高壓真空斷路器的應用技術(shù)探究

李富軍　韓建新

摘要：隨著社會發(fā)展和科技進步，供電系統(tǒng)在不斷發(fā)展。高壓真空斷路器是我國供電系統(tǒng)中廣泛使用的一種類型，其具有結(jié)構(gòu)簡單、使用時間長、輕便等一系列優(yōu)點。文章通過探究高壓真空斷路器的應用技術(shù)，希望可以推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高壓真空斷路器；應用技術(shù)；供電系統(tǒng)；電力事業(yè)；電氣壽命 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM561 文章編號：1009-2374（2016）34-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.035

高壓真空斷路器被廣泛應用于國內(nèi)的供電系統(tǒng)中，在高壓真空斷路器的使用過程中存在很多問題，例如載流過電壓偏高、少數(shù)真空滅弧室出現(xiàn)漏氣問題、質(zhì)量缺乏保證等。本文通過闡述高壓真空斷路器運作的維護方法，來提升高壓真空斷路器的應用技術(shù)。

1 高壓真空斷路器應用歷史與優(yōu)點

1.1 高壓真空斷路器應用歷史

真空開關(guān)在高壓領(lǐng)域里的首次應用國家是英國，英國開關(guān)的額定參數(shù)是132kV l3500MVA，直到20世紀末，這些開關(guān)依舊正常運行，VCB經(jīng)濟性較差，VCB每相在使用8個斷口串聯(lián)后，額定電壓達到132kV。但是真空斷路器靜電場在設(shè)計過程中存在局限，例如復雜的機構(gòu)和斷口上的電壓分配不均。

1.2 高壓真空斷路器的優(yōu)點

一般情況下，SF6介質(zhì)強度高，真空斷路器比SF6斷路器能承受更高的額定恢復電壓上升率。真空開關(guān)的觸頭行程比SF6開關(guān)小。在運動質(zhì)量中，真空斷路器低于F6開關(guān)。低能量使得機構(gòu)損耗小，因此壽命更長。

2 高壓真空斷路器的使用現(xiàn)狀及技術(shù)前景

2.1 高壓真空斷路器的使用現(xiàn)狀

隨著近幾年的發(fā)展，SF6的使用數(shù)量呈下降趨勢。人們在高壓領(lǐng)域中不斷開發(fā)VCB設(shè)備，技術(shù)人員在制造技術(shù)及設(shè)計工具等方面不斷取得進步，單個滅弧單元的額定電壓達到145kV。所以串聯(lián)連接真空滅弧單元這一步驟不需要完成，即可實現(xiàn)簡化額定耐受電壓機構(gòu)。V使得VCB設(shè)備增強了市場競爭力。在日本，上百臺額定電壓72.5kV及145kV的VVB處于運行狀態(tài)下。近年來，科研人員研發(fā)出了高壓領(lǐng)域用的外殼接地和外殼不接地VI靶。如今，技術(shù)人員考慮將VCB用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備里。高壓真空斷路器發(fā)生絕緣事故主要有兩個原因：一方面是高壓斷路器的絕緣體設(shè)計不符合規(guī)范；另一方面是高壓斷路器不符合安裝規(guī)范。因此，工作人員必須重視高壓斷路器的安裝流程、檢測高壓斷路器等，杜絕絕緣事故發(fā)生，保障高壓真空斷路器正常運行。在幾年前的博覽會上，歐洲某國展示了商業(yè)化的72.5kV的真空斷路器。我國高壓領(lǐng)域的VCB研發(fā)正在進行中。如今很多科研人員都把精力投放在研發(fā)高壓領(lǐng)域用的開關(guān)中。

2.2 高壓真空斷路器的技術(shù)前景

SF6氣體對高壓斷路器的使用有重要意義，SF6氣體有很多特點，例如優(yōu)秀的熱性能、高負電性、高介質(zhì)強度等，可以承受熄弧和電壓的運行，但是它會造成環(huán)境污染。高壓真空設(shè)備不會破壞環(huán)境，所以真空開關(guān)設(shè)備廣泛應用于高壓領(lǐng)域里。在日常生活中，VCB已經(jīng)用于一些電網(wǎng)的72.5kV等級中。相信幾年后，72.5kV和145kV等級VCB也會相繼出現(xiàn)。

