3　我国发展大容量、高电压等级真空断路器的现状
　　真空断路器在我国已经得到广泛应用。特别是在中等电压领域里，真空断路器已占有明显优 势。国内市场，ZN—28系列真空断路器以其领先的技术与高可靠性，已成为生产单位产量最 大和系列最全的真空断路器。但还缺少大容量品种，对中等电压真空断路器的应用范围将受 到一定限制，因此很有必要开发10kV系列真空断路器的大容量规格以进一步完善化。目前已 完成额定电流4000A、额定开断电流50kA的真空断路器。今后将继续研究试制更大额定电流 和更大额定开断电流的10kV电压等级的真空断路器。
　　为了适应大容量发电机组保护用的断路器，我国正在开发额定电压24kV、额定电流12500A和 额定开断电流125～240kA的真空断路器。
　　此外，我国在完成户外额定电压110kV、额定电流1250A和额定开断电流31.5kA的基础上 ，将继续开发额定电流更大、额定开断电流更大的110kV户外真空断路器外，同时开发220kV 电压等级的户外真空断路器。
　　3.1　10kV、4000A和50kA真空断路器的开发
　　3.1.1　主要技术参数
　　额定电压　　　　　　　　　 10kV
　　最高工作电压　　　　　　　 12kV
　　额定电流　　　　　　　　　 4000A
　　额定短路开断电流　　　　　　50kA
　　短路开断电流次数　　　不少于20次
　　额定短路关合电流(峰值)　　 125kA
　　额定动稳定电流(峰值)　　　 125kA
　　4s热稳定电流　　　　　　　　50kA
　　断口间工频耐压　　　　　　　 48kV
　　断口间冲击耐压(峰值)　　　　 85kV
　　额定短路开断直流分量　 不小于37％
　　机械寿命　　　　　　　 10000次
　　3.1.2　结构原理
　　(a)真空灭弧室
　　真空灭弧室的技术水平与性能稳定性，在一定程度上决定了所配真空断路器的技术水平与性 能稳定性。因此，人们常称真空灭弧室是真空断路器的核心部件。核心部件主要由触头结构 、触头材料和绝缘结构三部分组成。
　　1触头结构
　　纵向磁场电极结构的发展是近几年来国产真空断路器技术的重大进步。在开断能力和稳定性 以及抗电蚀性等方面，都比横向磁场触头结构有优势。一般来说纵向磁场触头复杂程度并不高，造价也在可接受的合理范围，已为真空断路器设计人员和制造单位普遍接受。
　　目前纵向磁场电极结构有多种形式。形成产品的有1/2匝，1/3匝和1/4匝线圈式的纵向磁场极结构，杯状纵向磁场电极结构，马蹄形电极结构和横臂式纵向磁场电极结构等。
　　杯状纵向磁场电极结构最先是西门子公司开发的。近几年来，国内对这种电极结构进行了大量试验分析研究，对其开断短路电流稳定性及适合不同短路电流的磁场强度进行了探索。试验分析证明：改进后的电极结构具有较好的开断短路电流稳定性，高的弧后介质强度恢复速 度(首开相燃弧时间统计)和少的触头电烧蚀速率(50kA 20次短路电流开断后触头烧损不大于 0.3mm)。同时，改进的电极结构也可以控制起弧位置和燃弧区域，提高了真空灭弧室内部空 间利用效率，使大容量小型化真空灭弧室得以实现。
　　2触头材料
　　CuCr触头材料是目前真空灭弧室触头材料中具有优良电性能的材料之一。它的主要缺点是熔 焊性能较差和工艺要求复杂。在ZN13—10型真空断路器试制阶段，曾多次发生触头熔焊。在 不影响其他性能的情况下，适当的加入脆性相能很好地改善关合能力和动热稳定性，是解决 CuCr触头材料抗熔焊性能的有效途径之一。特别是对于开断电流50kA以上的大容量真空断路 器产品，触头熔焊是需要解决的 关键问题之一。提高触头接触压力也可以帮助解决熔焊问题，但势必带来机械可靠性方面的 副作用。试验证明，用添加脆性相材料的方法可以改善CuCr触头材料的抗熔焊性能，降低熔 焊强度。
