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淺談?wù)婵諗嗦菲鳈C(jī)械參數(shù)的選擇

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“真空斷路器”因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點(diǎn)，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。本文從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，從理論上對(duì)真空斷路器的機(jī)械參數(shù)選擇及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

真空斷路器機(jī)械參數(shù)選擇

真空斷路器是近二十年興起的一種新型、高性能的開關(guān)電器，特別是近年來(lái)電力系統(tǒng)實(shí)施設(shè)備“無(wú)油化”改造，在新設(shè)計(jì)及改造的35kV及以下的變電站中得到廣泛應(yīng)用。所謂真空：是指絕對(duì)壓力低于101.3kPa，斷路器中要求的真空度為133.3×10-4Pa以下。它具有適合頻繁操作、檢修維護(hù)工作量小、電壽命長(zhǎng)、防燃、防爆、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。分析真空斷路器的技術(shù)性能特點(diǎn)，真空滅孤室本身的性能固然重要，而機(jī)械特性同樣具有非常重要的作用，機(jī)械參數(shù)的合理配置，直接關(guān)系到高壓真空斷路器的技術(shù)性能和機(jī)械壽命?，F(xiàn)對(duì)各機(jī)械特性參數(shù)分述如下：

一、額定開距

開距是真空斷路器觸頭處在分閘位置時(shí)，動(dòng)、靜觸頭之間的最短距離。真空斷路器的觸頭開距取決于額定電壓、分?jǐn)嚯娏餍再|(zhì)、耐壓水平及壽命要求。為提高絕緣水平，應(yīng)適當(dāng)增大觸頭開距；為適應(yīng)頻繁操作，操作機(jī)構(gòu)的操作功就要小，機(jī)械部分行程小，其機(jī)械壽命就長(zhǎng)，真空斷路器的壽命就長(zhǎng)，應(yīng)減小觸頭開距。但開距太小會(huì)影響分?jǐn)嗄芰湍蛪核健Ｓ钟捎谡婵諗嗦菲鞣珠l時(shí)有重?fù)舸┈F(xiàn)象發(fā)生，所以對(duì)于減小觸頭開距應(yīng)慎重。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會(huì)使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設(shè)計(jì)時(shí)一般在滿足運(yùn)行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。觸頭開距小，操作機(jī)構(gòu)的操作功就小，機(jī)械部分行程小，其機(jī)械壽命就長(zhǎng)。真空斷路器額定開距一般選擇范圍為：10kV為8～12mm，35kV為20～40mm。

二、真空斷路器的超程

對(duì)于真空斷路器來(lái)說(shuō)，觸頭采用的是對(duì)接式觸頭，其接觸行程也是采用的對(duì)接式接觸方式。開關(guān)的接觸行程，也叫超行程，是指開關(guān)在合閘操作中，觸頭接觸以后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離，即開關(guān)在分閘操作中，觸頭從合閘終止位置運(yùn)動(dòng)到剛分離位置的距離。主要作用有以下幾點(diǎn)：（1）在動(dòng)靜、觸頭不斷分合后，觸頭會(huì)有不同程度的磨損，但必須保證觸頭仍能保持一定的接觸壓力，使之可靠接觸；（2）在觸頭合閘時(shí)能利用觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減小彈跳。（3）在分閘時(shí)，使動(dòng)觸頭獲得一定的初始沖擊動(dòng)能，提高動(dòng)觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點(diǎn)；超行程會(huì)影響分合閘速度。超程太小會(huì)導(dǎo)致觸頭壓力不夠，有可能引起溫升超標(biāo)或開斷失?。怀踢^(guò)大會(huì)導(dǎo)致觸頭壓力超標(biāo)，會(huì)縮短滅弧室的操作壽命。通常真空斷路器的觸頭接觸行程一般取額定開距的15%～40%，10kV真空斷路器的超程一般取3～4mm。

三、觸頭工作壓力

真空斷路器在合閘工作狀態(tài)時(shí)，還必須使操動(dòng)機(jī)構(gòu)給予一外加彈簧壓力，使動(dòng)、靜觸頭接觸良好，這一外加壓力稱作觸頭工作壓力。真空斷路器觸頭的工作壓力對(duì)真空斷路器的性能有很大的影響，其壓力等于真空開關(guān)管的自閉力與觸頭彈簧力之和。觸頭的工作壓力選擇應(yīng)該滿足一下要求：（1）保證動(dòng)、靜觸頭的良好接觸，觸頭接觸電阻小于規(guī)定值；（2）滿足額定短路狀態(tài)時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定要求，使觸頭壓力必須大于觸頭在擊穿后要產(chǎn)生的電弧和電動(dòng)斥力，以保證在該狀態(tài)下的完全閉合和不受損壞；（3）抑制合閘彈跳，使觸頭在閉合碰撞時(shí)得以緩沖，把碰撞的動(dòng)能轉(zhuǎn)為彈性的勢(shì)能，抑制觸頭的彈跳；（4）為分閘提供一個(gè)加速力。當(dāng)接觸壓力大時(shí)，動(dòng)觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷熔焊點(diǎn)，提高分閘初始的加速度，減少燃弧時(shí)間，提高開斷能力。如觸頭壓力選得太小，滿足不了開斷能力的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度要求也需要提高。

