高壓斷路器是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)中重要的控制和保護設備，它的作用是：

　　(1)控制作用。根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要，將部分或全部電氣設備，以及部分或全部線路投人或退出運行。

防止事故擴大，保護系統(tǒng)中各類電氣設備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運行。

　　高壓斷路器的主要結構大體分為:導流部分，滅弧部分，絕緣部分，操作機構部分。高壓開關的主要類型按滅弧介質分為:油斷路器，空氣斷路器，真空斷路器，六氟化硫斷路器，固體產(chǎn)氣斷路器，磁吹斷路器。

　　高壓斷路器的試驗類別主要分為:設備交接試驗，大修后試驗，預防性試驗，專項鑒定試驗。主要試驗項目為:絕緣電阻測定、測量導管的介質損失率、油試驗、交流耐壓試驗、回路直流電阻測定等項目。具體項目及要求按《電氣設備交接預防性試驗規(guī)定》確定。

簡介：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，高壓斷路器設備的裝用量將大幅度上升，了解高壓斷路器設備的故障原因，采取積極的防范措施，對提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。
　　關鍵字：高壓斷路器設備常見事故
　　 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，高壓斷路器設備的裝用量將大幅度上升，了解高壓斷路器設備的故障原因，采取積極的防范措施，對提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。

真空斷路器工作原理與其他斷路器相比之是滅弧介質不同罷了，真空不存在導電介質，使電弧快速熄滅，因此該斷路器的動靜觸頭之間的間距很少。該斷路器一般用于電壓等級相對低的廠用電配置中！隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，10KV真空斷路器在我國已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用。對于檢修人員來說，提高對真空斷路器的認識，加強維護保養(yǎng)，使其安全運行，成了一個迫在眉睫的問題。本文以ZW27—12為例，簡要說明真空斷路器的原理與維修。

一、真空的絕緣特性

真空具有很強的絕緣特性，在真空斷路器中，氣體非常稀薄，氣體分子的自由行程相對較大，發(fā)生相互碰撞的幾率很小，因此，碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因，而在高強電場作用下由電極析出的金屬質點才是引起絕緣破壞的主要因素。

真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小，電場的均勻程度有關，而且受電極材料的性質及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙（2—3毫米）情況下，有比高壓力空氣與SF6氣體高的絕緣特性，這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。

電極材料對擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機械強度（抗拉強度）和金屬材料的熔點上。抗拉強度和熔點越高，電極在真空下的絕緣強度越高。

實驗表明，真空度越高，氣體間隙的擊穿電壓越高，但在10-4托以上，就基本保持不變了，所以，要保持真空滅弧室的絕緣強度，其真空度應不低于10-4托。

二、真空中電弧的形成與熄滅

真空電弧和我們以前學習的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別，氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素，真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。同時，開斷電流的大小不同，電弧表現(xiàn)的特點也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。

概述

　　真空斷路器是指觸頭在真空中關合、開斷的斷路器。

　　真空斷路器初由英、美研究,隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論,到20世紀70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器。真空滅弧室、操動機構、絕緣水平等制造技術的不斷創(chuàng)新和改進,使真空斷路器的發(fā)展極為迅速,在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。

　　真空斷路器以具備良好的滅弧特性,適宜頻繁操作,電氣壽命長、運行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢,在當今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、-鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應用。產(chǎn)品從過去的ZN1-ZN5幾個品種到現(xiàn)在數(shù)十個型號、品種,額定電流達到 4000A,開斷電流達到5OKA,甚至有63kA,電壓達到35kV等級。

　　下面將從真空斷路器的幾個主要方面看它的發(fā)展及特點,分別是真空滅弧室的發(fā)展、操動機構的發(fā)展、絕緣結構的發(fā)展。

真空滅弧室的發(fā)展

　　利用真空介質來熄滅電弧的設想在19世紀末就己提出,20世紀20年代制造出了早的真空滅弧室。但是由于受真空工藝、材料等技術水平的限制,當時并未實現(xiàn)實用化。20世紀50年代以后,隨著新技術的發(fā)展解決了真空滅弧室制造中的很多難題,使真空開關逐漸達到實用水平。20世紀50年代中期美國通用電氣公司批量生產(chǎn)了額定開斷電流為12KA的真空斷路器。隨后在20世紀50年代末由于發(fā)展了具有橫向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流提高到3OKA的水平 o20世紀70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流又進一步提高到5OKA以上。目前真空斷路器己廣泛用于 1OKV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國家還生產(chǎn)了72kV/84kV級的真空滅弧室,但數(shù)量不多。

