浅谈真空断路器.doc

浅谈真空断路器【摘 要】 近些年来真空开关在我们局被广泛采用，其特有的性能和优势越来越被大家认同。本文对真空开关的生产、安装、运行、维护作全面而概要的介绍，使大家能够初步认识真空开关，也为今后更加深入研究真空开关提供基础知识。【关键词】 真空 断路器 真空的概念是人们在猜测物质世界的构成及物质运动时提出的。1643年意大利人托里拆利的物理试验证明了真空的存在。在最初经典物理学重真空是指空无一物的空间。但是，随着量子理论的发展，真空已经不再是一个简单的空间。真空荷流密度和强场的起伏即虚粒子的产生和湮没赋予了真空及其复杂的结构和性质。真空可以被极化，也可以和实物粒子发生相互作用。真空具有量子特征，而且具有相互独立的真空点，受激发时还具有稳定的介质特性。随着人们对真空技术的不断研究，1893年英国人Rittenhause发现了真空具有高绝缘的性能，而且对交流电弧具有很强的灭弧能力，并于1895年首先制造出真空灭弧室模型进行了开断电弧的研究。1926年美国人Sorensen用真空开关成功开断了4.1kA、926A的交流电弧。1956年H.C.Ross对杰宁无线电制造公司生产的用于高频回路的真空断路器管进行了改造，试制出用于电力系统的真空开关。此后，真空断路器技术得到了飞速发展。现代商用产品已经可以做到额定电压168kV、额定开关电流100kA、额定电流4000A，而10-35kV真空开关已经形成了完整的系列产品。真空断路器和SF6断路器相比较具有以下优点：1、 真空介质绝缘强度更高，恢复速度更快，断路器行程更短，操动机构的操作功小，在开断短路电弧时弧压降很低，触头磨损小，断路器使用寿命长。2、 真空介质在开断短路电弧时不会产生对人体有害的物质，而SF6气体在高温电弧下可分解出SF4、SO2F2、SOF2等剧毒的低氟化物，对人体安全构成威胁并污染自然环境。3、 真空断路器结构简捷，零部件数量比SF6断路器显著减少，不但降低了成本，还提高了运行可靠性，能在整个寿命中做到少维护甚至无维护。由于真空断路器的独特优点，使其在中低压领域的应用在欧洲和美国已占到70%，日本已接近100%，俄罗斯已占50%以上，我国也已占到80%以上。近20年来，真空断路器的理论研究水平和制造技术都有了长足的发展，真空断路器已不仅仅限于中低压。目前真空断路器朝着高电压、大功率和低电压、大电流的方向发展。一、 真空断路器的结构1、 基本组成一般来讲，真空断路器由开断电流装置、绝缘支撑、操作机构、传动机构、分闸储能机构、基座六部分构成。根据灭弧室和操作机构的相对位置，真空断路器分为如下五种形式：落地式、悬挂式、综合式、支架式、全封闭组合式。操作机构分为电磁操作机构、弹簧操作机构、液压操作机构、气动操作机构、弹簧液压操作机构五种类型。2、 真空灭弧室真空灭弧室是真空断路器中最重要的部分，一般来讲，真空灭弧室由动、静触头，绝缘外壳，屏蔽罩和微波管等部分组成。动触头位于灭弧室下部，在与其连接的导电杆周围和外壳之间装有导向管，以保证动触头在上下方向准确的运动。一般在导电杆下方位于灭弧室外部的表面有一个圆点状标记。可以从它到灭弧室下端相对位置的变化情况观察到触头磨损程度。灭弧室内不低于Pa的高真空状态。静触头和动触头以及与它相连的导电杆在闭合位置时构成导电回路，而在触头分离时则行成断路，断口处即是产生真空电弧和进行熄弧过程的弧腔。绝缘外壳的作用是支持动、静触头和屏蔽罩等金属部分。它与这些部件气密的焊接在一起，以确保灭弧室内的高真空度。