10 kV断路器的选型和少油开关柜的改造

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摘 要 本文就当前国民经济现状做分析，提出了人们对电力系统的安全运行和城市电网的供电可靠性的要求越来越高，并就10 kv的真空断路器的选型和少有开关柜的改造提出一些对策。

关键词 10 kV真空断路器；选型；少油开关柜；改造

中图分类号：TM643 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-100-02

随着城市配网的发展，中压断路器使用较多，小区变、箱式变电箱，架空线路联络断路器都在使用高效、安全、可靠的断路器，断路器的选用与供电可靠性、自动化等关系密切，在选型时应当特别慎重，城市配电网发展很快，对安全供电提出了更高的要求，应尽快改造少油断路器，为此应加快实现无油化，新投运的变电站，小区变、箱变的断路器应采用真空断路器；并对对原有的少油断路器应进行改造，为此我国生产的真空断路器，必须增大开端容量，提高额定电压，实现智能化，质量标准化和产品多样化，此外，研究利用新技术，可控硅与微电子技术一体化，是中低压断路器的发展方向。

电力是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的重要物质基础，改革开放以来，城市发展很快，高层建筑拔地而起，开发区和生活区不断扩大，涉外经济与政治活动日益频繁，大大推动了我国城市电网的建设与发展，对电力系统的安全运行和城市电网的供电可靠性，提出了更高的要求。

目前包头地区以昆区为例：昆区地区共有小区变、箱式变200多座，使用中10 kV断路器，有真空、六氟化硫、少油、负荷开关+熔管组合。投运于20世纪80年代初的小区变目前还有较多的在运行中，每年投入的维护力量较大，漏油严重，改造少油断路器已是非常紧迫。几种断路器在使用中优劣对比已非常明显。根据掌握的情况几种断路器的使用存在以下几种情况：1）由于少油断路器维护投入较多，面临淘汰，但由于资金的问题有些还在使用，每年还要投入资金进行堵漏，检修。2）真空断路器使用广泛，其优点可见一斑，体积小，免维护，不受天气气候影响，容量大。3）运行可靠；降低制造成本和减少维护检修工作量。

现就少油、SF6、真空断路器而言，同时满足上述3点要求是有困难的，特别是城市电网中的10 kV断路器，他与工业企业和人民生活的关系密切，在选定这一电压等级的断路器时，应当特别深重，除考虑上述3个因素外，还必须考虑市区与郊区，户外与户内，高层建筑与一般建筑，以及负荷的发展状况等。

10 kV的真空断路器与SF6断路器相比运行可靠性与维修工作量可以认为相差无几，而在制造成本或价格上，真空断路器却优于SF6断路器；若它们与少油断路器相比，前两者的制造成本虽然均贵，但运行可靠性明显较高，且维修工作量均小，市区或高层建筑的负荷一般比较重要，居民相对集中，防火防爆要求严格，无油化应当以不到位，日本早在20世纪70年代已经实现无油化了，对于效益好的乡镇企业，同样不应例外，这样，显然选用真空断路器是比较合理的。

10 kV的真空断路器无毒、无燃爆，噪音低、体积小、可靠性高、维修工作量小及价格居中，特别适用于城市电网，虽然绝缘水平较低，只能安装在户内运行，不过城市变电站的10 kV部分都是户内使式的，街区变和箱式变也是不成问题的，因此，在国际市场范围内，真空断路器占据压倒优势，例如在一些国家城市电网中，中压真空断路器占80%以上，而10 kV及以下者，几乎全部都为真空断路器，我国的发展趋势也必然如此。

近年来，我国先后从国外引进了几条真空管生产线，真空断路器的制造厂家众多，每年都有大量的10 kV真空断路器投入运行，为了发挥真空断路器的优越性，目前我国迫切需要 解决如下一些问题。

