6kV真空开关检修工艺规程研究

摘要：真空开关是目前最能满足我国现代化建设要求的电力开关，也是中等电压最有发展前途的电器开关之一。真空开关作为现代电力系统中不可缺少的重要部分，其分合闸对电力系统的正常安全运行有着极其重大的作用。文章对6kV真空开关检修工艺规程进行了研究。

关键词：6kV真空开关；断路器；故障检修；检修工艺规程；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM307 文章编号：1009-2374（2016）18-0134-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.066

1 6kV真空开关概述

真空开关是目前最能满足我国现代化建设要求的电力开关，也是中等电压最有发展前途的电器开关之一，它具有重量小、使用寿命长、污染小、无爆炸火灾危险等特点，因此得到了广泛的应用。近年来，国内的6kV真空开关得到了前所未有的蓬勃发展。

1.1 真空电弧的产生

真空开关电极在分离一刻，电极间的电阻会急速增大，温度也会迅速升高，这是由于电流收缩到产生分离的某点上产生的效果。直到电极金属开始蒸发，然后产生极高的强度，直接导致强烈的间隙擊穿和场致发射，最后形成真空电弧。维系真空电弧依靠的是电极阴极局部区域的金属持续融化和蒸发强度的升高。

1.2 真空开关的灭弧原理

在真空灭弧室将电流切断的时候，会产生电弧。因为触头构造相对特殊，电极之间将会产生横向或者是纵向的磁场，同时也将导致灭弧室内的温度快速升高。在交流电过零的瞬间，由于受到电场的作用，器壁会吸附真空弧内正向四周高速运行的荷电粒子。特别是由于真空灭弧室内存在的气体较为稀薄，分子与质子或者分子之间的平均自由程较长，由于碰撞所产生的载流子的几率基本为零。由于弧内的载流子数量欠缺，当电极之间的电压重新出现时，就将不再产生电弧，然后电流就会被切断。

1.3 真空开关的弊端

真空开关在使用的过程中可能会产生电压破坏电力系统以及其他的设备的绝缘性。而为了避免这种过电压的情况发生，国内外专家已经取得了相当有成效的研究成果，防护的措施也日渐完善。

1.4 真空开关的结构特点

真空开关主要由导电部分、绝缘部分、真空灭弧室、传动部分和操动机构等构成。

（1）真空灭弧室的结构特点。真空灭弧室主要是由导电电极、气密绝缘系统、屏敝极、其他零部件构成；（2）气密绝缘系统的结构特点。气密绝缘系统主要是由微晶玻璃或陶制成由气密绝缘筒、不锈钢波纹管、盖板（动端、定端）等构成；（3）导电系统是由定（动）触头、定（动）跑弧面、定（动）导电杆组成；（4）屏蔽系统主要是由屏蔽罩、屏蔽筒及其他零件构成。其主要的作用是对真空灭弧室中的电场分布情况进行改善；将真空灭弧室的外壳进行小形化；避免触头燃弧时产生大量汽液对绝缘外壳内壁造成污染；减少真空灭弧室外壳的绝缘性能下降的可能性；吸收电弧能，使电弧生成物冷凝。

2 6kV真空开关的工作原理

2.1 合闸过程

当对操动机构的合闸线圈进行通电，合闸的铁芯会被吸住，此时通过连杆使动导电杆将断路器合闸。

2.2 分闸过程

当操动机构的分闸线圈进行通电，分闸的铁芯会被吸住，将锁扣释放后在分闸弹簧的作用下自行分断。

2.3 灭弧过程

真空断路器的动静触头上有螺旋槽，令其在电弧的纵向磁场上加个横向磁场，驱动电弧避免触头过热会让电弧进行高速的旋转。因为在燃弧过程中产生的汽液会很快向四周扩散并被吸附，所以绝缘程度很快恢复，从而在电流过零时能够迫使电弧被熄灭。

3 6kV真空开关的使用环境

周边环境的气温：-15℃～40℃

相对湿度：日平均值<95%/月平均值<90%

海拔：1000m+

饱和湿气压：日平均值<2.2×10-3MPa/月平均值<1.8×10-3MPa

环境状况：环境稳定，无较大震动

4 真空开关的安装调整、维护保养与检修

4.1 真空开关的安装

（1）真空开关在安装时，应该使其保持垂直，尤其是真空灭弧室的状态，同时要安装在干燥的室内；（2）安装的尺寸要严格按照说明书上的要求；（3）真空开关的控制电源线以及其他带电装置与地面要保持在100mm以内的距离；（4）各个型号的产品都是经过认真装配和检查调整之后才出厂的，所以在安装时不需要对产品进行拆卸和检测，只需要检查其各个连结的部位有没有松动的情况，如果有就要先拧紧之后再进行安装。

4.2 真空开关的调整

（1）调整行程开距。调节限位螺丝钉高度，可以调节导电杆的总行程使其达到标准值。导电杆的实际行程可以测得触头的具体开距，也可以通过总行程减掉接触行程推算出来；（2）调整接触行程。各个型号产品在接触行程的测量中都有准确的标准，一般可以通过调节绝缘拉杆的连接和真空灭弧室的动导电杆螺旋头达到标准。调整的方法：用操作手柄操作断路器，拔掉绝缘端面的插销，就可以通过旋转连接头来进行调整；（3）调整三相同步性。在分合闸操作时，真空开关的三相要求真空灭弧室的触头做到同时接触和分离，误差不得超过1毫秒。调节方法和调整接触行程的方法一样，要用三相指示灯等仪器进行检查；（4）调整分合闸的速度。用户一般不需要调整分合闸速度，因为对操动机构的分合闸速度的限制主要是为了方便设计制造。分合闸的速度和分闸弹簧的强度成正比，分闸的弹簧强度越大，分闸的速度就会随之变快。相反，分闸弹簧强度越小，合闸的速度就会相应变慢。