四、分閘速度

分閘速度是開關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)開關(guān)的開斷能力有很大影響。由于觸頭恢復(fù)變形的速度方向（朝著減小觸頭開距的方向）與動(dòng)觸頭分閘速度方向（朝著增大觸頭開距的方向）相反，所以斷路器的分閘速度越快越好，這樣可以使首開相在電流趨近于0前2～3ms時(shí)能開斷故障電流。但分閘速度既不能太快也不能太慢，分閘速度太慢，造成燃弧時(shí)間延長(zhǎng)，輕者使觸頭熔焊加重觸頭燒壞，縮短開關(guān)的電壽命，重者導(dǎo)致無(wú)法正常分閘，引起開斷失敗而釀成事故；分閘速度過(guò)快，不僅使開關(guān)機(jī)械震動(dòng)性增大，促使部件損壞，而且對(duì)開關(guān)開斷性能也不利，同時(shí)增加了對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。10kV真空斷路器分閘速度通常取值為0.8-1.2m/s，必要時(shí)還可以高于1.5m/s。

五、合閘速度

合閘速度通常是指觸頭閉合運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均合閘速度。平均合閘速度主要影響觸頭的電磨損，為了盡量減小觸頭在合閘過(guò)程中由于預(yù)擊穿造成的電磨損，必須具備一定的合閘速度。如合閘速度太慢，由于在合閘過(guò)程中較大的反向電動(dòng)力，關(guān)合電流的能力到不到保證，造成不能正常合閘或合閘后反彈值很高，輕者在關(guān)合短路電流是觸頭燒損加重，降低開關(guān)的電壽命，重者觸頭熔焊而粘在一起導(dǎo)致事故；但合閘速度太快，操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出功增大，對(duì)機(jī)械動(dòng)作沖擊大，影響開關(guān)的機(jī)械動(dòng)作穩(wěn)定性，甚至損壞部件。通常情況下10kV真空斷路器的合閘速度為0.4-0.7m/s，必要時(shí)可取為0.8-1.2m/s。

六、觸頭合閘彈跳時(shí)間

合閘彈跳時(shí)間是斷路器在合閘時(shí)，觸頭剛接觸開始計(jì)起，隨后產(chǎn)生分離，可能又接觸又分離，到其穩(wěn)定接觸之間的時(shí)間。真空斷路器普遍存在合閘過(guò)程中的彈跳問題。觸頭材料硬度越大，彈跳時(shí)間越長(zhǎng)，觸頭材料硬度相同時(shí)，觸頭壓力越大，彈跳時(shí)間越短。

當(dāng)斷路器帶電操作時(shí)，兩觸頭之間存在彈跳，真空電弧的燃弧時(shí)間延長(zhǎng)，燃弧時(shí)間的增加，合閘時(shí)就會(huì)造成兩觸頭表面溶化后熔焊在一起，這種熔焊是靠操作機(jī)構(gòu)的分閘力拉不開的，有時(shí)熔焊點(diǎn)小，分閘力能拉開，但觸頭表面容易拉變形，造成開斷后恢復(fù)電壓短路。彈跳時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，彈跳次數(shù)必然增多，引起的操作過(guò)電壓也高，過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時(shí)間必須小于2ms。

七、三極同期性

真空斷路器的三極同期性表示三相觸頭不同時(shí)閉合或斷開的程度，三極同期性差的斷路器將嚴(yán)重影響開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?，容易產(chǎn)生過(guò)長(zhǎng)的燃弧時(shí)間，且同期性差的真空開關(guān)操作時(shí)容易產(chǎn)生高倍的操作過(guò)電壓。合閘不同期性太大，容易引起合閘彈跳，而分閘不同期性太大，可能使后斷開相管燃弧時(shí)間變長(zhǎng)，降低開斷能力。因合閘與分閘的不同期性一般是同時(shí)存在的，所以調(diào)好了合閘的不同期性，分閘的不同期性也就得到解決。所以一般情況下只考核三極合閘同期性。通常規(guī)定，一般規(guī)定合閘或分閘同期性不超過(guò)1ms。

八、動(dòng)、靜觸頭的同軸度

動(dòng)、靜觸頭的同軸度對(duì)于真開關(guān)管是有具體要求并能通過(guò)制造工藝來(lái)保證的，開關(guān)管裝在操作機(jī)構(gòu)上否能保證其同軸度，與操作機(jī)構(gòu)的型式及安裝工藝有直接的關(guān)系，對(duì)于懸掛式的機(jī)構(gòu)，同軸度主要取決于操動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)于落地式機(jī)械對(duì)同軸度的影響也很大，在安裝過(guò)程中一定要避免開關(guān)管受到剪力和切力的作用，同軸度一般要求不大于1mm。

[1]熊泰昌.真空開關(guān)電器[M]北京：水利水電出版社2002.

[2]王季梅.真空開關(guān)技術(shù)與應(yīng)用[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社2008.