论文部分内容阅读
[摘要]工作于发电机出口保护用的断路器，无论是一侧的发电机，还是另一侧的大型升压变压器，都可能造成非常严酷的短路开断条件，因此发电机回路保护用中压断路器会遇到极其严酷的短路开断条件。通常，大容量发电机断路器体积很大，这种类型的发电机断路器其灭弧介质常使用压缩空气、变压器油或SF6压气式灭弧技术。近年来，由于真空断路器(VCB)技术的不断发展，使其应用领域不断扩展。
随着时间的推移，真空灭弧室(VIS)的短路开断能力有了显著提高，相应地使真空断路器也有了很大发展。真空灭弧室刚出现时，主要适用于只有较小短路电流要求的配电回路。由于对真空电弧特性和触头材料的不断研究，电真空工艺技术进步了，使我国已具备开发出能够在非常严酷的故障条件下开断大短路电流的灭弧室。现在，最新一代的VIS能够满足发电机回路保护所要求的多种非常严酷的条件。这不仅包含具有大电流、高直流分量和长时间常数等特点的短路电流要求，也包含具有很快瞬态恢复电压(TRV)上升率和很高峰值的TRV要求。使用纵向磁场设计原理的新一代VIS产品适合应用于发电机回路保护，参数可达12kV－6300A－80kA。
我国首台自主研发、拥有自主知识产权的ZN105型大容量真空断路器试验成功表明，这种类型的VCB符合IEEE标准C37.013关于对发电机断路器的规定，此标准规定了断路器需要满足的发电机回路严酷条件的能力。产品的试验及挂网实践运行证明：真空断路器用于发电机出口的保护不仅是可行的，而且在技术、经济以及运行等方面是非常适宜的。
[关键词]真空灭弧室；发电机断路器
1 前言
在电力的产生、输送、分配与实际电力负荷的应用等环节中，作为对电力系统中各处用电设备及整个电力系统实施控制与保护的高压断路器无疑是一个十分重要的电气设备。它的性能优劣、可靠性的高低都直接关系到整个电力系统和众多用电设备的安全与运行，关系到国民经济各个行业的方方面面。因此就整个电力系统而言，无不对断路器的性能及可靠性提出了很高的要求与期盼。在整个电力系统中，根据被保护设备所处的运行条件与环境的不同，在系统出现短路故障时断路器所承担的开断任务差异也是十分大的。为此国际电工委员会将保护断路器区分为发电机出口保护用和一般输配电保护用两人类(国际标准分别是：IEEE Std C37.013－1997；IEC62270－100：2001)，我同也根据同际标准的要求，分别制订了两种产品型试试验所依据的国家标准，它们分别是：GB/T14824发电机断路器通用技术条件和GBl984－2003高乐交流断路器两个标准。两个标准的试验内容与对产品的考核程度区别甚大。
2 发电机回路特点及我国设备现状
发电机断路器位于发电机和连接其余电力系统的大功率升压变压器之间，这就造成了同路开断条件尤其严酷。无论发电机还是变压器都只有很低的电阻和很高的电感／电阻比率(L/R)，相反，架空线和地下电缆的L/R比率却很低。发电机回路的L/R比率比典型配电回路的高几倍，L/R比率的单位用时间来表示，它决定了故障电流直流分量的衰减率。直流分量的衰减率非常重要，它决定了断路器触头刚分点及其燃弧期间直到完全开断时的电流强度。此外，发电机断路器还必须能开合系统失步条件下的回路。使得在此处工作的断路器，除了满足一般开断性能要求外，还需要克服系统暂态过程中非常高的直流分量、高的电动冲击系数、非常陡的暂态恢复电压等极其严酷的开断条件。正因为如此，在我国，当发电机出口处的系统短路容量超过63kA时，所需的保护用断路器需要进口，目，进口的断路器其灭弧介质多为变压器油、压缩空气以及SF6气体等。由于受到这些介质的静态绝缘特性和动态绝缘恢复特性限制，使得由这些灭弧介质所制造出的断路器不仅体积庞大、重量重(平均每台3吨以上)、机电寿命小高、维护维修困难，而且价格十分昂贵，以额定电压12KV、额定电流6300A、额定短路开端电流80kA为例，如此参数的发电机出口保护用断路器每台进口价格均在150万元以上，我同每年为此均需要花费大量的外汇用来购买同外大公司的产品来满足我国中小容量发电机组出口保护的系统要求。
