國內外混合式斷路器發展與研究現狀

謝芳

摘要：就目前來看，混合式斷路器繼承了傳統開關裝置的優勢，使電力系統的平穩可靠運行得到了有力保障。本文就此，分析了當前國內外混合式斷路器發展現狀，結合混合式斷路器運行原理以及結構特征，對混合式斷路器進行分類，以其充分發揮出混合式斷路器在推動電力事業智能化、現代化發展過程中的積極作用。

關鍵詞：混合式斷路器;發展;研究現狀

前言：就目前來看，國內電網呈現出智能化發展特征，電力系統開展容量與分布式電源技術得到了快速發展，傳統單一型斷路器難以滿足日漸提升的電力系統開斷容量要求，因此需相關部門加強對混合式斷路器的研究工作，分析國內外混合式端路器發展趨勢，探索出混合式斷路器科學發展路徑。

1、混合式斷路器研究意義

在高壓電力系統研究領域，SF6斷路器最為常見，但由于該斷路器所排放的氣體屬于溫室氣體，不符合社會可持續發展標準，因此在許多地區都禁止使用了SF6斷路器;在中低壓電力系統研究領域，真空斷路器所具備的良好絕緣性以及低碳環保性更為顯著，因此被經常用于電力系統內部。但在實際運行期間，真空斷路器內部真空間隙會出現飽和效應，導致真空斷路器難以向高壓領域發展。

將真空斷路器與SF6斷路器結合在一起組成混合式斷路系統，能夠從根本上規避兩斷路器獨自運行過程中的各類缺陷，滿足超高壓大容量開斷要求，控制溫室氣體排放量。由此可見，研究混合式斷路器發展，對提升電力系統運行效率，保護周圍生態環境具有重要意義。

2、混合式斷路器發展現狀

2.1混合式斷路器發展歷程

將具有不同絕緣介質的高壓開關串聯成混合斷路器的理念最早提出于20世紀60年代，當時主要是將真空滅弧室與空氣斷路器串聯成斷路器結構。隨后幾十年的發展歷程，研究人員又將真空斷路器與油斷路器串聯在一起，組合成混合式斷路器，借助絕緣油，切實提升了斷路器整體絕緣性能與外絕緣強度。20世紀70年代，美國西屋和通用公司用單個真空滅弧室與SF6滅弧室串聯成混合斷路器，借助SF6滅弧室兩端并聯低電阻等特性，使SF6滅火式動態分布電壓與動態絕緣性能得到了大幅度提升。以此為開端，國外展開了多次混合式斷路器研發工作，通過細致分析不同階段與不同領域的用電要求，對具有優勢互補關系的斷路器進行串聯配置，切實加快了混合斷路器發展速度。

20世紀80年代，混合式斷路器研究工作開始在世界范圍內普及，受到了當時研究人員的高度關注。部分研究學者提出將多個壓氣式斷路器與多個SF6斷路器串聯組合成混合斷路器的方式，通過充分發揮出壓氣式斷路裝置弧壓高的特征，確保SF6斷路器能夠在直流分量開斷期間獲得更高效益。

隨著永磁操動機技術的不斷完善，將該技術應用在真空斷路器中，切實提升了真空斷路器運行期間的質量水平，使真空斷路器在中低壓電力系統研究領域中的地位得到了進一步鞏固與夯實。現階段混合式斷路器研究方向主要就是將真空斷路器與SF6斷路器串聯在一起，通過合理布置操動方案，確保真空斷路器與SF6斷路器投入運行中的積極作用能夠被充分發揮出來。

2.2混合式斷路器運行原理

將真空斷路器與SF6斷路器串聯在一起，確保真空介質恢復速度快、SF6絕緣強度高等優勢能夠被充分發揮出來。在斷開大電流的情況下，狀態恢復電壓初始階段，能夠在SF6介質的幫助下快速恢復。在該混合式斷路器運行后期，SF6介質強度恢復到一定范圍內，使電壓快速恢復。由此可見，真空斷路器與SF6斷路器串聯而成的混合式斷路器不僅具有較強的絕緣強度，且溫室氣體排放量不斷降低。

