专利名称：550kV单断口断路器的灭弧室的制作方法
技术领域：
本实用新型用于550kV电压等级电力系统的控制和保护，更具体地说涉及的是户外型落地罐式550kV单断口断路器的灭弧室。
背景技术：
高压断路器在电力系统中起控制与保护作用。高压SF6断路器自六十年代就用于输变电系统中，由于其具有体积小、可靠性高、维修周就期长等优点，尤其是它在超高压线路中表现出的良好绝缘、开断特性，所以现今的70～500kV超高压输变电系统中的开关设备一般均采用SF6断路器。随着输变电线路电压等级的提高，对SF6断路器的开发研究也提出了越来越高的要求，如提高单断口的开断能力，增加产品运行的可靠性、降低制造成本等。在电力系统中有两种威胁系统安全运行的过电压一种是雷电冲击过电压，该电压决定着高压断路器绝缘设计的基本绝缘水平(BIL)；另一种是断路器操作引起的操作过电压，操作过电压是一个严重的问题，因为断路器本身应保护电力系统设备不受故障的影响，但其动作又引起威胁电力系统绝缘的过电压。现代高压断路器发展的趋势是高电压、大容量和小型化。在我国，550kV电压等级SF6高压断路器的研发和制造技术已经历了从4个断口到现在普遍使用的2个断口的发展过程，但其仍然存在体积大，占地面积大，结构复杂的问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种550kV单断口断路器的灭弧室，它结构简单，体积小，使断路器占地面积小，产品运行的可靠性高。
本实用新型的技术方案是设计一种550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是它的静触头机构1和动触头机构3构成的断口间并联有电容器4，在传动机构架5内部的传动机构6与开断单元的动触头机构3连接，传动机构架5通过绝缘支持筒7固定在动侧法兰10上，传动机构6经绝缘拉杆8与操作杆9相连，操作杆9与操动灭弧室单元13的动触头机构3传动连接；静触头机构1由静弧触头26、静主触头25和排气筒29连接构成，动触头机构3由喷口12、动弧触头27、动主触头28和压气缸30连接构成，静触头机构1和动触头机构3则通过支持绝缘筒2连结构成一体式结构；灭弧室内的绝缘拉杆部件在整体布置上采用了偏心设计。
所述的绝缘拉杆部件的偏心设计，即在支持绝缘筒7上连接有传动机构架5，传动机构架5内有一个偏心拐臂11，绝缘拉杆8一头与偏心拐臂11连接，另一头与操作机构31连接。
所述的灭弧室的静弧触头26直径是φ30mm-φ33mm。
所述的灭弧室的喷口喉径尺寸是φ38mm-φ41mm，喷口喉部长度是40mm-44mm。
所述的并联电容器4，电容器4的值在1800pF-2200pF之间。
所述的灭弧室的喷口材质是含有微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN，其中微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN比例在5％-7％范围内。
本实用新型的有益效果是，由于本实用新型设计的灭弧室内的绝缘拉杆部件在整体布置上采用了偏心设计，灭弧室零部件较双断口断路器减少一半左右，大大简化了灭弧室的结构，减少了零部件的数量，它占地面积小，提高了产品可靠性，同时也降低了生产成本。它对喷口形状、电极形状、行程等灭弧室主要尺寸进行了改进，同时也大幅度提高了分闸速度，从而使绝缘和开断能力均得以很大提高。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。
图1是实施例550kV单断口断路器整体结构示意图。
图2是实施例灭弧室的结构示意图。
图3是图2的单断口灭弧室剖视图。
图4是实施例行程-时间曲线图。