屏蔽罩位于动、静触头周围，一般由不锈钢制成。在断路器和负荷开关灭弧室中，屏蔽罩固定在小绝缘支柱式瓷瓶外壳上，其电位是悬浮的。屏蔽罩的作用是吸收弧腔中在开关电流时真空电弧的金属蒸气，使之沉淀并附着在罩内，而不至溅落在绝缘罩的内壁上，避免由此降低灭弧室的绝缘强度。另外屏蔽罩还有改善断口电场分布，提高断口耐压和恢复强度的作用。波纹管是动触头与大气侧的动导杆相连接的部分。波纹管的作用是给动触头杆提供必要的运动和对大气密封。真空开关每一次分合都使波纹管的波状薄壁产生大幅度的机械变形，剧烈而频繁的机械变形容易使波纹管因疲劳而损坏。波纹管是真空灭弧室外壳的一个组成部分，它一旦损坏，真空管的寿命便会因漏气而终结。由于其他零件在正常运行中不容易损坏，因此波纹管的疲劳寿命也就是真空灭弧室的机械寿命。二、 真空灭弧室的制作过程真空灭弧室是真空断路器区别于其他断路器的最根本特点，而真空灭弧室的制作也是真空断路器生产过程中最主要的环节。它的制作工艺与大型电子管的制造工艺极其相似，都要涉及到一系列专门技术，如真空技术、玻璃金属和陶瓷金属封接技术、特殊的金属零件焊接技术、真空材料处理技术、检漏技术等。过程包括：零件加工、零件处理、组装、检漏、排气和老练、封切、测验等步骤。其中排气和老练是使真空灭弧室达到一定真空度的重要环节，它是对封装焊好的各部件进行的一项工艺处理。排气和老练工艺将直接影响到真空灭弧室开断电流能力和绝缘性能。下面对两项工艺作简单介绍：排气通常采用真空烘烤的方法使材料中所吸附的气体得以释放，从而达到去气的目的。老练是对触头进一步去气的过程，它主要是通过火花放电使触头表面温度升高放出气体。老练分为电流老练、工频电压老练和冲击电压老练。同时，通过老练工艺还可以消除触头表面的污染物和微小毛刺，从而提高耐高压击穿能力。三、 真空断路器的寿命真空断路器的寿命包括真空寿命、机械寿命、电寿命三种类型。真空寿命包括真空灭弧室的储存寿命和最低工作真空度，储存寿命一般为20年，最低工作真空度为P。真空度可以通过磁控真空计或工频耐压法检测决定。机械寿命前面已经提过一般由真空灭弧室的波纹管决定，而波纹管的寿命又与其使用状态有关，因此机械寿命可以通过真空开关上的计数器得知。电寿命是指真空灭弧室成功开断额定短路电流的次数或开断额定电流的次数。但在实际应用中电寿命无法用次数统计，只能根据触头烧损量或由于触头烧损沉积在绝缘外壳内表面的金属蒸发物是否严重影响绝缘或出头表面严重烧损后影响绝缘等因素确定。一般规定触头的烧损量为3mm，绝缘外壳内表面的绝缘和额定开距时出头间的绝缘可以通过工频耐压和冲击耐压检验四、 真空断路器的运行与维护真空断路器投入使用后应经常擦拭绝缘外壳，使之保持清洁干燥以免降低耐压水平。定期调整真空开关的超程，保持触头间的距离。定期用工频耐压法检查真空灭弧室的真空度，如出现明显的辉光放电或持续放电或耐压水平下降现象，应及时更换真空灭弧室。定期检查真空灭弧室触头烧损标志的位置，推算触头烧损量，当烧损量达到3mm时，表面电寿命已经终止应更换灭弧室。华北电网有限公司交接和预防性试验规程中规定真空断路器应安排整体绝缘电阻、交流耐压、导电回路电阻、机械特性、触头开距和超行程、动作电压以及分合闸线圈的直流电阻和绝缘电阻。另外，真空度测试要求在有条件时进行。根据真空断路器的工作原理和结构，对真空断路器的超程检测和真空灭弧室真空度的检测（目前主要依靠断口耐压）构成了真空断路器区别于其他开关的特点。五、 真空断路器常见故障分析真空断路器故障大体分为五种情况，具体归纳为：1) 真空灭弧室真空度下