3 适合发电机回路保护的真空灭弧室(VlS)
纵向磁场(AMF)真空灭弧室适合于发电机回路保护的应用，这以为大量开断试验所证实，其典型特征为大故障电流和长燃弧时间。纵向磁场(AMF)真空灭弧室由花瓣状触头构成。当电流流过花瓣状触头之间时，电流产生一个与灭弧室轴向平行的自生磁场，而该磁场平行于电弧，因此命名为“纵向磁场真空灭弧室”。纵向磁场与电弧电流相互作用产生的力，约束电弧使其不能积聚，使电弧能量均匀的分布在触头表面，减少了触头烧损。此外，真空介质的动态绝缘恢复强度也优于变压器油、SF6气体等介质，其介质的动态绝缘恢复强度时间为亚纳秒级，完全能够满足断口暂态恢复电压对介质绝缘恢复强度的要求，这也为试验所证实。
4 北开自己研制发电机断路器的条件与历程
面对我国电力系统的急迫需求，北京北开电气股份公司决定凭借自己五十多年的经验积累，以自己的工程技术人员为主，在消化吸收引进德国西门了公司产品技术的基基础上，广泛开展社会上的产、学、研合作。最早于1997年在我同首家用真空断路器按照发电机出口保护用断路器的使用要求进行了严格的型式试验，试验首先是在ZN65A－12/3150/40kA样机上进行的，因为是首次试验，困难很多，人家对标准的理解和试验设备参数的调整进行了反复讨论与试验，经过与试验站人员的有效沟通和密切配合，最终全部试验取得了满意的结果。通过试验的检验，坚定了我们将真空断路器使用领域小断扩大的决心。此后北开又于1999年在全国率先研制成功ZN65A－12/4000/63kA用于发电机出口保护用的真空断路器。2000年1月北开又成立了ZN□12/6300/80kA项目攻关组，在经过历时四年、两次型式试验开断失败的经历后，不断总结失败的经验教训、针对型式试验中遇到的新问题，提出我们自己的改进设计方案，最后通过攻关组的不懈努力、在广泛开展产、学、研合作的基础上，终于开发研制出具有白丰知识产权的我国首台大容量ZN105型发电机出口保护用真空断路器。
zn105型发电机出口保护用真空断路器不仅能够满足国产中小型发电机组出口保护的要求(注：我国中小水电机组以及大型企业自备电厂装机容量相当可观)，而且由于采用了真空介质用于灭弧，使得产品的机电寿命高、体积小、重量轻、操作简单、运行维护方便，且产品价格只相当于同外进口设备的二分之一左右。在2004年12月27日通过的国家两部委产品鉴定会上，专家的鉴定结论是：产 品结构合理，技术参数水平高，产品填补同内空白，处于国际领先水平。
5 发电机断路器的关键技术
5.1 断路器关键技术
作为发电机出口保护用断路器其关键技术主要是解决以下三个问题：
(1)如何使断路器在大的额定电流，在不增加任何辅助散热设备的条件下(既不采用强制通风、水冷等散热方式)，满足设备正常运行时的温升要求。