3 高壓真空斷路器的技術(shù)難題和設(shè)計要點

高壓真空斷路器技術(shù)的最大難點是：設(shè)計真空滅弧室的靜電場和高壓。由于導電粒子缺乏，真空的擊穿電壓隨間隙呈線性變化。當電極間隙較大時，真空的擊穿電壓隨著間隙呈非線性變化。導致較高擊穿電壓的間隙比計劃大。間隙包括觸頭間隙、屏蔽罩的環(huán)形間隙。間隙變大后，導致真空滅弧尺寸比例不合適。因此，為了保證高額定電壓，早期使用真空滅弧室串聯(lián)連接。真空斷路器的尺寸為了處于合理范圍中，必須減少微觀及宏觀場的增強因素。通過使用多重屏蔽的方式，可以減少幾何場增加因素。真空斷路器通過使用中心屏蔽罩，來阻止電弧產(chǎn)生的沉淀物。附加屏蔽罩又稱輔助屏蔽罩，通過使用附加屏蔽罩，來減少幾何場增加因素。使用特殊結(jié)構(gòu)的復合屏蔽罩，可以有效減少屏蔽罩及觸頭中的環(huán)形間隙、真空斷路器整體尺寸。目前，通過使用現(xiàn)代靜電場分析輔助軟件，可以實現(xiàn)應力的減少。觸頭、屏蔽罩表面的微小粒子及粗糙度會增加微觀場。為了實現(xiàn)微觀場增加因素和應力減少，在冶煉過程里需要燒盡微小粒子。磁場變化后，真空電弧隨之改變。布置軸向磁場保持電弧擴散的狀態(tài)，AMF經(jīng)過觸頭系統(tǒng)而出現(xiàn)。在間隙中心中，磁場強度非常重要，通過距離的擴大，磁場強度減小，所以間隙中心處的AMF強度變小。耐受電壓真空斷路器需要較大的觸頭間隙。例如，為了設(shè)置開斷電流性能，需要配置小的觸頭間隙。經(jīng)過靜電場及幾何電磁場的設(shè)計，可以解決這種相反需求。當AMF降低，超出間隙12mm時，動觸頭需要快速運動，直至超過12mm后，再將速度減小。這樣可以保障磁場不會被減弱。技術(shù)人員在高壓真空斷路器的使用過程中，可能會遇到一些問題，技術(shù)人員要理性面對這些問題，以合理的手段進行處理，而不能置之不理，否則將可能損壞高壓真空斷路器的性能。在設(shè)備運行之前，技術(shù)人員應做好對高壓真空斷路器的檢查工作，防患于未然。電抗器開合是高壓真空斷路器的技術(shù)難點之一，當處于較高電壓的環(huán)境里，電抗器阻抗力更大，導致設(shè)備在運行過程中引起更高的過電壓。如今，高壓真空斷路器滅弧室的在線監(jiān)測技術(shù)不成熟，很多科研人員對在線監(jiān)測這一技術(shù)仍處于研發(fā)階段。在實際使用過程中，滅弧室斷口定期的工頻耐壓成為判斷真空斷路器斷口間絕緣介質(zhì)強度的條件。為了保障高壓真空斷路器的正常工作，技術(shù)人員在高壓真空斷路器的檢修過程里，必須重點檢查高壓真空斷路器滅弧室工頻耐壓環(huán)節(jié)。開合容性電流是高壓真空斷路器的一個技術(shù)難點，解決措施是利用受控開合技術(shù)。行程小會出現(xiàn)機械分散性低的情況，所以VCB在使用控制開合環(huán)節(jié)較為容易。為了優(yōu)化高壓真空斷路器的性能，中壓方面開發(fā)出了觸頭材料。在電流截流及電流開斷的環(huán)節(jié)中，科研人員需要研發(fā)出一種新觸頭材料，從而提升觸頭質(zhì)量。由于高壓斷路器有更大行程，科研人員需要設(shè)計波紋管。另外，波紋管的壽命被較長行程所影響。電氣傳導可以消耗真空斷路器的熱量，研發(fā)出更高的額定電流可以提升真空斷路器的質(zhì)量。

4 高壓真空斷路器的應用技術(shù)

4.1 合理選擇高壓真空斷路器的電氣壽命

高壓真空斷路器電氣壽命的概念：設(shè)備技術(shù)條件中規(guī)定的和型式試驗中實際進行的滿容量開斷次數(shù)。技術(shù)人員在設(shè)備的實際使用中，不能對高壓真空斷路器觸頭做維修更替工作，因此高壓真空斷路器必須有較長的電氣壽命。如今，新一代真空滅弧室使用銅鉻觸頭及縱向磁場電極材料。縱向磁場電極有效降低了電弧電壓。為了電弧在觸頭表面分配均勻，銅鉻觸頭材料減少了觸頭燒損量，從而延長了高壓真空斷路器的電氣壽命。隨著科技的進步，我國在高壓真空斷路器的使用性能不斷提高，穩(wěn)定性不斷增強。

