摘要：本文以550kV柱式硅橡胶复合套管断路器研制过程为例，指出“玻璃纤维增强环氧树脂”中的环氧树脂基体在高温下分解、电离是导致断路器预击穿时间越来越长的主要原因，并提出了套管内壁增加耐高温及绝缘内衬和修改灭弧室结构两种解决方法。改进后的断路器顺利通过容量试验，证明了解决方法的有效性。

    0 引言
    随着电力网络的发展，对电力设备的安全性、可靠性和稳定性要求越来越高。目前，高压柱式断路器主要使用瓷套管，虽然其性能稳定，但是存在爆炸会产生碎片、质量大、重心高、抗震性能差、易发生脆断、长期运行易发生污闪等问题，严重影响电网运行的安全性和稳定性。与瓷套管相比，硅橡胶复合套管较具有以下优点：爆炸时不产生碎片，不会对周围人员及设备造成影响；套管采用一体化卷注成型，成品率高，成本低；硅橡胶外套具有优良的憎水性能，防污闪能力强；重量轻，可有效降低断路器重心，增强其稳定性；抗紫外线能力强。随着硅橡胶复合套管大量应用于高压电力设备，并取得挂网运行经验，其性能得到了行业认可，因此近年来各大开关生产厂家也在大力研究其应用于柱式断路器的可能性。
    在550kV柱式硅橡胶复合套管断路器研制过程中，容量试验时，随着通流（额定短路电流）次数增多，断路器预击穿时间随之增长，试验被迫停止。对灭弧室进行解体检查后，发现套管内壁靠近动、静触头接触处附近有烧蚀点，动静触头上附着有黑色粉末。本文将对此进行分析，并提出相应的解决办法，以供复合套管断路器研究者参考。
    1 原因分析
    550kV柱式硅橡胶复合套管断路器的灭弧室、支柱、电容器及电阻均采用硅橡胶复合套管，灭弧室主要由套管、静弧触头、静触头、喷口、动触头、动弧触头和压气缸组成，结构如图1所示。

    当断路器开断电流时，从压气缸内吹出的高压气体经电弧加热后主要吹向两个方向，即反向通过拉杆内孔（右）的气流和经喷口吹向灭弧室静端（左）的气流，分别如图1中带箭头的粗实线指向。
    在热气流通过喷口时，因设计需要，吹弧气流将旋转吹向灭弧室静端。在此过程中，旋转气流的边沿将向外扩散，再加上从静端返回的残余气流，混合后通过喷口与静端的间隙吹向套管内壁，如图1中带箭头的细实线指向。该残余气流中包含大量高温电离子，温度大约在180～250℃，对套管内壁的绝缘、耐热性能是一种考验。
    硅橡胶复合套管的骨架一般采用“玻璃纤维增强环氧树脂”卷成，其基体环氧树脂高聚物主要由碳水化合物组成，耐受温度不超过150°。当高温电弧吹至内壁时，环氧树脂高聚物便开始分解，形成大量碳、氧、氢等化合物（部分再与SF6气体作用、混合），颗粒状化合物散落于灭弧室导电触头及套管内壁上。当断路器再次加压时，这些碳水化合物气体或粉尘将很容易被电离，形成的带电粒子沿电场方向移动，从而产生电流，导致断路器预击穿提前，影响其绝缘能力。随着断路器带电次数增加，内部粉尘越来越多，绝缘能力越来越低，导致其预击穿时间越来越长。
    综上所述，“玻璃纤维增强环氧树脂”中的环氧树脂基体在高温下分解、电离是导致断路器预击穿时间越来越长的主要原因。

    2 解决方法
    根据上面的分析可知，解决套管内壁环氧树脂高聚物过热分解问题有两种方法：一是增加玻璃钢筒内壁耐受高温能力；二是修改灭弧室内部结构，改变气吹方向，使高温气流不直接与玻璃钢筒内壁接触。
    2.1套管内壁增加耐高温及绝缘内衬
    改变硅橡胶复合套管结构，在套管内壁玻璃钢筒上粘结一层耐电弧及高温的绝热薄聚四氟乙烯内衬，并对聚四氟乙烯表面进行活化处理，以满足内衬与结构层的粘结要求，保证其在高温电弧灼烧后不会脱落。改进后的硅橡胶复合套管结构如图2所示。

    2.2修改灭弧室结构
    修改灭弧室结构，改变气吹通道，使高温电弧不直接接触套管内壁，就不会影响玻璃钢筒的特性，但是在改进过程中需要计算、优化电场分布及气流场，否则将影响灭弧室的开断能力。图3为改进后的灭弧室结构，加长的喷口深入其静端内部，这样在断路器开断过程中，高温气流电弧只会吹向左、右两个方向（图3中箭头指向），不会与套管内壁接触，故不会对套管内壁产生影响。

    2.3验证
    按照上述两种思路，对断路器进行优化、改进，并组织装配、调试，进行容量试验验证。试验参数按其额定短路参数执行，改进后的断路器顺利通过容量试验。试验后对灭弧室进行拆解检查，其套管内壁均完好无损，内部粉尘呈白色，为SF6分解物、结合物，无碳水化合物粉尘（黑色），说明上述两种改进方法效果良好。

    3 结束语
    本文以高电压等级硅橡胶复合套管断路器研究为例，针对研究过程中容易出现的问题，分析了产生的原因，提出了相应的解决办法，并通过相应的容量试验加以验证。本文提出的分析方法可推广应用于高压开关行业和其它对复合套管有相同要求的行业。