鉴于电弧开断过程的复杂性，尤其是大电流的开断受到强磁场、强电场、温度场以及电力系统参数震荡暂态过程的影响，使得到目前为止，国内外尚不能对电弧开断过程建立起精确的数学模型，高压断路器的设计有些部分还不得不依凭以往的设计经验，整机的性能指标最终还得依靠大功率试验站的开断考核。同时，由于真空条件的限制，使得真空断路器的温升散热成了非常薄弱的环节。我们攻关组在承担了项目攻关任务后，根据多年积累下来的设计经验，首先对整机产品能够用计算机仿真设计的部件进行了计算机辅助设计，例如，利用有限元的方法对整机的温度场分布进行了仿真计算，对主回路系统中的热节点用ANSYS软件进行了，逐点温度场与磁场的偶合分析与计算，最终确定了断路器上下出线的最佳散热面积和外加热管技术的温升解决方案。不但节省了时间，还避免了以往开大型模具的盲目性，通过计算机仿真恰到好处的解决了温开散热、电场分布以及机械受力三者的关系。下面既是主回路温度场仿真计算示例(见图1所示)。
(2)如何使断路器在发电机出口这种严酷开断条件下，确保满足GB/T14824的要求。
对于发电机保护要求的，系统暂态过程中的高直流分量、高的恢复电压上升陡度(TRV值)、非常大的短路开断电流，我们首先采取的方案是：利用真空介质非常优异的静态绝缘特性和动态绝缘恢复特性，根据我们以往成熟的纵向磁场约束电弧理论、加上杯状触头结构、用真空熔铸自耗成型的特殊工艺加工制造出适于真空开断的触头材料，又采纳了西安交通大学等学者的建议，将灭弧室触头作成1/4匝线圈形式，在国营777厂的大力配合下，加工制造出我国第一只大容量真空灭弧室。并于2002年10月在西安高压试验站进行了首次开断试验。试验第一次开断就不成功，触头熔焊无法打开。我们将触头熔焊的火弧室解剖分析，针对试验中出现的问题，提出了改善触头材料组分、增人触头超行程以增加触头的助分力等项措施，样机经过改进后，于2003年初又进行了第二次试验，这次触头熔焊的川题解决了，但又出现了灭弧室屏蔽罩烧穿导致开断失败的问题。我们又再一次将断路器拉回厂，进行解体分析，发现触头出现严重的偏烧现象，这是什么原因引起的?经过仔细分析，我认为是大电流条件下相间电流自生磁场在作怪，随后提出了在火弧室屏蔽罩外侧及相间，增加铁磁屏蔽桶的设计方案。通过此项改进，使开断试验顺利通过。
(3)如何解决在大的分、合闸操作功作用下，断路器触头系统的合闸弹跳与分闸反弹问题。
为了解决在大的分、合闸操作功冲击作用下，触头系统的合闸弹跳与分闸反弹问题，我们又为此专门设计了双油缓冲、双分闸簧的特殊机构(见图2所示)，为了减少摩擦损耗，提高传动效率，我们在以往机构成熟的基础上，又采用了新的固体薄膜保护技术，一举解决了，机械试验中出现的所有问题，终于在2003年底通过了全部发电机出口要求的型式试验。以上便是此项产品的一些具体内容。
该断路器于2004年1月在西安高乐电器质量监督检验中心顺利通过了全部的型式试验，北开成为国内首家完成这一产品研制与试验的单位。该产品技术性能国际领先，并填补了我国l2kV/6300A/80kA参数等级断路器的空白。
5.2与普通断路器的比较
作为发电机断路器与普通配电断路器相比，技术参数的要求主要区别在以下几个方面：
(1)绝缘水平高(以出口电压12kV为例)
发电机断路器断口间的雷电冲击耐受电压为85kV，1min 工频耐受电压达到50kV，(这一点是在全部弧后开断完成的情况下进行，很难)。而普通配电断路器的雷电冲击耐受电压为75kV，1min工频耐受电压为42kV。
(2)关合容量大
当断路器的短路开断电流为80kA时，要求其短路关合电流为其短路开断电流的2.8倍以上，即80×2.8≥224kA。而普通配电断路器的关合电流为2.5倍的开断电流，两者相差较多。
(3)预期瞬态恢复电压的上升率(TRV)陡度大
根据标准要求，发电机断路器的预期瞬态恢复电压的上升率最低必须达到1.8kV/us以上，而普通配电断路器的值为O.35kV/us。
