真空斷路器的運行與操作維護

摘 要:真空斷路器的應用越來越廣泛，文中以ZN63A—12為例，在闡述原理的基礎上，分析了真空斷路器運行維護中的技術要求。

關鍵詞:真空斷路器原理操作維護

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0111-01

1 真空特性

1.1 真空絕緣特性

真空具有很強的絕緣特性。真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小，電場的均勻程度有關，而且受電極材料的性質及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2～3mm)情況下，有比高壓力空氣與SF6氣體高的絕緣特性。因此，真空斷路器觸頭開距一般不大。

1.2 真空電弧特性

真空中，氣體游離現象已不再是產生電弧的主要因素，電弧放電主要是觸頭電極蒸發出的金屬蒸汽引起。按照開斷電流大小，一般可分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。

(1)小電流真空電弧:觸頭開斷時，從陰極斑點上大量地蒸發金屬蒸汽，其中的金屬原子和帶電質點的密度都很高，電弧就在其中燃燒。同時，弧柱內的金屬蒸汽和帶電質點不斷地向外擴散，電極也不斷蒸發新的質點來補充。在電流過零時，電弧的能量減小，電極的溫度下降，蒸發作用減少，弧柱內的質點密度降低。最后，在過零時陰極斑消失，電弧熄滅。有時，蒸發作用不能維持弧柱的擴散速度，電弧突然熄滅，發生截流現象。

(2)大電流真空電弧:觸頭開斷時，電弧能量增大，陽極也嚴重發熱，形成很強的集聚型弧柱。同時，電動力作用明顯。因此，對于大電流真空電弧，觸頭間的磁場分布就對電弧的穩定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大，超過了極限開斷電流，就會造成開斷失敗。此時，觸頭發熱嚴重，電流過零以后仍然蒸發，介質恢復困難，不能斷開電流。

2 真空斷路器結構與原理

真空斷路器按使用條件可分為戶內(ZNx—**)和戶外(ZWx—**)兩種類型。主要由框架部分，滅弧室部分(真空泡)和操動機構組成。下面以ZN63A—12型戶內高壓真空斷路器為例說明。

2.1 斷路器本體

斷路器主體部分設置在由環氧樹脂澆注而成的絕緣套筒內，能有效地防止外力沖擊、污穢環境等外部因素對真空滅弧室的影響。斷路器主體安裝在機構箱后部，與機構連接成一個整體。斷路器本體部分由導電回路、絕緣系統、密封件和殼體組成。整體結構為三相分箱式。其中導電回路由進出線導電桿，進出線絕緣支座，導電夾，軟連接與真空滅弧室連接而成。

合閘位置時的主回路電流路徑:上出線座2經固定在滅弧室上的上支架到真空滅弧室12內部的靜觸頭，經動觸頭及與其連接的導電夾5、軟連接4，至下支架、下出線座3，由絕緣拉桿10與內部碟形彈簧13經過連桿系統來完成操作運動及保持觸頭接觸。

2.2 斷路器操作機構

此機構為電動儲能，電動分合閘，同時具有手動功能。整個結構由合閘彈簧，儲能系統，過流脫扣器，分合閘線圈，手動分合閘系統，輔助開關，儲能指示等部件組成。

2.3 工作原理

(1)儲能:斷路器合閘所需能量由合閘彈簧儲能提供。儲能既可以由外部電源驅動電機完成，也可以使用儲能手柄手動完成。儲能操作由固定在框架上的儲能電機進行，或者將儲能手柄插入手動儲能孔中順時針搖動進行。電動儲能時電機輸出軸帶動鏈輪傳動系統，手動儲能時通過蝸輪、蝸桿電動鏈輪傳動系統。儲能的同時，儲能軸上連板帶動儲能指示牌翻轉顯示“已儲能”標記并切換輔助開關切斷儲能電機供電電源，此時斷路器處于合閘準備狀態。