　　近年來,我國真空斷路器的生產(chǎn)發(fā)展也很快。目前國內真空滅弧室的技術與國外產(chǎn)品不相上下,有采用縱向、橫向的磁場技術、采用中央引燃觸頭技術的真空滅弧室,Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開斷5OKA、63kAo中國的真空滅弧室已達到較高的水平,真空斷路器完全可以選用國產(chǎn)的真空滅弧室。

真空滅弧室的特點

　　真空滅弧室是真空斷路器的關鍵部件,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133×10九133×lOJPa, 保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。當真空度降低時,其開斷性能明顯降低,因此真空滅弧室不得受任何外力碰撞,嚴禁敲擊、手拍打,搬動及維護時不得受力o 禁止把任何東西放在真空斷路器上,以防止落下時打壞真空滅弧室。出廠前真空斷路器經(jīng)過嚴格平行度檢查和裝配,維修時應緊固滅弧室的各螺栓,以保證其受力均勻。

　　真空斷路器在真空滅弧室內開斷電流并進行滅弧,而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置,所以真空度降低故障為隱性故障,同時,真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力,并導致斷路器的使用壽命急劇下降嚴重時會引起開關爆炸。

　　綜上所述真空滅弧室存在的主要問題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點。

　　(1)真空斷路器是一個比較嬌嫩的元件,電子管廠出廠后,經(jīng)過多次運輸顛簸、安裝震動、意外碰撞等,都有可能產(chǎn)生玻璃或陶瓷封接的滲漏。

　　(2)真空滅弧室材質或制作工藝存在間題,多次操作后出現(xiàn)漏點。

　　(3)分體式真空斷路器,如使用電磁式操作機構,在操作時,由于操作連桿的距離比較大,直接影響開關的同期、彈跳、超行程等特性加快真空度降低。

真空滅弧室真空度降低的處理方法:

　　經(jīng)常觀察真空滅弧室定期使用真空開關真空度測試儀對真空滅弧室進行真空度的測量,確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內;當真空度降低時,必須更換真空滅弧室,并做好行程、同期、彈跳等特性試驗。

操動機構的發(fā)展

　　操動機構是衡量真空斷路器性能優(yōu)劣的重要方面之一,影響真空斷路器可靠性的主要原因就是操動機構的機械特性。根據(jù)操動機構的發(fā)展可分為以下幾類。

手動操動機構

　　靠于動直接合閘的操動機構稱為手動操動機構,它主要用來操動電壓等級低、額定開斷電流很小的斷路器。除工礦企業(yè)用戶外電力部門中手動機構已很少采用。手動操動機構結構簡單、不要求配備復雜的輔助設備及操動電源缺點是不能自動重合閘,只能就地操作,不夠安全。因此,手動操動機構已幾乎被手力儲能的彈簧操動機構所代替。

電磁操動機構

　　靠電磁力合閘的操動機構稱為電磁操動機構d配合國產(chǎn)ZN28-12型產(chǎn)品發(fā)展的有CD17型機構,結構上也采用與真空滅弧室前后布置的方式。

　　電磁操動機構的優(yōu)點是機構簡單、工作可靠、制造成本低,缺點是合閘線圈消耗的功率太大,需要備價格昂貴的蓄電池、合閘電流較大、結構比較笨重、動作時間較長,市場占有量逐漸減少。

1、小電流真空電弧

觸頭在真空中開斷時，產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點，從陰極斑點上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽，其中的金屬原子和帶電質點的密度都很高，電弧就在其中燃燒。同時，弧柱內的金屬蒸汽和帶電質點不斷地向外擴散，電極也不斷的蒸發(fā)新的質點來補充。在電流過零時，電弧的能量減小，電極的溫度下降，蒸發(fā)作用減少，弧柱內的質點密度降低，后，在過零時陰極斑消失，電弧熄滅。

