高压真空断路器的结构优化设计

袁小卫

摘要：本文以ZW43型真空断路器为例，对其的构造设计及使用维护进行着重的研究。主要对ZW32型真空断路器的组成、改进型ZW43型断路器的组成和ZW43型断路器的使用特点进行了重点分析。

关键词 真空断路器;设计;ZW43型;改进

1.ZW43型断路器的结构组成

ZW32型真空断路器能够满足矿山、农村供电、小型工厂的电源开闭控制，其也具有故障检测功能、保护控制功能和通讯功能，能对毫安级零序电流做出可靠判断，以实现自动切除单相接地故障和相间短路故障的功能。但其还存在着顶升机构结构复杂，稳定性较差，机构不可靠;蜗杆蜗轮加工复杂，安装精度高，设备成本高;顶升设备使用条件较高，极易发生顶升卡死，引起动作故障;难以实现手动开合，仅能依靠电气控制等缺点。因此，尽管该型真空断路器使用广泛，其也的极易出现故障，改进迫在眉睫。本设计的改进之处就是在于对顶升机构进行了优化，并添加了辅助手动开合机构，使设备更具智能化。改进后的设备型号为ZW43型，与ZW32型相比，具有免维护、体积小、重量轻和使用寿命长等优点。

1.1ZW43型真空断路器的结构组成

ZW43型真空断路器主要由出线端、进线端、操作手柄、接线插头、分合指示、储能手柄、分合手柄、真空灭弧室和电子断路器组成，如上图所示。出线端和进线端分别连接进出高压线，进出端的电流通过断路器的内电路，依靠断路器的开闭，实现高压线路的安全开闭;操作手柄是一个中间铰接的连杆机构，使用绝缘拉杆拉动操作手柄的一端，即可立即实现断路器的断开;接线插头传输设备信号，及时将设备的开闭状态告知电脑终端;分合指示器指示现阶段断路器处在的开闭状态，协助工作人员确定设备的运行情况;储能手柄的作用是储能，所储的能量主要用于下次断路器的开闭动作;分合手柄的功效与操作手柄相类似，可使用绝缘拉杆拉动手柄，实现设备的通断，值得注意的是，操作手柄通常还连接有隔离主轴，拉动操作手柄具有较高的安全性，分合手柄是开断断路器的次要手动开关，在操作手柄无法正常工作时可以使用，具有一定的危险性，但开闭动作也最可靠;真空灭弧室的功能是消灭断路器的瞬时电弧，保证设备和操纵人员的安全;电子断路器是一个带有微小电机的启动设备，电子断路器的主要功能是实现断路器的远程监控及控制。

ZW43型真空断路器的柱上安装结构，如下图所示。

1.2 ZW43真空断路器的工作原理及过程

ZW43行断路器采用真空灭弧室灭弧，触头的分合动作是靠操动机构带动的。操动机构通过机械联动，使真空灭弧室的动静触头拉开或闭合，从而实现断路器的分闸和合闸。该断路器可实现手动操作和电控操作两种操作形式。

1）手动弹簧储能操动机构动作原理

a）合闸操作

先拉动储能手柄进行储能，所施力矩由小变大，当弹簧过中瞬间时，合闸弹簧释放能量，促使储能系统逆时针旋转并带动传动拐臂转动，带动传动轴使开关合闸，同时分闸拐臂扣住分闸半轴，使断路器处于合闸状态;机构在合闸状态下，凸轮与传动轴套脱离，机构不能再次合闸。

b）分闸操作

断路器合闸后，拉动分闸手柄，使分闸半轴转动，分闸拐臂解扣，传动杆在分闸弹簧的带动下使开关分闸。

c）如果使用合闸涌流（消除）装置，当线路电流超过设定值时，过流线圈被驱动，撞击分闸半轴，使分闸拐臂解扣，传动轴在分闸弹簧的带动下使开关分闸。

2）电控弹簧储能操动机构动作原理

a）储能

拉动储能手柄，或电动机转动，在传动齿轮的带动下使凸轮转动，合闸弹簧被逐渐拉长，当弹簧过中后，凸轮由定位件保持不再转动，开关处于准备合闸状态;同时凸轮与传动轴脱离，使机构不能再次储能。

b）合闸操作

储能完毕后，拉动手动合闸手柄或给合闸线圈施压，使合闸半轴转动，合闸拐臂与合闸半轴解扣，合闸弹簧释放能量，带动传动轴使开关合闸，同时分闸弹簧被储能。机构在合闸状态下，再进行储能操作，合闸弹簧再次被拉长，弹簧过中后，合闸半轴被连锁装置扣住，避免机构误合闸。在合闸已储能状态，机构处于重合闸状态，可实现“分-0.3s-合分”一次重合闸操作。

c）分闸及过流脱扣过程

断路器合闸后，拉动分闸手柄或给分闸线圈施压或当线路电流超過合闸涌流（消除）装置的设定值时过流线圈被驱动，都使得分闸半轴转动，分闸拐臂与分闸半轴解扣，分闸弹簧释放能量，带动传动杆使开关分闸。