　　近年来对CuMnTa、CuMnNb、CuCrTa和CuCoTa等系列的触头材料研究已有进展。这几种触头材 料制造成本虽略高于CuCr触头材料，但具有优良的电性能和低的熔焊强度。国内有关院校和 研究所已开始进行上述触头材料的研究，制造厂也已制出样品，进行相关的试验，并已取得一定成果。
　　低截流值触头材料亦在研制中，常用的方法是在触头材料中加入饱和蒸汽压比较高的材料。 通常这种方法对触头断口间耐压和开断短路电流能力都会产生不利影响。在不降低电性能的 情况下降低截流水平，从目前情况来看尚存在较大难度，但研究工作已大有进展。
　　3绝缘结构
　　为了确保50kA真空灭弧室的外壳绝缘可靠性，采用了波浪式大爬距陶瓷外壳。
真空灭弧室内部触头间的绝缘水平取决于触头材料、触头表面状态和真空灭弧室内部电场分 布情况，电场分布同时也影响到短路开断过程触头烧蚀程度。对称的电场分布可降低主屏蔽 罩悬浮电位，均匀真空灭弧室内部电场能提高触头间隙耐压水平和降低触头电腐蚀速率。试验证明，真空灭弧室内部电击穿多数发生在场强90％以上区域。转移电场集中区域，使场强 最多区域从主触头间隙转移到不受电弧烧蚀部位，可减缓触头间隙电场应力，提高真空灭弧 室绝缘水平稳定性。另外，金属－陶瓷封接部位(常称三界面)也是容易发生电击穿的部位， 对这个部位采取屏蔽罩措施也可改善真空灭弧室的绝缘性能。
　　(b)操动机构
　　中等电压真空断路器操动机构有电磁操动机构和电动弹簧操动机构。国外产品多数采用电动 弹簧操动机构，国内使用电磁操动机构较多。电磁操动机构结构简单，性能可靠，调整维修方便，运行人员已经积累了丰富的使用与维护经验，继续发展仍然有广阔前景。
　　ZN28—10/4000—50真空断路器配用电磁操动机构状态示意图见图3。
为了满足不同用户需要，我国也生产配用于ZN28—10/4000—50真空断路器用的弹簧操动机构。
　　(c)总体结构布置
　　ZN28—10/4000—50真空断路器，总体结构布置如图4所示。产品采用综合布置方式，这种布置方式是ZN28系列小型化真空断路器的突出特点。其优点是结构稳固，整体刚度好，操作稳定性好，便于安装、调试和维修，并且有利于动端热量发散。对于发展大容量和大额定电流 真空断路器奠定了基础。
　　真空灭弧室的回路电阻，通常占真空断路器回路电阻的50％以上，是长期工作的主要发热源 。触头间隙接触电阻，是真空灭弧室回路电阻的主要组成部分。因为触头系统密封在真空灭 弧室内， 所产生热量的唯一散发途径是通过动、静导电杆导出，利用外部散热装置散发掉热量。真空 灭弧室静端直接与静支架相联，动端则通过导电夹、软连接与动支架相联。虽然动端向上有利于动端热量散发，但因动端联接环节多和导热路径长，所以真空断路器温升最高点通常集 中在动导电杆与导电夹搭接部位。有效地利用静端散热元件，迫使触头间隙热量更多地从静 端导出，同时对动端发热量进行分流，是解决大额定电流真空断路器温升的有效途径。利用这种设计思想，可以在经济和方便的条件下解决额定电流4000A的温升。
　　50kA真空断路器，为满足关合能力和动热稳定性能的要求，需要有较大触头接触压力。在尺寸和运动质量受到限制的条件下，设计大压力触头弹簧，结构上有一定难度，而且触头弹簧 力量加大，势必影响主轴及框架的刚度与机械强度。利用传动比的适当变化，在确保运行特性满足要求的前提下，减小触头弹簧压力，可以降低传动部件的强度要求，减小合闸功率，达到减小合闸冲击，提高真空灭弧室和真空断路器机械寿命的目的。