4.3 真空灭弧室的性能以及安装要求

第一，利用真空灭弧室进行灭弧，是因为灭弧室具有绝缘性能好、灭弧能力强等特点。真空度为1.3×10-4Pa以上的灭弧室中包含的气体分子极少，绝缘强度高，产生游离碰撞的可能性较低。在小间隙时，间隙击穿的电压强度为10～45kV/mm，较高于空气、SF6和变压器油。真空电弧弧柱的压力差很大，是因为灭弧室内的电弧是由触头电极蒸发的金属蒸气游离而形成的。当电流过零时，弧在燃弧过程中产生的汽液会很快向四周扩散并被吸附，绝缘性变强，

电弧立即被熄灭。由此可见，真空灭弧室的性能良好。

第二，在整机装配过程中，要遵循灭弧室的安装要求，保证安装质量。要明确如下五点：（1）波纹管在开关时，避免和任何部分发生摩擦；（2）灭弧室轴线与动导电杆要在同水平；（3）动导电杆的运动要保持平直，避免在波纹管周围制造出火花，同时在进行调整时要对波纹管进行全面的保护，波纹管的拉伸距离不允许超出触头开距；（4）灭弧室的压环各个方向都要受力均匀；（5）应该选用聚四氟乙烯或者是尼龙材质制作金属导向套。当使用导向套时，要避免在波纹管和导电套之间发生摩擦火花，控制好导向套和波纹管之间的距离。

4.4 真空灭弧室的真空度检查

（1）在两种情况下会造成真空灭弧室的真空度降低，一种是机械使用时间过长，老化失修导致的波纹管破裂等其他事故造成了真空灭弧室的外壳损坏，令真空灭弧室内变为大气状态。另一种是真空灭弧柱内依然处于真空状态，但由于各种原因造成灭弧室内的压强高于既定的范围，使灭弧室无法正常进行工作；（2）陶瓷的开关一般会采用工频耐压的方法来检查真空室的压力。首先将真空灭弧室外的两触头拉开至标准开距，然后调节使触头之间的电压逐渐增大，如果真空灭弧室无法耐受工频电压一分钟，就可以判定真空灭弧室的真空度不合格，反之则表示合格。

4.5 真空开关的维护与检查

第一，真空开关只需按照安装要求进行安装和调整后就可以使用，在使用之前要对真空度进行检查，平时维护检查的内容主要有：（1）应当时刻保持真空开关的清洁程度，尤其要经常清理绝缘杆等其他绝缘部件。应该用干净、干燥的棉布对真空灭弧室的外壳进行擦拭；（2）要使用润滑油对需要经常进行摩擦活动的部位和零件进行润滑，这样能够有效减少其磨损；（3）要即时更换摩擦严重的易耗零件；（4）不可以发生松动的零件要时常检查，防治松脱掉落；（5）要经常地观察、及时地调整接触行程。行程量反应的是真空灭弧室的使用程度，所以当磨损到一定程度的时候要及时地更换真空灭弧室。

4.6 真空开关常见故障的分析与排除

真空开关常见故障的分析与排除如表1所示：

2.灭弧室漏气

操动机构无法手动储能 更换掉手柄 手柄内的单向轴承失去作用

操动机构无法电动分合闸 重新更换线圈

重新连接好接头 1.合闸或者是分闸的线圈被烧坏

2.二控回路接线松动

4.7 真空开关的试验

真空开关的试验如表2所示：

5 结语

真空开关的技术发展涉及到许多方面的问题，比如真空室的真空度、触头的材料、触头的结构、波纹管的制造工艺等。而我国目前做真空开关的厂家往往不同时生产真空灭弧室，生产真空灭弧室的厂家又往往不注重触头材料的研究。如此看来，我国的真空开关生产产业还存在着真空技术发展不协调和制造工艺不匹配问题，因此，我国真空开关的推广和应用与国外相比还存在着很大的差异。现今在国外的真空开关在配电系统中已占有绝对的比重，反观我国却仍在大范围应用少油断路器。这就使得真空灭弧室的推广活动得不到发展，技术得不到创新，这对于真空开关的未来具有重大的现实意义。我们也有理由相信，在不久的将来，随着真空开关技术的创新与发展，质量的稳定与生产制造业的成熟，真空开关将会有更加美好遠大的前景。

参考文献

[1] 李明明，王佳楠，樊纲.真空断路器操动机构的设计与优化研究[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 李秀娜，王辉.空断路器理论及其应用[M].西安：西安交通大学出版社，2012.

[3] 周宁州，李宏宇，陈令贵.真空开关的触头材料和结构[J].低压电器，2012，（5）.

作者简介：宋雷（1989-），男，安徽合肥人，广东拓奇电力技术发展有限公司电力电气工程助理工程师，研究方向：电气工程。

（责任编辑：秦逊玉）