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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 高压开关技术的研究
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2021年 月 日
内容摘要
随着我国电力事业的迅速发展,人们对于电力系统可靠性和安全性的要求越来越高。电力设备正朝着大型化、自动化和智能化的方向发展。高压开关是电力系统中最重要的控制和保护设备,在电网中的作用至关重要,其故障带来的后果是十分严重的。一旦电力系统发生故障,即使只引起生产设备短暂的停止工作,也会造成巨大的损失。
本论文所要研究的高压开关技术，了解高压开关的发展现状及未来几年的发展趋势，以及国内、外高压开关发展情况，及高压开关的结构、工作原理、电气特性等；结合工作实际分析其常见故障；结合工作实际通过故障分析结果给出相应的解决方案。
关键词：断路器；负荷开关； SF6；操动机构；弹簧
目 录
内容摘要..................................... ............................. .......................... .................... .......Ⅱ
1 绪 论
1.1 高压开关的发展现状与趋势
电力系统是一个很大的实时工作系统。它的发电、变电、输电、用电是在同一瞬间完成的，随着电力系统的覆盖范围越来越广、电力机组的容量越来越大、供用电及电力系统安全性要求越来越高，需要电力系统能够用很完备的自动控制方式来协调。要让先进的控制系统最终能够实现控制，配备较为新型的断路器、组合电器是提高运行可靠性的重要措施之一。
高压开关设备是主要用于关合与开断正常或故障电路、或用于隔离高压电源的电器，它的发展很迅猛。目前，开关产品已从初期的油断路器、空气开关，进入到了真空断路器和SF6断路器及其成套设备（GIS）为主的新时代；设备电压等级也从交流12kv、40.5kv提升到750kv，并正在向1100kv特高电压等级发展；机械加工从最基础的工艺手段发展到具有适合规模化、专业化生产的大型数控机床、加工中心、柔性生产线及专用工艺装备；产品性能从仅能满足近距离机械连锁操作，向可以远距离、无人值守的自动遥控、遥测操作发展；产品灭弧机理、灭弧室结构设计研发更为科学、先进，也更安全可靠；产品实现了真正意义上的计算机辅助设计，产品主要技术性能越来越进步、完善。
随着电力系统对配电系统的质量和可靠性要求的提高，对高压开关设备的性能要求也越来越高。为了满足当今社会对高质量产品的需求许多研究、设计和生产部门做了大量的卜作;另外，基础理论，材料技术、生产工艺、加工工艺和新技术的应用，也使得高压开关设备的技术水平有了很大的进步。这些综合起来大概有以下7个因素:
(1)环保。六氟化硫气体由于其优良的绝缘和灭弧性能，日前在高压电器中得到了广泛的应用，全球生产的六氟化硫气体约50%用于电力行业其中80%用于高压开关设备。但由于1997年《京都议定书》的签署使各国在逐步停止或减少六氟化硫电器的使用，日前尚未找到合适的替代气体，六氟化硫气体在电器生产中仍然有着其不可替代的作用。
(2)新介质、新材料的应用。对于户外产品而言，环境适应性能的提高(污秽，湿热，高海拔，盐雾和大气污染)是至关重要的，因此耐紫外线、强度高和自洁型的新型有机绝缘材料也在户外产品中得到广泛的应用，比如新型的户外环氧树脂、户外硅橡胶、聚氨醋、陶瓷等新型材料等等;另外，金属防腐技术也是高压开关厂家重点研究的课题。
真空断路器由于其优良的灭弧性能和少维护、免维护的特点，尤共是小型化、低重燃的真空灭弧室的应用，在户外配电断路器中所占比例越来越高。
