1 前言
近十余年来，随着我国500kV输电线路的出现和发展，以SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质的SF6压气式断路器得到了广泛的应用，SF6断路器的制造也得到快速发展。目前我国72．5kV及以上系统，SF6断路器已经取代了少油和压缩空气断路器。SF6断路器之所以受到运行部门的欢迎，关键在于其优异的绝缘性能和开断、关合性能，尤其是其少维护性更适合运行部门的需要。多年的运行实践表明，SF6断路器本体部分的少维护性或者免维护性确实大大超过了传统的少油和空气断路器，但是操动机构部分的运行可靠性目前还很难令人满意，甚至可以说距运行部门的要求还很远。国内外的故障统计表明，压气式SF6断路器操动机构的运行可靠性一直是影响断路器整体可靠性的关键。如果说，由于少油断路器本体的多维护性使得操动机构的重要性显得还不太突出的话，那么SF6断路器要达到预期的少维护或者免维护的指标，其操动机构的运行可靠性必须要得到根本的改进。因此，如何提高SF6断路器操动机构的性能和质量，使其与本体相匹配而达到要求的少维护性已成为世界性的课题。
本文对我国电力系统1989～1997年间110、220、330kV和500kVSF6断路器操动机构部分的故障进行了统计，分析了不同型式操动机构的特点，并介绍了SF6断路器开断原理的变化和发展过程，旨在引起SF6开关制造厂对操动机构的重视。改善和提高操动机构的运行可靠性已迫在眉睫！
2 1989～1997年全国电力系统110kV及以上SF6断路器操动机构部分的故障情况
1989～1997年全国电力系统110、220、330kV和500kVSF6断路器操动机构部分的故障统计见附表。应该说明，操动机构包括两个部分：一是机构传动部分，包括储能系统和机构传动系统；二是包括控制机械部分进行分合闸操作和机构正常运行的控制和辅助回路，如接线端子、接触器、分合闸线圈、微动开关、密度继电器、压力表、安全阀等二次元件，简称二次部分。
上述的故障统计数据与国际大电网会议对1978～1991年投运的22个国家的66kV及以上压气式SF6断路器进行的可靠性调查数据基本吻合。国际大电网会议对70708台年断路器故障的统计结果是：因操动机构故障（包括主要失效和次要失效）占全部故障的64．8％，其中操动机构机械故障占全部故障3769次的43．8％，二次部分故障占全部故障的21％。我国统计的数据是：因操动机构故障（事故和障碍）占全部故障的66．4％，其中机构故障（包括液压和气动机构渗漏）占全部故障的55％，二次部分故障只占全部故障的11．4％［1、2］。二者的主要差别是国产SF6断路器的液压机构渗漏油故障所占比重较大。比如：国际大电网会议统计的次要失效中，液压机构的渗漏油大约占30％，而国产SF6断路器液压机构的渗漏油要占80％。因此，要提高SF6断路器的运行可靠性，首先必须提高操动机构及其二次部分的运行可靠性，这是国内外制造厂家的共同目标，而对国产SF6断路器，重点应是尽快解决液压机构的渗漏问题。
3 改善和提高国产SF6断路器液压操动机构的运行可靠性是当务之急
根据1988～1995年全国电力系统500kVSF6断路器的故障统计，因制造质量共引发37次故障，其中国产断路器为20次，占54％，但国产设备的运行数量只占14％［3］。在对1989～1997年全国电力系统110kV及以上SF6断路器的故障统计中，共发生操动机构故障304次，国产断路器为249次，占82％，国产SF6断路器的平均占有量至1997年底为66％。在统计的169次液压机构渗漏故障中，国产设备为147次，占87％；在总共70次机械传动部件故障中，国产设备为62次，占88．6％［4］。实际上，国产SF6断路器的液压操动机构在安装调试中，或在运行过程中还发生过大量的渗漏油和部件损坏缺陷，但并未统计在故障中。上述一系列统计数据说明，国产SF6断路器与进口产品的质量水平还有一定的差距，尤其是在操动机构的运行可靠性上仍有较大的差距。因此，解决国产SF6断路器液压操动机构的渗漏和传动部件的质量问题是当务之急，因为它已经成为采用国产SF6断路器的最大障碍。否则除了价格优势外，将很难与进口设备进行市场竞争，对此希望国内的SF6断路器生产厂要有清醒的认识。
国产SF6断路器用液压操动机构的渗漏问题始终困扰着运行部门，而长期以来制造部门虽有改进但并未很好地解决这一难题，其运行可靠性很难满足SF6断路器的要求。应该承认，生产压力在30MPa左右的液压机构，要保证其在使用中不发生高压油或氮气的渗漏是很难做到的。因此，目前世界上没有不发生液压机构渗漏的产品，因为可能导致渗漏的环节和因素实在太多。例如，在我国电力系统中运行的ABB公司的ELKSP和ELFSL、西门子公司的3AS5、MG公司的FA和DHB、阿尔斯通公司的FX32D和富士公司的BAK等产品的液压机构均发生过渗漏故障。据华东电管局的统计，华东500kV电网中，西门子公司3AS5型断路器的液压机构发生渗漏缺陷占其故障总数的27％，ABB公司ELFSL7－4型液压机构渗漏占其故障总数的40％，MG公司DHB型液压机构渗漏占其故障总数的44％。这些数字说明，就是国际名牌大公司生产的液压机构，其主要故障仍是渗漏，但是同国产液压机构相比，无论是发生渗漏的几率、频率或程度则要低得多。
