近年來(lái)中壓真空斷路器產(chǎn)量迅速上升，其中12kV真空斷路器已占中壓斷路器總產(chǎn)量的80％以上，而電力系統中壓等級的真空斷路器的運行總量也遠超過(guò)少油斷路器。一段時(shí)間來(lái)，真空斷路器事故率偏高，這可能與真空斷路器使用量快速上升有關(guān)。隨著(zhù)國內機械行業(yè)整體技術(shù)素質(zhì)、技術(shù)水平的提高，高品質(zhì)真空斷路器相繼問(wèn)世，并投入電力系統及其它重要電力用戶(hù)運行。所以，一些論文分析認為，近年來(lái)真空斷路器的事故率較為平穩并有降低的趨勢。下面根據以往招標時(shí)常遇到的一些問(wèn)題，對真空斷路器的選型進(jìn)行探討。

1 真空度的一般概念及行業(yè)標準的規定
1.1 真空度的劃分
絕對壓力低于工程大氣壓時(shí)，即為真空狀態(tài)。絕對壓力等于零的空間稱(chēng)絕對真空或理想真空。按照我國真空度的劃分方法，真空壓強在1.33×10-1～1.33×10-6Pa屬于高真空。真空滅弧室真空度的范圍包括在高真空區域內，通常真空度在1.33×10-4Pa以上。
1.2 行業(yè)標準的規定
DL/T 403－2000《12～40.5kV高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件》第4.15條規定：真空滅弧室的允許儲存期：20a。在允許儲存期期末，真空滅弧室內部氣體壓強不得大于6.6×10-2Pa。同時(shí)，第5.1.2條規定：真空滅弧室隨同真空斷路器出廠(chǎng)時(shí)的真空滅弧室內部氣體壓強不得大于1.33×10-3Pa，其上應標明編號及出廠(chǎng)年月。
1.3 行業(yè)標準對真空度檢驗方法的影響
圖1為1mm間隙、鎢電極下真空度與擊穿電壓關(guān)系。圖1中左半部分真空壓強在10-2Pa以下時(shí)，擊穿電壓已經(jīng)不再隨真空度的升高而上升，而是趨于平穩；但從10-2Pa開(kāi)始，隨著(zhù)真空度的升高，擊穿電壓急劇下降。

圖1表明，以往采用工頻耐壓方法定性檢測真空度，已不符合DL/T 403-2000的標準規定。按此標準規定，隨真空斷路器出廠(chǎng)的真空滅弧室真空度不低于1.33×10-3Pa，儲存或運行期末不低于10-2Pa。還可看出，只要保持真空度在10-2Pa以下，其擊穿電壓基本恒定，即10-2Pa與10-3Pa及以下真空度的絕緣水平基本相同，這只是針對真空度的微泄漏規定的泄漏期限。實(shí)際上，即使真空度超過(guò)了6.6×10-2Pa的最低警戒線(xiàn)，工頻耐壓方法也并不一定能檢測出來(lái)，因為10-2Pa區域內仍有較高的絕緣水平。所以對經(jīng)真空度檢測儀檢測不合格的真空滅弧室施加額定工頻電壓，往往仍然不會(huì )擊穿。
因此采用真空度專(zhuān)用檢測儀檢測真空度是目前定量檢測的有效手段。
雖然用工頻耐壓方法檢測真空度已不符合DL/T403－2000的規定，但真空斷路器的斷口絕緣耐受水平，仍需用工頻耐壓方法檢測。因為真空度測試儀不能確定真空滅弧室外絕緣的絕緣水平，所以仍需進(jìn)行斷口耐壓試驗。
2 真空滅弧室觸頭磁場(chǎng)
真空斷路器的開(kāi)斷電流在7kA以下時(shí)為擴散型電弧，采用普通平板型觸頭結構即可順利開(kāi)斷。當開(kāi)斷電流超過(guò)7kA時(shí)，由于電弧聚集在一起，須將觸頭加工成特殊結構型式，由電弧電流本身形成磁場(chǎng)，強迫電弧運動(dòng)或干涉電弧聚集，才能開(kāi)斷更大電流。平板型觸頭開(kāi)斷電流時(shí)，一旦形成聚集型電弧，一般意味著(zhù)開(kāi)斷失敗。