(4)开断的直流分量高
本产品额定短路开断电流的直流分量达到79％；失步非对称开断直流分量达到58％，国标要求额定短路开断时的直流分量≥60％；失步非对称开断电流的直流分量为50％～60％。而普通配电断路器的直流分最通常不会超过30％，一般情况下不做要求。
ZNl05－12/T6300－80型真空断路器存整体结构上以稳定可靠为重点。很好地继承了ZN65A－12/T4000－63真空断路器布局合理、杆系传动效率高及零部件通用性强等优点。断路器设计上的难点在于：大额定电流和高短路容量开断两者的同时实现；前者是产品的一次导电回路在6300A额定电流长期工作状态下的温升发热问题；后者则是满容量开断及关合时短路电动力对产品结构强度的考验。
由于额定电流大，因此该断路器首先要解决的是温升问题。运用有限元分析软件进行模拟仿真最终确定其上出线散热面积为0.7m2，下出线散热面积为O.95m2。根据此项数据设计出的大型模具，所压制出的上下出线，一次顺利的通过了6300A温升试验。ZNl05－12/T6300－80型真空断路器额定短路开断电流为：80kA，额定峰值耐受电流达到224kA。电动力对结构的影响很大。为此，产品采用了双绝缘子支撑结构，以抵御电动力效应的破坏，同时采用低电流密度的三侧导流出线方式来应对大额定电流的温升效应问题。山于关合和开断电流大，要求机构有足够人的输出功。为了满足断路器的要求，采用了双分闸簧，双油缓冲的结构，在大合闸簧保汪关合可靠的情况下，通过双分闸簧来增加分闸力，较好的实现了合、分闸功的匹配，双油缓冲结构有效的吸收分闸后的冲击力。高达9000～10000N的触头压力，满足了真空灭弧室对触头压力的要求。同时，对重要传动环节进行加强，加装了滚动轴承，以保证传动效率。
6 ZNl05－12/T6300－80型发电机出口保护用真空断路器结论
ZNl05－12/T6300－80型发电机出口保护用真空断路器的试制成功以及挂网实践证明，真空断路器用于发电机回路的保护不仅是可行的，而且是非常适宜的。无论从用户使用角度还是从产品加工制造角度看，其产品的技术与经济的性能价格比是高的。
ZNl05－12/T6300－80发电机真空断路器试验内容如下：
(1)绝缘试验
工频耐压试验：相间为42kV；断口为50kV
冲击耐压试验：相间为75kV；断口为85kV
辅助回路耐压试验：2kV
(2)机械试验
机械寿命试验：分为2个循环累计进行广了4000次。
(3)温升试验
试验电流6300A：试验极数3极
(4)主回路电阻测量≤15μΩ
(5)噪声试验
实测不大于101分贝
(6)额定短路开断及短路关合电流试验
方式1：按30％的额定短路开断电流对称开断，开断电流为25.9kA。直流分量不大于20％。
方式2：按100％的额定短路开断电流对称开断，开断电流为81.8kA。直流分量不大于20％。
方式3：按100％的额定短路开断电流非对称开断，开断电流为80.3kA。直流分量达79％。
方式4：关合试验，关合电流为224kA。
方式5：额定失步对称开断电流试验，开断电流为43.8kA。直流分量不大于20％
方式6：额定失步非对称开断试验，开断电流为43.5kA。直流分量为58％。
方式7：额定负荷开断电流试验，直流分量不大于20％，额定开断累计次数50次。
(7)额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流试验
其额定短时耐受电流为80kA；额定短时耐受电流持续时间为3s；额定峰值耐受电流为224kA。