有時，蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴散速度，電弧突然熄滅，發(fā)生截流現(xiàn)象。

工作原理

真空斷路器利用高真空中電流流過零點時，等離子體迅速擴散而熄滅電弧，完成切斷電流的目的。

動作原理

儲能過程：當儲能電機14接通電源時，電機帶動偏心輪轉動，通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動，推動儲能棘爪6擺動，使棘輪11轉動，當棘輪11上的銷與儲能軸套32的板靠住以后，二者一起運動，使掛在儲能軸套上32上的合閘彈簧21拉長。儲能軸套32由定位銷13固定，維持儲能狀態(tài)，同時，儲能軸套32上的拐臂推動行程開關5切斷儲能電機14的電源，并且儲能棘爪被抬起，與棘輪可靠脫離。

合閘操作過程：當機構接到合閘信號后（開關處于斷開，已儲能狀態(tài)），合閘電磁鐵15的鐵心被吸向下運動，拉動定位件13向逆時針方向轉動，解除儲能維持，合閘彈簧21帶動儲能軸套32逆時針方向轉動，其凸輪壓動傳動軸套30，帶動連板29及搖臂27運動，使搖臂27扣住半軸25，使機構處于合閘狀態(tài)。此時，連鎖裝置28鎖住定位件，使定位牛不能逆時針方向轉動，達到機構聯(lián)銷的目的，保證了機構在合閘位置不能合閘操作。

分閘操作過程：斷路器合閘后，分閘電磁鐵接到信號，鐵芯吸合，分閘脫扣器19中的頂桿向上運動，使脫扣軸16轉動，帶動頂桿18向上運動，頂動彎板26并帶動半軸25向反時針方向轉動。

半軸25與搖臂27解扣，在分閘彈簧的作用下，斷路器完成分閘操作。

四、斷路器的調試

開距與超行程斷路器的開距與超行程的測量可以根據(jù)圖三所示，在分合閘狀態(tài)測量出的X值之差為斷路器的開距，Y值之差為斷路器的超行程。調整的方法為放長或縮短絕緣操作桿3或機構與主軸的連桿。

分合閘機構調整

1、搖臂27與半軸25的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過調整螺釘24來實現(xiàn)。

2、傳動軸套30轉動大角時，搖臂27與半軸間要有1.5~2mm的間隙，以保證傳動軸套回落到合閘位置時，搖臂27能自動扣接到半軸25上，可以通過螺釘31的調節(jié)來實現(xiàn)。

3、輔助開關2的轉換應準確可靠，可以通過調整輔助開關2的拐臂3位置及位桿4的長短來實現(xiàn)。

4、在儲能過程中，當棘爪到達后一個齒的高點時，應能保證儲能軸套32上的拐臂使行程開關的觸點可靠切換，切斷電機電源，可以通過調整行程開關5的上下前后位置來實現(xiàn)。

5、調整分閘合閘彈簧的預拉長度，保證斷路器的可靠分合，且分合閘速度達到規(guī)定值。

五、斷路器的控制回路

在我國的農網(wǎng)35KV標準化變電站中，采用了控制母線和合閘母線分開的原則。

在短路器的輔助常閉接點與合閘線圈之間，把斷路器儲能行程開關的一對常開接點串聯(lián)進控制回路。這樣，在斷路器未儲能的情況下，將不能進行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘，合閘回路保持，燒毀合閘線圈。

同時，在接線的過程中，要注意儲能行程開關接點中合閘母線與控制母線的極性要一致，防止出現(xiàn)在開關蓄能時，合閘回路的電弧擊穿行程開關，造成控制保險的熔斷或控制空氣開關的掉閘。

1.專用真空斷路器

　　面臨極其不同的開斷任務，新的專用斷路器應運而生。如用于發(fā)電機保護斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達63～80kA及以上)，標準型真空斷路器(短路開斷電流25～50kA)，經(jīng)濟型真空斷路器(16～25kA)，頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)5～6萬次)，超頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)10～15萬次)。如西門子公司的3AH系列斷路器就按使用場合劃分為5種型號，其中3AH1和3AH3型為標準型，操作10000次，3AHZ型為頻繁型，操作6萬次，3AH4為超頻繁型，操作12萬次，3AH5型為經(jīng)濟型，價格便宜.

