更小更轻更灵活高压电气设备的发展之路

如果没有接触过高压电器，是不会知道高压电气设备的发展进程的，但一旦你接触了这些，你肯定会有一个明显的感觉，就是高压电器的发展具有明显的演变过程的，而这个过程就像标题所说的那样——更小更轻更灵活。刚开始发展高压的时候，所有技术都不成熟，而且还在直流与交流上面进行争论。尽管交流在最后获胜，但那个时候的交流设备也并不是十分友好。最开始的电路开断设备是多油的。这个油指的是变压器油。早期的开断设备放在一个巨大的箱子里面，里面的油保证绝缘和灭弧性能，这可以说是全方位的保护。但你可以想象一下，一个铁皮，甚至比铁皮还要重的箱子里面，除了最基本的开断机构外，里面都是油，还不是一般的油。大家可能对这个箱子的大小没有什么概念，这个箱子体积大概是现在半个轿车的大小。这个大小的油箱你可以知道有多重。现在的多油断路器，体积已经小了很多这还只是油箱的大小，当时断路器的整体占地空间相当于半个5、6层高宿舍楼了。并且那个时候的电压等级还不像现在几百千伏那么高，甚至只有几十千伏。我现在可以形容一下现在的10KV的小变电站是什么样的。实际上大家走在路边就可以看到这样的变电站。在21世纪早期的时候是用水泥盖成的小屋子，当然了，这需要在装配变电站半个月前就开始建造。最近十年这样的变电站就完全是铁皮的小房子了，整个安装过程只有半天的时间。不过无论是20年前的水泥房子，还是现在的铁皮房子，占地面积和厕所差不多，甚至现在的欧式或者美式变电站的体积还没有公共厕所大。现在常见的欧式变电站当然了，这样的体积改变也是逐渐改变的。在笨重的多油设备诞生了二十年左右之后，一种改良的断路器诞生了，那就是少油断路器。实际上里面的东西没有太多差别，就只是油的性质发生了变化，少油断路器的油就只是起灭弧作用，用处专一了很多。这样的变化带来的就是用油量的减少。这个用油量不是减少了一点，而是减少了很多，这让少油断路器的体积直接缩水了一半左右。尽管少油断路器还不能用灵活在形容，但更小确实是做到了。目前国外一些老旧的设备还在用少油断路器，可以说这是一个十分经典的改进了。66kV的少油断路器但我们刚刚说过了，就算是这样改进，仍然是做不到小巧。所以就出现了另外几种方式灭弧的断路器。其中有压缩空气断路器，六氟化硫断路器和真空断路器。这三种现在都有使用，不过用的地方不一样，当然了，出现的时间也并不是同步的。最开始是压缩空气断路器。既然少油还是做不到轻便，那就完全不用油，试试可不可以。这样试验的结果有好有坏，好处当然是可以，但坏处就是对灭弧室的性能要求比较高。当时的加工精度达不到那样的要求，所以故障还是比较频繁的。当然了，现在基本上不会出现这种问题。不过有了这样的突破之后，开断设备的体积是越来越小，压缩空气断路器这一个改变就让体积又减小了不少，这算是大幅度改变了灭弧的结构。低压压缩空气断路器但压缩空气断路器并没有流行特别长的时间，六氟化硫就出现了。这个东西出现了有七十年左右的时间了，一出现就受到好评，因为这种气体的灭弧性能比空气可靠的多。当时的人们是不会讲究那么多的东西的，好用是第一位的。在用了一段时间之后，发现了这个东西有很多的问题。一个是这个气体在高温下会分解，变成两种有毒的气体，不但减弱灭弧的效果，并且一旦灭弧室的密封不好，就会将这些有毒气体放出去，造成很大的危害。六氟化硫断路器所以现在有些国家不喜欢用这个东西。然而这个东西好处太多了。我们对比一下，只要有油，就会有被点燃的危险，一旦这些油被点燃，就会引起火灾。所有的断路器都会有灭弧室的密闭问题，多油断路器油的泄漏就会出现这个问题，这可比有毒气体还要严重，火灾可是会导致整个电力系统瘫痪的。我们在将六氟化硫和压缩空气比较。你就会发现压缩空气断路器有一个明显的缺陷，就是不容易做成超高压和特高压，因为电压越高，电弧就越强烈，压缩空气就越难处理，所以在面对特高压的时候，压缩空气基本上就没有什么办法了。六氟化硫在发展超高压和特高压上有明显的优势，并且体积并不比压缩空气大多少，目前的kV的开断设备是可以放在室内的，其中的断路器就是用六氟化硫。kV的GIS组合电器在我国主导的特高压中，断路器所用的都是六氟化硫灭弧。不过现在我国开始用混合气体，和氮气混合，研究表明这样的灭弧效果更好，甚至我国开始研究氢气是否可行了。这样做也是因为环保要求。至于真空断路器，我们当然不能否认起灭弧性能的优越性，但它和压缩空气一样面临同样的问题，就是制造难度。因为你电压越高，你就需要越大的真空室。你要保持及立方米的真空是很困难的，而且这个真空度还要保持十年，这个难度不亚于航天技术和军备的攻关。在六氟化硫出现之后，减小体积是越来越困难了，目前我们最常用的方法是GIS。这个东西简单点来说就是一种组合开关，它将多种开断的必要设备组合在了一起，体积也是缩小了不少。我们之前也提到了kV的GIS是可以放到室内的，就算是kV的开端设备，其变电站的面积也就相当于两个大厂房。

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