以上内容既是自己在研制和开发ZNl05－12/T630080型发电机出口保护用真空断路器过程中的认知体会，我相信，随着北开发电机出口系列真空断路器的不断推广应用，其产生的经济效益与社会效益将有目共睹。说的不妥之处，请各位专家指正。
随着时间的推移，真空灭弧室(VIS)的短路开断能力有了显著提高，相应地使真空断路器也有了很大发展。真空灭弧室刚出现时，主要适用于只有较小短路电流要求的配电回路。由于对真空电弧特性和触头材料的不断研究，电真空工艺技术进步了，使我国已具备开发出能够在非常严酷的故障条件下开断大短路电流的灭弧室。现在，最新一代的VIS能够满足发电机回路保护所要求的多种非常严酷的条件。这不仅包含具有大电流、高直流分量和长时间常数等特点的短路电流要求，也包含具有很快瞬态恢复电压(TRV)上升率和很高峰值的TRV要求。使用纵向磁场设计原理的新一代VIS产品适合应用于发电机回路保护，参数可达12kV－6300A－80kA。
我国首台自主研发、拥有自主知识产权的ZN105型大容量真空断路器试验成功表明，这种类型的VCB符合IEEE标准C37.013关于对发电机断路器的规定，此标准规定了断路器需要满足的发电机回路严酷条件的能力。产品的试验及挂网实践运行证明：真空断路器用于发电机出口的保护不仅是可行的，而且在技术、经济以及运行等方面是非常适宜的。
[关键词]真空灭弧室；发电机断路器
1 前言
在电力的产生、输送、分配与实际电力负荷的应用等环节中，作为对电力系统中各处用电设备及整个电力系统实施控制与保护的高压断路器无疑是一个十分重要的电气设备。它的性能优劣、可靠性的高低都直接关系到整个电力系统和众多用电设备的安全与运行，关系到国民经济各个行业的方方面面。因此就整个电力系统而言，无不对断路器的性能及可靠性提出了很高的要求与期盼。在整个电力系统中，根据被保护设备所处的运行条件与环境的不同，在系统出现短路故障时断路器所承担的开断任务差异也是十分大的。为此国际电工委员会将保护断路器区分为发电机出口保护用和一般输配电保护用两人类(国际标准分别是：IEEE Std C37.013－1997；IEC62270－100：2001)，我同也根据同际标准的要求，分别制订了两种产品型试试验所依据的国家标准，它们分别是：GB/T14824发电机断路器通用技术条件和GBl984－2003高乐交流断路器两个标准。两个标准的试验内容与对产品的考核程度区别甚大。
2 发电机回路特点及我国设备现状
发电机断路器位于发电机和连接其余电力系统的大功率升压变压器之间，这就造成了同路开断条件尤其严酷。无论发电机还是变压器都只有很低的电阻和很高的电感／电阻比率(L/R)，相反，架空线和地下电缆的L/R比率却很低。发电机回路的L/R比率比典型配电回路的高几倍，L/R比率的单位用时间来表示，它决定了故障电流直流分量的衰减率。直流分量的衰减率非常重要，它决定了断路器触头刚分点及其燃弧期间直到完全开断时的电流强度。此外，发电机断路器还必须能开合系统失步条件下的回路。使得在此处工作的断路器，除了满足一般开断性能要求外，还需要克服系统暂态过程中非常高的直流分量、高的电动冲击系数、非常陡的暂态恢复电压等极其严酷的开断条件。正因为如此，在我国，当发电机出口处的系统短路容量超过63kA时，所需的保护用断路器需要进口，目，进口的断路器其灭弧介质多为变压器油、压缩空气以及SF6气体等。由于受到这些介质的静态绝缘特性和动态绝缘恢复特性限制，使得由这些灭弧介质所制造出的断路器不仅体积庞大、重量重(平均每台3吨以上)、机电寿命小高、维护维修困难，而且价格十分昂贵，以额定电压12KV、额定电流6300A、额定短路开端电流80kA为例，如此参数的发电机出口保护用断路器每台进口价格均在150万元以上，我同每年为此均需要花费大量的外汇用来购买同外大公司的产品来满足我国中小容量发电机组出口保护的系统要求。
