3.4 高压断路器
高压断路器又称高压开关，是高压电气设备中最重要的电器。在正常运行时，可用其接通或断开负荷电流；在发生短路故障或严重过负荷时，借助保护继电装置用它自动、迅速跳闸，切断过载电流或短路电流，以防止事故的扩大。
高压断路器的种类较多，但它们的主要结构有些类似，包括：灭弧室、导电回路、外壳、绝缘支体、操作和传动机构等部分。
3.4.1 高压断路器的类型
高压断路器根据其所采用的灭弧介质及作用原理可分为高压油断路器（也称为高压开关）、高压空气断路器（也称为高压空气开关）、高压真空断路器（又称高压真空开关）等。
高压油断路器又分为多油式断路器和少油式断路器两种。多油式断路器中的油除了能进行灭弧外，还可以使带电体（即断路器开关的触点、拉杆）与开关外壳之间绝缘。因此，多油式高压断路器的外壳是不带电的，厂家通常将其涂以灰色或黑色，以示区别。
少油式高压断路器中的油量很少，这些油仅起灭弧作用。其外壳一般是带电的，工作时千万不能触及，故将其涂以红色，以警示。
高压断路器的品种还有六氟化硫断路器、固体产气断路器、磁吹断路器等。
3.4.2 高压断路器的选择
要正确、合理地选择高压断路器，可从以下几方面来考虑。
1. 额定电压和频率
选用高压断路器的电压及频率，应根据电网的电压和频率来考虑，其额定电压应等于或大于电网电压。
2. 额定电流
应按回路的最大工作电流（有效值）来选择高压断路器的额定电流。
3. 断流容量
系统在开关处的最大短路电流，应小于所选择的高压断路器开关所允许的断流值，并留有一定的余量。
4. 机械载荷的允许值
在各种电压等级下，断路器的机械荷载允许值（即能承受的数值）见表3-6所列，同表还列出了隔离开关、负荷开关的机械荷载的允许值，供选用时参考。
表3-6 各种电压等级断路器机械荷载允许值（kg）
5. 切断电容器组
切断电容器组时，同一相断口触头间因有二倍工作电压而易于重燃，重燃或多次重燃将产生严重过电压，断路器不应发生重燃的容量范围见表3-7所列。
表3-7 切断电容器组的参考容量
6. 切断高压空载长线的能力
切断110 kV及其以上的空载长线时，线路的充电电流可能使触头间电弧重燃（再击穿），以致不能断弧。各种电压等级的开关适应切断空载长线的能力不同，具体要求见表3-8所列。对该表的说明如下。
表3-8 断路器应能切断的空载长线电流
（1）国家标准《交流高压断路器》（GB1984—80）规定的数据可视为断路器应能达到的水平。
（2）水电部部标准《交流高压断路器技术条件》（DS132—85）可视为进口设备的最低技术条件或国内优选设备签订技术协议可遵循的依据。
7. 极限通过电流能力
极限通过电流能力是指由电流的力学作用所限制的电流值，有峰值和有限值两项规定。峰值是有限值的1.7倍。这一项参数通常由生产厂家给定，称为动稳定（极限）值，单位为kA。
8. 热稳定电流
热稳定电流是指对短时间故障电流通过开关导体发热的限制。按规定由生产厂家提供，一般给出了1s、5s和10s的电流值，可根据需要选用。许多开关的1s热稳定电流值与动稳定电流值相同。
9. 高压断路器技术数据
表3-9～表3-11列出了DN、DW与SN、SW系列高压油断路器技术数据，供选用时参考。
表3-9 高压多油断路器主要技术参数
表3-10 高压少油断路器主要技术参数
表3-11 常用交流高压多油断路器技术数据
3.4.3 真空断路器的选择与使用
真空断路器的主要部件是真空灭弧室，电弧的熄灭是利用高真空度（压强低于10-2Pa稀薄空气）的高绝缘强度和电弧生成物起弧后的高扩散速度，使产生电弧电流后触头间隙的介质强度得以很快恢复而实现的。
1. 真空断路器的选择方法
（1）频繁操作场所
在频繁操作场所应优先选用真空断路器，如切换电容器组、控制高压电动机、控制和保护电炉变压器、电气列车等。
（2）优选“一体式”结构
