（1国网绍兴供电公司 浙江绍兴 312000；2国网绍兴供电公司 浙江绍兴 312000；
3国网绍兴供电公司 浙江绍兴 312000；4国网绍兴供电公司 浙江绍兴 312000；
5中电新源智能电网科技有限公司 江苏南京 211113；6中电新源智能电网科技有限公司 江苏南京 211113）
摘要：主要讲述一种新型环保型HGIS高压组合电器，它用N2替代SF6气体绝缘，解决了灭弧用SF6气体产生的有毒低氟化合物的问题；通过研究一种具有选项功能和串联结构的模块化真空断路器，即采用两套完全独立运行的永磁操动机构的罐式真空断路器（即双断口形式的真空灭弧室）灭弧，提高了设备的可靠性和安全性，由于不再使用SF6气体，避免了环境污染。该环保型智能HGIS组合电器适用于高寒地带的工矿企业、发电厂及变电站，其技术应用具有极其重要的研究价值和推广意义。
关键词：真空环保；HGIS；SF6
Technical Research on Environment-friendly Composite Apparatus of Intelligent HGIS.
Fu Sanchuan[1]，Lv Liang[2]，Zhang Kaiwei [3]，Zhang Liang[4]，BaoHongqi[5]，Zhang Shan[6]
（［1］Stdte Grid of Shaoxing Electric Power Co.，Ltd.，ZhejiangShaoxing312000；［2］Stdte Grid of Shaoxing Electric Power Co.，Ltd.，ZhejiangShaoxing312000；［3］Stdte Grid of Shaoxing Electric Power Co.，Ltd.，ZhejiangShaoxing312000；［4］Stdte Grid of Shaoxing Electric Power Co.，Ltd.，ZhejiangShaoxing312000；［5］China Power New Energy Smart Grid Technology Co.，Ltd.，JiangsuNanjing 211113；［6］China Power New Energy Smart Grid Technology Co.，Ltd.，JiangsuNanjing 211113；）
[Abstract]An environment-friendly composite apparatus of intelligent HGIS is introduced in this paper. It uses N2 instead of SF6 for gas insulation to get rid of the toxic low fluorine compounds generated by SF6 in the arc extinction process. By considering a certain modular vacuum circuit breaker with selective function and series structure，two independently operated tank vacuum circuit breakers with permanent magnetic actuator（i.e. vacuum interrupter with double break forms）are used to extinguish the arc so as to guarantee the reliability and safety of the equipments. Environmental pollution is avoided as a result of abandoning the SF6. This kind of composite apparatus is expected to be used in industrial and mining enterprises，power plants and substations in high and cold area，its technique has the potential value to be researched.
【Key words】Vacuum environment-friendly，HGIS，SF6
1 概述
目前电力系统在高电压领域主要使用SF6断路器，在110kV以上的高压领域，SF6断路器已占居断路器总产量的90%，在252kV电压等级，SF6断路器更是占到100%，SF6气体虽然具有优异的熄弧特性，但是其温室效应系数很大，为CO₂的23900倍，且在大气中的寿命长达3200年。根据《京都议定书》协议以及哥本哈根气候变化峰会决议，在全球都在倡导低碳生活的今天，SF6开关作为SF6气体的主要泄漏源，其未来不容乐观，因此在高压大电流领域使用真空断路器代替SF6断路器，对解决温室效应等问题具有一定的现实意义。
随着电力系统的快速发展，对断路器等电器设备提出了更新的要求，如快速切断故障、选相动作和长寿命的开断次数。但目前真空断路器主要应用于中低压配电系统，110kV及以上的单断口真空断路器还在研制阶段，尚不成熟。另一方面，虽然真空断路器的开断容量有了很大提高，但是仍不能满足某些输电系统的大容量短路开断的需要。
本文论述一种具有选项功能和串联结构的模块化真空断路器，即采用一种通过永磁机构操动的单项真空断路器，通过串联组合方式实现具有选相分合闸功能的大容量、高电压等级真空断路器。利用短真空间隙优良的介质恢复特性，构造一种基于永磁操动机构的真空断路器。采用两套完全独立运行的永磁操动机构的罐式真空断路器（即双断口形式的真空灭弧室）灭弧，提高了设备的可靠性和安全性。
2 技术特点
本文论述研究的一种具有选项功能和串联结构的模块化真空断路器，具有一定的技术特点：