1 增大开断容量

我国现在生产的10 kV真空断路器，开断电流一般为20 kA-31.5 kA，随着电力系统的迅速增大，这一开断日感不足，不能满足客观需要，世界上最初运行的真空断路器，额定电压为7.2 kV，开断电电流已达100 kA，额定电压提高到168 kA（关于电压等级问题下面再进行讨论），日本真空断路器制造比较发达，东芝公司生产的13.8 kV的真空断路器，开断电流为100 kA；24 kV者为66 kA；明电舍公司分别研制成功单断口的84 kV与145 kV的真空断路器，开断电流达63 kA；24 kV与36 kV者均为40 kA等等。

提高断路器开断电流，增大开断电流容量是我国电力系统发展的客观要求，有关部门正在研究解决这一问题，通过优选几何形状，改进制造工艺，采用的合金材料和借鉴国外经验等，增大真空断路器的开端容量是指日可待的。

2 提高额定电压

110 kV-220 kV的电压适用范围问题，国际上曾经有过争论，一种意见认为，真空断路器与SF6断路器一样，可适用于各种电压等级；另一种意见则认为真空断路器仅适用于中压和低压范围，结果表明，后一种意见是正确的，根据断路器发展的总趋势，结合我国的具体情况考虑，中压10 kV-66 kV和高压110 kV-220 kV的少油断路器，在现阶段还会有相当部分的市场；SF6断路器应用范围较广，不仅适用于高压110 kV-220 kV而且适用于500 kV-1250 kV超高电压和特高电压，但在中压范围却将日趋减少；真空断路器主要适用于66 kV及以下的中压和低压范围，而且从性能价格比方面考虑，存在着两个交叉点，欧洲认为电压应为63 kV-84 kV；另一种意见倾向于35 kV，由于国家有别和制造水平不同，这一差别是可以理解的，再者SF6气体有毒，中压断路器量大面广，城市人口密集，该部分的SF6断路器将会逐步被真空断路器取代，这也是交叉点不同的另一种原因。

我国生产的真空断路器，目前仅110 kV者符合质量标准，情况良好，其它电压等级者正待过关，根据国外的制造经验，一台132 kV真空断路器的制造成本，高出同样电压等级SF6的断路器的3倍，这进一步说明，真空断路器只适用于中压和低压，因此提高我国真空断路器电压等级时，应考虑瞄准35 kv及66 kV，而不是110 kV，后者只有研究价值，缺乏实用价值。

3 实现智能化

在这一方面，进来国外发展很快，我们应当迎头赶上，所谓智能化，就是将为电子技术应用于断路器的制造中，实现机电一体化，用以监测影响断路器正常工作的机械参数和电气参数，介质绝缘和触头烧损情况等，一旦这些参数偏离正常数据，便会向控制中心发出信号，指示故障，迅速进行处理，防止 事故扩大，我局引进的10 kV、SF6断路器，装有“状态监视仪”，它能够记录32个事件，检查断路器的操作机构，跳合闸线圈、SF6气体压力和辅助电源等是否正常，同时还能根据断路器的遮断次数和短路电流的大小，判断触头的烧损情况，预测断路器的使用寿命，在低压断路器上加装微处理机后，可在现场对各种保护进行试验，测量相电压、相电流接地电流、脱扣电流和脱口时间，显示不同故障性质等，由于这些装置具有自诊断功能，保证断路器和各种保护等经常处于良好的工作状态，大大提高了供电的可靠性，同时对推广先进的“状态维修制度”也是必不可少的。

对于真空断路器而言，智能化主要是监测断路器的机械数据，出头烧损情况可以不予考，这样实现起来相对比较容易。

3.1 重视质量标准化

真空断路器市场看好，国内外生产厂家，现在不下数百家，而非正规生产的厂家则更多，若不重视质量标准化，严格把关，势必影响电力系统的安全运行，降低城市电网的供电可靠性，笔者于1995年在大连召开的“全国供电设备会议”上，曾经针对这一呼吁有关领导部门重视产品质量和解决标准化问题。

