高压真空断路器的应用技术探究

李富军　韩建新

摘要：随着社会发展和科技进步，供电系统在不断发展。高压真空断路器是我国供电系统中广泛使用的一种类型，其具有结构简单、使用时间长、轻便等一系列优点。文章通过探究高压真空断路器的应用技术，希望可以推动我国电力事业的发展。

关键词：高压真空断路器；应用技术；供电系统；电力事业；电气寿命 文献标识码：A

中图分类号：TM561 文章编号：1009-2374（2016）34-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.035

高压真空断路器被广泛应用于国内的供电系统中，在高压真空断路器的使用过程中存在很多问题，例如载流过电压偏高、少数真空灭弧室出现漏气问题、质量缺乏保证等。本文通过阐述高压真空断路器运作的维护方法，来提升高压真空断路器的应用技术。

1 高压真空断路器应用历史与优点

1.1 高压真空断路器应用历史

真空开关在高压领域里的首次应用国家是英国，英国开关的额定参数是132kV l3500MVA，直到20世纪末，这些开关依旧正常运行，VCB经济性较差，VCB每相在使用8个断口串联后，额定电压达到132kV。但是真空断路器静电场在设计过程中存在局限，例如复杂的机构和断口上的电压分配不均。

1.2 高压真空断路器的优点

一般情况下，SF6介质强度高，真空断路器比SF6断路器能承受更高的额定恢复电压上升率。真空开关的触头行程比SF6开关小。在运动质量中，真空断路器低于F6开关。低能量使得机构损耗小，因此寿命更长。

2 高压真空断路器的使用现状及技术前景

2.1 高压真空断路器的使用现状

随着近几年的发展，SF6的使用数量呈下降趋势。人们在高压领域中不断开发VCB设备，技术人员在制造技术及设计工具等方面不断取得进步，单个灭弧单元的额定电压达到145kV。所以串联连接真空灭弧单元这一步骤不需要完成，即可实现简化额定耐受电压机构。V使得VCB设备增强了市场竞争力。在日本，上百台额定电压72.5kV及145kV的VVB处于运行状态下。近年来，科研人员研发出了高压领域用的外壳接地和外壳不接地VI靶。如今，技术人员考虑将VCB用于气体绝缘开关设备里。高压真空断路器发生绝缘事故主要有两个原因：一方面是高压断路器的绝缘体设计不符合规范；另一方面是高压断路器不符合安装规范。因此，工作人员必须重视高压断路器的安装流程、检测高压断路器等，杜绝绝缘事故发生，保障高压真空断路器正常运行。在几年前的博览会上，欧洲某国展示了商业化的72.5kV的真空断路器。我国高压领域的VCB研发正在进行中。如今很多科研人员都把精力投放在研发高压领域用的开关中。

2.2 高压真空断路器的技术前景

SF6气体对高压断路器的使用有重要意义，SF6气体有很多特点，例如优秀的热性能、高负电性、高介质强度等，可以承受熄弧和电压的运行，但是它会造成环境污染。高压真空设备不会破坏环境，所以真空开关设备广泛应用于高压领域里。在日常生活中，VCB已经用于一些电网的72.5kV等级中。相信几年后，72.5kV和145kV等级VCB也会相继出现。

3 高压真空断路器的技术难题和设计要点

高压真空断路器技术的最大难点是：设计真空灭弧室的静电场和高压。由于导电粒子缺乏，真空的击穿电压随间隙呈线性变化。当电极间隙较大时，真空的击穿电压随着间隙呈非线性变化。导致较高击穿电压的间隙比计划大。间隙包括触头间隙、屏蔽罩的环形间隙。间隙变大后，导致真空灭弧尺寸比例不合适。因此，为了保证高额定电压，早期使用真空灭弧室串联连接。真空断路器的尺寸为了处于合理范围中，必须减少微观及宏观场的增强因素。通过使用多重屏蔽的方式，可以减少几何场增加因素。真空断路器通过使用中心屏蔽罩，来阻止电弧产生的沉淀物。附加屏蔽罩又称辅助屏蔽罩，通过使用附加屏蔽罩，来减少几何场增加因素。使用特殊结构的复合屏蔽罩，可以有效减少屏蔽罩及触头中的环形间隙、真空断路器整体尺寸。目前，通过使用现代静电场分析辅助软件，可以实现应力的减少。触头、屏蔽罩表面的微小粒子及粗糙度会增加微观场。为了实现微观场增加因素和应力减少，在冶炼过程里需要烧尽微小粒子。磁场变化后，真空电弧随之改变。布置轴向磁场保持电弧扩散的状态，AMF经过触头系统而出现。在间隙中心中，磁场强度非常重要，通过距离的扩大，磁场强度减小，所以间隙中心处的AMF强度变小。耐受电压真空断路器需要较大的触头间隙。例如，为了设置开断电流性能，需要配置小的触头间隙。经过静电场及几何电磁场的设计，可以解决这种相反需求。当AMF降低，超出间隙12mm时，动触头需要快速运动，直至超过12mm后，再将速度减小。这样可以保障磁场不会被减弱。技术人员在高压真空断路器的使用过程中，可能会遇到一些问题，技术人员要理性面对这些问题，以合理的手段进行处理，而不能置之不理，否则将可能损坏高压真空断路器的性能。在设备运行之前，技术人员应做好对高压真空断路器的检查工作，防患于未然。电抗器开合是高压真空断路器的技术难点之一，当处于较高电压的环境里，电抗器阻抗力更大，导致设备在运行过程中引起更高的过电压。如今，高压真空断路器灭弧室的在线监测技术不成熟，很多科研人员对在线监测这一技术仍处于研发阶段。在实际使用过程中，灭弧室断口定期的工频耐压成为判断真空断路器断口间绝缘介质强度的条件。为了保障高压真空断路器的正常工作，技术人员在高压真空断路器的检修过程里，必须重点检查高压真空断路器灭弧室工频耐压环节。开合容性电流是高压真空断路器的一个技术难点，解决措施是利用受控开合技术。行程小会出现机械分散性低的情况，所以VCB在使用控制开合环节较为容易。为了优化高压真空断路器的性能，中压方面开发出了触头材料。在电流截流及电流开断的环节中，科研人员需要研发出一种新触头材料，从而提升触头质量。由于高压断路器有更大行程，科研人员需要设计波纹管。另外，波纹管的寿命被较长行程所影响。电气传导可以消耗真空断路器的热量，研发出更高的额定电流可以提升真空断路器的质量。

