1.2 輸電等級真空斷路器的發展

自20世紀20年代以來，真空斷路器以其強大的開斷能力、壽命期內免維護以及環境友好等優點，在中壓配電領域逐步取代了油斷路器和壓縮空氣斷路器，并進一步取代了性能優越的SF6斷路器。然而，在72kV、126kV及以上電壓等級的輸電系統中，由于真空開斷技術存在一些瓶頸技術問題，使得SF6斷路器仍然占據絕對主導地位。目前，全球每年使用的SF6氣體中的80%用于電力開關設備，而SF6因十分強的溫室氣體效應被《京都議定書》列為限制使用的六種氣體之一。尋求SF6技術的替代技術成為電力開關裝備未來發展必須解決的問題之一。過去30年來，尋找替代SF6氣體的研究工作一直沒有停止過，但由于作為開關絕緣和開斷的氣體介質要求十分苛刻，至今這項工作尚無理想結果。而與SF6斷路器相比，真空斷路器電壽命更長，操作功率更低，弧后介質恢復特性更優異，并且環境友好性無可比擬，從而尋求發展高電壓等級的真空斷路器以替代SF6斷路器就成了開關技術發展中的必然選擇和趨勢。

目前，鑒于真空斷路器在中壓配電領域的技術儲備與運行經驗，真空斷路器向輸電等級發展主要采取兩種技術路線：一種為發展高電壓等級的單斷口滅弧室；另一種為采用中壓等級的雙斷口或多斷口滅弧室進行串聯。發展高電壓等級的單斷口滅弧室在技術上面臨一系列巨大的挑戰。提高真空間隙的絕緣擊穿水平會遇到所謂面積效應，即擊穿電壓在很大程度與觸頭結構以及觸頭表面狀況有關，擊穿電壓Ub與觸頭開距d呈Ub=Ada（a＜1）的非線性關系，即滅弧室內絕緣水平隨觸頭開距增大呈飽和趨勢，無法通過簡單增加開距提高擊穿電壓。相比之下，SF6斷路器中觸頭間隙的絕緣擊穿具有體積效應，即擊穿電壓受氣體介質、觸頭開距以及氣體壓力的影響較大，擊穿電壓Ub與觸頭開距d呈線性關系，觸頭結構對擊穿電壓的影響相對較小。采用雙斷口或多斷口串聯技術，在理想的斷口均壓情況下，相對同等級單斷口技術而言各斷口具有更小的開距，但多斷口真空斷路器的開發亦將面臨各斷口同步分合閘控制技術、動態均壓以及可靠性技術的挑戰。總體分析，這兩種技術路線都是發展輸電等級真空斷路器必須進一步研究的，即不斷研究和發展更高電壓等級的單斷口真空滅弧室，同時在超高壓、特高壓電壓等級仍需采用多個滅弧室串聯的技術。