3 适合发电机回路保护的真空灭弧室(VlS)
纵向磁场(AMF)真空灭弧室适合于发电机回路保护的应用，这以为大量开断试验所证实，其典型特征为大故障电流和长燃弧时间。纵向磁场(AMF)真空灭弧室由花瓣状触头构成。当电流流过花瓣状触头之间时，电流产生一个与灭弧室轴向平行的自生磁场，而该磁场平行于电弧，因此命名为“纵向磁场真空灭弧室”。纵向磁场与电弧电流相互作用产生的力，约束电弧使其不能积聚，使电弧能量均匀的分布在触头表面，减少了触头烧损。此外，真空介质的动态绝缘恢复强度也优于变压器油、SF6气体等介质，其介质的动态绝缘恢复强度时间为亚纳秒级，完全能够满足断口暂态恢复电压对介质绝缘恢复强度的要求，这也为试验所证实。
4 北开自己研制发电机断路器的条件与历程
面对我国电力系统的急迫需求，北京北开电气股份公司决定凭借自己五十多年的经验积累，以自己的工程技术人员为主，在消化吸收引进德国西门了公司产品技术的基基础上，广泛开展社会上的产、学、研合作。最早于1997年在我同首家用真空断路器按照发电机出口保护用断路器的使用要求进行了严格的型式试验，试验首先是在ZN65A－12/3150/40kA样机上进行的，因为是首次试验，困难很多，人家对标准的理解和试验设备参数的调整进行了反复讨论与试验，经过与试验站人员的有效沟通和密切配合，最终全部试验取得了满意的结果。通过试验的检验，坚定了我们将真空断路器使用领域小断扩大的决心。此后北开又于1999年在全国率先研制成功ZN65A－12/4000/63kA用于发电机出口保护用的真空断路器。2000年1月北开又成立了ZN□12/6300/80kA项目攻关组，在经过历时四年、两次型式试验开断失败的经历后，不断总结失败的经验教训、针对型式试验中遇到的新问题，提出我们自己的改进设计方案，最后通过攻关组的不懈努力、在广泛开展产、学、研合作的基础上，终于开发研制出具有白丰知识产权的我国首台大容量ZN105型发电机出口保护用真空断路器。
zn105型发电机出口保护用真空断路器不仅能够满足国产中小型发电机组出口保护的要求(注：我国中小水电机组以及大型企业自备电厂装机容量相当可观)，而且由于采用了真空介质用于灭弧，使得产品的机电寿命高、体积小、重量轻、操作简单、运行维护方便，且产品价格只相当于同外进口设备的二分之一左右。在2004年12月27日通过的国家两部委产品鉴定会上，专家的鉴定结论是：产 品结构合理，技术参数水平高，产品填补同内空白，处于国际领先水平。
5 发电机断路器的关键技术
5.1 断路器关键技术
作为发电机出口保护用断路器其关键技术主要是解决以下三个问题：
(1)如何使断路器在大的额定电流，在不增加任何辅助散热设备的条件下(既不采用强制通风、水冷等散热方式)，满足设备正常运行时的温升要求。
鉴于电弧开断过程的复杂性，尤其是大电流的开断受到强磁场、强电场、温度场以及电力系统参数震荡暂态过程的影响，使得到目前为止，国内外尚不能对电弧开断过程建立起精确的数学模型，高压断路器的设计有些部分还不得不依凭以往的设计经验，整机的性能指标最终还得依靠大功率试验站的开断考核。同时，由于真空条件的限制，使得真空断路器的温升散热成了非常薄弱的环节。我们攻关组在承担了项目攻关任务后，根据多年积累下来的设计经验，首先对整机产品能够用计算机仿真设计的部件进行了计算机辅助设计，例如，利用有限元的方法对整机的温度场分布进行了仿真计算，对主回路系统中的热节点用ANSYS软件进行了，逐点温度场与磁场的偶合分析与计算，最终确定了断路器上下出线的最佳散热面积和外加热管技术的温升解决方案。不但节省了时间，还避免了以往开大型模具的盲目性，通过计算机仿真恰到好处的解决了温开散热、电场分布以及机械受力三者的关系。下面既是主回路温度场仿真计算示例(见图1所示)。
