基于真空和SF6氣體兩種不同滅弧介質的滅弧特點,分析真空滅弧室與SF6滅弧室串聯組成的混合斷路器可獲得更大開斷能力的機理。根據混合斷路器開斷能力提高機理提出對其操動控制機構的要求,并將額定電壓12 kV,開斷電流20kA的真空斷路器與額定電壓12 kV,開斷電流6.3 kA的SF6斷路器串聯搭建光控模塊式混合斷路器實驗模型。對實驗模型進行短路電流開斷測試,并對比單個SF6斷路器與基于相同SF6斷路器串聯真空斷路器的混合斷路器的短路電流開斷能力。得出SF6斷路器與混合斷路器的開斷容量曲線,混合斷路器相比SF6斷路器開斷容量增益倍數在1.4以上。證明混合斷路器可在不增加SF6氣體使用量的前提下提高短路電流開斷容量。

　　A novel type of hybrid,light-controlled circuit-breaker was developed by combining the vacuum interrupter and the SF6 interrupter in series to improve the breaking capacity.To characterize its breaking capacity gain,a prototyped hybrid circuit breaker was designed and constructed,consisting of a vacuum interrupter (a rated voltage of 12 kV and a breaking current of 20 kA),a SF6 interrupter(a rated voltage of 12 kV and a break current of 6.3 kA) and a light-control module.The preliminary test results show that the breaking-capacity gain of the newly-developed hybrid circuit breaker is 1.4 times higher than that of the SF6 interrupter,without increasing the amount of SF6 gas.The operating mechanisms and possible improvements of the hybrid circuit-breaker were also tentatively discussed.

　　目前超高壓大容量領域開關介質由SF6 氣體一統天下, 而SF6 廢氣的毒性以及泄漏后對環境的危害近年來受到廣泛關注, 因此一種新型的大容量開關設備亟需開發。基于真空滅弧室與SF6 滅弧室串聯的混合斷路器是新型大容量開關研究的一個方向。混合式斷路器技術實質是在不增加SF6 氣體使用量的前提下, 利用真空斷路器和SF6 斷路器各自的技術特點與優勢完成更大短路電流的開斷。在現代電子操動技術和光電控制技術日趨成熟的條件下, 把混合式斷路器應用到超高壓大容量開關領域已成為可能。

　　基于真空滅弧室與SF6 滅弧室串聯的混合斷路器(HCB) 研究始于上世紀60 年代 。各國研究者經過大量實驗發現, 具有完全不同物理性質的兩個滅弧室串聯在開斷短路電流時有著積極作用: 在電流過零前瞬間, SF6 電弧幫助真空電弧熄滅, 而當電流過零后, 真空電弧幫助SF6 電弧抑制恢復電壓的上升過程。這是因為在開斷過程中真空滅弧室處理瞬態初始恢復電壓(TRV) 陡峭上升部分時具有卓越性能, 而SF6 滅弧室能夠很好地承受瞬態恢復電壓峰值。然而目前國內外關于HCB 相對于SF6斷路器的開斷容量增益特性尚未見報道, 兩滅弧室間的最優協同動作時刻仍未量化確定, HCB 的工業化應用與推廣還有待進一步研究。

　　本文在討論HCB 獲得更高電流開斷能力的機理、分析其瞬態電壓恢復過程的基礎上搭建了光控模塊式HCB 實驗模型。實驗模型中真空滅弧室與SF6 滅弧室協同動作時間分散性小, 可滿足分析其在不同協同動作時刻開斷容量增益特性的要求。過短路電流開斷實驗比較了SF6 斷路器與相同SF6斷路器串聯真空斷路器的HCB 開斷能力, 并得出SF6 斷路器與HCB 的開斷容量曲線及HCB 對于SF6斷路器的容量增益曲線, 證明真空斷路器可以部分承擔SF6 斷路器開斷電流的責任, HCB 具有比SF6斷路器更加優越的開斷能力。

結論

　　 在介質恢復過程中, 真空斷路器快速的介質強度恢復特性利于SF6 斷路器介質強度恢復; 如承受恢復電壓較早的真空滅弧室發生重擊穿, 只要恢復電壓的峰值和上升速度低于SF6 滅弧室介質強度的極限值, 整個HCB 并不會因為真空滅弧室發生重擊穿而導致開斷失敗;

　　基于真空斷路器與SF6 斷路器串聯的光控模塊式混合斷路器結構簡單、可控性強、動作分散性小, 能滿足真空斷路器與SF6 斷路器在不同時刻協調動作研究其開斷容量增益特性的需要;

　　實驗證明, 真空滅弧室首先開斷短路電流并承擔瞬態起始恢復電壓, 替SF6 滅弧室承擔部分開斷短路電流的責任有助于SF6 斷路器介質強度恢復。HCB 短路電流開斷容量明顯高于SF6 斷路器,開斷容量增益倍數在1.4 以上, 證明了HCB 可在不增加SF6 氣體使用量的前提下提高短路電流開斷容量。