淺談真空斷路器機械參數的選擇

王艷/國網青海省電力公司海東供電公司

淺談真空斷路器機械參數的選擇

王艷/國網青海省電力公司海東供電公司

“真空斷路器”因其滅弧介質和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優點，在配電網中應用較為普及。本文從現場實際出發，從理論上對真空斷路器的機械參數選擇及經驗數據進行分析。

真空斷路器機械參數選擇

真空斷路器是近二十年興起的一種新型、高性能的開關電器，特別是近年來電力系統實施設備“無油化”改造，在新設計及改造的35kV及以下的變電站中得到廣泛應用。所謂真空：是指絕對壓力低于101.3kPa，斷路器中要求的真空度為133.3×10-4Pa以下。它具有適合頻繁操作、檢修維護工作量小、電壽命長、防燃、防爆、運行可靠性高等優點。分析真空斷路器的技術性能特點，真空滅孤室本身的性能固然重要，而機械特性同樣具有非常重要的作用，機械參數的合理配置，直接關系到高壓真空斷路器的技術性能和機械壽命。現對各機械特性參數分述如下：

一、額定開距

開距是真空斷路器觸頭處在分閘位置時，動、靜觸頭之間的最短距離。真空斷路器的觸頭開距取決于額定電壓、分斷電流性質、耐壓水平及壽命要求。為提高絕緣水平，應適當增大觸頭開距；為適應頻繁操作，操作機構的操作功就要小，機械部分行程小，其機械壽命就長，真空斷路器的壽命就長，應減小觸頭開距。但開距太小會影響分斷能力和耐壓水平。又由于真空斷路器分閘時有重擊穿現象發生，所以對于減小觸頭開距應慎重。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設計時一般在滿足運行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。觸頭開距小，操作機構的操作功就小，機械部分行程小，其機械壽命就長。真空斷路器額定開距一般選擇范圍為：10kV為8～12mm，35kV為20～40mm。

二、真空斷路器的超程

對于真空斷路器來說，觸頭采用的是對接式觸頭，其接觸行程也是采用的對接式接觸方式。開關的接觸行程，也叫超行程，是指開關在合閘操作中，觸頭接觸以后繼續運動的距離，即開關在分閘操作中，觸頭從合閘終止位置運動到剛分離位置的距離。主要作用有以下幾點：（1）在動靜、觸頭不斷分合后，觸頭會有不同程度的磨損，但必須保證觸頭仍能保持一定的接觸壓力，使之可靠接觸；（2）在觸頭合閘時能利用觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減小彈跳。（3）在分閘時，使動觸頭獲得一定的初始沖擊動能，提高動觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點；超行程會影響分合閘速度。超程太小會導致觸頭壓力不夠，有可能引起溫升超標或開斷失敗；超程過大會導致觸頭壓力超標，會縮短滅弧室的操作壽命。通常真空斷路器的觸頭接觸行程一般取額定開距的15%～40%，10kV真空斷路器的超程一般取3～4mm。

三、觸頭工作壓力

真空斷路器在合閘工作狀態時，還必須使操動機構給予一外加彈簧壓力，使動、靜觸頭接觸良好，這一外加壓力稱作觸頭工作壓力。真空斷路器觸頭的工作壓力對真空斷路器的性能有很大的影響，其壓力等于真空開關管的自閉力與觸頭彈簧力之和。觸頭的工作壓力選擇應該滿足一下要求：（1）保證動、靜觸頭的良好接觸，觸頭接觸電阻小于規定值；（2）滿足額定短路狀態時的動穩定要求，使觸頭壓力必須大于觸頭在擊穿后要產生的電弧和電動斥力，以保證在該狀態下的完全閉合和不受損壞；（3）抑制合閘彈跳，使觸頭在閉合碰撞時得以緩沖，把碰撞的動能轉為彈性的勢能，抑制觸頭的彈跳；（4）為分閘提供一個加速力。當接觸壓力大時，動觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷熔焊點，提高分閘初始的加速度，減少燃弧時間，提高開斷能力。如觸頭壓力選得太小，滿足不了開斷能力的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機的機械強度要求也需要提高。