　　真空断路器的合闸速度，在不同电压等级略有不同。在相同电压等级下，合闸速度在一个比较大的范围内对关合能力影响不大，这一点已为大量试验所证实。但是，试验表明，特定区间的分闸速度对开断短路电流能力有比较大的影响。并且这个速度在不同短路电流下也不相同，这一点从触头烧损情况可以明显反映出来。这个速度如果选择不恰当，必然造成触头烧损增加，这样，完成电性能试验只好靠产品设计裕度了。
　　在开断电流等级比较少的10kV产品中，电场分布和电动力对短路开断过程触头间隙磁场分布和触头利用效率影响并不突出。随着开断电流等级的提高，这种影响越来越明显。按照理想模型对触头系统进行的计算和推论基本失去了等效性。这些数据只能在整机布置方式确定后从大量试验中总结。
　　3.1.3　导向与缓冲装置
　　(a)导向装置
　　真空灭弧室触头系统不同轴，势必造成分断过程中触头间隙磁场的畸变，使触头烧蚀加大， 绝缘水平降低。严重的情况，会危及到真空断路器分断短路电流成功率。为了确保装配与操 作过程中，触头对中良好，通常真空灭弧室都装有导向装置(如图5,导向1)。考虑到膨胀系 数，断路器操作过程的非直线运动等问题，这个导向装置与动导电杆一般留有足够间隙。多年实践证明，这个导向装置的存在，并不能保证真空灭弧室触头系统的良好对中，影响到真 空灭弧室开断短路电流的稳定性。
　　二级导向是ZN28系列真空断路器独创的导向方式，因其结构简单易行，导向性能良好，现已为绝大多数真空断路器制造厂和研究设计人员所接受，并广泛应用到产品中。
　　二级导向原理如图5所示。这种导向方式并不要求导向1和导向2与动端运动部件配合间隙取 得很小，导向2允许在一定范围内调整，在保证触头对中良好的情况下固定。采用这个方案 ，保证了运动部件传动灵活，使动触头保持直线运动，改善了真空灭弧室开断短路电流的稳定性，也缓解了金属波纹管运动过程产生的应力，对提高波纹管的疲劳寿命起到了一定辅助作用。
　　导向精度与L值的选取有关(如图5)。L值可按产品参数裕度、配合特性要求选取。对于10kV 级产品，选取L≥100mm已足够满足要求了。
　　(b)缓冲装置的性能研究
　　真空灭弧室的机械寿命，受控于波纹管的机械寿命。在设定了金属波纹管和触头开距后，真空灭弧室动触头运动方式就决定了真空灭弧室的机械寿命。真空断路器分闸过程的速度急剧 变化，分闸过程和反弹，对波纹管的疲劳寿命极为有害。同时，分闸速度的变化特性，也直接影响到真空断路器和所配用操动机构的机械寿命。分闸过程，接触缓冲器瞬间的速度剧变甚至反弹，也可能造成真空断路器的弧后重击穿。如何选取缓冲特性，不仅关系到真空断路 器的机械性能，也影响到产品电性能。
理想的缓冲特性，应该是在运动部件接触缓冲器瞬间，缓冲器提供较小反力。随着缓冲距离 的增加，缓冲特性迅速变陡，最大可能地吸收分闸能量，达到限制分闸反弹和分闸行程的目 的。利用液体流阻的变化，可以实现上述设想。
　　以上所述，是ZN28—10/4000—50真空断路器的部分主要设计思想。试制与试验表明，产品性能与设计要求是吻合的。这个产品的研制完成，对发展更高参数的中压真空断路器积累了 经验和试验数据，对发展大额定电流的户内真空断路器也得到了初步结果。这些数据，对发展真空发电机保护断路器，也是极其宝贵的经验。
　　3.2　24kV、12500A和125～240kA真空发电机断路器的开发
　　发电机断路器是直接连接在发电机和升压变压器之间，完成操作和保护的电气设备。发电机断路器,可用于保护和控制火电、核电和水电(调峰和抽水蓄能)电站的发电机及同步调 相机。根据国际大电网会议CIRGE的调查，目前全世界有50％的核电厂与超过10％的火电厂, 采用了发电机断路器。在德国和俄罗斯，大容量的核电厂和火电厂,安装发电机断路器已成为一种标准。我国也有多家发电厂安装了发电机断路器，如沙角C号发电厂、丹江口发电厂和葛洲坝发电站等。另外还有黄冈发电厂、外高桥发电厂及盘山发电厂等已通过审查，将在其发电机出口装设发电机断路器。
