一、高压断路器技术概述

常见的高压断路器主要类型与特点见下表。

　　高压断路器的设计旨在满足电力系统中的关键需求，即高效率的电力传输和在故障时的快速响应。高压断路器通常采用复杂的机械和电气结构，以确保在短路或过载情况下能迅速断开电路，防止设备损坏和电网故障。现代高压断路器设计还考虑到了易用性和维护性，以减少停机时间并提高系统的整体可靠性。

　　材料的选择对于高压断路器的性能至关重要。绝缘材料，如真空、SF6气体或新型环保替代品，被广泛应用于防止电弧和短路。这些材料必须在各种环境条件下，包括极端的温度和压力变化下保持稳定性。同时，用于制造断路器的金属和合金必须具备高导电性、耐腐蚀性和机械强度。

　　二、低温环境对高压断路器的影响

　　（一）低温环境的定义与特点

　　低温环境通常指温度明显低于标准工作温度的条件，这可能因地理位置、季节或特定工作环境而异。在这些条件下，高压断路器的材料、结构和性能可能会以不同的方式受到影响。

　　（二）材料属性的变化

　　在低温环境下，高压断路器的材料特性会发生显著变化，这对其性能和可靠性会造成重大影响。特别是金属部件和绝缘材料，在极寒条件下的表现与常温下有着显著的差异。

　　金属部件，如接触器和连接器等，当温度降低时，这些金属部件会发生收缩，这种物理变化可能导致机械间隙的增加和接触不良。这种接触不良不仅可能影响断路器的开关性能，还可能导致电气接触不稳定，进而影响整个电网的可靠性。此外，低温环境中，某些金属可能会变得更加脆弱，这种脆化现象会减少金属的延展性和韧性，从而影响其机械强度和耐久性。在极端情况下，

这可能导致金属部件在机械应力下断裂，危及整个设备的安全运行。

　　绝缘材料，如聚合物和其他复合材料，在常温下可提供高效的电气隔离和保护。然而，在低温条件下，这些材料可能变硬，失去一部分弹性，从而降低了其抗冲击能力。这种硬化现象可能导致材料在受到机械冲击或振动时更易破裂或损坏。此外，绝缘材料的热膨胀系数也可能因温度变化而改变，这会影响其绝缘性能，尤其是在温度波动较大的环境中。在低温环境下，绝缘材料

的这些变化不仅影响断路器的绝缘强度，还会影响其长期的可靠性和性能稳定性。

　　（三）机械操作的可靠性

　　在寒冷环境中，润滑油可能因粘度增加而变稠，影响断路器内部机械部件的顺畅运动。润滑油的变化尤其影响依赖于流畅润滑的驱动轴和齿轮等移动部件，可能导致操作机构运动受阻。这不仅增加了断路器开合操作的时间延迟，还可能影响其整体的响应速度和可靠性。在极端低温条件下，润滑油的过度稠化甚至可能导致机械操作失效，威胁到电力系统的安全和稳定性。因此，

选择适合低温环境的润滑材料，并进行定期的维护和检查，对于确保高压断路器的可靠运行至关重要。

　　（四）绝缘和灭弧性能的变化

　　在低温环境下气体的相关性质会发生变化从而影响设备，特别是使用气体混合物（如 CO2和 NOx）作为绝缘介质的设备，其绝缘和灭弧性能可能会受到影响。具体来说，低温可能导致这些气体混合物的压力和密度下降。气体的密度和压力对于维持足够的绝缘强度和有效的灭弧能力至关重要。在减少的密度下，气体的绝缘性能可能降低，这会导致电弧更容易在断路器内部形成，尤其是在高负荷或故障情况下。

　　（五）电气性能的影响

温度的降低可以改变材料的电阻率，从而影响电流的传导性能。对于高压断路器而言，这种影响体现在以下几方面 ：

1、电阻的变化直接影响断路器的开断能力。在低温条件下，如果电阻增加，断路器在断开电路时可能需要更高的能量。这种情况可能导致断路器在处理大电流故障时性能下降，尤其是在需要快速分断来保护电网的情况下。相反，如果某些部件的电阻因低温而降低，可能会导致不预期的电流增加，从而增加了断路器和电网的负荷。

2、低温条件下的电阻变化可能影响断路器的动态响应。断路器的响应时间对于电力系统的保护和稳定性至关重要。温度引起的电阻变化可能会导致断路器动作时间延迟，或者在极端情况下，导致断路器无法在关键时刻正确动作。

3、低温还可能影响断路器中使用的其他电子组件，如传感器和控制系统。这些组件的性能通常依赖于稳定的温度范围，而低温可能导致其性能下降或失效，从而影响断路器的整体性能和可靠性。

　　三、试验材料与条件

　（一）试验材料

ABB 环保型高压断路器（使用 AirPlus ™技术）如上图所示。

　　1、技术规格

　　电压等级 ：设备设计用于高电压应用，具体电压等级为145 kV。

　　断路能力 ：设备具有高断路能力，能有效处理高负荷和短路情况。

　　尺寸和配置 ：描述设备的物理尺寸、重量和安装要求，以适应试验环境。

　　2、功能特点

　　AirPlus ™技术 ：该技术使用基于 CO2的气体混合物作为绝缘和灭弧介质，代替了传统的 SF6气体。这种混合物显著减少了全球变暖潜势（GWP），同时保持了断路器的高性能。