4 高压真空断路器的应用技术

4.1 合理选择高压真空断路器的电气寿命

高压真空断路器电气寿命的概念：设备技术条件中规定的和型式试验中实际进行的满容量开断次数。技术人员在设备的实际使用中，不能对高压真空断路器触头做维修更替工作，因此高压真空断路器必须有较长的电气寿命。如今，新一代真空灭弧室使用铜铬触头及纵向磁场电极材料。纵向磁场电极有效降低了电弧电压。为了电弧在触头表面分配均匀，铜铬触头材料减少了触头烧损量，从而延长了高压真空断路器的电气寿命。随着科技的进步，我国在高压真空断路器的使用性能不断提高，稳定性不断增强。

4.2 高压真空断路器的温升

影响温升的热源主要是回路电阻，一般情况下，灭弧室的回路电阻占了高压真空断路器回路电阻的较大比例。触头间隙接触电阻作为真空灭弧室回路电阻的组成部分之一，产生的热量经过动、静导电杆来向外界散热，这是因为触头系统位于真空灭弧室的环境里。真空灭弧室静端连接着静支架，动端连接着动支架。当动端向上运动时，有散热的作用，动端连接的环节多，因此导热路径比较长。在日常生活中，通过静端的使用，可以起到很好的散热作用。当触头间隙热量较多时，从静端位置导出，这一方法有效解决了设备温升较高的问题。

4.3 真空灭弧室的漏气问题

通常情况下，真空灭弧室的波纹管采用的材料是0.15mm厚度的不锈钢。如果高压真空断路器的应用环境选择不到位，高压真空断路器的波纹管会被腐蚀，导致盖板位置与波纹管出现漏气的情况。为了有效解决真空灭弧室的漏气问题，技术人员需要合理调整高压真空断路器同心度的位置，选择正确的储存环境。

4.4 重视高压真空断路器机械参数调整

通常情况下，我国高压真空断路器的使用寿命在10000～20000次之间，科研人员正在进行将高压真空断路器的使用寿命提高到30000～40000次的研发工作。电磁的优点有很多，例如性能可靠、调整维修方便、机构结构简单等，因此被人们广泛运用。另外，有些区域习惯使用电动弹簧操动机构。操动机构属于高压真空断路器设备里最复杂的部分，当前很多生产商的技术条件无法满足操动机构的精度要求。为了提升高压真空断路器的质量，我国科研人员对此进行了大量的研发工作，例如在高压真空断路器中采用了分装式的结构方法。操作原理是：首先把断路器和操动机构两部分分离；其次由条件设备良好的工厂生产操动机构；最后把机构的断路器与输出轴合成。机械参数的合理设置可以提高高压真空断路器的使用寿命，同时还可以增加高压真空断路器的实用性能，因此调整合适的机械参数可以有效提升高压真空断路器的实用性能。通常情况下，缓冲距离扩大，会出现缓冲特性变陡的情况，经过分离能量的吸收后，可以有效限制分闸行程及分闸反弹。

4.5 提高高压真空断路器动作的可靠性

为了提高高压真空断路器动作的可靠性，技术人员需要做到以下四点：第一，熟悉了解高压真空断路器的基本结构，清楚高压真空断路器的各项参数，在使用设备的过程里，技术人员需要与生产商保持联系，在日常生活中，技术人员还需不断学习高压真空断路器的先进技术；第二，技术人员需要负责高压真空断路器机械参数的调试工作，同时负责调整高压真空断路器的各项参数，保障高压真空断路器的正常使用；第三，在管理备品备件的过程中，技术人员需要保障备品备件性能指标的实用性；第四，技术人员需要总结经验，与生产商团结协作，从而提升真空断路器的可靠性。

5 结语

综上所述，高压真空断路器是当代供电系统中广泛使用的一种类型，其具有很多优点。真空属于绝缘介质，介电强度十分高，在高压领域里，真空开断技术发展前景好。由于一些技术难题，高压真空断路器的应用受到了限制，这就要求技术人员根据具体情况，结合工作经验制定合理的方案，设置好高压真空断路器中的参数，只有这样才能保证高压真空断路器的质量。

参考文献

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（责任编辑：蒋建华）