中压真空断路器的使用和分析

张广明

中压真空断路器的使用和分析

张广明

针对12 kV真空开关量大面广的特点，对电力部门现场试验检测结果进行有选择性的调查，并进行比较分析。

12 kV真空开关；真空断路器；机械特性

1 调查结果概述

由于国内真空开关型号很多，笔者选择两种有代表性的开关在国电电力发展股份有限公司大同第二发电厂进行调查。一种是以常州森源为代表的VS1型真空开关，一种是以北京开关厂和大连真空开关厂为代表的ZN12型真空开关。两种真空开关规格都为额定电压12 kV、额定电流1 250 A、额定短路开关电流31.5 kA。从现场真空开关机械特性测试的结果看，ZN12型比VS1型更好，差异较大的参数主要表现在弹跳方面。

2 真空断路器相互比较

2.1 两种断路器的由来

我国是从80年代开始引进真空开关，随之吸收国外先进技术进行一系列的国产化发展。国产VS1(ZN63)型真空开关主要是在ABB公司生产的VD4开关基础上开发设计的。ZN12型真空开关产品主要是引进德国西门子3AF型产品的技术进行开发生产的。

2.2 机械特性和结构比较

机械特性和结构比较见表1。

3 比较分析

3.1 分合闸时间

分闸时间是指从发出分闸信号开始到开关触头刚分开为止；合闸时间是指从发出合闸信号开始到开关触头刚合为止。分合闸时间是由分合闸线圈动作时间和机械传动时间组成的，VS1和ZN12真空断路器的分合闸线圈动作时间基本相同，大约都在于20 ms左右。从表1中不难看出，主轴拐臂长短，主轴转角大小，以及总行程 (触头开距与超行程之和)大小是分合时间差异的主要原因。开始分离而动作时间越短的开关，分闸时电弧移动越快，这更有利于提高触头寿命，提高开关寿命（虽然GB/T11022-1999对真空断路器的真空灭弧室内载流部分的温升不作规定）。

表1 VS1型和ZN12型真空断路器主要参数比较

3.2 分合闸速度

分闸速度是指从开关触头刚分时开始到分开6 mm结束这段距离的平均速度；合闸速度是指从开关触头闭合前6 mm到开关触头刚合上这段距离的平均速度。分合闸速度高低对真空开关的开断能力有直接影响，这里就不详谈，主要谈一下速度快慢产生的原因。

大家都知道这两种开关在触头分开6 mm前和触头刚合前都是加速运动的，而两种开关的合闸功基本相同，触头开距相同，从运动的角度不难算出此前的运动距离长有利于提高分合闸速度。从表1中数字可看出，ZN12型超行程，主轴拐臂、主轴拐臂转角都比VS1型大，因此分合速度快些，这是机构本身设计不同造成的。

3.3 触头簧

VS1型是通过叠簧直接作用在开关触头上，ZN12型是弹簧通过一个约加力2倍的拐臂作用于触头上。叠簧的可压缩行程小，随压缩程度的增大反弹力快速增大。例如，超行程在3 mm时叠簧的力为3 000 N左右，在3.5 mm时为3 400 N左右，在4 mm时为4 200 N左右。而ZN12型的触头弹簧随压缩量的增大反弹力均匀增大，即每增大1 mm增大60 N左右，加到触头上的力约增大120 N。通过对比不难算出达到合格压力后每增大1 mm的超行程，叠簧产生的反作用力是弹簧的10倍，甚至更多。

3.4 分合闸缓冲限位器

分合闸缓冲器主要是把分合闸后的多余能量吸收掉。因为这两种开关的缓冲器除了具有缓冲作用外同时具有限位的功能。例如，分闸油缓冲器的高度变化能引起开距的变化，因此笔者更愿称它们为缓冲限位器。

3.4.1 分闸缓冲限位器

这两种开关分闸后的余能主要被分闸油缓冲器吸收，如果油缓冲器的劲大则影响分闸速度，因为从触头刚分时油缓冲器就起作用；劲小则余能吸收不彻底易产生触头回弹。触头回弹这个问题在开关检测中没作明确的规定。笔者认为若缓冲器劲过小回弹大了开距变小对真空灭弧不利，易引起重燃。建议生产厂家利用仪器对此相进行检测并作必要的分析和相应的规定。

3.4.2 合闸缓冲

断路器在合闸时有很大的冲击力，在断路器完全合到位后主轴的拐臂还要向前多转2°～3°，目的是使合闸掣子有足够的时间回归到位，能可靠地锁住合闸位置。转动超过一定角度后就出现一个死点位。为了避免过死点，ZN12型采取的措施是合闸拐臂转到合位锁住后拐臂与合闸缓冲限位器之间的距离限定为2.5 mm左右，转到这个角度后合闸余能主要被合闸缓冲限位器吸收。VS1型没有合闸缓冲限位器，它的合闸余能主要被触头叠簧吸收。从上面叠簧的分析可看出，叠簧力的急剧增大是防止过死点的一种措施。可见合闸到位后多转2°～3°叠簧产生的较大力对触头是不利的，这种缓冲限位法值得进一步研究。

3.5 弹跳时间

从现场调查反映的情况看，弹跳问题对不同开关差异是比较大的。VS1型发生的弹跳几率和时间要比ZN12型发生弹跳的几率和时间要多些。虽然弹跳发生的原因很多，但通过以上的分析不难判断出解决合闸缓冲问题是减小弹跳的有利手段之一。合理的设计可更好地提高开关测试参数的质量。

3.6 回路电阻

因VS1型的主导电相互接触面比ZN12型的主导电相互接触面少些，回路电阻稍大些，主要是机械本身设计的结果。

3.7 绝缘性

(1)VS1型是复合绝缘，绝缘性能较好，有利于开关的小型化发展，且具有一定的方便性和灵活性，互换性较好，因此中置KYN28型柜应用比较广泛。

(2)ZN12型是空气绝缘，上下出线座祼露在外且成散热片状，回路电阻又较小，开断能力较好。做成中置车装在KYN28柜中时因要加绝缘隔板体积稍大些。因ZN12型是悬挂式安装，更有利于固定安装和落地车安装以及在GG1A，GG1F柜的无油化改造方面有些优势。

4 建议

根据两种断路器的比较分析，建议把VS1触头簧由叠簧改成弹簧，且借鉴ZN12的合闸缓冲限位器，把它加到与VS1分闸油缓器相接触的主轴拐臂的滚轮在合位时的上方。如果可行的话，超行程再加大点就更理想了。以上建议仅供有兴趣的专家和学者参考。

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1000-4866（2011）03-0037-02

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