(2)如何使断路器在发电机出口这种严酷开断条件下，确保满足GB/T14824的要求。
对于发电机保护要求的，系统暂态过程中的高直流分量、高的恢复电压上升陡度(TRV值)、非常大的短路开断电流，我们首先采取的方案是：利用真空介质非常优异的静态绝缘特性和动态绝缘恢复特性，根据我们以往成熟的纵向磁场约束电弧理论、加上杯状触头结构、用真空熔铸自耗成型的特殊工艺加工制造出适于真空开断的触头材料，又采纳了西安交通大学等学者的建议，将灭弧室触头作成1/4匝线圈形式，在国营777厂的大力配合下，加工制造出我国第一只大容量真空灭弧室。并于2002年10月在西安高压试验站进行了首次开断试验。试验第一次开断就不成功，触头熔焊无法打开。我们将触头熔焊的火弧室解剖分析，针对试验中出现的问题，提出了改善触头材料组分、增人触头超行程以增加触头的助分力等项措施，样机经过改进后，于2003年初又进行了第二次试验，这次触头熔焊的川题解决了，但又出现了灭弧室屏蔽罩烧穿导致开断失败的问题。我们又再一次将断路器拉回厂，进行解体分析，发现触头出现严重的偏烧现象，这是什么原因引起的?经过仔细分析，我认为是大电流条件下相间电流自生磁场在作怪，随后提出了在火弧室屏蔽罩外侧及相间，增加铁磁屏蔽桶的设计方案。通过此项改进，使开断试验顺利通过。
(3)如何解决在大的分、合闸操作功作用下，断路器触头系统的合闸弹跳与分闸反弹问题。
为了解决在大的分、合闸操作功冲击作用下，触头系统的合闸弹跳与分闸反弹问题，我们又为此专门设计了双油缓冲、双分闸簧的特殊机构(见图2所示)，为了减少摩擦损耗，提高传动效率，我们在以往机构成熟的基础上，又采用了新的固体薄膜保护技术，一举解决了，机械试验中出现的所有问题，终于在2003年底通过了全部发电机出口要求的型式试验。以上便是此项产品的一些具体内容。
该断路器于2004年1月在西安高乐电器质量监督检验中心顺利通过了全部的型式试验，北开成为国内首家完成这一产品研制与试验的单位。该产品技术性能国际领先，并填补了我国l2kV/6300A/80kA参数等级断路器的空白。
5.2与普通断路器的比较
作为发电机断路器与普通配电断路器相比，技术参数的要求主要区别在以下几个方面：
(1)绝缘水平高(以出口电压12kV为例)
发电机断路器断口间的雷电冲击耐受电压为85kV，1min 工频耐受电压达到50kV，(这一点是在全部弧后开断完成的情况下进行，很难)。而普通配电断路器的雷电冲击耐受电压为75kV，1min工频耐受电压为42kV。
(2)关合容量大
当断路器的短路开断电流为80kA时，要求其短路关合电流为其短路开断电流的2.8倍以上，即80×2.8≥224kA。而普通配电断路器的关合电流为2.5倍的开断电流，两者相差较多。
(3)预期瞬态恢复电压的上升率(TRV)陡度大
根据标准要求，发电机断路器的预期瞬态恢复电压的上升率最低必须达到1.8kV/us以上，而普通配电断路器的值为O.35kV/us。
(4)开断的直流分量高
本产品额定短路开断电流的直流分量达到79％；失步非对称开断直流分量达到58％，国标要求额定短路开断时的直流分量≥60％；失步非对称开断电流的直流分量为50％～60％。而普通配电断路器的直流分最通常不会超过30％，一般情况下不做要求。