图中1、静触头机构；2、支持绝缘筒；3、动触头机构；4、电容器；5、传动机构架；6、传动机构；7、支持绝缘筒；8、绝缘拉杆；9、操作杆；10、动侧法兰；11、拐臂；12、喷口；13、灭弧室单元；14、罐体；15、电瓷套管；16、导体；17、梅花触头；18、检修手孔；19、入孔；20、吸附剂装配；21、盖板；22、中间触头；23、屏蔽罩；24、静侧屏蔽；25、静主触头；26、静弧触头；27、动弧触头；28、动主触头；29、排气筒；30、压气缸；31、操作机构。
具体实施方式
如图1所示，图中每相由一个罐体14和封闭于罐体14内的由支持绝缘筒7支撑于罐体14一端的灭弧室单元13组成。两个电瓷套管15装设在罐体14两端，电瓷套管15内部的导体16分别与灭弧室单元13两端的梅花触头17相连接，将导电回路引出罐体14。每相断路器罐体14与电瓷套管15内部充有相同压力的SF6气体。在罐体14上还设有两个检修手孔18，用于方便地安装电瓷套管15并对灭弧室单元13进行检查。在罐体14的一端还设有一个入孔19，用于灭弧室单元13的装配及更换动弧触头27、静弧触头26、喷口12部件。这个入孔19用一个盖板21进行密封，在盖板21上还带有一个吸附剂装配罩20，用于吸收灭弧室单元13内部的潮气，使灭弧室单元13的内部保持干燥。
图2中，它的灭弧室结构是单断口一体式结构，即灭弧室单元13是静触头机构1和动触头机构3组成单断口的灭弧室单元，静触头机构1和动触头机构3则通过支持绝缘筒2连结构成一体式结构；绝缘拉杆部件的偏心设计，即在支持绝缘筒7上连接有传动机构架5，传动机构架5内有一个偏心拐臂11，绝缘拉杆8一头与偏心拐臂11联接，另一头与操作机构31连接。灭弧室单元13装配在带有支持绝缘筒2的金属壳体内。灭弧室单元13的静触头机构1通过支持绝缘筒2支撑在传动机构架5上，灭弧室单元13的动触头机构3固定在传动机构架5上。传动机构架5通过绝缘支持筒7固定在动侧法兰10上，传动机构6经绝缘拉杆8与操作杆9相连，并由操作杆9操动灭弧室单元的动触头机构3，实现灭弧室一体式结构。
图3是单断口灭弧室剖视图，如图3和图2所示，动触头机构3由喷口12、动弧触头27、动主触头28和压气缸30连接构成，静触头机构1由静弧触头26、静主触头25和排气筒29连接构成。在静主触头25的外围装设了静侧屏蔽24，静侧屏蔽24固定在静主触头25上，起均衡静主触头25外部电场的作用。这样的完整断口被包围在支持绝缘筒2内，在开断过程中，从喷口12喷出的高温气体绝大部分流向静触头机构1上的排气筒29后，可得到有效的冷却和分流，提高了断口间的绝缘性能。电容器4并联在静触头机构1和动触头机构3构成的断口间。在电容器4的外围还装设了屏蔽罩23，屏蔽罩23固定在静触头机构1上，起均衡静触头机构1外部电场的作用。传动机构架5内部的传动机构6与开断单元的动触头机构3连接。本实用新型采用了独特偏置设置的绝缘拉杆8与传动机构架5相连接的设计，把一个断口间的绝缘耐压水平提高了将近一倍，采用这种设计可以加大灭弧室开距，克服了原来双断口绝缘操作杆沿罐体轴线布置方式所带来的缺陷。本550kV单断口断路器的灭弧室内的绝缘拉杆部件在整体布置上采用了偏心设计，在绝缘支持筒7上增加了传动机构架5的连接设计，在传动机构架5内设置一个偏心拐臂11，绝缘拉杆8一头与偏心拐臂11连接，另一头与操作杆9连接。特别设计的偏心拐臂11能把绝缘拉杆8的运动行程放大一倍，即动触头运动系统的运动行程是绝缘拉杆8的运动行程的2倍。这样的设计使得它既满足断口间必要的运动行程，又不必加大绝缘拉杆8运动行程，从而大大降低了对操作机构过大操作功能的要求。同时也相应地缩小了绝缘支持筒7轴向的结构尺寸，简化了灭弧室结构。
实施例中的灭弧室为单压式变熄弧距双喷口结构，在20℃时内充0.6MPa的SF6气体。它由静触头机构1和动触头机构3、压气缸30以及其它部件组成。动触头机构3中的喷口12与压气缸30连接、动弧触头27装在喷口12内，动主触头28与压气缸30直接连接。静触头机构1中的静弧触头26装在静主触头25内。
断路器在合闸位置时，电流从一侧套管15内导体16经排气筒29→静主触头25→动主触头28→压气缸30→中间触指22和传动机构架5流出另一侧套管15内导体16。
