谢芳

摘要：就目前来看，混合式断路器继承了传统开关装置的优势，使电力系统的平稳可靠运行得到了有力保障。本文就此，分析了当前国内外混合式断路器发展现状，结合混合式断路器运行原理以及结构特征，对混合式断路器进行分类，以其充分发挥出混合式断路器在推动电力事业智能化、现代化发展过程中的积极作用。

关键词：混合式断路器;发展;研究现状

前言：就目前来看，国内电网呈现出智能化发展特征，电力系统开展容量与分布式电源技术得到了快速发展，传统单一型断路器难以满足日渐提升的电力系统开断容量要求，因此需相关部门加强对混合式断路器的研究工作，分析国内外混合式端路器发展趋势，探索出混合式断路器科学发展路径。

1、混合式断路器研究意义

在高压电力系统研究领域，SF6断路器最为常见，但由于该断路器所排放的气体属于温室气体，不符合社会可持续发展标准，因此在许多地区都禁止使用了SF6断路器;在中低压电力系统研究领域，真空断路器所具备的良好绝缘性以及低碳环保性更为显著，因此被经常用于电力系统内部。但在实际运行期间，真空断路器内部真空间隙会出现饱和效应，导致真空断路器难以向高压领域发展。

将真空断路器与SF6断路器结合在一起组成混合式断路系统，能够从根本上规避两断路器独自运行过程中的各类缺陷，满足超高压大容量开断要求，控制温室气体排放量。由此可见，研究混合式断路器发展，对提升电力系统运行效率，保护周围生态环境具有重要意义。

2、混合式断路器发展现状

2.1混合式断路器发展历程

将具有不同绝缘介质的高压开关串联成混合断路器的理念最早提出于20世纪60年代，当时主要是将真空灭弧室与空气断路器串联成断路器结构。随后几十年的发展历程，研究人员又将真空断路器与油断路器串联在一起，组合成混合式断路器，借助绝缘油，切实提升了断路器整体绝缘性能与外绝缘强度。20世纪70年代，美国西屋和通用公司用单个真空灭弧室与SF6灭弧室串联成混合断路器，借助SF6灭弧室两端并联低电阻等特性，使SF6灭火式动态分布电压与动态绝缘性能得到了大幅度提升。以此为开端，国外展开了多次混合式断路器研发工作，通过细致分析不同阶段与不同领域的用电要求，对具有优势互补关系的断路器进行串联配置，切实加快了混合断路器发展速度。

20世纪80年代，混合式断路器研究工作开始在世界范围内普及，受到了当时研究人员的高度关注。部分研究学者提出将多个压气式断路器与多个SF6断路器串联组合成混合断路器的方式，通过充分发挥出压气式断路装置弧压高的特征，确保SF6断路器能够在直流分量开断期间获得更高效益。

随着永磁操动机技术的不断完善，将该技术应用在真空断路器中，切实提升了真空断路器运行期间的质量水平，使真空断路器在中低压电力系统研究领域中的地位得到了进一步巩固与夯实。现阶段混合式断路器研究方向主要就是将真空断路器与SF6断路器串联在一起，通过合理布置操动方案，确保真空断路器与SF6断路器投入运行中的积极作用能够被充分发挥出来。

2.2混合式断路器运行原理

将真空断路器与SF6断路器串联在一起，确保真空介质恢复速度快、SF6绝缘强度高等优势能够被充分发挥出来。在断开大电流的情况下，状态恢复电压初始阶段，能够在SF6介质的帮助下快速恢复。在该混合式断路器运行后期，SF6介质强度恢复到一定范围内，使电压快速恢复。由此可见，真空断路器与SF6断路器串联而成的混合式断路器不仅具有较强的绝缘强度，且温室气体排放量不断降低。