（1）整体结构采用模块化设计。与同电压等级、同容量断路器相比，绝缘结构简单；与常规断路器相比，无绝缘拉杆，独立性强，可扩展和装配化程度高。
（2）运用电子操控控制系统，控制精度高，可靠性好。
（3）采用直动式永磁操动机构，结构简单。由于每个操动机构与断路器形成独立模块，使得机构整体结构紧凑，零部件减少，从而进一步提高系统的可靠性。
虽然真空介质距离饱和性明显，单个灭弧室额定电压过高，但真空断路器触头开距小，可模块化程度高。在综合考虑双断口真空断路器的击穿统计特性、静态和动态绝缘特性、电场分布特性等相关问题，加装合适的均压组件，可以获得较为理想的双断口电压均匀分布特性，有效提高其击穿电压增益倍数，降低击穿外力，使双断口真空断路器具备优异的静态和动态绝缘特性，满足电力系统高电压领域的短路保护需要。
3 产品结构特点
一种新型环保型HGIS高压组合电器，它是用N2替代SF6气体绝缘，解决了灭弧用SF6气体产生的有毒低氟化合物的问题；它采用两套完全独立运行的永磁操动机构的罐式真空断路器（即双断口形式的真空灭弧室）灭弧，复合绝缘套管安装在灭弧室两侧，下面安装三工位隔离开关，套管下部套装电子式电流、电压互感器，套管及罐体内充有高纯N2（或者SF6与N2的混合气体）做内绝缘，真空灭弧室与罐体间采用高纯N2（或者SF6与N2的混合气体）做内绝缘，每个双断口形式的真空灭弧室的断口配置分布电容（均压电容器），断路器配永磁操动机构，三工位隔离开关采用高纯N2做内绝缘，其高纯N2压力为0.4~0.8MPa（或者SF6 与N2的混合气体压力为0.25Mpa~0.3Mpa），这样的配置满足了智能变电站的需求，减少了占地面积，缩短了安装时间，提高了设备的可靠性和安全性，特别是不使用SF6气体，避免了环境污染。设备外形如图1~2所示，其产品特点主要有：
图1~2 环保型HGIS高压组合电器外形图
（1）采用了先进的真空灭弧原理，额定电压为126kV，开断短路电流可达31.5kA，热稳定电流通流时间长，31.5kA通流4s。断路器为机械联动操作，可实现远距离控制或就地手控。其切断能力强、性能可靠；永磁操作机构机械寿命达到10万次以上，其技术性能达到了国际同类产品先进水平；
（2）配有两套完全独立运行的永磁操动机构的罐式真空断路器。两套串联的罐式真空断路器的使用方式是：正常情况下两套断路器同时使用，只有当某一罐式真空断路器发生真空泄露或机构故障时，才将故障罐式真空断路器闭锁，使用非故障的罐式真空断路器断开回路中的负荷电流，以便对故障罐式真空断路器进行检修。使用两个独立的真空灭弧室且在断口处设置分布电容环，用于分别探测各罐式真空断路器真空灭弧室的真空度；
（3）使用高纯N2或者SF6 与N2的混合气体作为绝缘气体，并采用三工位隔离/接地开关一体化设计，形成整体的HGIS高压组合电器；
（4）整体结构的设计：采用罐式断路器结构布置，便与现场整体运输与安装。采用三工位隔离开关，隔离开关的传动机构采用全密封直动方式。套管使用硅橡胶材料。罐式真空断路器的罐体为铝镁合金无缝铝管，管壁的内侧安装有复合绝缘材料，以提高其绝缘水平。
（5）可配置独立的电磁式电流互感器、电压互感器，可安装断路器的出线端或进线端，亦或两端都装，其精度均可满足用户要求。
（6）产品底架的优化协同设计使产品具有高的抗地震性能，抗震设防烈度为9度。
（7）亦可配置电子式电流互感器和电子式电压互感器及合并单元，控制柜配置数字化智能终端、HGIS状态监测系统等设备，满足智能变电站设计的规范要求。
（8）分相开断功能，三相断路器分别有各自的操作机构，通过本身智能控制系统实现分相过零点断开操作，提高开断次数。
（9）作为新型的户外高压开关设备，特别适用于高寒地带的工矿企业、发电厂及变电站。
4 结论
就在目前电力系统短路电流日益增大，现有断路器面临严峻考验的背景下，具有重要的应用价值和深远的意义。通过研发新一代高压真空组合电器，可以弥补我国在该技术领域的空白，全面提高国内开关设备制造的技术水平，使我国开关行业的创新能力和国际竞争能力跃上新的台阶，更好的适应超大规模输配电网发展的需求，因而具有很高的推广价值和良好的产业前景。
参考文献：
［1］包红旗，HGIS与数字化变电站，北京，中国电力出版社，2009.
［2］包红旗，智能模块化变电站，北京，中国水利水电出版社，2016.
［3］72.5kV 真空环保型HGIS的可行性研究，吴兴林，鲁旭臣，李爽，韩洪刚，陈鹏飞，国网辽宁省电力有限公司，东北电力技术，20104.
作者简介：
傅三川，1961年8月，男，浙江绍兴人，高级工程师，大学本科，长期从事变电电气设计，曾任变电电气室主任，在变电工程设计、管理具有丰富的经验，敢于探索新技术，为坚强电网作出贡献。
吕亮，1983年7月21日，男，浙江绍兴人。高级工程师，大学学士，从事智能变电站设计工作。
张锴玮，1984年5月，男，浙江绍兴人。工程师，学士，从事变电兼通信设计工作。
张亮，1962年，男。高级工程，本科，长期从事电力系统技术研究，多次承担国家电网公司、浙江省电力公司的重点科技项目，并获得多项电力科技进步奖和发明、实用新型专利，在国内著名刊物中发表过多篇技术论文。
包红旗，1958年6月，男，内蒙古通辽人。教授级高级工程，硕士，从事电力生产管理、电网调度等技术、科研工作，曾任电力公司生产部主任、调度局总工程师、中国电力科学院供用电研究所副所长等职务，在高压电器领域有很高的建树，致力于将 HGIS 技术引入数字化变电站，并在国内成功的建设了多个数字化变电站示范项目，为我国输变电事业的科技进步做出了贡献。
张闪，1989年7月，女，安徽淮北人。工程师，学士，从事35kV~220kV变电站设计及有关高压组合电器设备技术支持工作。
论文作者:张亮1,吕亮2,傅三川3,张锴玮4,包红旗5,张闪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：断路器论文; 永磁论文; 真空断路器论文; 断口论文; 组合论文; 变电站论文; 真空论文; 《电力设备》2017年第32期论文;