在满足运行条件和运行环境的情况下，应优先选用“一体式”结构，尽量避免选用“分体式”结构。
（3）10 kV电压等级优选真空断路器
考虑到降低运行维护费用、噪声、防火和小型化等要求，在10 kV电压等级电源系统中应优先考虑选用真空断路器。
（4）选用的真空断路器应符合标准
选用的真空断路器应符合DL402以及DL403—91等标准。其电气和机械性能有以下主要要求。
① 切断短路电流后，绝缘耐压水平不应降低。
② 切合感性负荷时，应能承受载流过电压。
③ 切合电容器组时，应无重燃现象。
④ 用于非有效接地系统中，应先经异相接地故障开断试验。
⑤ 合闸弹跳时间不大于2 ms，分闸反弹幅值及自动重合闸的无电流间隔时间应满足产品技术条件。
⑥ 应具有足够的机械寿命（一般为10 000次）和电气寿命（额定电流切断时为10 000次，额定短路电流切断时为20～50次）。
（5）高压真空断路器技术数据
表3-12与表3-13列出了高压真空断路器技术数据，供选用时参考。
表3-12 高压真空断路器、真空接触器技术数据
表3-13 常用交流高压真空断路器技术数据
2. 真空断路器的正确使用方法
真空断路器虽然检修工作量小，但也应掌握其正确的使用方法。
（1）真空灭弧室的寿命
若出现以下情况之一，说明真空灭弧室可能已到了寿命末期，应考虑更换。
① 真空灭弧室的存储期或使用期超过产品规定的有效期（从真空灭弧室出厂日期算起），国产真空灭弧室有效期一般在20年左右。
② 真空灭弧室的真空度下降至1.33 ×10-2Pa（有条件的可用磁控真空计测量），如果是玻璃外壳型真空灭弧室，若观测到金属屏蔽罩颜色有明显变化时，应立即检查其真空度。
③ 真空灭弧室触头的累计磨损量超过产品使用说明的规定值，国产产品一般为3 mm，多数产品在动触杆上设有允许磨损量警戒标志（点或线），当磨损量累计超过3 mm时，合闸后即看不见警戒标志。
④ 额定短路电流切断次数累计超过产品电气寿命次数。
⑤ 机械合分操作次数超过产品使用说明书规定值。
（2）真空断路器过电压的限制措施
① 由于小电流下电弧的稳定性，故所有真空灭弧室均略早于电流零点切断电流，特别是对于感性小电流的切断发生电流的截断现象时。另外正切断时，根据电路条件不同，有时也可能发生电弧重燃，产生电磁振荡，引起过电压，因此应采用性能较好的合金触头材料和结构，否则应采取过电压限制措施。
② 真空断路器切合电容器时，一般不会发生重燃，也不会产生过电压现象。但若出现重燃现象，应选用氧化锌避雷器限制操作过电压，避雷器与电容器组的连接方式和避雷器参数的选择应根据具体条件确定。
③ 氧化锌避雷器只能限制过电压的幅值，不能降低过电压的上升沿，而R-C阻容回路则既限制过电压的幅值，也可以降低过电压的上升沿。
采用R-C吸收装置限制过电压时，建议采用“双路R-C过电压保护器”，其电路接线方式如图3-6所示。
图3-6 双路R-C过电压保护器接线示意图
（3）真空断路器的检修及试验
① 真空断路器多次切断短路电流后，应检查真空灭弧室触头接触行程的变化，触头磨损量超过规定值后，除更换触头外，还应更换真空灭弧室。
② 结合预防性试验或操作2 000次以上时，应对电磁机构或弹簧机构进行维修。
③ 真空断路器预防性试验周期为 2 年，试验项目、方法应符合《电力设备预防性试验规程》的要求。
3.4.4 断路器操作机构的选择
正确、合理地选用断路器的操作机构通常应从以下几方面进行考虑。
1. 操作能源性质
根据变电所的操作能源性质，断路器的操作机构可选用下列形式之一。
（1）电磁操纵机构。
（2）弹簧操纵机构。
（3）液压操纵机构。
（4）气动操纵机构。
对于新建和扩建的工矿企业变电所，均不应再采用手动操纵机构。
2. 操纵方式
操作机构的操纵方式应满足实际的运行工况要求。
3. 动作电压
操作机构脱扣线圈的端子动作电压应满足以下条件：
（1）低于额定电压的30%时，应不动作。