3、混合式断路器研究工作

现阶段关于混合式断路器研究工作，主要围绕开断机理与绝缘动态、样机结构、调控策略等几方面开展。

在混合式断路器动态开断期间，弧后暂态恢复到电压初始状态，电压上升率提高，因此真空断路装置能够在此情况下发挥出状态恢复电压的功能。在初始动态恢复电压后期，SF6断路器更加适宜恢复电压。电压初始状态分布的特征主要是真空断路器与SF6断路器的弧后电导、弧后电流共同决定。在状态恢复电压后，电压的分布需通过并联分压电容以及非线性电阻手段控制，因此需利用SF6断路器实现该功能。

在混合式断路器试验研究过程中，可借助有限的分析软件，对混合式电路器实际运行期间的电场分布特征以及等效电容等参数进行定量计算，借助计算结果，对混合式断路器结构设计与结构优化提供重要理论依据。在研究真空断路器电弧与SF6断路器电弧相互作用的机理时，采用电磁状态分析软件，建立起不同断路器动态介质恢复阶段模型，找寻出能够充分发挥出混合式断路器应用效益的发展路径，为更高压等级混合断路器的研究与实施提供重要参考依据。

4、电力电子混合式断路器的研究现状

20世纪90年代，电力电子混合式断路器理念被首次提出与电力能源会议之上，通过设计出混合式限流开关，控制电力系统在实际运行期间的能源消耗量，更好解决能源紧张问题，

就国内研究成果分析，电力电子混合式断路器可能用于交流电源，切换开关处。在高压混合短路中，由于串联电力电子开关抗阻力较大，难以实现真空电弧电流转移目标，因此需借助辅助开关，使电流由真空开关直流向电力电子开断单元转移，从根本上提升电流传输稳定性。

在该混合式断路器中，主要就是将超导故障电流限流器與传统混合断路器串联在一起，主要用于限制主电路电流，保障高压直流输电期间的安全性。但就目前来看，该混合式断路器成本高，尚未在高压直流输电领域得到广泛普及。

从结构角度分析，电力电子混合式断路器分为两种形式：第一，混合式断路器内增设了相应的辅助开关，被较多应用在中高压电力输送领域中[5]。在高压系统内，电力电子设施数量多，仅利用真空开关电弧难以满足自然换流要求;第二，自然换流式混合断路装置，主要被应用在中低压电力传输，利用电弧电压可直接完成电流转移到电力电子支路上的工作，不需要增设辅助开关。

当前关于电力电子混合式断路器的研究工作主要为结构设计、电路设计等方面，借助开发出的高压混合式直流断路器，有效控制开断流量以及开断时间，确保混合式断路器能够被更好的应用在高压直流输电环节。为切实提升混合式断路器开断速度，还需加强机械开关分闸速度的研究工作，确保电流由机械开关向电力电子开关转移平稳。收集机械开关参数与转移支路参数，使混合式断路器能够在电流开断中发挥出重要作用。

总结：总而言之，本文概述了混合式断路器发展现状，发现混合式断路器在开断介质恢复、断弧协同作用特征机能等研究工作方面投入力度较小，混合断路器在不同影响因素下的开关容量增益特征与实际运行情况存在一定差距。因此为确保混合式断路器能够在电力系统实际运行过程中发挥出应有积极作用，相关部门需加大研究混合式断路器机械开关电弧熄灭机理与其影响因素，提出混合断路器快速操纵机构与短路故障解决方式，致力于延长混合式断路器使用寿命，推动电力行业智能化现代化发展进程。

参考文献：

[1]陈思哲. 新型中压直流混合式断路器开断特性仿真与参数优化[D].华中科技大学，2013.

[2]王灿，杜船，徐杰雄. 中高压直流断路器拓扑综述[J]. 电力系统自动化，2020，44（09）：187-199.

[3]陈可. 限流式混合直流断路器优化设计及样机研究[D].浙江大学，2016.

[4]何俊佳，袁召，赵文婷，方帅，喻新林，潘垣. 直流断路器技术发展综述[J]. 南方电网技术，2015，9（02）：9-15.

[5]王华清. 城市轨道交通混合式直流断路器高速分断关键技术研究[D].郑州大学，2019.