3、混合式斷路器研究工作

現階段關于混合式斷路器研究工作，主要圍繞開斷機理與絕緣動態、樣機結構、調控策略等幾方面開展。

在混合式斷路器動態開斷期間，弧后暫態恢復到電壓初始狀態，電壓上升率提高，因此真空斷路裝置能夠在此情況下發揮出狀態恢復電壓的功能。在初始動態恢復電壓后期，SF6斷路器更加適宜恢復電壓。電壓初始狀態分布的特征主要是真空斷路器與SF6斷路器的弧后電導、弧后電流共同決定。在狀態恢復電壓后，電壓的分布需通過并聯分壓電容以及非線性電阻手段控制，因此需利用SF6斷路器實現該功能。

在混合式斷路器試驗研究過程中，可借助有限的分析軟件，對混合式電路器實際運行期間的電場分布特征以及等效電容等參數進行定量計算，借助計算結果，對混合式斷路器結構設計與結構優化提供重要理論依據。在研究真空斷路器電弧與SF6斷路器電弧相互作用的機理時，采用電磁狀態分析軟件，建立起不同斷路器動態介質恢復階段模型，找尋出能夠充分發揮出混合式斷路器應用效益的發展路徑，為更高壓等級混合斷路器的研究與實施提供重要參考依據。

4、電力電子混合式斷路器的研究現狀

20世紀90年代，電力電子混合式斷路器理念被首次提出與電力能源會議之上，通過設計出混合式限流開關，控制電力系統在實際運行期間的能源消耗量，更好解決能源緊張問題，

就國內研究成果分析，電力電子混合式斷路器可能用于交流電源，切換開關處。在高壓混合短路中，由于串聯電力電子開關抗阻力較大，難以實現真空電弧電流轉移目標，因此需借助輔助開關，使電流由真空開關直流向電力電子開斷單元轉移，從根本上提升電流傳輸穩定性。

在該混合式斷路器中，主要就是將超導故障電流限流器與傳統混合斷路器串聯在一起，主要用于限制主電路電流，保障高壓直流輸電期間的安全性。但就目前來看，該混合式斷路器成本高，尚未在高壓直流輸電領域得到廣泛普及。

從結構角度分析，電力電子混合式斷路器分為兩種形式：第一，混合式斷路器內增設了相應的輔助開關，被較多應用在中高壓電力輸送領域中[5]。在高壓系統內，電力電子設施數量多，僅利用真空開關電弧難以滿足自然換流要求;第二，自然換流式混合斷路裝置，主要被應用在中低壓電力傳輸，利用電弧電壓可直接完成電流轉移到電力電子支路上的工作，不需要增設輔助開關。

當前關于電力電子混合式斷路器的研究工作主要為結構設計、電路設計等方面，借助開發出的高壓混合式直流斷路器，有效控制開斷流量以及開斷時間，確保混合式斷路器能夠被更好的應用在高壓直流輸電環節。為切實提升混合式斷路器開斷速度，還需加強機械開關分閘速度的研究工作，確保電流由機械開關向電力電子開關轉移平穩。收集機械開關參數與轉移支路參數，使混合式斷路器能夠在電流開斷中發揮出重要作用。

總結：總而言之，本文概述了混合式斷路器發展現狀，發現混合式斷路器在開斷介質恢復、斷弧協同作用特征機能等研究工作方面投入力度較小，混合斷路器在不同影響因素下的開關容量增益特征與實際運行情況存在一定差距。因此為確保混合式斷路器能夠在電力系統實際運行過程中發揮出應有積極作用，相關部門需加大研究混合式斷路器機械開關電弧熄滅機理與其影響因素，提出混合斷路器快速操縱機構與短路故障解決方式，致力于延長混合式斷路器使用壽命，推動電力行業智能化現代化發展進程。

參考文獻：

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