4.2 高壓真空斷路器的溫升

影響溫升的熱源主要是回路電阻，一般情況下，滅弧室的回路電阻占了高壓真空斷路器回路電阻的較大比例。觸頭間隙接觸電阻作為真空滅弧室回路電阻的組成部分之一，產(chǎn)生的熱量經(jīng)過動、靜導電桿來向外界散熱，這是因為觸頭系統(tǒng)位于真空滅弧室的環(huán)境里。真空滅弧室靜端連接著靜支架，動端連接著動支架。當動端向上運動時，有散熱的作用，動端連接的環(huán)節(jié)多，因此導熱路徑比較長。在日常生活中，通過靜端的使用，可以起到很好的散熱作用。當觸頭間隙熱量較多時，從靜端位置導出，這一方法有效解決了設(shè)備溫升較高的問題。

4.3 真空滅弧室的漏氣問題

通常情況下，真空滅弧室的波紋管采用的材料是0.15mm厚度的不銹鋼。如果高壓真空斷路器的應用環(huán)境選擇不到位，高壓真空斷路器的波紋管會被腐蝕，導致蓋板位置與波紋管出現(xiàn)漏氣的情況。為了有效解決真空滅弧室的漏氣問題，技術(shù)人員需要合理調(diào)整高壓真空斷路器同心度的位置，選擇正確的儲存環(huán)境。

4.4 重視高壓真空斷路器機械參數(shù)調(diào)整

通常情況下，我國高壓真空斷路器的使用壽命在10000～20000次之間，科研人員正在進行將高壓真空斷路器的使用壽命提高到30000～40000次的研發(fā)工作。電磁的優(yōu)點有很多，例如性能可靠、調(diào)整維修方便、機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單等，因此被人們廣泛運用。另外，有些區(qū)域習慣使用電動彈簧操動機構(gòu)。操動機構(gòu)屬于高壓真空斷路器設(shè)備里最復雜的部分，當前很多生產(chǎn)商的技術(shù)條件無法滿足操動機構(gòu)的精度要求。為了提升高壓真空斷路器的質(zhì)量，我國科研人員對此進行了大量的研發(fā)工作，例如在高壓真空斷路器中采用了分裝式的結(jié)構(gòu)方法。操作原理是：首先把斷路器和操動機構(gòu)兩部分分離；其次由條件設(shè)備良好的工廠生產(chǎn)操動機構(gòu)；最后把機構(gòu)的斷路器與輸出軸合成。機械參數(shù)的合理設(shè)置可以提高高壓真空斷路器的使用壽命，同時還可以增加高壓真空斷路器的實用性能，因此調(diào)整合適的機械參數(shù)可以有效提升高壓真空斷路器的實用性能。通常情況下，緩沖距離擴大，會出現(xiàn)緩沖特性變陡的情況，經(jīng)過分離能量的吸收后，可以有效限制分閘行程及分閘反彈。

4.5 提高高壓真空斷路器動作的可靠性

為了提高高壓真空斷路器動作的可靠性，技術(shù)人員需要做到以下四點：第一，熟悉了解高壓真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)，清楚高壓真空斷路器的各項參數(shù)，在使用設(shè)備的過程里，技術(shù)人員需要與生產(chǎn)商保持聯(lián)系，在日常生活中，技術(shù)人員還需不斷學習高壓真空斷路器的先進技術(shù)；第二，技術(shù)人員需要負責高壓真空斷路器機械參數(shù)的調(diào)試工作，同時負責調(diào)整高壓真空斷路器的各項參數(shù)，保障高壓真空斷路器的正常使用；第三，在管理備品備件的過程中，技術(shù)人員需要保障備品備件性能指標的實用性；第四，技術(shù)人員需要總結(jié)經(jīng)驗，與生產(chǎn)商團結(jié)協(xié)作，從而提升真空斷路器的可靠性。

5 結(jié)語

綜上所述，高壓真空斷路器是當代供電系統(tǒng)中廣泛使用的一種類型，其具有很多優(yōu)點。真空屬于絕緣介質(zhì)，介電強度十分高，在高壓領(lǐng)域里，真空開斷技術(shù)發(fā)展前景好。由于一些技術(shù)難題，高壓真空斷路器的應用受到了限制，這就要求技術(shù)人員根據(jù)具體情況，結(jié)合工作經(jīng)驗制定合理的方案，設(shè)置好高壓真空斷路器中的參數(shù)，只有這樣才能保證高壓真空斷路器的質(zhì)量。

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（責任編輯：蔣建華）