高壓真空斷路器的結構優化設計

袁小衛

摘要：本文以ZW43型真空斷路器為例，對其的構造設計及使用維護進行著重的研究。主要對ZW32型真空斷路器的組成、改進型ZW43型斷路器的組成和ZW43型斷路器的使用特點進行了重點分析。

關鍵詞 真空斷路器;設計;ZW43型;改進

1.ZW43型斷路器的結構組成

ZW32型真空斷路器能夠滿足礦山、農村供電、小型工廠的電源開閉控制，其也具有故障檢測功能、保護控制功能和通訊功能，能對毫安級零序電流做出可靠判斷，以實現自動切除單相接地故障和相間短路故障的功能。但其還存在著頂升機構結構復雜，穩定性較差，機構不可靠;蝸桿蝸輪加工復雜，安裝精度高，設備成本高;頂升設備使用條件較高，極易發生頂升卡死，引起動作故障;難以實現手動開合，僅能依靠電氣控制等缺點。因此，盡管該型真空斷路器使用廣泛，其也的極易出現故障，改進迫在眉睫。本設計的改進之處就是在于對頂升機構進行了優化，并添加了輔助手動開合機構，使設備更具智能化。改進后的設備型號為ZW43型，與ZW32型相比，具有免維護、體積小、重量輕和使用壽命長等優點。

1.1ZW43型真空斷路器的結構組成

ZW43型真空斷路器主要由出線端、進線端、操作手柄、接線插頭、分合指示、儲能手柄、分合手柄、真空滅弧室和電子斷路器組成，如上圖所示。出線端和進線端分別連接進出高壓線，進出端的電流通過斷路器的內電路，依靠斷路器的開閉，實現高壓線路的安全開閉;操作手柄是一個中間鉸接的連桿機構，使用絕緣拉桿拉動操作手柄的一端，即可立即實現斷路器的斷開;接線插頭傳輸設備信號，及時將設備的開閉狀態告知電腦終端;分合指示器指示現階段斷路器處在的開閉狀態，協助工作人員確定設備的運行情況;儲能手柄的作用是儲能，所儲的能量主要用于下次斷路器的開閉動作;分合手柄的功效與操作手柄相類似，可使用絕緣拉桿拉動手柄，實現設備的通斷，值得注意的是，操作手柄通常還連接有隔離主軸，拉動操作手柄具有較高的安全性，分合手柄是開斷斷路器的次要手動開關，在操作手柄無法正常工作時可以使用，具有一定的危險性，但開閉動作也最可靠;真空滅弧室的功能是消滅斷路器的瞬時電弧，保證設備和操縱人員的安全;電子斷路器是一個帶有微小電機的啟動設備，電子斷路器的主要功能是實現斷路器的遠程監控及控制。

ZW43型真空斷路器的柱上安裝結構，如下圖所示。

1.2 ZW43真空斷路器的工作原理及過程

ZW43行斷路器采用真空滅弧室滅弧，觸頭的分合動作是靠操動機構帶動的。操動機構通過機械聯動，使真空滅弧室的動靜觸頭拉開或閉合，從而實現斷路器的分閘和合閘。該斷路器可實現手動操作和電控操作兩種操作形式。

1）手動彈簧儲能操動機構動作原理

a）合閘操作

先拉動儲能手柄進行儲能，所施力矩由小變大，當彈簧過中瞬間時，合閘彈簧釋放能量，促使儲能系統逆時針旋轉并帶動傳動拐臂轉動，帶動傳動軸使開關合閘，同時分閘拐臂扣住分閘半軸，使斷路器處于合閘狀態;機構在合閘狀態下，凸輪與傳動軸套脫離，機構不能再次合閘。

b）分閘操作

斷路器合閘后，拉動分閘手柄，使分閘半軸轉動，分閘拐臂解扣，傳動桿在分閘彈簧的帶動下使開關分閘。

c）如果使用合閘涌流（消除）裝置，當線路電流超過設定值時，過流線圈被驅動，撞擊分閘半軸，使分閘拐臂解扣，傳動軸在分閘彈簧的帶動下使開關分閘。

2）電控彈簧儲能操動機構動作原理

a）儲能

拉動儲能手柄，或電動機轉動，在傳動齒輪的帶動下使凸輪轉動，合閘彈簧被逐漸拉長，當彈簧過中后，凸輪由定位件保持不再轉動，開關處于準備合閘狀態;同時凸輪與傳動軸脫離，使機構不能再次儲能。

