真空開關的幾個關鍵質量問題

高春媛

（西電三菱電機開關設備有限公司，陜西 西安710000）

真空開關是一種以氣體分子極為稀少,絕緣強度很高的真空空間為熄弧介質的新型開關。 其觸頭是在密封的真空滅弧室內分、合電路的,切斷電流時,僅有金屬蒸汽離子形成的電弧,而無氣體的碰撞游離,因金屬蒸汽離子的擴散及再復合過程非常迅速,從而能快速滅弧和恢復原來的真空度,可承受多次分、合閘而不降低開斷能力,并且不產生高壓氣體及有毒氣體。 因此具有: ①體積小,重量輕; ②動作快,開斷容量大; ③適合頻繁操作;④無火災及爆炸危險,不污染環境; ⑤壽命長,維修工作量少等優點。

真空開關的工藝水平適合我國企業的制造現狀,價格相對較低,非常適合我國的國情, 因此得到了普遍的應用。 據統計, 我國目前在10kV 級斷路器中,真空開關占到80%以上。 在35kV 級,近幾年也占到40%以上。 但是,由于真空開關依賴真空實現快速滅弧開斷,在檢測中也較多出現真空滅弧室漏氣、機械特性失調、溫升過高等不合格現象,因此在應用真空開關時必須處理好這幾個關鍵問題。

1 真空室漏氣

真空滅弧室是真空開關的核心部件, 它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內部有動、靜觸頭和屏蔽罩,室內有負壓,真空度為 10-4～10-6Pa,保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。 隨著真空滅弧室使用時間的增長和開斷次數的增多, 以及受外界因素的作用, 其真空度逐步下降,其開斷性能也隨之降低,當真空度低于1.3×10-2Pa 時,將導致開斷和關合能力的不穩定。 因此應注意下列幾點:

（1）真空滅弧室出廠時的真空度應不低于1.3×10-5Pa。

（2）出廠前真空開關應經過嚴格的檢查和裝配,維修時應緊固滅弧室的各螺栓,以保證其受力均勻。

（3）保證導電桿同心度的設計。 如果可動導電桿同心度調整不當,將使陶瓷、法蘭———金屬封接強度不夠穩定,致使真空滅弧室漏氣。在錯誤的操作過程中，易引起波紋管的扭曲變形。為防止這種現象，在動導電桿的導向套部位可采用六邊形設計，花鍵連接設計，

（4）不得用任何外力碰撞真空滅弧室,嚴禁敲擊、手拍打,搬動及維護時不得受力。 禁止把任何東西放在真空開關上,以防止落下時打壞真空滅弧室。

（5）裝調時如果發現螺紋配合不良,應查原因后再處理,不要用很大力氣去擰動真空滅弧室,防止波紋管受到損傷。

（6）嚴格控制觸頭行程。 不能誤以為開距大對滅弧有利,而隨意增加真空開關的觸頭行程。 因為真空開關的行程比較短。 一般額定電壓為10～15kV 的真空開關觸頭行程僅為8～12mm, 觸頭超行程僅為2～3mm。 如果過多地增加觸頭的行程,會使開關合閘后,在波紋管上產生過大的應力,引起波紋管損壞,破壞開關密封外殼內的真空。 分閘緩沖器的回彈不應過大,過大會影響波紋管的壽命。

（7）合理的選擇使用和儲存環境,真空滅弧室的存放和使用環境中應無化學腐蝕性氣體存在。 真空滅弧室的波紋管大多數都是采用0.1~0.15mm 厚度的不銹鋼液壓成型的。 高壓真空開關應用環境的污穢等級、濕度、鹽霧等選擇不夠合適,有害氣體、凝露造成波紋管點狀腐蝕,導致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