断路器在分闸位置时，绝缘拉杆8带动压气缸30、动主触头28、动弧触头27和喷口12运动，动主触头28和静主触头25分开以后，动弧触头27与静弧触头26分离，其间产生电弧。与此同时压气室中的SF6气体压力已建立起来，强大的气流冲出喷口熄灭电弧。
为了尽可能降低小电容电流开断时静弧触头端部的电场强度和降低端子短路开断时静弧触头端部的磨损，将静弧触头的直径增加到φ30mm-φ33mm，并将静弧触头端部的曲率改善为R12mm-R14mm。通过电场计算，确定了多段圆弧R14mm-R16mm相切为静弧触头的最佳形状。提高了灭弧室在进行小电容电流开断时的性能。这一点也在进行型式试验时得到了证实。
在正常操作条件下，断路器处于合闸位置，电流通常流过闭合的触头，当断路器得到分闸信号时其触头分离。触头分离产生电弧。电弧由周围是电离气体的金属蒸汽组成。多数情况下，电弧在狭窄而有限的空间内形成，这样电弧就可以被流动的气体迅速冷却。
为促使热气体从断口间有效排出，对下游区排气筒29的形状进行了特别设计，即通过充分的电场计算，得出一条R5mm--R50mm连续变化的曲线，构成了目前排气筒29的形状。现在排气筒29的外形具有外表面电场强度小，排出热气体通畅的特点，减少了由电弧产生的热气体密度下降对绝缘强度的不利影响，并提高了对电弧的冷却能力。
为增加对电弧的气吹流速，提高对电弧的冷却能力以及促进热气体从断口间有效排出，用电弧模型对开断现象进行了解析，确定了当压气缸30的直径在φ167mm-φ175mm范围内时，在同一喷口形状及操作力的前提下，可使得压气室压力上升最大，对电弧的气吹速度最高，提高了短路开断性能。
为改善断路器近区故障的开断条件，在灭弧室断口间并联了2000pF的电容器4，它安装在支持绝缘筒2的外围。该电容器4的存在，一方面使单断口断路器的灭弧室必须承受的陡度相当大的锯齿形恢复电压波形在初期变得平缓一些，另一方面也使得断口间的电场分布变得更加均匀一些。
SF6断路器的核心部分是灭弧室，在它内部由灭弧介质SF6气体完成对开断高电压、大电流时产生的电弧的熄灭。改进喷口的形状，针对单断口断路器的灭弧室断口间开距的增大，相应地加长了喷口长度，同时为提高弧触头附近的气体密度，研究了不同喉径尺寸对气体密度的影响。得出了合理的喷口喉径尺寸应该在φ38mm～φ41mm，喷口喉部长度是40mm-44mm范围内。同时对喷口材质的耐烧蚀性、耐电压性以及加工工艺进行了充分的研究，结果表明，喷口材质的不同配比和加工工艺对耐烧蚀性、耐电压性有很大影响，合适的喷口材质不仅可以提高喷口的耐烧蚀性、耐电压性，而且可以适当降低动弧触头和静弧触头端部的电场强度。本实用新型使用的喷口材质是添加了微量氮化硼的聚四氟乙烯，其化学符号是F4+BN。这种材料具有优越的耐电弧烧蚀性能和耐高电压击穿性能，通过多次试验，证实微量氮化硼的比例在5％-7％范围内时，其耐电弧烧蚀性能和耐高电压击穿性能达到最优。这样，与550kV双断口断路器灭弧室相比，单断口断路器的灭弧室气体密度得到了提高，也适当降低了动弧触头和静弧触头端部的电场强度，提高了开断性能。
优化了特性曲线速度-时间曲线，灭弧室进行容性开断及负载开断时，其断口间绝缘恢复特性是随开断过程而变化的，主要取决于弧触头附近的电场强度及SF6气体密度。因而要提高绝缘恢复特性，应设法提高灭弧室分闸速度，改善静弧触头形状，以降低动弧触头和静弧触头表面的电场强度。然而，当分闸速度过快时，对于端子短路T100a等开断时，可能无法满足对燃弧区间的要求。同时考虑到电弧产生的能量几乎与触头运动速度(亦即行程)成比例的增加，因此必须把分闸速度的增大限制在一定范围内，这也是抑制电弧能量的有效手段。
图4是实施例断口行程-时间曲线图，依据开断容性电流恢复电压曲线拟订了初步的位移-时间曲线，以此为基础，按最严格的燃弧时间为0ms作为开断点，以1ms时间间隔为步长，计算断口间在开断过程不同时刻下恢复电压对应的电场分布及动弧触头和静弧触头间SF6气体密度分布，对行程-时间曲线进行了优化设计，得出了既满足容性开断又满足大容量开断所需的特性曲线。从图4行程-时间曲线图可以看出，单断口断路器在行程接近300mm时仍具有一定的速度，保证了断路器在较长燃弧时间时仍具有开断大电流能力。