　　2.低過電壓型真空斷路器

　　眾所周知，真空斷路器因截流會引起截流過電壓，特別在開斷小的感性負截如電動機時，一般情況下，為限制過電壓而給真空斷路器配過電壓吸收裝置如Sic?RC路，ZnO避雷器等，這使斷路器結構龐大且復雜化，而且有的限制過電壓不理想。

　　　　3.多功能真空斷路器

　　眾所周知?真空斷路器迄今為二I位(即合一分)完成關合和開斷任務。現(xiàn)在出現(xiàn)了多功能真空斷路器，賦予了多個功能，如合—分—隔離—接地等。西門子公司、Alstom公司、日立公司均有這樣的產(chǎn)品。西門子公司新推出NXACT型模塊式真空斷路器就具有多功能，集關合、開斷、隔離、接地及聯(lián)鎖于一體。Alstom公司配VISAX開關柜的真空斷路器為三I位(合—分—隔離)。日立公司與東京電力公司合作研發(fā)的24kV真空斷路器為四I位(合—分—隔離—接地)。

　　為使產(chǎn)品多功能化，從現(xiàn)有產(chǎn)品看，有兩種做法：一是真空斷路器相柱在開斷后移動或旋轉，形成隔離和接地;另一是真空滅弧室內觸頭旋轉完成隔離和接地。西門子公司NXAct型產(chǎn)品為開斷后相柱移動完成隔離和接地，而Alstom公司為開斷后相柱旋轉完成隔離任務，日立公司通過滅弧室內觸頭旋轉完成隔離和接地任務。

　　4.同步斷路器

　　同步斷路器又叫選相真空斷路器或受控真空斷路器。其基本原理是使真空斷路器在電壓或電流有利時刻關合或開斷。

　　與普通真空斷路器相比，同步斷路器具有如下優(yōu)勢：1.降低了電網(wǎng)瞬態(tài)過電壓負荷;2.改善了電網(wǎng)供電質量;3.提高了斷路器電壽命及性能;4.簡化了電網(wǎng)設計，從而降低了整個系統(tǒng)費用。

　　ABB公司利用數(shù)字電子器件和磁力操動機構已開發(fā)出了同步真空斷路器，這是一個良好的開端。5.智能型真空斷路器

　　真空斷路器智能化是建立在現(xiàn)代傳感技術和數(shù)字化控制技術之上。國外制造公司都使自己的產(chǎn)品具有智能，這是配電自動化的需要，也是斷路器本身控制保護的需要。如Alstom公司的DCX型可編程序數(shù)字控制裝置，ABB公司的REF542型控制和保護裝置，西門子公司第二代數(shù)字保護裝置等。

1. 合理選擇高壓真空斷路器的電氣壽命 

　　高壓真空斷路器的電氣壽命是指設備技術條件中規(guī)定的和型式試驗中實際進行的滿容量開斷次數(shù)。應用中高壓真空斷路器觸頭是不能維修和更換的，要求高壓真空斷路器有足夠高的電氣壽命是很有必要的。新一代真空滅弧室采用了縱向磁場電極和銅鉻觸頭材料。縱向磁場電極成倍的降低了短路開斷電流作用下的電弧電壓，并使電弧在觸頭表面均勻分布；銅鉻觸頭材料降低了單位電弧能量所造成的觸頭燒損量。這兩者的有機結合，使得高壓真空斷路器的電氣壽命有了突破性的提高。 

　　當前，我國高壓真空斷路器在開斷、關合能力等方面的性能是比較高的，也是比較穩(wěn)定的。 我國早期高壓真空斷路器電氣壽命只有30次，運行長的已有20余年，在電力系統(tǒng)至今還沒有發(fā)現(xiàn)高壓真空斷路器因為短路開斷電流的電氣壽命問題而退役，也沒有發(fā)現(xiàn)因為短路開斷電流的電氣壽命短導致事故發(fā)生，這就充分說明這些高壓真空斷路器基本上能夠滿足電力系統(tǒng)對于短路開斷電流電氣壽命的要求。所以，高壓真空斷路器的短路開斷電流電氣壽命并不是越高越好。 