1.3ZW43型真空断路器的改进之处

与ZW32型真空断路器相比，ZW43型真空断路器具有以下优点。

1、尽管ZW32型真空断路器和ZW43型真空断路器均采用三相支柱式结构，但ZW43型真空断路器，采用储能杆、操作手柄和电子断路器等装置，提高了设备的开断性能、减少了爆炸燃烧危险，操作机构的简化是ZW43型真空断路器维护方便，使用寿命长。

2、与ZW32型真空断路器复杂外漏的提升机构相比，ZW43型真空断路器的提升装置采用全封闭结构，设备的密封性能好，户外安装时有助于减小外界环境对其的干扰，提高了设备的适应性。

3、ZW43型真空断路器的操作机构采用小型弹簧先储能，分合闸动作后耗能的设计理念;储能及动作机构采用直动传输方式，提高了设备的可靠性高。

4、ZW43型真空断路器具有电子断路器机构，其分、合闸操作可采用电控操作、手动操作及远程控制操作，电子断路器可与电网控制系统联网，联合组成智能监控操作平台，这对实现电网控制智能化具有重要意义。

2.ZW43高压真空断路器的技术特点

2.1ZW43高压真空断路器的使用环境

ZW43高压真空断路器的使用环境如下：

1、使用地区海拔不超过1000m。这是因为海拔越高，断路器的温升、绝缘强度和分断能力均会受到不同程度的影响，高海拔地区，空气稀薄，断路器散热能力变差，电弧的熄灭变得困难，因此需特别注意使用地区的海拔高度。

2、使用地区空气温度在-65℃～+40℃之间，且日间温差变化不大于25℃。这是因为对于塑壳高压真空断路器来讲，温度过低或过高均会影响断路器操作机构及传动机构的摩擦系数，从而影响断路器的开断稳定性。

3、风速不大于35m/s。此规定主要需要避免圆柱表面上所受的风力，以免过大弯矩破坏设备，对于风速过大的环境，可使用防风装置保护高压真空断路。

4、污秽等级不超过GB5582的Ⅳ级。秽物等级会影响断路器的稳定性及操纵的可靠性。

5、无易燃、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈震动的场所。这是由于高压真空断路器本身就用于高压环境，危险的环境会增加断路器的损坏概率，极易造成危险事故，因此必须避免。

6、如产品使用条件超出以上规定，由用户与制造厂协商确定。

2.2ZW43高压真空断路器的运行维护特点

ZW43高压真空断路器的运行维护要求如下：

1、产品每三年进行一次小检，主要检查运动件的磨损情况，特别是传动机构、操纵机构，还需要在相对运动处注入一些润滑油，以减少磨损;

2、加装隔离刀闸的ZW43型真空断路器，隔离断口部分每年应定期检查维护1～2次，避免隔离断口损伤，影响使用寿命;

3、定期清除尘垢，特别是导电接触表面及绝缘表面的污垢，以保持其绝缘性能;

4、检查隔离刀片及其接触部分有无因过热而产生的红蓝色氧化痕迹，如有，应用细砂布打磨，并涂上导电油膏或工业凡士林;

5、检查零件特别是支持绝缘件有无损伤，如有应立即更换。

参考文献

[1] 海伦·凯勒， 居里夫人， 富兰克林，等. 相伴一生的伟大传记[J]. 2005.

[2] 苗红霞. 高压断路器故障诊断[M]. 电子工业出版社， 2011.

[3] 苑舜. 高壓开关设备状态监测与诊断技术[M]. 机械工业出版社， 2001.

[4] 徐国政， 张节容. 高压断路器原理和应用[M]. 清华大学出版社， 2000.

[5] 林莘， 宋立峰， 李永祥，等. 真空断路器新型电机操动机构的多体动力学仿真[J]. 电网技术， 2012， 36（3）：76-80.

[6] 李海涛. 浅谈配电系统中ZW43户外柱上真空开关的作用[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2012（20）.

[7] 熊志伟. 10kV真空断路器故障处理方法及其改进措施[J]. 供用电， 2012， 29（3）：58-60.