通过以上选择适当喷口材质，提高动弧触头和静弧触头附近的气体密度，并降低动弧触头和静弧触头端部电场强度等措施，使得在开断速度与363kV，50kA单断口SF6断路器相比仅提高约30％的情况下，实现了满足550kV单断口断路器的灭弧室开断大容量短路电流所必需的操作功能。
本实用新型单断口断路器的灭弧室的一些其它部件如瓷套管、电流互感器、操作机构等部件和通用件是按市售及国家标准GB722和GB1208进行设计的。
权利要求1.550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是它的静触头机构(1)和动触头机构(3)构成的断口间并联有电容器(4)，在传动机构架(5)内部的传动机构(6)与开断单元的动触头机构(3)连接，传动机构架(5)通过绝缘支持筒(7)固定在动侧法兰(10)上，传动机构(6)经绝缘拉杆(8)与操作杆(9)相连，操作杆(9)与操动灭弧室单元(13)的动触头机构(3)传动连接；静触头机构(1)由静弧触头(26)、静主触头(25)和排气筒(29)连接构成，动触头机构(3)由喷口(12)、动弧触头(27)、动主触头(28)和压气缸(30)连接构成，静触头机构(1)和动触头机构(3)则通过支持绝缘筒(2)连结构成一体式结构；灭弧室内的绝缘拉杆部件在整体布置上采用了偏心设计。
2.根据权利要求1所述的550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是所述的绝缘拉杆部件的偏心设计，即在支持绝缘筒(7)上连接有传动机构架(5)，传动机构架(5)内有一个偏心拐臂(11)，绝缘拉杆(8)一头与偏心拐臂(11)连接，另一头与操作机构(31)连接。
3.根据权利要求1所述的550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是所述的灭弧室的静弧触头(26)直径是φ30mm-φ33mm。
4.根据权利要求1所述的550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是所述的灭弧室的喷口喉径尺寸是φ38mm-φ41mm，喷口喉部长度是40mm-44mm。
5.根据权利要求1所述的550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是所述的并联电容器(4)，电容器(4)的值在1800pF-2200pF之间。
6.根据权利要求1所述的550kV单断口断路器的灭弧室，其特征是所述的灭弧室的喷口材质是含有微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN，其中微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN比例在5％-7％范围内。
专利摘要本实用新型用于550kV电压等级电力系统的控制和保护，更具体地说涉及的是户外型落地罐式550kV单断口断路器的灭弧室。所述的绝缘拉杆部件的偏心设计，即在支持绝缘筒(7)上连接有传动机构架(5)，传动机构架(5)内有一个偏心拐臂(11)，绝缘拉杆(8)一头与偏心拐臂(11)连接，另一头与操作机构(31)连接。所述的灭弧室的静弧触头(26)直径是φ30mm－φ33mm。这种550kV单断口断路器的灭弧室，它结构简单，体积小，使断路器占地面积小，产品运行的可靠性高。
文档编号H01H33/91GK2798290SQ20052007892
公开日2006年7月19日 申请日期2005年6月16日 优先权日2005年6月16日
发明者张雅林, 王建西, 杨夙峰, 尹茂华, 张希捷, 阮艳丽, 张震峰 申请人:西安西开高压电气股份有限公司