真空滅弧室觸頭的磁場(chǎng)分橫磁場(chǎng)、縱磁場(chǎng)及介于二者之間的強縱磁場(chǎng)，但強縱磁場(chǎng)屬于橫磁場(chǎng)結構。80年代以前，我國國產(chǎn)真空斷路器滅弧室為橫磁場(chǎng)結構；90年代以后，無(wú)論是進(jìn)口產(chǎn)品還是國產(chǎn)產(chǎn)品，真空滅弧室以強縱磁場(chǎng)和縱磁場(chǎng)結構為主。
2.1 橫磁場(chǎng)結構
橫磁場(chǎng)結構滅弧室屬于聚集型電弧，聚集型電弧又不同于真空電弧，屬于高氣壓電弧。聚集型電弧能量集中，觸頭燒損嚴重,其常見(jiàn)結構見(jiàn)圖2。

橫磁場(chǎng)結構滅弧室的誕生，真空斷路器突破了只能開(kāi)斷數kA以下的瓶頸，在電力及其它領(lǐng)域得到了廣泛應用。但橫磁場(chǎng)結構滅弧室很難進(jìn)一步提高開(kāi)斷電流。另外，根據在國內的運行經(jīng)驗，橫磁場(chǎng)結構滅弧室體積大，不易做到小型化；截流值高，約在十幾至幾十A，開(kāi)斷感性負載時(shí)容易造成較高的過(guò)電壓；電磨損較重，電氣壽命較短。
2.2 縱磁場(chǎng)結構
縱磁場(chǎng)結構滅弧室屬擴散型真空電弧，電弧均勻分布于觸頭接觸面上?？v磁場(chǎng)結構滅弧室的性能十分優(yōu)越，開(kāi)斷電流突破了100kA，體積比橫磁場(chǎng)結構滅弧室縮小了1/3，容易做到小型化；截流值低，約在5A以下，因此開(kāi)斷感性負載時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓水平較低；由于熄弧后，熔化的觸頭金屬物絕大部分仍然凝結在觸頭接觸面上，所以電磨損較輕，電氣壽命較長(cháng)，一般能達到幾萬(wàn)次?？v磁觸頭常見(jiàn)結構見(jiàn)圖3。

2.3 強縱磁場(chǎng)結構
強縱磁場(chǎng)結構的滅弧室雖然屬于聚集型電弧，但它能夠將聚集型電弧分成許多并列支弧，從而減輕了觸頭燒損。強縱磁場(chǎng)結構滅弧室的性能，接近于縱磁場(chǎng)結構滅弧室，其常見(jiàn)結構見(jiàn)圖4。

　3 真空斷路器的永磁機構
永磁機構屬電磁類(lèi)操動(dòng)機構，根據永久磁鐵所處的保持位置可分為雙穩態(tài)和單穩態(tài)機構。雙穩態(tài)是指動(dòng)鐵芯在開(kāi)斷與關(guān)合的行程終止的2個(gè)位置，不需任何能量或鎖扣即可保持；單穩態(tài)是指永久磁鐵只處于一個(gè)位置的保持。雙穩態(tài)可以采用雙線(xiàn)圈或單線(xiàn)圈。永磁機構結構簡(jiǎn)單，組成機構的零部件極少，一般僅數個(gè)，其中動(dòng)鐵芯是整個(gè)機構中唯一的運動(dòng)部件，因此機械可靠性較高。雙穩態(tài)雙線(xiàn)圈永磁機構的原理見(jiàn)圖5。

當斷路器處于合閘位置時(shí)，動(dòng)鐵芯在最上端，線(xiàn)圈中無(wú)電流通過(guò)，永久磁鐵利用動(dòng)、靜鐵芯提供的低磁阻通道將動(dòng)鐵芯保持在合閘位置，而不需要任何機械閉鎖。當有動(dòng)作信號時(shí)，分閘線(xiàn)圈中流過(guò)電流，動(dòng)、靜鐵芯中的磁場(chǎng)由線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)疊加而成，向下的力超過(guò)向上的力，動(dòng)鐵芯在合成磁場(chǎng)力的作用下，完成斷路器的分閘動(dòng)作；反之，動(dòng)作亦相同。