b）合閘操作

儲能完畢后，拉動手動合閘手柄或給合閘線圈施壓，使合閘半軸轉動，合閘拐臂與合閘半軸解扣，合閘彈簧釋放能量，帶動傳動軸使開關合閘，同時分閘彈簧被儲能。機構在合閘狀態下，再進行儲能操作，合閘彈簧再次被拉長，彈簧過中后，合閘半軸被連鎖裝置扣住，避免機構誤合閘。在合閘已儲能狀態，機構處于重合閘狀態，可實現“分-0.3s-合分”一次重合閘操作。

c）分閘及過流脫扣過程

斷路器合閘后，拉動分閘手柄或給分閘線圈施壓或當線路電流超過合閘涌流（消除）裝置的設定值時過流線圈被驅動，都使得分閘半軸轉動，分閘拐臂與分閘半軸解扣，分閘彈簧釋放能量，帶動傳動桿使開關分閘。

1.3ZW43型真空斷路器的改進之處

與ZW32型真空斷路器相比，ZW43型真空斷路器具有以下優點。

1、盡管ZW32型真空斷路器和ZW43型真空斷路器均采用三相支柱式結構，但ZW43型真空斷路器，采用儲能桿、操作手柄和電子斷路器等裝置，提高了設備的開斷性能、減少了爆炸燃燒危險，操作機構的簡化是ZW43型真空斷路器維護方便，使用壽命長。

2、與ZW32型真空斷路器復雜外漏的提升機構相比，ZW43型真空斷路器的提升裝置采用全封閉結構，設備的密封性能好，戶外安裝時有助于減小外界環境對其的干擾，提高了設備的適應性。

3、ZW43型真空斷路器的操作機構采用小型彈簧先儲能，分合閘動作后耗能的設計理念;儲能及動作機構采用直動傳輸方式，提高了設備的可靠性高。

4、ZW43型真空斷路器具有電子斷路器機構，其分、合閘操作可采用電控操作、手動操作及遠程控制操作，電子斷路器可與電網控制系統聯網，聯合組成智能監控操作平臺，這對實現電網控制智能化具有重要意義。

2.ZW43高壓真空斷路器的技術特點

2.1ZW43高壓真空斷路器的使用環境

ZW43高壓真空斷路器的使用環境如下：

1、使用地區海拔不超過1000m。這是因為海拔越高，斷路器的溫升、絕緣強度和分斷能力均會受到不同程度的影響，高海拔地區，空氣稀薄，斷路器散熱能力變差，電弧的熄滅變得困難，因此需特別注意使用地區的海拔高度。

2、使用地區空氣溫度在-65℃～+40℃之間，且日間溫差變化不大于25℃。這是因為對于塑殼高壓真空斷路器來講，溫度過低或過高均會影響斷路器操作機構及傳動機構的摩擦系數，從而影響斷路器的開斷穩定性。

3、風速不大于35m/s。此規定主要需要避免圓柱表面上所受的風力，以免過大彎矩破壞設備，對于風速過大的環境，可使用防風裝置保護高壓真空斷路。

4、污穢等級不超過GB5582的Ⅳ級。穢物等級會影響斷路器的穩定性及操縱的可靠性。

5、無易燃、爆炸危險、化學腐蝕及劇烈震動的場所。這是由于高壓真空斷路器本身就用于高壓環境，危險的環境會增加斷路器的損壞概率，極易造成危險事故，因此必須避免。

6、如產品使用條件超出以上規定，由用戶與制造廠協商確定。

2.2ZW43高壓真空斷路器的運行維護特點

ZW43高壓真空斷路器的運行維護要求如下：

1、產品每三年進行一次小檢，主要檢查運動件的磨損情況，特別是傳動機構、操縱機構，還需要在相對運動處注入一些潤滑油，以減少磨損;

2、加裝隔離刀閘的ZW43型真空斷路器，隔離斷口部分每年應定期檢查維護1～2次，避免隔離斷口損傷，影響使用壽命;

3、定期清除塵垢，特別是導電接觸表面及絕緣表面的污垢，以保持其絕緣性能;

4、檢查隔離刀片及其接觸部分有無因過熱而產生的紅藍色氧化痕跡，如有，應用細砂布打磨，并涂上導電油膏或工業凡士林;

5、檢查零件特別是支持絕緣件有無損傷，如有應立即更換。

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