　　灭弧和绝缘效果 ：优化的灭弧和绝缘效果，确保在各种电力负荷下的可靠操作。

　　环保性能 ：设备在整个生命周期内实现了低二氧化碳排放，符合当前的环保标准。

　　3、适用性和兼容性

　　低温性能：低温环境下具备一定的操作和性能表现，适用于本试验的低温条件。

　　系统兼容性 ：设备与现有电力系统的兼容性，包括可扩展性或调整性，以适应不同的试验参数。

　　（三）环境条件

　　试验将在精心控制的低温环境中进行，以确保结果的准确性和可靠性。温度设置为﹣30℃，模拟极端冷环境下的条件，对于测试高压断路器在低温下的性能至关重要。相对湿度控制在40%～60%，不仅有助于模拟实际应用中可能遇到的不同湿度条件，还能避免由于极端干燥或潮湿引起的附加问题。为保证试验条件的一致性和可重复性，环境稳定性将被严格控制，包括使用专业的低温试验室，确保温度和湿度在整个试验过程中保持不变。此外，使用温湿度计等专业测量仪器进行实时监测，以准确记录试验期间的环境数据。这些数据将用于分析环境条件对试验结果的潜在影响，确保试验结论的有效性和科学性。

　　（三）试验方案设计

　　1、测试指标

　　绝缘性能：验证环保型高压断路器在低温条件下的绝缘强度和稳定性，确保无温度引起的绝缘性能下降。

　　机械稳定性：测试设备的机械部件在低温环境中的响应和耐受性，特别是移动部件和连接器。

　　耐久性：评估设备在连续低温环境下的长期运行能力，包括耐寒性能和抵抗低温引起的材料脆化。

　　2、试验步骤和方法

本试验按照以下5个步骤进行 ：

①设备安装。安装环保型高压断路器于模拟低温环境的试验室中，确保所有连接和配置符合实际操作标准。

②测试条件设定。调整试验室的温度和湿度至预定参数，在整个试验过程中保持这些条件稳定。

③数据收集。使用专业设备监测和记录绝缘性能（绝缘电阻、耐压试验结果），记录机械部件的运作情况（操作时间和流畅度），观察长期低温暴露下的性能变化。

④性能测试。对断路器进行负载开断测试、机械操作测试，评估断路器在低温下的表现。

⑤数据分析。收集试验数据后进行详细分析，对比标准操作条件下的性能数据，评估低温对设备性能的影响。

　　（四）试验结果与分析

　　1、试验结果 为减少误差，重复6次试验，处理数据后得到的试验结果如下表。

　　2、结果分析

　（1）绝缘电阻性能分析。标准条件下的绝缘电阻平均值为50 MΩ，标准差0.51 MΩ，而低温条件下的平均值为48 MΩ，标准差0.43 MΩ。这表明在低温环境下，虽然绝缘电阻略有下降，但变化幅度较小，仍在可接受范围内。这种轻微的下降可能是由于低温导致的材料性质变化，如绝缘材料在低温下变硬，导致其绝缘性能略有下降。尽管如此，绝缘电阻仍然保持在较高水平，说明设备在低温条件下依然具有良好的绝缘性能。

　　（2）开断电流分析。在标准条件下，开断电流的平均值为40 kA，标准差0.32 kA，在低温条件下为39 kA，标准差0.23 kA。开断电流的轻微下降可能是由于低温环境影响了断路器内部部件的运动性能，如润滑油在低温下变稠。尽管如此，开断电流的轻微变化不足以影响设备的正常操作，说明断路器即使在低温下也能有效处理高电流负荷。

　　（3）响应时间分析。响应时间在标准条件下的平均值为50 ms，标准差2.33 ms，而在低温条件下为52 ms，标准差1.5 ms。响应时间的增加可能是由于低温影响了断路器内部机械部件的灵活性和电子控制系统的反应速度。这种变化虽然存在，但仍在可接受的范围内，不会显著影响断路器的性能。

　　（4）耐冲击电压分析。耐冲击电压在标准条件下的平均值为150 kV，标准差1.4 kV，在低温条件下为148 kV，标准差1.07 kV。耐冲击电压的轻微下降表明在低温下，设备的绝缘材料可能受到影响。然而，这种变化不足以影响设备的整体绝缘能力，说明设备在低温环境下仍能保持良好的耐冲击性能。

　　（5）连续运行时间分析。在标准条件下，设备的连续运行时间平均为1000 h，标准差为10 h ；而在低温条件下，平均运行时间为990 h，标准差为8.1 h。这表明在低温条件下，设备的运行效率略有下降，这可能是由于低温环境对机械部件和电子组件产生的影响。尽管如此，设备仍展现出良好的耐久性和可靠性。

　　（6）温度变化率分析。温度变化率在两种条件下均为1℃ /h，标准差为0.1℃ /h。这表明设备在标准和低温条件下对外部温度变化的适应性一致，能够有效地维持其内部温度的稳定。这一结果对于高压断路器而言尤为重要，因为其常需要在不同的环境温度下运行，而保持稳定的内部温度对于确保电气性能和机械性能的稳定性至关重要。

　　四、结束语

　　文章对 ABB 环保型高压断路器在低温环境下的性能进行了全面评估。尽管在极端低温条件下观察到了一些性能指标的轻微变化，但这些变化未对设备的整体性能造成显著影响。绝缘电阻、开断电流、响应时间等关键性能指标均表明，环保型高压断路器在低温条件下保持了良好的运行性能和可靠性。因此，这类设备可被视为电力系统在寒冷地区或低温应用中的一种有效解决

方案。

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