雙穩態(tài)單線(xiàn)圈機構的合閘過(guò)程與雙線(xiàn)圈機構相同，但同時(shí)要給分閘彈簧儲能，因此合閘時(shí)能量較大；分閘時(shí)給線(xiàn)圈通以反向電流，使合成磁場(chǎng)為零，靠觸頭彈簧和分閘彈簧所儲存的能量進(jìn)行分閘。這種機構分、合閘共用一個(gè)線(xiàn)圈，結構簡(jiǎn)單，體積較小，分閘速度可以通過(guò)分閘彈簧來(lái)調整。
永磁機構隨著(zhù)動(dòng)鐵芯的移動(dòng)，機構提供的作用力越來(lái)越大，出力特性和真空開(kāi)關(guān)的負載特性較一致，通過(guò)優(yōu)化設計，可使真空斷路器獲得較理想的速度特性；由于元器件極少，運動(dòng)部件僅一個(gè)動(dòng)鐵芯，更容易實(shí)現斷路器包括操動(dòng)機構的免維護功能。

4 真空斷路器的種類(lèi)
4.1 分體式
分體式真空斷路器的出現是由我國國情決定的，對我國真空斷路器的普及起著(zhù)相當重要的作用。分體式真空斷路器有價(jià)格經(jīng)濟、舊柜改裝方便等優(yōu)勢，在國內仍有相當的市場(chǎng)。
然而由于操動(dòng)機構與本體不配套，產(chǎn)生的問(wèn)題也較多。
a.由于操動(dòng)機構與開(kāi)關(guān)本體分別裝于開(kāi)關(guān)柜的不同位置，斷路器的各項機械特性參數必須在開(kāi)關(guān)柜上安裝后進(jìn)行調整試驗，才有實(shí)際意義。加之分體式斷路器連接桿件多、孔與銷(xiāo)軸累計誤差大，如果再由用戶(hù)自己裝調，很難調到最佳位置。
b.機構與斷路器匹配性能差，如CD10、CT8的操作功遠大于真空斷路器的操作功。如CD10操動(dòng)機構的合閘電流為90～120A，雖然可以將操作功轉換到適應真空斷路器的范圍，但真空斷路器的操作功一般為40A左右。
c.操動(dòng)機構不是為某型真空斷路器專(zhuān)門(mén)設計，而是可兼顧任何制造廠(chǎng)的裝配，裝配水平不易控制，不可能調到設計的最佳位置。因此分體式真空斷路器只是普及中的一個(gè)過(guò)渡種類(lèi)。
4.2 聯(lián)體式
聯(lián)體式真空斷路器的操動(dòng)機構與斷路器的匹配性能、傳動(dòng)系統、電壽命、絕緣等需要進(jìn)行全方位的優(yōu)化設計。在機加工方面，一些制造廠(chǎng)還采用了柔性加工線(xiàn)、機器人操作等，使加工出的產(chǎn)品性能分散性小，穩定性高。由于出廠(chǎng)前各性能參數已在制造廠(chǎng)調好，現場(chǎng)不需要再調整，用戶(hù)只需簡(jiǎn)單復測復試即可。
目前，大部分網(wǎng)上運行的真空斷路器是分體式，但從技術(shù)角度分析，從維護系統安全考慮，普及聯(lián)體式真空斷路器會(huì )有利于提高真空斷路器的整體運行水平。
4.3 落地式
早期生產(chǎn)的落地式真空斷路器，問(wèn)題較多。如窄型柜，相間和對地都需要加裝絕緣隔板，構成復合絕緣，復合絕緣要求導體與絕緣隔板的10kV設備靜空氣距離大于30cm，窄型柜一般不易做到，常常使場(chǎng)強集中部位的絕緣隔板發(fā)熱，加速絕緣老化?；Q性較差，表明機械精度低，對隔離插頭影響大，如果不同心，還會(huì )造成隔離插頭發(fā)熱。這些因素往往引發(fā)開(kāi)關(guān)柜“火燒聯(lián)營(yíng)”。
