1、断路器及关键部件简介
（1）断路器简介
断路器，是一种能关合、承载、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备1。电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的从电能生产到电能使用的复杂系统。电力生产后通过输配电系统输送到用户系统，其中配电系统是输配电系统当中最为重要的环节。配电系统所用的电器普遍用于电网末端，通过电能的分配将电能分别传递给下级工业用电单位、民用建筑等各个分路。
配电电器的故障往往会导致多条分路的断电，影响面较广，因此其可靠性和稳定性对整个输配电系统而言十分重要。
配电电器主要包括断路器、变压器、熔断器、刀开关等，断路器则是一种使用量大面广的电器。断路器根据标准电压使用范围可划分为低压断路器、高压断路器。低压断路器属于低压电器中的一种，是低压电器中结构复杂、技术含量与经济价值较高的主要代表性元件，在低压配电系统中占有重要的地位。高压断路器是发电厂、变电所主要的电力控制设备，可根据行业习惯细分出中压断路器、高压断路器、超高压断路器及特高压断路器。
根据我国电力系统、《GBT 156-2007 标准电压》、《国家电网公司电力安全工作规程》划分，输配电及控制设备电压区间分类如下表所示：
参考观研天下相关发布的《2017-2022年中国断路器行业发展调研及投资规划研究报告》
表：输配电及控制设备电压区间分类
将使用在额定电压0.4kV 等级的断路器称之为低压断路器、额定电压3.6kV-40.5kV 等级的断路器称之为中压断路器、额定电压72.5kV-252kV 等级的断路器称之为高压断路器、额定电压363kV-800kV 等级的断路器称之为超高压断路器、额定电压1,100kV 等级的断路器称之为特高压断路器。此外，中压断路器、高压断路器、超高压断路器及特高压断路器在本招股说明书中统称为中高压断路器。①低压断路器
低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过载负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器，是成套电气设备的基本组成元件。低压断路器除在电路中具有控制功能外，还具有一定的保护功能，如过载负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器被广泛用作低压配电系统中各级电器、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护设备，普遍应用于电力工业配电系统、机械、冶金、石化、建筑、商场、写字楼、酒店、居民小区及个人住宅等领域，其产品的性能和质量直接影响电力系统和供电系统的可靠性和稳定性。低压断路器按灭弧介质分为空气式和真空式，目前国内生产的多数为空气式；低压断路器按结构分为框架式断路器（又称万能式断路器，英文缩写为“ACB”）、塑壳式断路器（英文缩写为“MCCB”）和微型断路器（英文缩写为“MCB”）。行业习惯通常按其结构区分为框架式断路器和塑壳式断路器，两者同属于空气式断路器。
在额定电流上，塑壳式断路器一般适用于630A（部分大容量可达1,600A）以下电流范围，而框架式断路器适用额定电流范围较大，一般为630A-6,300A。此外，在分断能力上，框架式断路器相比塑壳式断路器分断能力也更高。故在实际应用中，800A 以上的回路或分断能力要求特别高的回路一般采用框架式断路器，630A 以下的回路则使用塑壳式断路器。