(2)合閘:在合閘操作中，不論用手按下“合閘”按鈕或遠東操作使合閘電磁鐵動作，均可以使儲能保持軸轉動，使掣子松開滾輪，合閘彈簧縮回同時使拐臂儲能軸和軸上的凸輪轉動，凸輪又驅動連桿機構帶動絕緣拉桿和動觸頭進入合閘位置，并壓縮觸頭彈簧，保持觸頭所需接觸壓力。合閘動作完成由合閘掣子合半軸保持合閘位置，同時儲能指示牌、儲能輔助開關復位惦記供電回路接通。若外接電源也接通再次進入儲能狀態，連桿拉動合/分指示牌，顯示出“合”標記，傳動連桿拉動主輔助開關切換。

(3)分閘:既可以按“分閘”按鈕，也可以靠接通外部電源使分閘脫扣電磁鐵或過電流脫扣電磁鐵總做使合閘保持掣子與半軸解鎖而實現分閘操作。由觸頭彈簧或分閘簧儲存的能量使滅弧室動靜觸頭分離。在分閘過程后段，由液壓緩沖器吸收分閘過程剩余能量并限定分閘位置。由連桿拉動合/分指示牌顯示出“分”標記，同時拉動計數器，實現計數器記數，由傳動連桿拉動主輔助開關切換。

3 控制回路

在斷路器控制回路中增設遠方/就地轉換開關QK，可以順利實現遠方DCS和就地控制的需要，為檢修在現場調試創造有利條件。在斷路器合閘回路中增加運行YWK/試驗SWK位置輔助開關接點，保證開關處在準確合適位置才能合閘，從而防止開關小車由“試驗”搖至“運行”位置時，開關誤合。在儲能電機控制回路中，增設單極空氣開關，切斷電機電源。

4 運行檢查與操作

4.1 投運前及運行中檢查項目

分/合閘機械指示與實際位置相符合;斷路器與操動機構聯動穎正常，無卡阻現象;瓷陶管應完整無損，表面清潔;電氣連接可靠切接觸良好;檢查三相帶電監視燈指示正常;開關各閉鎖情況動作正常;各項試驗數據與說明書相符。

4.2 開關投運操作(恢復至備用狀態)

①檢查相關:一、二次回路確在完整可啟用狀態(開關柜內接地閘刀在斷開狀態);②檢查小車開關機械指示在“分”位置;③放上開關操作熔絲;④腳踏小車開關下部踏板，將小車放在“試驗”位置;⑤放上小車開關二次輔助插頭(檢查開關位置指示“綠燈”亮);⑥將小車開關搖至“運行”位置，松開小車開關下部踏板(檢查開關位置指示“白燈”亮);⑦合上儲能電機單極空氣開關;⑧檢查開關儲能正常(開關未儲能時應先放上二次輔助插頭，再放操作熔絲)。

4.3 開關解除備用操作

①檢查小車開關機械指示確在“分”位置;②斷開儲能機單極空氣開關;③腳踏小車開關下部踏板，將小車搖至“試驗”位置;④松開小車開關下部踏板(開關位置指示“綠燈”亮);⑤放上小車開關二次輔助插頭;⑥取下開關操作熔絲(如需轉為檢修狀態，應合上其接地閘刀)。

5 維護與檢修試驗

5.1 日常維護

真空斷路器燃弧時間短，絕緣強度高，觸頭的開距與行程小，操作的能量小，因此，電氣和機械壽命均較高。日常運行中維護工作量很小，主要檢查機構的運動部件磨損情況，緊固件有無松動，清除絕緣表面的灰塵，在活動部位注入一些潤滑脂等。

5.2 預防性試驗

每年春季時，測試開關直流電阻，并與歷史數據進行比較，發現問題及時處理更換;試驗斷口工頻耐壓，檢驗真空泡是否漏氣。戶內真空斷路器可以借鑒斷開負荷時，真空泡內閃光的顏色來初步判斷真空泡的真空度，顏色暗紅時表明真空度降低，顏色淡藍時，表明真空度良好。

5.3 保護聯調

校驗保護定值時，對斷路器做低電壓掉合閘試驗，檢驗開關在母線故障狀態時，電壓降低時動作是否可靠。