4.4 中置式
中置式真空斷路器與中置開(kāi)關(guān)柜配套，是目前國際上較先進(jìn)的成套開(kāi)關(guān)裝置。斷路器小巧，互換性強，進(jìn)出柜體輕便，受地坪平整度影響小，運行維護方便，比早期落地式斷路器運行可靠。但中置式真空斷路器集中檢修時(shí)，因同時(shí)需要將多臺斷路器抽出柜外，所以中置式真空斷路器的平臺小車(chē)應具備落地功能，避免人為抬放斷路器時(shí)摔損設備。
4.5 中置落地式
斷路器定位于柜體中部的中間導軌上，由于每臺斷路器均自帶手車(chē)，所以斷路器進(jìn)出柜體方便；互換性、地坪平整度影響方面與中置式斷路器性能相同；這種真空斷路器用戶(hù)使用時(shí)更方便。
5 常見(jiàn)問(wèn)題
5.1 合閘彈跳與分閘反彈
合閘彈跳是斷路器在合閘時(shí)，觸頭剛接觸后，又產(chǎn)生分離，即觸即離，直到經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才穩定接觸。合閘彈跳期間，觸頭間產(chǎn)生預擊穿電弧燒蝕觸頭，尤其重合閘時(shí)，觸頭燒蝕更嚴重一些。
抑制合閘彈跳，主要是提高對接式觸頭的抗熔焊能力，減小電磨損，防止觸頭接觸面上產(chǎn)生拉絲形成尖角放電擊穿及防止合閘彈跳過(guò)電壓。
分閘反彈是近年來(lái)提出的一項技術(shù)指標，以行程幅值的百分數標識。造成分閘反彈的原因主要是分閘緩沖器特性不佳，在油斷路器中分閘反彈一般在10mm左右，對斷路器電氣特性基本上沒(méi)有不利影響，對被控制的電氣設備一般也不構成威脅，然而真空斷路器的開(kāi)距只有10～20mm，所以抑制真空斷路器的分閘反彈十分重要。早期真空斷路器分閘反彈現象較為普遍，反彈量甚至達到100%，反彈幅值較高時(shí)，降低真空斷路器的機械壽命，并有可能造成真空斷路器開(kāi)斷后出現“滑相”現象。
一般來(lái)說(shuō)，聯(lián)體式斷路器由于操動(dòng)機構與斷路器本體特性匹配，分閘反彈現象不甚明顯。分體式真空斷路器的分閘反彈要明顯一些，或者說(shuō)分體式真空斷路器運行初期與運行后期相比，分閘反彈幅值變化較大。
5.2 高壓開(kāi)關(guān)柜的主絕緣材質(zhì)問(wèn)題
目前高壓開(kāi)關(guān)柜主絕緣材質(zhì)為：SMC、DMC、BMC，即片狀、團狀、塊狀模塑組合物。它們具有較高的物理、機械和介電性能，尤其是具有吸水少、優(yōu)良的阻燃性、滅弧性和耐漏電性能。該類(lèi)絕緣材質(zhì)在運行中會(huì )發(fā)生閃絡(luò )擊穿、機械斷裂等事故。
SMC為片狀模塑料，模塑板材，要求機械強度較高的產(chǎn)品，表面積較大而幾何形狀和結構不復雜的薄壁、大中型制品，如開(kāi)關(guān)柜隔板、滅弧筒、水箱板、轎車(chē)備胎倉、坐椅等，應采用SMC。
DMC為團狀模塑料，模塑厚壁、結構復雜的中小型制品，如絕緣子、滅弧片、接觸器、母線(xiàn)絕緣框、穿墻套等，應采用DMC。
在同一制品上，SMC和DMC不能混合使用。如果在采用SMC模塑的板材中摻加了DMC，會(huì )使制品機械強度下降，變形嚴重，影響主機開(kāi)關(guān)柜的質(zhì)量。