（8）定期進行42kV 工頻耐壓試驗。 新裝后和運行中應結合驗收和季節或年度性預防性試驗對真空滅弧室斷口進行工頻耐壓試驗以檢驗其真空度。

（9）監控觸頭磨損值,當動靜觸頭的總磨損量達到制造廠規定值時應更換真空滅弧室。真空滅弧室的觸頭接觸面在經過多次開斷電流后會逐漸磨損,觸頭行程增大,也就相當波紋管的工作行程增大,因而波紋管的壽命會迅速下降,通常允許觸頭磨損最大值為3mm 左右。 為了能夠準確地控制每個真空滅弧室觸頭的磨損值,必須從滅弧室開始安裝使用時起,每次預防性試驗或維護時,就準確地測量開距和超程并進行比較,當觸頭磨損后累計減小值就是觸頭累計磨損值。 當累計磨損值達到或超過此值,真空滅弧室的開斷性能和導電性能都會下降,真空滅弧室的使用壽命即已到期。新一代高壓真空開關普遍使用縱向磁場滅弧原理和銅鉻觸頭材料,以減少觸頭燒損和提高電氣使用壽命。

2 操動機構配合

開關的分、合動作是通過操動機構來實現的,操動機構的工作性能和質量的優劣,對高壓開關的工作性能起著極為重要的作用。 真空開關由于其真空滅弧性能的優異, 使其開斷速度和電壽命大大增加。因此,與其配合的操動機構的機械動作性能及可靠性就成了較為突出的問題。

在實際安裝和調試過程中,應做到:

（1）嚴格進行交接驗收。 真空開關出廠前已做過試驗,但在運往現場安裝完畢后,必須進行有關參數的復核。 以防止設備在運輸中的變化,特別是操動機構與真空開關連接后的問題。 主要復測的參數有:合閘彈跳，分閘同期，開距，超程，合、分閘速度，合、分閘時間，直流接觸電阻，斷口絕緣水平。

（2）重視緩沖特性的調整。 操動機構在高壓真空開關機械結構中是最為復雜、精度要求最高的部分,為了保證高壓真空開關的可靠性,一般采取分裝式結構,即將操動機構與開關主體二者分開,由生產條件比較好的工廠集中生產操動機構,然后再將機構的輸出軸與開關合而為一,所以機械參數的合理配置與調整,直接關系到高壓真空開關的技術性能和機械壽命。 滿意的緩沖特性應該是運動部件接觸緩沖瞬間,緩沖器提供較小的反力,隨著緩沖距離的增加,緩沖特性迅速變陡,最大可能地吸收分離能量,達到限制分閘反彈和分閘行程的目的。

（3）嚴格控制真空開關的合、分閘速度。 真空開關的合閘速度過低時,會由于預擊穿時間加長,而增大觸頭的磨損量。 又由于真空開關滅弧室一般采用銅焊工藝,并且經高溫下去氣處理,所以它的機械強度不高,耐振性差。 如果開關合閘速度過高會造成較大的振動,還會對波紋管產生較大沖擊,降低波紋管壽命。 通常真空開關的合閘速度為0.6～2m/s,對一定結構的真空開關有著最佳合閘速度。 真空開關斷路時的燃弧時間短,其最大燃弧時間不超過1.5 個工頻半波,因此,需要嚴格控制開關的分閘速度。 此外,要求真空開關的分閘緩沖器與合閘緩沖器有較好的特性,盡量減輕分閘或合閘時的沖擊力,以保護真空滅弧室的使用壽命。

3 溫升

高壓真空開關的回路電阻是影響溫升的主要原因,而滅弧室的回路電阻通常要占高壓真空開關回路電阻的50%以上。觸頭間的接觸電阻是真空滅弧室回路電阻的主要組成部分,因為觸頭系統密封于真空滅弧室內,觸頭與外殼之間的真空形成了熱絕緣,所以觸頭和導電桿上的熱量只能通過動、靜導電桿向外部傳導散熱。 真空滅弧室靜端直接與靜支架相連,動端則通過導電夾、軟連接與動支架相連。 因動端連接環節較多,導熱路徑較長,所以高壓真空開關溫升的最高點多集中于動導電桿與導電夾搭接部位。 在實際應用中,有效的利用靜端有利于散熱的元件,迫使觸頭間隙熱量較多的從靜端導出,分流動端的熱量,是解決高壓真空開關溫升偏高的有效措施。

4 結論

真空開關優越的技術應用特性,得到了廣大用戶的普遍認可,隨著經濟建設的持續增長,今后將得到越來越廣泛的應用。 在實際工作中使用和調試真空開關時應認真解決真空室漏氣、操動機構配合、溫升等關鍵質量問題,才能充分發揮真空開關優勢。