2. 高壓真空斷路器的溫升 

　　高壓真空斷路器的回路電阻是影響溫升的主要熱源，而滅弧室的回路電阻通常要占高壓真空斷路器回路電阻的50%以上。觸頭間隙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(tǒng)密封于真空滅弧室內，而產(chǎn)生的熱量只能通過動、靜導電桿向外部散熱。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。雖然動端向上運動有利于動端散熱，但因動端連接環(huán)節(jié)較多，導熱路徑較長，所以高壓真空斷路器溫升的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，迫使觸頭間隙熱量比較多的從靜端導出，分流動端的熱量，是解決高壓真空斷路器溫升偏高的有效措施。 

3. 真空滅弧室的漏氣問題 

　　真空滅弧室的波紋管絕大多數(shù)都是采用0.15mm厚度的不銹鋼壓制成型的。高壓真空斷路器應用環(huán)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。保證高壓真空斷路器同心度的調整，合理的選擇使用和儲存環(huán)境，是解決真空滅弧室漏氣問題的重要措施。 

4. 重視高壓真空斷路器機械參數(shù)調整 

　　我國高壓真空斷路器的機械壽命一般為10000～20000次，正在開展將機械壽命提高到30000～40000次的研究工作，電磁操作機構結構簡單、性能可靠、調整維修方便、運行人員習慣使用而被廣泛使用，有些地方也有習慣使用電動彈簧操動機構的。操動機構在高壓真空斷路器機械結構中是為復雜、精度要求高的部分，多數(shù)制造廠生產(chǎn)條件是難以滿足加工精度要求的。 

高壓斷路器是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)中重要的控制和保護設備， 它的作用是：
(1)控制作用。根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要，將部分或全部電氣設備，以及部分或全部線路投人或退出運行。
(2)保護作用。當電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時，它和保護裝置、自動裝置相配合，將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切除，減少停電范圍，防止事故擴大，保護系統(tǒng)中各類電氣設備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運行。
高壓斷路器的主要結構大體分為:導流部分， 滅弧部分，絕緣部分，操作機構部分。高壓開關的主要類型按滅弧介質分為:油斷路器， 空氣斷路器，真空斷路器，六氟化硫斷路器， 固體產(chǎn)氣斷路器， 磁吹斷路器。
按操作性質可分為:電動機構， 氣動機構，液壓機構，彈簧儲能機構，手動機構。
(1)油斷路器。利用變壓器油作為滅弧介質， 分多油和少油兩種類型。
(2)六氟化硫斷路器。采用惰性氣體六氟化硫來滅弧，并利用它所具有的很高的絕緣性能來增強觸頭間的絕緣。
(3)真空斷路器。觸頭密封在高真空的滅弧室內，利用真空的高絕緣性能來滅弧。
(4)空氣斷路器。利用高速流動的壓縮空氣來滅弧。
(5)固體產(chǎn)氣斷路器。利用固體產(chǎn)氣物質在電弧高溫作用下分解出來的氣體來滅弧。
(6)磁吹斷路器。斷路時， 利用本身流過的大電流產(chǎn)生的電磁力將電弧迅速拉長而吸人磁性滅弧室內冷卻熄滅。
高壓斷路器的試驗類別主要分為:設備交接試驗，大修后試驗， 預防性試驗， 專項鑒定試驗。主要試驗項目為:絕緣電阻測定、測量導管的介質損失率、油試驗、交流耐壓試驗、回路直流電阻測定等項目。具體項目及要求按《電氣設備交接預防性試驗規(guī)定》確定。
為了滿足電網(wǎng)發(fā)展和電力用戶對高質量、高可靠供電的需求， 高壓斷路器正向著智能化的方向發(fā)展。智能高壓斷路器具有在線監(jiān)測功能，微處理機控制功能，采用新型的電流及電壓傳感器。