高壓真空斷路器的應用技術探究

李富軍　韓建新

摘要：隨著社會發展和科技進步，供電系統在不斷發展。高壓真空斷路器是我國供電系統中廣泛使用的一種類型，其具有結構簡單、使用時間長、輕便等一系列優點。文章通過探究高壓真空斷路器的應用技術，希望可以推動我國電力事業的發展。

關鍵詞：高壓真空斷路器；應用技術；供電系統；電力事業；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的供電系統中，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、少數真空滅弧室出現漏氣問題、質量缺乏保證等。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。

1 高壓真空斷路器應用歷史與優點

1.1 高壓真空斷路器應用歷史

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

1.2 高壓真空斷路器的優點

一般情況下，SF6介質強度高，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。真空開關的觸頭行程比SF6開關小。在運動質量中，真空斷路器低于F6開關。低能量使得機構損耗小，因此壽命更長。

2 高壓真空斷路器的使用現狀及技術前景

2.1 高壓真空斷路器的使用現狀

隨著近幾年的發展，SF6的使用數量呈下降趨勢。人們在高壓領域中不斷開發VCB設備，技術人員在制造技術及設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。所以串聯連接真空滅弧單元這一步驟不需要完成，即可實現簡化額定耐受電壓機構。V使得VCB設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處于運行狀態下。近年來，科研人員研發出了高壓領域用的外殼接地和外殼不接地VI靶。如今，技術人員考慮將VCB用于氣體絕緣開關設備里。高壓真空斷路器發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計不符合規范；另一方面是高壓斷路器不符合安裝規范。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化的72.5kV的真空斷路器。我國高壓領域的VCB研發正在進行中。如今很多科研人員都把精力投放在研發高壓領域用的開關中。

2.2 高壓真空斷路器的技術前景

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，例如優秀的熱性能、高負電性、高介質強度等，可以承受熄弧和電壓的運行，但是它會造成環境污染。高壓真空設備不會破壞環境，所以真空開關設備廣泛應用于高壓領域里。在日常生活中，VCB已經用于一些電網的72.5kV等級中。相信幾年后，72.5kV和145kV等級VCB也會相繼出現。

3 高壓真空斷路器的技術難題和設計要點

高壓真空斷路器技術的最大難點是：設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。使用特殊結構的復合屏蔽罩，可以有效減少屏蔽罩及觸頭中的環形間隙、真空斷路器整體尺寸。目前，通過使用現代靜電場分析輔助軟件，可以實現應力的減少。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，AMF經過觸頭系統而出現。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，為了設置開斷電流性能，需要配置小的觸頭間隙。經過靜電場及幾何電磁場的設計，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。在設備運行之前，技術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難點之一，當處于較高電壓的環境里，電抗器阻抗力更大，導致設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測技術不成熟，很多科研人員對在線監測這一技術仍處于研發階段。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強度的條件。為了保障高壓真空斷路器的正常工作，技術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節。開合容性電流是高壓真空斷路器的一個技術難點，解決措施是利用受控開合技術。行程小會出現機械分散性低的情況，所以VCB在使用控制開合環節較為容易。為了優化高壓真空斷路器的性能，中壓方面開發出了觸頭材料。在電流截流及電流開斷的環節中，科研人員需要研發出一種新觸頭材料，從而提升觸頭質量。由于高壓斷路器有更大行程，科研人員需要設計波紋管。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，研發出更高的額定電流可以提升真空斷路器的質量。

4 高壓真空斷路器的應用技術

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：設備技術條件中規定的和型式試驗中實際進行的滿容量開斷次數。技術人員在設備的實際使用中，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?？v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，產生的熱量經過動、靜導電桿來向外界散熱，這是因為觸頭系統位于真空滅弧室的環境里。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，動端連接的環節多，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漏氣的情況。為了有效解決真空滅弧室的漏氣問題，技術人員需要合理調整高壓真空斷路器同心度的位置，選擇正確的儲存環境。

4.4 重視高壓真空斷路器機械參數調整

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次的研發工作。電磁的優點有很多，例如性能可靠、調整維修方便、機構結構簡單等，因此被人們廣泛運用。另外，有些區域習慣使用電動彈簧操動機構。操動機構屬于高壓真空斷路器設備里最復雜的部分，當前很多生產商的技術條件無法滿足操動機構的精度要求。為了提升高壓真空斷路器的質量，我國科研人員對此進行了大量的研發工作，例如在高壓真空斷路器中采用了分裝式的結構方法。操作原理是：首先把斷路器和操動機構兩部分分離；其次由條件設備良好的工廠生產操動機構；最后把機構的斷路器與輸出軸合成。機械參數的合理設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，因此調整合適的機械參數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，會出現緩沖特性變陡的情況，經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構，清楚高壓真空斷路器的各項參數，在使用設備的過程里，技術人員需要與生產商保持聯系，在日常生活中，技術人員還需不斷學習高壓真空斷路器的先進技術；第二，技術人員需要負責高壓真空斷路器機械參數的調試工作，同時負責調整高壓真空斷路器的各項參數，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，技術人員需要保障備品備件性能指標的實用性；第四，技術人員需要總結經驗，與生產商團結協作，從而提升真空斷路器的可靠性。

5 結語

綜上所述，高壓真空斷路器是當代供電系統中廣泛使用的一種類型，其具有很多優點。真空屬于絕緣介質，介電強度十分高，在高壓領域里，真空開斷技術發展前景好。由于一些技術難題，高壓真空斷路器的應用受到了限制，這就要求技術人員根據具體情況，結合工作經驗制定合理的方案，設置好高壓真空斷路器中的參數，只有這樣才能保證高壓真空斷路器的質量。

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（責任編輯：蔣建華）