真空開關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量問(wèn)題

高春媛

（西電三菱電機(jī)開關(guān)設(shè)備有限公司，陜西 西安710000）

真空開關(guān)是一種以氣體分子極為稀少,絕緣強(qiáng)度很高的真空空間為熄弧介質(zhì)的新型開關(guān)。 其觸頭是在密封的真空滅弧室內(nèi)分、合電路的,切斷電流時(shí),僅有金屬蒸汽離子形成的電弧,而無(wú)氣體的碰撞游離,因金屬蒸汽離子的擴(kuò)散及再?gòu)?fù)合過(guò)程非常迅速,從而能快速滅弧和恢復(fù)原來(lái)的真空度,可承受多次分、合閘而不降低開斷能力,并且不產(chǎn)生高壓氣體及有毒氣體。 因此具有: ①體積小,重量輕; ②動(dòng)作快,開斷容量大; ③適合頻繁操作;④無(wú)火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn),不污染環(huán)境; ⑤壽命長(zhǎng),維修工作量少等優(yōu)點(diǎn)。

真空開關(guān)的工藝水平適合我國(guó)企業(yè)的制造現(xiàn)狀,價(jià)格相對(duì)較低,非常適合我國(guó)的國(guó)情, 因此得到了普遍的應(yīng)用。 據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國(guó)目前在10kV 級(jí)斷路器中,真空開關(guān)占到80%以上。 在35kV 級(jí),近幾年也占到40%以上。 但是,由于真空開關(guān)依賴真空實(shí)現(xiàn)快速滅弧開斷,在檢測(cè)中也較多出現(xiàn)真空滅弧室漏氣、機(jī)械特性失調(diào)、溫升過(guò)高等不合格現(xiàn)象,因此在應(yīng)用真空開關(guān)時(shí)必須處理好這幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 真空室漏氣

真空滅弧室是真空開關(guān)的核心部件, 它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內(nèi)部有動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩,室內(nèi)有負(fù)壓,真空度為 10-4～10-6Pa,保證其開斷時(shí)的滅弧性能和絕緣水平。 隨著真空滅弧室使用時(shí)間的增長(zhǎng)和開斷次數(shù)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(dāng)真空度低于1.3×10-2Pa 時(shí),將導(dǎo)致開斷和關(guān)合能力的不穩(wěn)定。 因此應(yīng)注意下列幾點(diǎn):

（1）真空滅弧室出廠時(shí)的真空度應(yīng)不低于1.3×10-5Pa。

（2）出廠前真空開關(guān)應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查和裝配,維修時(shí)應(yīng)緊固滅弧室的各螺栓,以保證其受力均勻。

（3）保證導(dǎo)電桿同心度的設(shè)計(jì)。 如果可動(dòng)導(dǎo)電桿同心度調(diào)整不當(dāng),將使陶瓷、法蘭———金屬封接強(qiáng)度不夠穩(wěn)定,致使真空滅弧室漏氣。在錯(cuò)誤的操作過(guò)程中，易引起波紋管的扭曲變形。為防止這種現(xiàn)象，在動(dòng)導(dǎo)電桿的導(dǎo)向套部位可采用六邊形設(shè)計(jì)，花鍵連接設(shè)計(jì)，

（4）不得用任何外力碰撞真空滅弧室,嚴(yán)禁敲擊、手拍打,搬動(dòng)及維護(hù)時(shí)不得受力。 禁止把任何東西放在真空開關(guān)上,以防止落下時(shí)打壞真空滅弧室。

（5）裝調(diào)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)螺紋配合不良,應(yīng)查原因后再處理,不要用很大力氣去擰動(dòng)真空滅弧室,防止波紋管受到損傷。

（6）嚴(yán)格控制觸頭行程。 不能誤以為開距大對(duì)滅弧有利,而隨意增加真空開關(guān)的觸頭行程。 因?yàn)檎婵臻_關(guān)的行程比較短。 一般額定電壓為10～15kV 的真空開關(guān)觸頭行程僅為8～12mm, 觸頭超行程僅為2～3mm。 如果過(guò)多地增加觸頭的行程,會(huì)使開關(guān)合閘后,在波紋管上產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力,引起波紋管損壞,破壞開關(guān)密封外殼內(nèi)的真空。 分閘緩沖器的回彈不應(yīng)過(guò)大,過(guò)大會(huì)影響波紋管的壽命。

（7）合理的選擇使用和儲(chǔ)存環(huán)境,真空滅弧室的存放和使用環(huán)境中應(yīng)無(wú)化學(xué)腐蝕性氣體存在。 真空滅弧室的波紋管大多數(shù)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(guān)應(yīng)用環(huán)境的污穢等級(jí)、濕度、鹽霧等選擇不夠合適,有害氣體、凝露造成波紋管點(diǎn)狀腐蝕,導(dǎo)致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

（8）定期進(jìn)行42kV 工頻耐壓試驗(yàn)。 新裝后和運(yùn)行中應(yīng)結(jié)合驗(yàn)收和季節(jié)或年度性預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)真空滅弧室斷口進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)以檢驗(yàn)其真空度。