(3)免维护。目前免维护产品(15一20年使用周期)的研究与开发是高压电器生产厂家的目标和方向。目前，用于六氟化硫断路器/重合器的弹簧操动机构可以做到2000次到500。次，用于真空断路器/重合器的弹簧操动机构基本上可以做到1000次机械稳定性，电磁操动机构(含永磁操动机构)可以做到5000次机构寿命，基本可以满足大多数用户的需求。但是控制永磁操动机构的电容器、蓄电池和电子设备的使用寿命只能达到7年左右与设备本体的要求并不匹配。
(4)小型化。目前，复合绝缘技术、气体绝缘技术和小型化真空灭弧室的使用，使得户外配电设备的尺寸和重量与以前相比大幅度减小。同时，电子测量控制设备的发展，使电流传感器和电容式分压器在高压电器产品中的应用成为可能，进一步减小了高压电器的体积。
(5)组合电器。户外配电开关设备的使用过程中，经常需要多种高压电器同时使用，因此许多厂家经常将两种以上的电器产品组合使用，如断路器一隔离开关组合电器、负荷开关一隔离开关组合电器、负荷开关一熔断器组合电器等等，一方而降低了成本，另一方面方便了用户的安装和使用。
(6)最优人机关系。将操动简便可靠、电动遥控操动、清晰的状态指不融人到开关的设计中，同时模块化的设计，插接式安装方式，二次系统现场总线使得现场快速安装成为可能，同时免维护开关设备和自动监测系统极大的减少了运行人员的工作量。新型的控制器及配网自动化系统可以将开关的状态即时传送到运行管理人员的电脑上，以及四遥系统的实现大大减少了运行人员的工作量。
(7)智能化。高压开关设备的智能化是“十五”时期装备工业集传统的机械装置与电子产品、电子技术相结合的机电一体化新一代产品，钾能化既是一个个体又是一个系统。迄今为止，智能化只是一个泛指，相关行业并无一个规范的术语和定义。对于一个元件来讲，可以理解是按照智能化的要求植人一个或多个元素或者功能，如传感器、通讯接日等;对于开关成套设备，如配电设备、开关柜等，则可理解是对一个系统的综合要求，诸如自动化、远动化、四遥、在线监测等。
1.2 国外高压开关的发展情况
世界上高压开关的生产主要集中在欧洲几大公司（如西门子、ABB、Alston等）和日本几大公司（如三菱、东芝、日立等），它们的产品基本上代表了世界发展水平。2004年法国Alston公司研制出了采用真空和SF6复合式灭弧室的145kv等级的高压断路器，降低了高压断路器的外形尺寸和操作功，提高开断能力，增强电气特性，缩短燃弧时间。日本东芝公司生产的GIS封闭式组合电器紧实小型化，防止环境污染，操作安全，维护方便。德国西门子公司在生产传统高压开关的同时研制出第二代热膨胀灭弧室和双向运动触头系统，对提高产品操作寿命有很大的益处。随着紧凑型高压开关设备的兴起，欧洲几大公司如ABB、西门子、Alston都竞相推出此类产品，它比起普通空气绝缘开关设备可节省占地面积60%，又比GIS节省大量费用。这些公司共有的特点是产品更新换代快，研究费用的投入比例较大，并且建立了强大的试验研究基地，这也是我国和他们之间最大的差距。
1.3 我国高压开关的发展情况
国内开关产品生厂商主要分布在东部沿海地区和陕西、甘肃、河北、河南等中西部地区；其中包括国内知名的“五大开”大型国有企业，即北京开关厂、平顶山天鹰集团有限责任公司、西安高压开关厂、上海华通开关厂、沈阳高压开关有限责任公司。还有很多如天水长城开关厂等中型国有企业、新兴民企、及合资企业。
我国高压开关行业经过50年的发展已建立了品种齐全、参数性能与国际接轨的产品体系，这些产品在品种、性能、质量、数量及生产能力等方面，基本可以满足我国电力工业发展和城乡电网建设与改造要求，不少产品已达到国际先进水平。我国在20世纪70年代末开始引进法国MG公司500kv SF6瓷柱式气体断路器设计制造技术，80年代又引进了日本三菱和日立公司500kv SF6气体断路器和封闭式组合电器（GIS）的设计制造技术。目前国产500kv气体断路器已在电网中大量使用，500kv封闭式组合电器在大型电站、变电所运行，110kv、220kv和330kv封闭式组合电器也在电网中大量使用。随着我国城市电网建设速度加快，封闭式组合电器将得到大量的运用，但相比国外产品，国产封闭式组合电器和气体断路器在可靠性、密封性和运行业绩方面还存在较大的差距，零部件的质量问题比较
