ罐式断路器采用的液压机构型号为ＣＹＡ８型液 合闸指令的操作。监测模块包括弹簧行程开关、辅助开关 压机构，整个液压机构为全封闭结构，机构外部无任何液压 等检测液压机构动作前后的情况。贮能模块为碟簧，充能 油管道，液压油为 １Ｏ航空液压油，由于航空液压油机械特 模块为液压油及打压系统两者共同完成压力的建立和保 性随温度变化小、易获得高压力、液压系统的压力基本不受 持。模块化设计的优点是判断故障简洁、检修方便。 环境温度变化的影响。液压机构的储能方式为弹簧储能方 式，此机构的储能不同于以往的低电压等级的断路器采用 ４结束语 氮气、空气或普通弹簧进行储能，它采用碟簧进行储能，碟 簧刚度大、单位体积材料的变形能较大，所以可以将液压系 通过对８００ｋＶ双断口罐式断路器的结构原理及其特 统工作压力提到很高，８００ｋＶ罐式断路器液压机构的工作 点进行分析，认为国产８００ｋＶ双断口罐式断路器解决了断 压力可以达到６０ＭＰａ相当于６００ｋｇ的力。采用碟簧储能有 口耐压、灭弧室内的灭弧特性及电场均匀、限制操作过电 效的排除了氮气储能方式下氮气泄漏或油氮互渗引起压力 压、引出线的绝缘、操动机构大功率输出等技术问题，其各 变化的可能性，而且极大地减小了机构整体体积。低压油箱 项性能及试验数据已达到了国际领先水平，可以满足超高 为密闭真空结构，极大地减少了空气和水分在油中的溶解 压电网的现场实际应用。它的研制成功并且在银川东 度，使动作特性更为稳定、油品及密封件的使用寿命延长。 ７５０ｋＶ变电站顺利投运，为我国７５０ｋＶ电网提供了设备保 ３．４．４．２动密封结构特点 障，对后续超高压电网建设和特高压电网建设的设备研发 液压机构的活塞杆通过拐臂与绝缘拉杆连接，绝缘拉 和制造具有重要的技术借鉴意义。 杆的活塞杆部分与ＳＦ６气室的密封采用直动密封，所谓直 动密封就是当操作杆上下运动的过程中，仍然能够保持ＳＦ６ 参考文献： 气室内的密封性能。由于橡胶密封圈摩擦系数大、导热不 ［１］刘振亚．特高压电网．中国经济出版社．２００５．１０． 良、在高速运动时局部过热而老化使其失去了密封效果。所 ［２］南振乐，张猛等．８００ｋＶ双断口罐式断路器研制．高压电器 以操作杆动密封采用“填充”聚四氟乙烯（聚四氟乙烯里填 ２００６．１２．第６期． 加铜粉、玻璃丝）组合密封圈结构。动密封的密封效果即泄 ［３］７５０ｋＶ输变电工程关键设备技术参数及验收方法． （上接第２３页） 式中：厶一某侧的零序电流； ４结束语 ，Ｊ一对应侧的正序电流； 一某－－ＩＺ例常数。 ７５０ｋＶ自耦变压器的高压侧和中压侧均为大电流接地 综观上述分析，７５０ｋＶ单相自耦变压器配置零序差动 系统，且中压侧与高压侧之间有电的联系及运行时中性点 保护有着明显的优点，使变压器零序差动保护达到发电机 必须接地，因此，装设能保护高压、中压及公共绕组全部不 纵差保护的灵敏度水平，接地短路故障的灵敏度比相间短 受空投变压器的影响、且同时应保证在正常运行及穿越性 路变压器差动保护的灵敏度高；零序差动保护的动作电流 故障时可靠不动作及变压器内部接地故障时有很高动作灵 与变压器调压分接头的调整无关，与励磁涌流的关系仅有 敏度的零序差动保护是必需的。 间接影响，作用较小；零序差动保护所用互感器变比相同， 与变压器变比无关；零序差动保护装置简单、可靠。 参考文献： ［１］王维俭．电气主设备保护原理与应用．北京．中国电力出版社， １９９６． ［２］南瑞继保电气有限公司．ＲＣＳ一９７８系列变压器成套保护装置． ・２７・