應當注意，合格的制品件的表面平整光亮，無(wú)麻孔、裂紋、缺料等缺陷，手感好、外觀(guān)漂亮。噴漆僅能掩蓋制品件的缺陷，并可使制品件降低甚至失去絕緣和耐電弧的性能。
另外，工業(yè)用SMC、DMC、BMC較電工用的成本要低，還有一些方法也能降低成本，但不保證絕緣材質(zhì)的原有性能。
絕緣件表面打膩子、涂漆往往造成一些難以分析與預防的故障，所以除SMC、DMC、BMC外，應慎選表面涂漆的其它絕緣材質(zhì)，或盡量不采用主絕緣材料表面涂漆的產(chǎn)品。

6 選型注意事項
6.1 開(kāi)關(guān)柜主回路磁場(chǎng)對滅弧室磁場(chǎng)的影響
真空滅弧室是靠特制磁場(chǎng)熄滅電弧的，無(wú)論是橫磁結構還是縱磁結構滅弧室，當受到滅弧室以外的磁場(chǎng)影響時(shí)，將改變滅弧室內原有磁場(chǎng)。影響嚴重時(shí)，對橫磁結構滅弧室來(lái)說(shuō)，破壞了旋轉磁場(chǎng)，使電弧不再旋轉，而是固定在一點(diǎn)燃燒，從而降低了滅弧室的電氣壽命。對縱磁結構滅弧室來(lái)說(shuō)，破壞了擴散型電弧在觸頭表面的均勻分布，部分擴散型電弧將轉變?yōu)榫奂碗娀?，同樣降低了滅弧室的電氣壽命?BR> 目前如何確定導體磁場(chǎng)對滅弧室磁場(chǎng)的影響尚未有規定， 只能由型式試驗確定，所以開(kāi)關(guān)柜選型時(shí)，應避免柜內主回路與滅弧室平行。一般，一種定型的開(kāi)關(guān)柜只對應一個(gè)型式試驗報告，如果改型，應重新做型式試驗。自行改造開(kāi)關(guān)柜時(shí)，應盡可能避免將進(jìn)出線(xiàn)銅鋁排與滅弧室平行布置，以避免影響真空滅弧室的磁場(chǎng)。
6.2 真空斷路器的滑相
三相中性點(diǎn)不接地系統中，真空斷路器開(kāi)斷后，經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間，其中兩相斷口再次擊穿，流過(guò)開(kāi)斷電流，此電流過(guò)零時(shí)能夠再次熄滅，斷口并不永久擊穿，該現象稱(chēng)為“滑相”或“開(kāi)斷后兩相再次重擊穿”。DL/T 403-2000規定：在真空斷路器規定的開(kāi)斷時(shí)間之外，不允許出現滑相。專(zhuān)家認為，在型式試驗過(guò)程中，如果真空斷路器開(kāi)斷出現滑相時(shí)，應判為開(kāi)斷失敗，因為這是開(kāi)斷失敗的先兆。出現滑相時(shí)表明，真空斷路器性能或真空管的性能不穩定。另外，出現滑相時(shí)延長(cháng)短路存在時(shí)間，對系統穩定不利。DL/T 615-1997《交流高壓斷路器參數選用導則》規定的真空斷路器開(kāi)斷時(shí)間為：任一相燃弧時(shí)間不得大于15ms。
6.3 首開(kāi)相在開(kāi)斷中的分布與電氣壽命
三相滅弧室熄弧時(shí)，總有某一相首先熄弧，該相稱(chēng)為“首開(kāi)相”，首開(kāi)相在三相中是隨機的，首開(kāi)相在三相各相中出現的頻率稱(chēng)為首開(kāi)相分布。