在用途对象上，因框架式断路器的所有零部件都装在一个绝缘的金属框（抽）架内，常为开启式，故可装设多种功能附件，且更换部件较为方便。总体上，框架式断路器的突出特点为容量大、极限分断能力高以及具备足够的短时耐受能力，使其具有较好的适用范围选择性和功能稳定性。由于以上特点，使得框架式断路器的价格较高，多用于低压配电系统中的主开关以及重要的、负载较大的主干线和大型电动机的保护；而塑壳式断路器是将触头、灭弧系统、脱扣器等部件都装在一个塑料外壳内，一般不考虑维修，其产品种类繁多，具备结构紧凑、功能简单、操作容易等特点。塑壳式断路器功能上与框架式断路器相比，其容量小、短路分断能力低、选择性和耐受能力差，智能化方面要求可略低。虽然近年来，新型的塑壳式断路器容量已达到较高水平，但由于结构上的特点，短时耐受能力依然无法得到大幅改善，一般用作低压配电系统中支路的保护开关。此外，因为塑壳式断路器体积小（一般小于框架式断路器体积的一半），耗费的原材料大大减少，节约了大量铜、银等贵重金属的使用，单位成本较低，所以虽然产量大但单位价值低，最终整体市场产值与框架式断路器基本持平。
典型低压断路器产品如下所示：
图：典型低压断路器产品
②中高压断路器
适用于额定电压3.6kV 等级及以上的断路器在本招股说明书统称为中高压断路器，其具有强大的灭弧能力和开断能力，主要用于电力系统中运行的户内和户外电力控制设备。中高压断路器按照灭弧原理不同，可分为油断路器（又可分为多油断路器和少油断路器）、气吹断路器（又可分为空气断路器和SF6 断路器）和真空断路器；按照控制、保护对象分为发电机断路器、输变电断路器、馈电断路器和特殊用途断路器。行业中通常按照灭弧介质分为真空断路器和SF6 断路器。
中高压断路器从油断路器、空气断路器发展到真空断路器、SF6 断路器，至今，前两种断路器已逐步被淘汰，后两者中真空断路器在中压领域10kV-40.5kV等级应用非常广泛，SF6 断路器则普遍用于40.5kV 以上的高压、超高压、特高压领域。
真空断路器是以真空为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器，真空的绝缘强度高，电路切断后恢复速度快。真空断路器的灭弧在高度密封的真空室内进行，在灭弧过程中不受外界环境的影响。当短路发生时，真空室内的两个触头迅速拉开使电弧熄灭，同时灭弧室的所有材料均以洁净的状态保持在整个寿命期间。真空断路器具有无污染、体积小、重量轻、操作简单、易维护、适用于频繁操作、灭弧不用检修等优点，广泛应用于各类工业企业、公用设施、发电厂、变电站等行业设施中。
SF6 断路器是利用SF6 气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器，灭弧系统在吹氟过程中可以实现气体封闭系统的循环使用，实现无火灾危险和不排向大气的功能。SF6 断路器切断能力大，在自由开断情况下，其切断能力比其他断路器（如空气断路器）高10 倍左右，在电力系统的稳定和安全运行中发挥着重要的作用。此外SF6 断路器还具有独立性、高可靠性、安全性强及易维护等特点，但由于价格较高，且对SF6 气体的应用、管理、运行等方面具有较高要求，故在除高压、超高压、特高压领域之外的其他电压等级应用受到限制。
典型中高压断路器产品如下所示：
图：典型中高压断路器产品
以框架式断路器为例，结构上断路器一般由基座、操作机构、抽屉座、触头系统、灭弧系统、脱扣器等关键部件构成4。基座主要由高强度、电气性能优良的绝缘材料压制而成，体积占整个断路器相对较大，对整个断路器核心部分起着支撑、固定、防潮、防霉、防腐蚀、保护等作用，同时保证断路器在分断操作时，能够有效隔离电流，防止发生危险；触头系统是使电路接通或分断的执行元件，触头的分合运动靠操作机构作功并经传动机构传递力来带动；灭弧系统则是用来迅速、可靠地熄灭电弧，使电路最终断开；脱扣器是与断路器通过机械装置相连（或组成整体），用以释放保持操作机构并使断路器自动断开的装置。
断路器作为电网主要控制和保护元件，其动作可靠性极为重要，不仅要求其在技术条件规定的各种自然环境、各种线路条件下都能可靠地开合电路，还必须具有一定的机械寿命和电气寿命。其中机械寿命为各断路器制造厂商之间竞争的重要指标，而机械寿命主要取决于断路器核心关键部件的结构形式和工艺水平。我国断路器行业经过几十年的发展，产品的结构和技术性能已有极大的提高和完善，其中框（抽）架、操作机构、灭弧系统等核心部件的发展和改进一直为断路器生产厂家关注的重中之重，特别是作为断路器神经中枢的操作机构，是决定断路器性能的核心要素。