（2）高于额定电压的65%时，应可靠地动作。
4. 合闸电源
对于采用电磁机构操纵方式的，对合闸电源有以下要求。
（1）在任何运行工况下，合闸过程中的电源均应保持稳定。
（2）运行中电源电压如有变化，其合闸线圈通电时，端子电压不应低于额定电压的 80%（在额定短路关合电流大于或等于50 kA时，不低于额定电压的85%），最高不得高于额定电压的110%。
（3）当直流系统运行接线方式改变时（如直流电源检修采取临时措施以及环形母线开环运行等）；也应满足上述电压变化的要求。
5. 气源压力
采用气动机构时，对合闸压缩空气气源的压力要求基本保持稳定，一般变化幅值不大于±kPa。
6. 具有“先压慢分”装置
液压操纵机构及采用差压原理的气动机构应具有防“先压慢分”装置，所谓“先压慢分”是指液压操纵机构因某种原因压力降到零，然后重新起动油泵打压时，会造成断路器缓慢分闸。
7. 工作压力
采用液压或气动机构时，其工作压力大于1 MPa时，就有压力安全释放装置。
8. 防尘、防潮和通风及其他
断路器操纵机构应具有防尘、防潮、防小动物进入及通风措施，液压与气动机构应有加热装置和温度控制措施。
9. 直流电磁操纵机构的技术数据
表3-14中列出了直流电磁操纵机构的技术数据，供选用时参考。
表3-14 直流电磁操纵机构技术数据
3.4.5 油断路器运行中的检查
目前，工矿企业的变电所大多采用油断路器。油断路器在运行中应注意以下几方面的问题。
1. 油面高度
（1）应随时观察油断路器是否有渗油和漏油现象，一旦发现问题，应及时排除，不能凑合着继续使用。
（2）随时观察油位指示器是否清洁完好，油面高度应严格控制在规定的范围内，不能过高或过低。如油面过低，当发生故障自动跳闸时，不能灭弧，严重时会使断路器爆炸而导致严重的设备和人身事故。如果油面过高，就会使油断路器上面的空间变小。这样，当切断故障电流时，电弧的高温使油分解产生大量气体，由于缓冲空间被缩小，大量的气体积聚也可能会导致断路器发生爆炸。
2. 油温
随时观察油量或观察断路器的油温，油断路器内的油温在正常运行时不应有过热现象。正常情况下，触头的最高温度一般在75℃左右，故断路器上层的油温也不应超过75℃。油温过热大多是由于接触不良或过负荷引起的，应及时排除。
3. 配件应保持良好状态
多油断路器的套管和少油断路器的支持绝缘子、拉杆绝缘子等应经常保持清洁，没有裂纹、缺损，没有闪络痕迹和电晕现象等缺陷存在。一旦发现这些问题，应及时更换这些配件。
4. 附件的检查
对油断路器的附件应经常进行检查，其排气孔不能堵塞，不能发生喷油或冒油现象；合闸和分闸位置指示应正确，接地线不能松动、拆断或脱开等。
3.4.6 高压断路器常见故障排除方法
高压断路器常见故障主要有3种，以下介绍其故障原因及排除方法。
1. 高压断路器不能合闸
（1）故障原因
① 传动机构卡死或安装位置移动、调整不当。
② 辅助开关触点接触不良。
③ 合闸线圈内部铜套不光滑或铁芯不光滑，出现卡涩现象。
④ 合闸回路断线或熔丝熔断或接触不良。
⑤ 铁芯顶杆松动，位置出现变动。
（2）速修方法
① 检修传动机构，正确安装和调整传动机构。
② 对辅助开关进行检查和修理。
③ 对合闸线圈内部的铜套和铁芯进行修磨。
④ 对合闸回路断线进行修复，更换熔断片。
⑤ 检修、调整铁芯顶杆。
2. 高压断路器不能跳闸
（1）故障原因
① 与上述不能合闸的原因相同。
② 继电器保护装置失灵。
（2）速修方法
① 可按上述不能合闸的方法进行处理。
② 检查测试继电保护装置及二次回路。
3. 油断路器缺油（油位计看不到油）
（1）故障原因
① 漏油使断路器油面过低。
② 油位计出现堵塞现象。
（2）速修方法
① 立即断开操作电源，在手动操作把上悬挂“不准拉闸”的警告牌，将负荷从其他部位切断，停电检修漏油部位。此时油断路器只能当刀闸使用。
② 清除油位计中的脏物，使其指示正常。