四、分閘速度

分閘速度是開關的一個重要參數，它對開關的開斷能力有很大影響。由于觸頭恢復變形的速度方向（朝著減小觸頭開距的方向）與動觸頭分閘速度方向（朝著增大觸頭開距的方向）相反，所以斷路器的分閘速度越快越好，這樣可以使首開相在電流趨近于0前2～3ms時能開斷故障電流。但分閘速度既不能太快也不能太慢，分閘速度太慢，造成燃弧時間延長，輕者使觸頭熔焊加重觸頭燒壞，縮短開關的電壽命，重者導致無法正常分閘，引起開斷失敗而釀成事故；分閘速度過快，不僅使開關機械震動性增大，促使部件損壞，而且對開關開斷性能也不利，同時增加了對機械結構設計的難度。10kV真空斷路器分閘速度通常取值為0.8-1.2m/s，必要時還可以高于1.5m/s。

五、合閘速度

合閘速度通常是指觸頭閉合運動時的平均合閘速度。平均合閘速度主要影響觸頭的電磨損，為了盡量減小觸頭在合閘過程中由于預擊穿造成的電磨損，必須具備一定的合閘速度。如合閘速度太慢，由于在合閘過程中較大的反向電動力，關合電流的能力到不到保證，造成不能正常合閘或合閘后反彈值很高，輕者在關合短路電流是觸頭燒損加重，降低開關的電壽命，重者觸頭熔焊而粘在一起導致事故；但合閘速度太快，操動機構輸出功增大，對機械動作沖擊大，影響開關的機械動作穩定性，甚至損壞部件。通常情況下10kV真空斷路器的合閘速度為0.4-0.7m/s，必要時可取為0.8-1.2m/s。

六、觸頭合閘彈跳時間

合閘彈跳時間是斷路器在合閘時，觸頭剛接觸開始計起，隨后產生分離，可能又接觸又分離，到其穩定接觸之間的時間。真空斷路器普遍存在合閘過程中的彈跳問題。觸頭材料硬度越大，彈跳時間越長，觸頭材料硬度相同時，觸頭壓力越大，彈跳時間越短。

當斷路器帶電操作時，兩觸頭之間存在彈跳，真空電弧的燃弧時間延長，燃弧時間的增加，合閘時就會造成兩觸頭表面溶化后熔焊在一起，這種熔焊是靠操作機構的分閘力拉不開的，有時熔焊點小，分閘力能拉開，但觸頭表面容易拉變形，造成開斷后恢復電壓短路。彈跳時間過長，彈跳次數必然增多，引起的操作過電壓也高，過電壓對電氣設備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms。

七、三極同期性

真空斷路器的三極同期性表示三相觸頭不同時閉合或斷開的程度，三極同期性差的斷路器將嚴重影響開關的分斷能力，容易產生過長的燃弧時間，且同期性差的真空開關操作時容易產生高倍的操作過電壓。合閘不同期性太大，容易引起合閘彈跳，而分閘不同期性太大，可能使后斷開相管燃弧時間變長，降低開斷能力。因合閘與分閘的不同期性一般是同時存在的，所以調好了合閘的不同期性，分閘的不同期性也就得到解決。所以一般情況下只考核三極合閘同期性。通常規定，一般規定合閘或分閘同期性不超過1ms。

八、動、靜觸頭的同軸度

動、靜觸頭的同軸度對于真開關管是有具體要求并能通過制造工藝來保證的，開關管裝在操作機構上否能保證其同軸度，與操作機構的型式及安裝工藝有直接的關系，對于懸掛式的機構，同軸度主要取決于操動機構，對于落地式機械對同軸度的影響也很大，在安裝過程中一定要避免開關管受到剪力和切力的作用，同軸度一般要求不大于1mm。

[1]熊泰昌.真空開關電器[M]北京：水利水電出版社2002.

[2]王季梅.真空開關技術與應用[M]北京：機械工業出版社2008.