斷路器

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斷路器（Circuit Breaker）

　　斷路器是電力系統重要的開關設備，在正常運行時斷路器可以接通和切斷電氣設備的負荷電流，在系統發生故障時則能可靠地切斷短路電流。

　　斷路器一般由動觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動機構及絕緣支架等構成。為實現斷路器的自動控制，在操動機構中還有與斷路器的傳動軸聯動的輔助觸頭。

　　目前在電力系統中斷路器的類型很多，常見的有以下5種：

　　(1)少油斷路器。少油斷路器是目有在發電廠和變電站中應用最普遍的斷路器，具有用油少、體積小的優點。少油斷路器的絕緣油只用作滅弧介質和觸頭開斷後的弧隙絕緣介質，其鐵質油箱外殼一般為紅色，表示帶電危險，其對地絕緣由瓷介質支柱來實現。

　　(2)多油斷路器。多油斷路器的觸頭浸在裝滿絕緣油的鋼桶內，絕緣油除作為滅弧介質及觸頭開斷後的弧隙絕緣外，還作為帶電部分與接地外殼間絕緣之用。鋼桶外為灰色標誌，表示殼體不帶電。多油斷路器體積大、用油多，新建廠站中已不再採用。

　　(3)空氣斷路器。空氣斷路器以高壓空氣作為滅弧介質及觸頭斷開後弧隙的絕緣介質，兼作操動機構的能源。空氣斷路器不使用絕緣油，所以其動作快、斷流容量大、性能穩定、檢修周期長、且無火災危險；但結構複雜，需要配用一套空氣壓縮裝置。

　　(4)六氟化硫(SF₆)斷路器。六氟化硫斷路器是利用非燃氣體(SF₆)作為滅弧和絕緣介質的新型斷路器。SF₆氣體絕緣性能好，滅弧能力強(約為空氣的100倍)，有良好的冷卻性。此種斷路器斷流能力大、絕緣距離小、檢修周期長(有時稱為免維護型)，多用於戶外配電裝置中。

　　(5)真空斷路器。真空斷路器將觸頭置於密閉真空容器中，利用真空作為絕緣和滅弧介質。真空斷路器體積小、質量輕、性能穩定、免維護，目前生產的真空斷路器只能用於35kV及以下電壓等級中。

　　斷路器的控制方式有多種，可按控制地點、控制電源電壓和控制電源類型分類，分述如下。

　　(1)按控制地點分，斷路器的控制方式分為集中控制和就地(分散)控制兩種。

　　1)集中控制是在主控制室的控制臺上，用控制開關或按鈕通過電纜去接通或斷開斷路器的跳、合閘線圈，對斷路器進行控制。一般對發電機、主變壓器、母線、斷路器、廠用變壓器、3kV以上電壓線路等主要設備都採用集中控制。

　　2)就地(分散)控制是在斷路器安裝地點(配電現場)就地對斷路器進行跳、合閘操作(可用電動或手動)。一般對10kV線路以及廠用電動機等採用就地控制，可大大減少主控制室的占地面積和控制電纜數。

　　(2)按控制電源電壓分，斷路器的控制方式分為強電控制和弱電控制兩種。

　　1)強電控制指從斷路器的控制開關到其操動機構的工作電壓均為直流110V或220V。

　　2)弱電控制指控制開關的工作電壓是弱電(直流48V)，而斷路器的操動機構的電壓是220V。目前500kV系統變電站二次設備分散佈置時，在主控制室常採用弱電一對一控制。

　　(3)按控制電源的類型分，斷路器的控制方式可分為直流操作和交流操作(包括整流操作)兩種。直流操作一般用蓄電池組供電；交流操作一般由電流互感器、電壓互感器提供電源。

　　斷路器的操動機構是用來進行合閘、跳閘和維護其閉合狀態的傳動裝置，設置於斷路器近旁的操作箱內。

　　1．操動機構的組成

　　斷路器的操動機構由合閘機構、分閘機構和維持機構組成。

　　(1)合閘機構由合閘電磁鐵及傳動機構組成，電磁鐵使斷路器操動機構儲能，以完成合閘動作。

　　(2)分閘機構由分閘電磁鐵及脫扣機構組成，使斷路器在跳閘彈簧作用下跳閘。

　　(3)維持機構使斷路器保持在合閘狀態。

　　2．操動機構的分類

　　斷路器操動機構按合閘的動力來源不同可分為：

　　(1)手動操動機構；

　　(2)電磁操動機構；

　　(3)彈簧儲能操動機構；

　　(4)液壓操動機構；

　　(5)氣動操動機構。

　　3．斷路器液壓操動機構

　　高壓斷路器是電力輸送的關鍵設備，它在電網中承擔著控制和保護的雙重任務，而操動機構是高壓斷路器的關鍵部件之一。手動操動機構、電磁操動機構、彈簧儲能操動機構、斷路器控制迴路均比較簡單，氣壓操動機構不常使用，而“操動機構液壓化”是國內外發展的趨勢。液壓操動機構的作用是當分、合閘指令到來之時，通過電磁鐵把分、合閘電信號轉化為機械信號，並通過多級液壓閥放大，迅速控制液壓缸帶動觸頭動作，完成高壓斷路器的分、合閘任務。液壓操動機構屬於高速大功率雙穩態電液驅動系統，因此對它的研究必須放在如何高速(動作時問以毫秒計算)、進行兩個穩態(即合閘、分閘狀態)的轉換、大功率(瞬時功率達乾kW級)控制基礎上。當然，考慮到電力輸送的特殊性，可靠性應始終放在第一位。對新型液壓操動機構配500kV雙斷口50～63kA落地罐式SF。

　　超高壓二周期斷路器，根據工作需要，液壓操動機構必須滿足以下要求：

　　(1)除動作可靠外，還必須確保分、合閘狀態時具有自保持作用和防“失壓慢合”、“失壓慢分”的作用。

　　(2)應滿足斷路器的固分、固合時間和分、合閘速度特性等要求。現所配斷路器要求固分時問不大於20ms，斷路器觸頭的剛分速度為10．5～11．5m／s、剛合速度為4～5m／s。

　　(3)液壓缸有良好的緩衝性能，以防止液壓系統過高的衝擊壓力而造成機構的損壞。

　　(4)不允許有外泄漏，儘量減少內泄，以降低補油泵向蓄能器補油的次數，提高系統可靠性，在分閘或合閘狀態額定油壓下靜止24h，壓力下降應不大於2．5MPa。