（9）監(jiān)控觸頭磨損值,當(dāng)動(dòng)靜觸頭的總磨損量達(dá)到制造廠規(guī)定值時(shí)應(yīng)更換真空滅弧室。真空滅弧室的觸頭接觸面在經(jīng)過(guò)多次開斷電流后會(huì)逐漸磨損,觸頭行程增大,也就相當(dāng)波紋管的工作行程增大,因而波紋管的壽命會(huì)迅速下降,通常允許觸頭磨損最大值為3mm 左右。 為了能夠準(zhǔn)確地控制每個(gè)真空滅弧室觸頭的磨損值,必須從滅弧室開始安裝使用時(shí)起,每次預(yù)防性試驗(yàn)或維護(hù)時(shí),就準(zhǔn)確地測(cè)量開距和超程并進(jìn)行比較,當(dāng)觸頭磨損后累計(jì)減小值就是觸頭累計(jì)磨損值。 當(dāng)累計(jì)磨損值達(dá)到或超過(guò)此值,真空滅弧室的開斷性能和導(dǎo)電性能都會(huì)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(guān)普遍使用縱向磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)構(gòu)配合

開關(guān)的分、合動(dòng)作是通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量的優(yōu)劣,對(duì)高壓開關(guān)的工作性能起著極為重要的作用。 真空開關(guān)由于其真空滅弧性能的優(yōu)異, 使其開斷速度和電壽命大大增加。因此,與其配合的操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作性能及可靠性就成了較為突出的問(wèn)題。

在實(shí)際安裝和調(diào)試過(guò)程中,應(yīng)做到:

（1）嚴(yán)格進(jìn)行交接驗(yàn)收。 真空開關(guān)出廠前已做過(guò)試驗(yàn),但在運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后,必須進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的復(fù)核。 以防止設(shè)備在運(yùn)輸中的變化,特別是操動(dòng)機(jī)構(gòu)與真空開關(guān)連接后的問(wèn)題。 主要復(fù)測(cè)的參數(shù)有:合閘彈跳，分閘同期，開距，超程，合、分閘速度，合、分閘時(shí)間，直流接觸電阻，斷口絕緣水平。

（2）重視緩沖特性的調(diào)整。 操動(dòng)機(jī)構(gòu)在高壓真空開關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)中是最為復(fù)雜、精度要求最高的部分,為了保證高壓真空開關(guān)的可靠性,一般采取分裝式結(jié)構(gòu),即將操動(dòng)機(jī)構(gòu)與開關(guān)主體二者分開,由生產(chǎn)條件比較好的工廠集中生產(chǎn)操動(dòng)機(jī)構(gòu),然后再將機(jī)構(gòu)的輸出軸與開關(guān)合而為一,所以機(jī)械參數(shù)的合理配置與調(diào)整,直接關(guān)系到高壓真空開關(guān)的技術(shù)性能和機(jī)械壽命。 滿意的緩沖特性應(yīng)該是運(yùn)動(dòng)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(dá)到限制分閘反彈和分閘行程的目的。

（3）嚴(yán)格控制真空開關(guān)的合、分閘速度。 真空開關(guān)的合閘速度過(guò)低時(shí),會(huì)由于預(yù)擊穿時(shí)間加長(zhǎng),而增大觸頭的磨損量。 又由于真空開關(guān)滅弧室一般采用銅焊工藝,并且經(jīng)高溫下去氣處理,所以它的機(jī)械強(qiáng)度不高,耐振性差。 如果開關(guān)合閘速度過(guò)高會(huì)造成較大的振動(dòng),還會(huì)對(duì)波紋管產(chǎn)生較大沖擊,降低波紋管壽命。 通常真空開關(guān)的合閘速度為0.6～2m/s,對(duì)一定結(jié)構(gòu)的真空開關(guān)有著最佳合閘速度。 真空開關(guān)斷路時(shí)的燃弧時(shí)間短,其最大燃弧時(shí)間不超過(guò)1.5 個(gè)工頻半波,因此,需要嚴(yán)格控制開關(guān)的分閘速度。 此外,要求真空開關(guān)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(shí)的沖擊力,以保護(hù)真空滅弧室的使用壽命。

3 溫升

高壓真空開關(guān)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(guān)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?yàn)橛|頭系統(tǒng)密封于真空滅弧室內(nèi),觸頭與外殼之間的真空形成了熱絕緣,所以觸頭和導(dǎo)電桿上的熱量只能通過(guò)動(dòng)、靜導(dǎo)電桿向外部傳導(dǎo)散熱。 真空滅弧室靜端直接與靜支架相連,動(dòng)端則通過(guò)導(dǎo)電夾、軟連接與動(dòng)支架相連。 因動(dòng)端連接環(huán)節(jié)較多,導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng),所以高壓真空開關(guān)溫升的最高點(diǎn)多集中于動(dòng)導(dǎo)電桿與導(dǎo)電夾搭接部位。 在實(shí)際應(yīng)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(dǎo)出,分流動(dòng)端的熱量,是解決高壓真空開關(guān)溫升偏高的有效措施。

4 結(jié)論

真空開關(guān)優(yōu)越的技術(shù)應(yīng)用特性,得到了廣大用戶的普遍認(rèn)可,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)增長(zhǎng),今后將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 在實(shí)際工作中使用和調(diào)試真空開關(guān)時(shí)應(yīng)認(rèn)真解決真空室漏氣、操動(dòng)機(jī)構(gòu)配合、溫升等關(guān)鍵質(zhì)量問(wèn)題,才能充分發(fā)揮真空開關(guān)優(yōu)勢(shì)。