4　SF6斷路器的發(fā)展及操動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用
　　電力系統(tǒng)向高電壓、大容量、長距離的不斷發(fā)展，促進(jìn)了高壓斷路器的不斷發(fā)展。伴隨著電力系統(tǒng)的不同發(fā)展時(shí)期，會(huì)出現(xiàn)不同開斷性能、絕緣性能和機(jī)械性能的高壓斷路器來滿足電力系統(tǒng)的需要，同時(shí)對其所配用操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

　　單壓式SF6斷路器基本可以滿足電力系統(tǒng)的無油化、少斷口、少維護(hù)和高可靠性的要求。但是通過近二十余年的使用，用戶和制造部門也發(fā)現(xiàn)了它存在的一個(gè)重大缺陷，這就是對操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作功要求太大，從而影響了斷路器機(jī)構(gòu)動(dòng)作的可靠性，這在前面的故障統(tǒng)計(jì)中已有數(shù)據(jù)。

　　與單壓式SF6斷路器配套的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，必須在極短的分閘時(shí)間內(nèi)將氣缸內(nèi)的SF6氣體壓縮到滿足熄弧要求的高壓氣體，同時(shí)還必須保證動(dòng)觸頭分閘速度達(dá)到要求的運(yùn)動(dòng)速度，為此必須采用大功率的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，可以配用大功率彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)，也可以配用混合式的液壓—彈簧機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)—彈簧機(jī)構(gòu)等。目前制造廠生產(chǎn)量最大、系統(tǒng)中使用量最多的仍然是液壓機(jī)構(gòu)，因?yàn)橐簤簷C(jī)構(gòu)配用在高壓少油斷路器上已有三十余年的歷史，已經(jīng)積累了豐富的制造和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。目前氣動(dòng)機(jī)構(gòu)是配用單壓式SF6斷路器的另一主要機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中也有一定數(shù)量的產(chǎn)品在運(yùn)行。由于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)必須配備一套空氣壓縮裝置，并且同樣存在氣體密封和泄漏的問題，同時(shí)還存在銹蝕的問題，其運(yùn)行可靠性并不比液壓機(jī)構(gòu)好多少，所以運(yùn)行部門并不習(xí)慣選用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。大功率彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以滿足單壓式SF6斷路器的要求，如選用大功率盤簧或扭簧作為儲(chǔ)能元件，但是由于這兩種彈簧制造難度大、成本高，質(zhì)量難于控制，尤其是剩余能量過大，動(dòng)作可靠性難于把握，所以很少采用。

　　由于液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)配用在少油斷路器上已有三十余年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)，因此運(yùn)行部門樂于選用配液壓機(jī)構(gòu)的單壓式SF6斷路器，但這并不說明液壓機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)行部門對SF6斷路器的少維護(hù)和高運(yùn)行可靠性的要求。故障統(tǒng)計(jì)的數(shù)字說明，液壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性，特別是泄漏問題仍是影響SF6斷路器整體可靠性的突出矛盾。為此，世界上大部分液壓機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)廠家始終在不斷地對液壓機(jī)構(gòu)的密封性能、閥體設(shè)計(jì)、管路連接和工藝材質(zhì)等方面進(jìn)行完善和改進(jìn)，以圖減少密封環(huán)節(jié)和管路的連接，盡量提高密封性能，降低滲漏的幾率。目前大部分液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)都采用模塊式功能元件的設(shè)計(jì)，盡量減少元件數(shù)量和內(nèi)外管路的連接，以減少漏點(diǎn)。

　　ABB公司設(shè)計(jì)的彈簧儲(chǔ)能液壓機(jī)構(gòu)HMA和AHMA將氮?dú)鈨?chǔ)壓改為碟形彈簧儲(chǔ)壓并配以模塊式設(shè)計(jì)的
　　液壓功能元件，使液壓機(jī)構(gòu)的元件數(shù)、內(nèi)外連接管路和高壓密封減少到最低限度，這種簡化設(shè)計(jì)無疑會(huì)提高液壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性。

　　雖然大家對液壓機(jī)構(gòu)或者氣動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了不斷的和大量的改進(jìn)和完善工作，但是運(yùn)行部門仍不能滿意其使用效果，尤其是隨著斷口電壓的不斷提高，所要求的操作功越來越大，解決滲漏問題的難度也相應(yīng)增大，或者說，只要仍以“壓氣式”滅弧原理作為SF6斷路器的滅弧室設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，就必須使用大功率的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，這勢必使整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和密封系統(tǒng)受到較強(qiáng)的機(jī)械力，使斷路器的機(jī)械可靠性受到一定影響。因此，提高SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠性的出路是改進(jìn)“壓氣式”的開斷原理，降低對機(jī)械操作功的要求，減輕操動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械負(fù)荷。

　　自能式SF6斷路器的特點(diǎn)是充分利用短路電流開斷過程中電弧自身的能量使滅弧室內(nèi)的SF6氣體壓力上升到滅弧所需的壓力進(jìn)行短路電流的開斷；小電流如負(fù)荷電流、電容或電感電流則依靠小面積的壓氣活塞進(jìn)行開斷，其作用相當(dāng)于少油斷路器的壓油活塞。所謂“自能式”SF6斷路器原則上應(yīng)該是以自能滅弧為主，以壓氣滅弧為輔。由于充分利用了電弧自身的能量，所以使開斷時(shí)對操作功的要求可以大大降低，一般可以為“壓氣式”的20～30％，這樣就可以配用簡單的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從根本上消除了液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的滲漏隱患，并且大大降低機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和底架所承受的機(jī)械沖擊力，使斷路器的機(jī)械可靠性得到很大的提高。