　　3.2.1　发电机断路器的发展现状
　　发电机断路器有少油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器四种类型 。少油断路器的优点是结构简单，不需要类似压缩空气断路器供气系统之类的辅助设备。但 是其通流能力和开断能力向更高参数发展有较大困难，维护较麻烦，且有爆炸、燃烧的危险 ，因而限制了少油断路器在发电机断路器领域的发展。少油发电机断路器的典型产品有原苏 联“电器”工厂的MΓ—20型20kV/11200A/87kA断路器。我国的沈阳高压开关厂也生产保护 发电机用的SN4—10型和SN4—20型少油断路器，其参数也分别达到10 kV/12000A/105kA和2 0kV/12000A/87kA。压缩空气断路器,是继少油发电机断路器后开发的发电机断路器，它的开断能力非常强，很适合于保护发电机组的场合。这种发电机断路器的典型产品有,ABB公司的DR型36kV/10000～50000A/100～250kA空气断路器和法国Alsthom公司的PKG 36kV/17000～40000A/275kA断路器。沈阳高压开关厂于1985年从法国Alsthom公司引进PKG2型发电机断路器 的生产技术并开始生产。随着100～400MW发电站的增多，大中型发电机断路器成为主流，此 时发电机断路器从压缩空气式发展到六氟化硫式和真空式。1979年三菱公司推出了第一台六氟化硫发电机断路器，为双压式。1984年该公司又推出了SFW型13000～25000A/110kA单压式 六氟化硫发电机断路器。1985年BBC公司研制出中等容量的HE型24kV/6300～12000A/63～120 kA旋弧式六氟化硫发电机断路器。1993年GEC－Alsthom公司又推出了自能吹弧式FKG型六氟 化硫发电机断路器，开断电流为120kA。我国也能生产六氟化硫发电机断路器产品，沈阳高 压开关厂于1994年研制成功了LN—24型六氟化硫发电机断路器，参数为24kV/8000～12500A/ 80～100kA。由于六氟化硫气体具有优良的绝缘和灭弧性能，因此六氟化硫发电机断路器结 构更紧凑，故障率更低。真空发电机断路器出现于1991年，由西门子公司推出，其典型产品 为8BK41型7.2～17.5kV/4000～12000A/40～80kA真空发电机断路器。我国目前已能大批量生产保护中小型发电机的真空断路器，额定短路开断电流为63kA及以上的真空发电机断路器产品目前还是空白，成为当今必须开发的目标之一。
　　发电机断路器与一般的输配电高压断路器相比，它们在电网中所处的位置不同，保护对 象也不一样，因此在许多方面要满足特殊的要求。这些要求大致可分为三个方面：第一是额 定值方面的要求，第二是开断性能方面的要求，第三是固有恢复电压方面的要求。从额定值 方面来看，发电机断路器需要具备很大的额定短路电流开断能力及关合能力，需要具备很大 的额定电流承受能力等。这些额定值远远大于同级别的输配电断路器。从开断性能看，对发 电机断路器有开断非对称短路电流的要求，其直流分量衰减时间达133ms。另外还要求具有 关合额定短路关合电流(其峰值为额定短路开断电流交流分量有效值的2.74倍)及开断失步电 流等能力，这都是对断路器提出的“苛刻”要求。从固有瞬态恢复电压方面看，因为发电机 断路器的瞬态恢复电压，由发电机和升压变压器参数决定，而不是由系统决定，所以其瞬态 恢复电压上升率(RRRV)，取决于发电机和变压器的容量等级，等级越高，RRRV值越大，其数 量级为kV/μs。这是一个对断路器要求很高的指标。由此可见，发电机断路器在许多方面与 一般的断路器不同，要满足较高的要求，因此发电机断路器不仅要满足现有的开关制造标准 ，还要有其专用的标准。1993年IEEE专门颁布了用于发电机断路器的制造标准IEEE C37.013 (1993)，我国也制定了发电机断路器的通用技术标准GB/T14824—93，并于1994年10月1日起实施。