生产的产品主要为断路器配套关键部件——框（抽）架和操作机构，尤其操作机构作为断路器的核心关键部件，其技术含量及制作工艺要求较高。
图: 典型框架式断路器产品结构示意图
①框（抽）架
断路器按照安装方式分为固定式和抽屉式两种。固定式断路器由本体加安装板组成，安装板仅起支撑作用。固定式断路器安装后如需维护或修理，需要由专业人员将回路断电并将导电连接母排拆卸，较为不便，如操作不当存在一定的安全风险；抽屉式断路器由断路器本体加抽屉座组成，本招股说明书所指的框（抽）架即为抽屉座。断路器本体由基座、操作机构、触头系统、灭弧系统、脱扣器等关键部件组成，抽屉座由带有导轨的左右侧板、底座、罩壳、横梁及母排系统等组成。
抽屉座作为断路器的关键部件，使得操作人员通过手柄摇动借助抽屉座内的导轨和拉动结构带动断路器本体拉进拉出，实现断路器的“三位置”功能。断路器本体在“分离”位置时，主回路与辅助回路全部断开，安全隔板关闭，断路器处于明显的断电状态，此时可对断路器本体部分进行维修保养或修理而无需拆卸导电连接母排，保证了人身和设备的安全；断路器本体在“试验”位置时，主回路断开，安全隔板关闭，仅辅助回路接通，可对断路器动作性能进行测试，满足了断路器和回路的带电维护测试要求，大大减少回路停电时间；断路器本体在“连接”位置时，主回路和辅助回路均接通，此时隔离板开启，主电路和断路器正常工作。因此，配备抽屉座的断路器，具有断路器和隔离电器的双重功能，为回路和断路器的安全、可靠运行提供了技术保障。
图：典型抽屉式断路器产品结构示意图
断路器
②操作机构
断路器是通过操作机构的传动部件改变力的方向和作用点来实现预设目的，作为断路器关键部件之一的操作机构，其主要作用是通过手动方式或电动方式操动操作机构使断路器的触头系统进行接通和断开操作，保证在断路器正常使用过程中的合、分闸以接通和分断电路，以及在短路、过载等故障情况下，推动触头系统快速可靠地断开电路。
断路器作为电力系统主要的控制和保护设备，其动作的可靠性极其重要，断路器的拒分、拒合及误动作都会给电力系统带来巨大的损失，甚至造成重大事故。断路器的全部使命体现在触头的分、合动作上，而分、合动作又是通过操作机构来实现的。操作机构被誉为断路器的“心脏”，该部件的性能、工艺性、动作可靠性等因素直接影响断路器的质量。据国际大电网会议及国家电网公司的调查，操作机构故障是造成断路器故障的最主要的原因之一5。故操作机构的可靠性对断路器整体可靠性起着决定性的作用。
随着机电技术的不断发展进步，目前断路器的操作机构类型较多，分为储能型和非储能型两大类型，当前市场上的操作机构大部分为储能型操作机构。储能型操作机构具备闭合速度快、闭合功耗小的特点，按照驱动方式的不同又可分为弹簧操作机构、气动操作机构、液压操作机构、电磁操作机构、永磁操作机构等，各种类型的操作机构各有特色都有应用，其中弹簧操作机构已被成熟广泛应用，为广大断路器生产厂商所青睐。生产的操作机构均为弹簧操作机构。此外，非储能型操作机构的结构是一种典型的连杆机构，相比储能型操作结构更简单、体积更小、价格更低，目前国内低压塑壳式断路器大都配用非储能型操作机构，故本招股说明书所述操作机构不包括非储能型操作机构。
电磁操作机构是使用较早的一种操作机构，是以电磁能量作为合闸动力的机构，由于其在操动时会对电网回路造成一定的冲击，已逐步被市场所淘汰。永磁操作机构是一种新型的永磁保持、电子控制的电磁操作机构，但永磁部分的退磁、控制单元的受干扰等技术问题一直为永磁操作机构发展的核心障碍，仍旧处于技术探索与发展阶段，故目前永磁操作机构仅少量尝试性运用在真空断路器中。
弹簧操作机构、气动操作机构、液压操作机构特点分别如下：
表：弹簧操作机构、气动操作机构、液压操作机构特点
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