造成国产液压机构频繁发生渗漏和部件损坏的主要原因，除元器件的设计、材质、加工工艺和精度、密封件质量、清洁度和装配质量等方面存在不同问题外，关键是工厂的全面质量管理和质量控制仍不够严谨，质量意识还有待提高，尤其是对出厂产品质量的控制不够严格。目前我国各制造厂对液压机构的渗漏几乎习以为常，往往是忙于堵漏和现场抢修，而不是很好地研究发生渗漏的原因和规律，采取措施防漏。改进和提高液压机构的质量和运行可靠性是提高国产SF6断路器质量水平和运行可靠性的关键。
4 SF6断路器的发展及操动机构的应用
电力系统向高电压、大容量、长距离的不断发展，促进了高压断路器的不断发展。伴随着电力系统的不同发展时期，会出现不同开断性能、绝缘性能和机械性能的高压断路器来满足电力系统的需要，同时对其所配用操动机构的发展和应用也会产生重要影响。
单压式SF6断路器基本可以满足电力系统的无油化、少断口、少维护和高可靠性的要求。但是通过近二十余年的使用，用户和制造部门也发现了它存在的一个重大缺陷，这就是对操动机构操作功要求太大，从而影响了断路器机构动作的可靠性，这在前面的故障统计中已有数据。
与单压式SF6断路器配套的操动机构，必须在极短的分闸时间内将气缸内的SF6气体压缩到满足熄弧要求的高压气体，同时还必须保证动触头分闸速度达到要求的运动速度，为此必须采用大功率的储能机构，可以配用大功率弹簧操动机构、气动机构和液压机构，也可以配用混合式的液压—弹簧机构或气动—弹簧机构等。目前制造厂生产量最大、系统中使用量最多的仍然是液压机构，因为液压机构配用在高压少油断路器上已有三十余年的历史，已经积累了丰富的制造和运行维护经验。目前气动机构是配用单压式SF6断路器的另一主要机构，系统中也有一定数量的产品在运行。由于气动机构必须配备一套空气压缩装置，并且同样存在气体密封和泄漏的问题，同时还存在锈蚀的问题，其运行可靠性并不比液压机构好多少，所以运行部门并不习惯选用气动机构。大功率弹簧操动机构也可以满足单压式SF6断路器的要求，如选用大功率盘簧或扭簧作为储能元件，但是由于这两种弹簧制造难度大、成本高，质量难于控制，尤其是剩余能量过大，动作可靠性难于把握，所以很少采用。
由于液压操动机构配用在少油断路器上已有三十余年的生产经验和使用经验，因此运行部门乐于选用配液压机构的单压式SF6断路器，但这并不说明液压机构能满足运行部门对SF6断路器的少维护和高运行可靠性的要求。故障统计的数字说明，液压机构的运行可靠性，特别是泄漏问题仍是影响SF6断路器整体可靠性的突出矛盾。为此，世界上大部分液压机构的生产厂家始终在不断地对液压机构的密封性能、阀体设计、管路连接和工艺材质等方面进行完善和改进，以图减少密封环节和管路的连接，尽量提高密封性能，降低渗漏的几率。目前大部分液压操动机构都采用模块式功能元件的设计，尽量减少元件数量和内外管路的连接，以减少漏点。
ABB公司设计的弹簧储能液压机构HMA和AHMA将氮气储压改为碟形弹簧储压并配以模块式设计的
液压功能元件，使液压机构的元件数、内外连接管路和高压密封减少到最低限度，这种简化设计无疑会提高液压机构的运行可靠性。
虽然大家对液压机构或者气动机构进行了不断的和大量的改进和完善工作，但是运行部门仍不能满意其使用效果，尤其是随着断口电压的不断提高，所要求的操作功越来越大，解决渗漏问题的难度也相应增大，或者说，只要仍以“压气式”灭弧原理作为SF6断路器的灭弧室设计基础，就必须使用大功率的操动机构，这势必使整个机械传动系统和密封系统受到较强的机械力，使断路器的机械可靠性受到一定影响。因此，提高SF6断路器操动机构运行可靠性的出路是改进“压气式”的开断原理，降低对机械操作功的要求，减轻操动机构和机械传动系统的机械负荷。
自能式SF6断路器的特点是充分利用短路电流开断过程中电弧自身的能量使灭弧室内的SF6气体压力上升到灭弧所需的压力进行短路电流的开断；小电流如负荷电流、电容或电感电流则依靠小面积的压气活塞进行开断，其作用相当于少油断路器的压油活塞。所谓“自能式”SF6断路器原则上应该是以自能灭弧为主，以压气灭弧为辅。由于充分利用了电弧自身的能量，所以使开断时对操作功的要求可以大大降低，一般可以为“压气式”的20～30％，这样就可以配用简单的弹簧操动机构，从根本上消除了液压或气动机构的渗漏隐患，并且大大降低机械传动系统和底架所承受的机械冲击力，使断路器的机械可靠性得到很大的提高。