　　“自能式”開斷原理，尤其是彈簧機(jī)構(gòu)在SF6斷路器上的應(yīng)用，進(jìn)一步滿足了運(yùn)行部門對操動(dòng)機(jī)構(gòu)提出的高可靠性、少維護(hù)性和簡單經(jīng)濟(jì)的要求，它一出現(xiàn)就受到了運(yùn)行部門的歡迎。盡管目前自能式SF6斷路器在開斷電流、斷口電壓、電壽命和近區(qū)故障開斷性能等方面尚需繼續(xù)改進(jìn)和提高，但在110～220kV電壓等級電網(wǎng)中使用量卻與日俱增，發(fā)展勢頭相當(dāng)迅猛。為此，國外各大公司在九十年代初開始將開發(fā)生產(chǎn)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到自能式斷路器上，并先后推出了以自能式為基本設(shè)計(jì)原理的各種配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的110～220kV斷路器，如AEG公司的S1系列、ABB公司的LTB系列、阿爾斯通公司FXT系列、西門子公司的3AP1系列、三菱公司的SFM－32B系列等等，目前我國電力系統(tǒng)中已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的進(jìn)口自能式SF6斷路器在110～220kV電網(wǎng)中運(yùn)行。
　　
　　5　關(guān)于壓氣式斷路器和自能式斷路器的選型
　　可以肯定地說，目前仍在大量生產(chǎn)和使用的壓氣式SF6斷路器，無論是各種開斷性能和電壽命，或是開斷容量和單斷口電壓水平，均能滿足我國高壓和超高壓電力系統(tǒng)的需要。壓氣式SF6斷路器存在的最大不足就是所配用的大功率液壓機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的滲漏問題。

　　液壓機(jī)構(gòu)已經(jīng)有幾十年的生產(chǎn)歷史和使用經(jīng)驗(yàn)，正是由于使用時(shí)間太長了，使用的數(shù)量太大了，而滲漏現(xiàn)象似乎又太多了，使用部門希望能有一種結(jié)構(gòu)相對簡單、直觀而且是無液體和氣體、無壓力和密封、也無需壓力監(jiān)視和閉鎖的純機(jī)械的操動(dòng)機(jī)構(gòu)來替代液壓機(jī)構(gòu)，以減少因滲漏而帶來的大量維修工作。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的重新起用和自能式SF6斷路器的出現(xiàn)，適應(yīng)了廣大運(yùn)行部門的這一需要。

　　自能式SF6斷路器的最大特點(diǎn)就是大大地降低了操作功，最大的優(yōu)點(diǎn)就是采用了純機(jī)械的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，不存在油或氣體的滲漏問題和密封問題。但是我們也應(yīng)該注意到，自能式SF6斷路器由于降低了操作功也會(huì)使其某些開斷性能和技術(shù)指標(biāo)受到影響，從而使它的使用受到限制。目前所生產(chǎn)的自能式SF6斷路器由于主要依靠短路電弧自身的能量提高滅弧室內(nèi)SF6氣體的壓力，以達(dá)到熄弧壓力，因此勢必會(huì)增加燃弧時(shí)間、加重噴口和觸頭的燒損程度、使介質(zhì)強(qiáng)度的初始恢復(fù)速度降低，從而使自能式SF6斷路器的短路開斷能力、電壽命次數(shù)、近區(qū)故障開斷能力、斷口耐壓水平均達(dá)不到目前生產(chǎn)的壓氣式SF6斷路器的水平，其單斷口電壓只能到220kV級、短路開斷能力只有40kA。不僅如此，由于自能式SF6斷路器的滅弧室結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，部件增多，而且在開斷大小不同電流時(shí)均須可靠配合，這既增大了制造難度，同時(shí)也可能對電氣可靠性造成不利影響。構(gòu)簡單、直觀，但其運(yùn)行可靠性還很難說就比液壓機(jī)構(gòu)高，否則在少油斷路器時(shí)代大量使用的就不是液壓機(jī)構(gòu)了。彈簧機(jī)構(gòu)克服了液壓機(jī)構(gòu)的滲漏問題，但可能會(huì)發(fā)生更多的機(jī)械故障，如機(jī)械變形、損傷、卡滯及分合閘鎖扣失靈等，而彈簧本身的制造質(zhì)量也難以控制，尤其是盤簧和扭簧，所以目前大多使用螺旋形彈簧。配用彈簧機(jī)構(gòu)的自能式SF6斷路器仍在發(fā)展過程中，其電氣性能仍需不斷改善和提高，所以在短期內(nèi)還很難替代壓氣式SF6斷路器。

　　配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的自能式SF6斷路器的出現(xiàn)，解決了運(yùn)行部門長期以來被液壓機(jī)構(gòu)的滲漏所帶來的困擾，因此許多運(yùn)行部門己經(jīng)或者正在考慮選用自能式SF6斷路器，這是可以理解的。但是，目前的自能式SF6斷路器仍處于發(fā)展過程中，在其顯現(xiàn)優(yōu)勢的同時(shí)，許多新出現(xiàn)的問題仍待解決，而且缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這也是不爭的事實(shí)。因此，運(yùn)行部門選型時(shí)應(yīng)該充分注意到壓氣式和自能式各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行條件和發(fā)展前景，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較決定選用對象，對自能式SF6斷路器的選型不能一哄而上。
　　我國開關(guān)制造廠在研究、開發(fā)和生產(chǎn)自能式SF6斷路器的同時(shí)，不能忽視、更不能逃避對液壓機(jī)構(gòu)的改進(jìn)和完善工作，而對運(yùn)行部門來說，盡快解決目前仍在大量生產(chǎn)和使用的液壓機(jī)構(gòu)的滲漏問題是更為實(shí)際的工作。