　　从用户的角度对发电机断路器有两点要求：一是要求性能优良，二是要求价格低。性能优良，饲针对发电机断路器所保护对象的重要性而言的。由于其所保护的发电机组是电力系 统的心脏，因此要求发电机断路器，一定要达到相应的技术指标，同时一定要操作可靠，故 障率低。在这方面，六氟化硫 断路器和真空断路器都是很好的选择。如ABB公司生产的DR型压缩空气断路器的故障率，已 减低到0.5％，操作故障率为20×10－6，这一指标比一般的高压断路器低20倍左右，而该公司的六氟化硫断路器产品故障率极低，小于0.3％，而且结构更紧凑。在发电机断路器领域 ，真空断路器在开断性能和操作可靠性方面，可与六氟化硫断路器相当。从价格方面看，价 格因素是制约发电机断路器发展的关键因素之一，如果发电机断路器价格能降下来，势必对 电力工业的发展会起到积极的促进作用。在许多电站的工程预算中，由于发电机断路器的价 格较高，一次性投资较大，因此就没有被采纳。从这个角度来讲，真空断路器可能比六氟化 硫断路器具有一定的优势。因为六氟化硫断路器在生产时对制造工艺要求很高，加工成本很 大，因此其价格很难降下来。发电机断路器所处的电压等级属中压等级，在这个等级真空断 路器占据优势地位，由于真空灭弧室由专业厂家生产，价格较低，同时操动机构的生产技术 也非常成熟，生产成本亦低，因此真空发电机断路器在价格上比六氟化硫断路器有优势。因此在发电机断路器领域，六氟化硫断路器和真空断路器将成为主流，而从价格上看真空断路 器可能会更有一些优势。
　　3.2.2　新型真空发电机断路器的研制
　　由前面所述，真空发电机断路器的发展将有很大潜力，因此研制出我国自主知识版权的 大容量真空发电机断路器很有意义。现在西安交通大学和东北电力科学研究院，正在联合开 发一种新型的真空发电机断路器。由于发电机断路器，需要具有承受很大的额定电流能力及 开断很大的短路电流的能力，而单个的真空灭弧室，很难同时满足这样的要求。为了解决这 个问题，世界上唯一生产大容量真空发电机断路器的西门子公司，采用了这样一种解决办法 ，以8BK41型真空发电机断路器为例，它是将一台参数较低的8BK40型真空断路器的三相并联 起来，组成8BK41型断路器的一相，将这样的三相合成一个总体，共同承担大的额定电流和 开断大的短路电流。为了达到三相同步运行，采用同步控制装置和快速脱扣器来完成。这种方法对工艺要求很高，而且成本也较高，另外实现同步较复杂。现在正在研制的新型真空发 电机断路器的思路，是将承载大的额定电流的任务与开断大的短路电流的任务用两个并联单 元，即真空隔离器和真空灭弧室配合完成。这种方案对工艺要求较低，而且较易实现产品系 列化，其工作原理如图6所示。在图6中，正常工作时真空隔离器VD与真空灭弧室VI均闭合， 此时额定电流大部分由VD通过。当发生故障时，VD先分开，当电流全部转到VI后，将VI打开，开断故障电流。下面依次对真空隔离器、真空灭弧室和操动机构的研究进展作一简要介绍 。
　　真空隔离器首次在真空开关领域内使用了插入式梅花触头结构，以用于承载大的额定电 流。该结构的示意图如图7所示。
　　图7所示为合闸时的情况， 在图中有一圆柱形动触头，在动触头的周围有6个弧形的静 触头将动触头包住。电流通过动触头后，由圆柱侧面流向静触头，再由静触头流出。在静触 头的后面可由波纹管施加径向力F，以达到所需的接触压力，减小接触电阻，满足承载大的 额定电流的要求。由于真空具有良好的绝缘特性，因此真空隔离器可以做得体积很小，这样将大大减小整机的体积。