众所周知 ，瑞士钟表业闻名一世，殊不知其元件多系“家庭作坊”生产，由于重视标准化和装配技术讲究，使其产品位居世界一流，两个因素，缺一不可，照此不难想象，非正规真空断路器的生产厂家，既缺乏熟练的技术工人，且标准化的生产条件又差 ，其产品质量是可想而知的，这一情况必须进行整顿，鼓励兼并、规范破产等等。

这里顺便指出，解决上述4个问题外，还应当生产合格的真空负荷开关，柱上真空开关和真空重合器等，是铲平多样化。

3.2 少有开关柜的改造

建国以后，我国机电行业生产系列的少油断路器是正确的，愈多油断路器相比，在技术上是一大进步 ，曾有力地促进了我国电力事业发展。

1955年美国西屋公司以新的SF6为介质制成了世界第一台SF6断路器，1962年美国通用电气公司的第一台真空断路器问世，这两种新型断路器在实践中，经过不断的改进和推广，将逐步取代充油断路器。

我国城市电网中的少油断路器，随着电力系统容量的增大，遮断容量普遍不足，迫切需要更新改造，若将原有的少油开关柜全部更换，将造成巨大浪费，为节省投资，早在10年前我们便开始探索改进方案，设想通过更换灭弧室或断路器的本体来实现。这样，原有的柜体、基础、母线、出线、继电保护装置和操作机构等均可继续使用，经与制造厂家联系后，在4401厂的协助下，于1987年6月先后改造了5台10 kV少有开关柜，通过10年的运行考验，取得了成功的经验，根据不完全统计，改造后5台断路器，动作和操作次数总计1000次以上，均未发生任何问题，这一成功经验现正扩大推广，目前情况与10年前相比，条件显著改善，大大有利于这一改造工作的顺利进行，不同系列的少油断路器均可进行改造。

过去，主要对于国产元件能否安全运行、真空断路器过电压较高是否存在危险、操作机构不换是否影响真空断路器的性能等问题，曾经多有疑虑，现在，正规厂家生产的10 kV真空断路器，质量已经过关，每年大量投入运行，可靠性显著提高运示真空断路器的过电压较高是一大缺点，此种过电压是截留现象和多次重燃引起的，由于采用了不同配比的锌合金材料，截留数值不仅显著减小，甚至可以不发生重燃，例如英国真空灭弧室公司和德国西门子公司研制出的含Cr较高的CuCr合金触头，截流仅为1 A-4 A（过去可达2 A-15 A）；西门子用于CuCr合金生产的3AF系列，在100次满容量开断时均未发生重然；日本几家公司利用新材料控制截断电流；富士公司用户含金属蒸汽成分的CuCr材料加纵磁场触头，截流仅为普通真空断路器的1＼10，平均为0.4 A；日立公司使用CoAgSe合金触头，截留小于1 A；日本的公开特许材料，采用CuCrWBi合金触头，截流为0.5 A；开断100，000次后增大到1 A，降低截流过电压与增大开断容量之间存在矛盾，日本采取增加纵吹和采用CUCrFe或CrTa触头来解决，此外还可以用硅橡胶MOA作为后备保护，使截流过电压无害，关于是否需要更换操作机构的问题，应当这样考虑和处理，若不影响真空断路器的性能，则不必更换；反之，则应当更换，对于GG-1A系列少有开关柜的改造，机构只需稍作调整，可以不更换；对于JYN-10和KYN-10等系列的少有开关柜，可视具体情况与要求，更换操作机构。

总之，为实现城市电网无油化的目标，改造少有开关柜的条建已是十分成熟了。

最后必须指出，为了进一步提高中压和低压断路器的可靠性，加快实现智能化和超小型化，必须另辟巧径，研究利用晶闸管取代中压和低压断路器，取消机械操作和动作机构，随着可控硅容量的增大，可控硅和微电子技术一体化是中压低压断路器的一次革命。

参考文献

[1]邓军.浅谈10 kV断路器少油改真空[J].电工技术，2001（10）.