中性點(diǎn)不接地系統首開(kāi)相開(kāi)斷時(shí)工頻恢復電壓高，電流大，相對后兩相來(lái)說(shuō)開(kāi)斷困難一些。首開(kāi)相如能開(kāi)斷，一般后開(kāi)相均能順利開(kāi)斷，但由于后開(kāi)相燃弧時(shí)間長(cháng)，電弧能量大，燒損嚴重。真空滅弧室是長(cháng)壽命、免維護滅弧室，由于電氣壽命長(cháng)，累計電弧燒損量對觸頭來(lái)說(shuō)影響顯著(zhù)，只有首開(kāi)相在三相中分布均勻時(shí)，真空滅弧室才能夠達到額定電氣壽命，首開(kāi)相分布均勻時(shí)，每相出現首開(kāi)相的概率為1/3，后開(kāi)相的概率為2/3。極端情況下，假如首開(kāi)相分布極不均勻，總在某一相首先熄弧，那么其余兩相就總是后開(kāi)相，這兩相的累計電弧燒損量就是真空斷路器的實(shí)際電氣壽命?？梢?jiàn)，在這種極端情況下，真空斷路器的實(shí)際電氣壽命僅為額定電氣壽命的2/3，首開(kāi)相分布不均勻時(shí)，電氣壽命是達不到額定電氣壽命的。
6.4 分閘與合閘
6.4.1 定義
對斷路器而言，不帶電情況下的操作稱(chēng)分閘與合閘，其用時(shí)稱(chēng)為分閘時(shí)間和合閘時(shí)間，取消了固有分閘時(shí)間和固有合閘時(shí)間的稱(chēng)謂；帶電情況下的操作稱(chēng)開(kāi)斷與關(guān)合，其用時(shí)稱(chēng)為開(kāi)斷時(shí)間、關(guān)合時(shí)間。它們之間的差異在于不帶電時(shí)沒(méi)有燃弧時(shí)間和預擊穿時(shí)間。
6.4.2 分閘時(shí)間的下限
以對分閘時(shí)間下限的要求，主要是考慮開(kāi)斷時(shí)直流分量的影響，尤其是發(fā)電機回路中的斷路器。以往對分閘時(shí)間只規定一個(gè)不大于某范圍的值，這種規定在型式試驗中容易出現漏洞，如不規定分閘時(shí)間下限值，就難以確定斷路器直流分量的開(kāi)斷水平。原因是在型式試驗時(shí)，分閘時(shí)間有可能是最大值，直流分量已經(jīng)有充分的時(shí)間衰減，沒(méi)有考核到較嚴酷的開(kāi)斷條件。而實(shí)際運行中，分閘時(shí)間可能小于額定分閘時(shí)間，直流分量較高，導致實(shí)際運行比型式試驗的條件還要苛刻。因此，在型式試驗的開(kāi)斷試驗中應按分閘時(shí)間允許值下限的直流分量做試驗，而在運行中的分閘時(shí)間不得超過(guò)其規定值的上限值，所以，斷路器應給出分閘時(shí)間的下限值。
6.4.3 合閘時(shí)間的變動(dòng)范圍
合閘時(shí)間主要是考慮合閘功的問(wèn)題。同樣，以往對合閘時(shí)間只規定一個(gè)不大于某范圍的值，但在型式試驗時(shí)，合閘時(shí)間可能遠小于額定合閘時(shí)間，此時(shí)，合閘功較大，容易關(guān)合。實(shí)際運行中，合閘時(shí)間可能接近于額定合閘時(shí)間，操動(dòng)機構的合閘功有所降低，沒(méi)有考核到最不利的關(guān)合條件，難以確定關(guān)合試驗條件的有效性。在型式試驗時(shí)應將合閘時(shí)間盡量調至規定的最大值附近，在實(shí)際運行時(shí)，應盡可能縮短合閘時(shí)間。

7 結束語(yǔ)
電力系統對高壓開(kāi)關(guān)設備的選型側重的是可靠性，而機械系統發(fā)展需要降低成本，而電力系統有了可靠性才有經(jīng)濟效益，所以，高壓開(kāi)關(guān)設備的選型不應只圖便宜，而一味地壓價(jià)，留有一定余地換取設備的可靠性，也將有利于民族企業(yè)的發(fā)展。 
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來(lái)源：河北電力技術(shù)