　　由于额定电流主要由真空隔离器承担，大大降低了真空灭弧室在额定电流下的负担，对 真空灭弧室非常有利。另外由于触头为插入式，因此不存在触头弹跳的问题，这在很大程度上避免了熔焊。即使发生熔焊，由于触头打开时的力与熔焊方向垂直，因此仅需很小的力即 可拉开触头，因此大大减轻了操动机构的负担，同时也降低了整机的成本。真空隔离器现已完成了产品设计，样品正在试制中。由于温升是真空隔离器最关心的内容，因此下一步的工作，将利用温度场有限元分析软件，对其温升进行计算。
　　在这种新型真空发电机断路器中，使用的真空灭弧室，为中国第一个具有自主知识版权的真空灭弧室——铁心式两极纵向磁场电极结构的真空灭弧室。试验表明，这种新型真空灭 弧室具有很强的开断能力，完全可胜任开断发电机组出现故障时的短路电流的要求。
　 铁心式两极纵向磁场电极结构的真空灭弧室的电极结构如图8所示。图中把铁心移开以便看清电 极结构。当电流I从上导电杆1流入后，经上拐臂2到上触头片3，通过上触头片3流向电弧4， 至下触头片5，再到下触头片6，最后由下导电杆7流出。由于上下拐臂中的电流向同一方向 流动，它们产生的磁通将垂直穿过两个触头间的空隙，铁心的磁导率很高，因此这种结构可 产生较强磁场。磁场的方向在拐臂两侧是相反的。
　　由于纵向磁场对真空电弧等离子体的控制技术，是提高纵向磁场真空灭弧室开断能力的核心技术，它可保持真空电弧在大电流下仍处于扩散状态。因此对铁心式两极纵向磁场电极 结构真空灭弧室的纵向磁场，进行详细的分析是很有意义的。Vector Fields软件包，是国 际上著名的电磁场有限元分析软件，利用该软件对铁心式两极纵向磁场电极结构真空灭弧室 的纵向磁场的计算表明，这种结构可产生很强且较均匀的纵向磁场。图9为触头间隙正中间 与触头片平行平面上的三维静态纵向磁场。当电流为40kA时此平面上纵向磁场最大值为1.44 T，这比其他许多真空灭弧室的纵向磁场要大得多，而且分布较均匀。真空电弧在不同的纵 向磁场下会呈现出不同的形态。用Vector Fields软件包对此灭弧室交变磁场的分析表明， 在铁心中可感应出较大的涡流。由于涡流的存在对成功开断不利，因此应尽量减小涡流的影 响。采用铁心叠片的方法可有效地抑制涡流。计算表明，当铁心叠4片时(间距0.2mm)，在电 流峰值时的涡流最大值是铁心不叠片情况的17.8％。而铁心叠10片时(间距0.2mm)，电流峰 值时涡流最大值是铁心叠4片时的56.7％。由此可见，可通过铁心叠片的方式来抑制涡流， 有效地提高铁心式两极纵向磁场电极结构真空灭弧室的开断能力。另外，通过数值分析的方 法还找到了一些可继续提高该真空灭弧室开断能力的途径，这些将在下一步的工作中进行。
　　这种新原理的真空发电机断路器操动机构，是一种新型的操动机构，它是一种弹簧操动 机构，利用一种有效的方法，使真空隔离器VD和真空灭弧室VI先后动作，满足设计要求。由 于VD先分开，当电流全部转到VI后，VI才能打开，因此操动机构必须与此要求相适应。这里 的关键问题是电流能否转移及转移时间。其中转移时间与操动机构的设计参数密切相关，即 操动机构两并联支路动作的时间差，必须大于电流转移时间。为此，我们专门设计了一个试 验线路来对电流转移过程进行模拟，并建立一个数学模型对电流转移过程进行仿真，以此来 探索电流转移时间的规律。电流转移试验是在合成回路上进行的，试验线路如图10所示。