ZNl05－12/T6300－80型真空断路器存整体结构上以稳定可靠为重点。很好地继承了ZN65A－12/T4000－63真空断路器布局合理、杆系传动效率高及零部件通用性强等优点。断路器设计上的难点在于：大额定电流和高短路容量开断两者的同时实现；前者是产品的一次导电回路在6300A额定电流长期工作状态下的温升发热问题；后者则是满容量开断及关合时短路电动力对产品结构强度的考验。
由于额定电流大，因此该断路器首先要解决的是温升问题。运用有限元分析软件进行模拟仿真最终确定其上出线散热面积为0.7m2，下出线散热面积为O.95m2。根据此项数据设计出的大型模具，所压制出的上下出线，一次顺利的通过了6300A温升试验。ZNl05－12/T6300－80型真空断路器额定短路开断电流为：80kA，额定峰值耐受电流达到224kA。电动力对结构的影响很大。为此，产品采用了双绝缘子支撑结构，以抵御电动力效应的破坏，同时采用低电流密度的三侧导流出线方式来应对大额定电流的温升效应问题。山于关合和开断电流大，要求机构有足够人的输出功。为了满足断路器的要求，采用了双分闸簧，双油缓冲的结构，在大合闸簧保汪关合可靠的情况下，通过双分闸簧来增加分闸力，较好的实现了合、分闸功的匹配，双油缓冲结构有效的吸收分闸后的冲击力。高达9000～10000N的触头压力，满足了真空灭弧室对触头压力的要求。同时，对重要传动环节进行加强，加装了滚动轴承，以保证传动效率。
6 ZNl05－12/T6300－80型发电机出口保护用真空断路器结论
ZNl05－12/T6300－80型发电机出口保护用真空断路器的试制成功以及挂网实践证明，真空断路器用于发电机回路的保护不仅是可行的，而且是非常适宜的。无论从用户使用角度还是从产品加工制造角度看，其产品的技术与经济的性能价格比是高的。
ZNl05－12/T6300－80发电机真空断路器试验内容如下：
(1)绝缘试验
工频耐压试验：相间为42kV；断口为50kV
冲击耐压试验：相间为75kV；断口为85kV
辅助回路耐压试验：2kV
(2)机械试验
机械寿命试验：分为2个循环累计进行广了4000次。
(3)温升试验
试验电流6300A：试验极数3极
(4)主回路电阻测量≤15μΩ
(5)噪声试验
实测不大于101分贝
(6)额定短路开断及短路关合电流试验
方式1：按30％的额定短路开断电流对称开断，开断电流为25.9kA。直流分量不大于20％。
方式2：按100％的额定短路开断电流对称开断，开断电流为81.8kA。直流分量不大于20％。
方式3：按100％的额定短路开断电流非对称开断，开断电流为80.3kA。直流分量达79％。
方式4：关合试验，关合电流为224kA。
方式5：额定失步对称开断电流试验，开断电流为43.8kA。直流分量不大于20％
方式6：额定失步非对称开断试验，开断电流为43.5kA。直流分量为58％。
方式7：额定负荷开断电流试验，直流分量不大于20％，额定开断累计次数50次。
(7)额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流试验
其额定短时耐受电流为80kA；额定短时耐受电流持续时间为3s；额定峰值耐受电流为224kA。
以上内容既是自己在研制和开发ZNl05－12/T630080型发电机出口保护用真空断路器过程中的认知体会，我相信，随着北开发电机出口系列真空断路器的不断推广应用，其产生的经济效益与社会效益将有目共睹。说的不妥之处，请各位专家指正。