　　在图中，Ci为合成回路电流源电容器，Li为电流源电抗器，Q为主合闸开关。当电容器 充电完毕以后，将Q闭合就可将电流引入VD、VI支路。VD、VI都处于闭合状态，当电流通过 的某一瞬间，VD打开，这时电流发生转移，全部电流通过VI支路。FL和FL1为分流器，分别 测量总电流和VD电流。试验中还测量了VD上电压。试验电流最大为24kA，结果表明，在给定 的试验参数下(如表1所示)，电流每次均能够顺利转移，转移时间为1～2ms。图11为电流转 移过程的典型示波图。
　　图11所示情况的仿真结果如图12a和图12b所示。仿真结果与试验结果较为接近。在下一 步工作中，我们将利用Pspice电路分析软件，对电气参数、电流特性等因素对电流转移时间 的影响，做进一步的分析。
　　3.3　110kV、1250A和31.5kA真空断路器的开发
　　近10多年来西安交通大学对110kV及以上电压等级的高压真空断路器作了国内外调查和分析 工作，并进行了广泛的探索、理论研究、计算和实际开发试制工作等。
据悉，美国通用电气公司早在60年代初，曾采用多个真空灭弧室串联制成高压和超高压真空 断路器和真空负荷开关，并实际投入了相应的电力系统上运行。这种高压断路器分别由3、7 、11和14个真空灭弧室组成145kV、362kV、550kV和800kV的真空断路器。俄罗斯于1990年生 产了由四个35kV的真空灭弧室组成110kV、25kA的真空断路器，亦在实际的电力系统上投入 运行。1980年美国通用电气公司正式生产了双断口的168kV、40kA真空断路器。1980年日本 日立电气公司制造出123kV、31.5kA单断口的真空断路器。1987年日本东芝电气公司开发了1 45kV、31.5kA的单断口真空断路器和168kV双断口的真空断路器。
　　从上述调查和分析结果，按现有国内的制造技术来看，要制造出单断口的110kV和220kV电压 等级的高压真空断路器是完全可能的，经过一番努力研制出双断口的500kV电压等级的真空 断路器也是可能的。根据我们的理论分析和设计计算对于开发110kV和220kV的真空断路器过 程中的实践经验，认为只要合理地解决真空灭弧室的内部电场均匀分布和解决采用纵向磁场 结构电极的磁场强度问题，实现高电压等级的真空断路器也是可能的。
　　根据我国国内真空灭弧室制造厂的设备条件，决定先用两个63kV真空灭弧室串联组成110kV 双断口真空断路器。图13所示为63kV真空灭弧室的剖面结构图，图中5为主触头，2为陶瓷外 壳，4为主屏蔽罩，1为动端波纹管，7为均压屏蔽罩，12为静端缓冲波纹管，9为动导电杆， 3为静端导电杆，6为均压屏蔽罩和11为端部均压屏蔽罩。图14所示为63kV真空灭弧室的电场 计算结果的电场分布图。目前设计的外屏蔽罩式真空灭弧室，已能满足63kV电压等级的各项 标准要求。双断口的110kV真空断路器设计了二种不同的结构方案，如图15所示。图中方案a 正在试制中，真空灭弧室排列呈V形布置，总高度为2500mm。图中b已由北京开关厂试制完成 ，真空灭弧室排列呈垂直布置，总高度为2650mm，将准备在我国西安高压电器检测中心进行 全面的型式试验。
　　双断口110kV户外真空断路器的操动机构采用了电动弹簧式操动机构，由一个操动机构带动三相连动。平均分闸速度为2.4m/s，平衡合闸速度为1.8m /s。在此基础上，西安交通大学真空电弧理论研究中心，已对220kV电压等级的真空断路器的研 制工作作了大量的理论探讨，并对真空灭弧室的具体结构进行了分析和设计，利用三维电磁 场随时间变化的过程作了估计，得出了较合理的电极间纵向磁场的分布。图16所示为115kV 真空灭弧室置于绝缘筒内的布置情况。为了获得较强和较均匀的纵向磁场，已将产生纵向磁 场线圈布置在真空灭弧室外壳中部，同时主屏蔽罩采用具有抗涡流作用的特殊结构和特殊材 料制造。220kV双断口真空断路器的设计方案，它采用了并联电容器作为真空灭弧室的支撑 结构，以减轻真空灭弧室单臂悬挂下垂的分力