浅析10kV高压真空断路器设计和维护

简兆辉

(中骏电气（厦门）有限公司，福建 厦门 361000）

1 概述

真空断路器是指主回路接触点在真空介质中的断路器。因主触头处于真空中，开断过程基本上不发生电弧，极小的电弧一般只需半周波就逐渐熄灭，因此具有燃弧时间短，触头间隙介质回复速度快，使用寿命长，维修工作量少等优点。

2 真空断路器的操作机构

操作机构是真空断路器可正常动作的动力源，直接影响断路器性能，真空断路器的故障又往往出现在其所选配的操作机构上。目前，断路器操作机构按照储能形式的不同，分为永磁、弹簧和盘簧机构。对比见表1。

表1 真空断路器操作机构对比

3 高压真空断路器设计

以中骏自主开发的VSCE系列高压真空断路器产品为例，介绍断路器的关键部件及设计要点。该产品采用弹簧操动机构和APG技术固封极柱部件，用底盘车实现断路器的摇入摇出功能。

3.1 真空断路器主要结构

VSCE系列高压真空断路器主要结构为机构部、固封极柱、触臂组件和底盘车，如图1所示。该系列产品已通过整套产品型式试验及国家级产品鉴定，批量生产并正常运行于国网及其他工业与楼宇等配电项目。该系列产品的额定电流覆盖范围为630～4000A，额定开断电流可达50kA。

图1 VSCE真空断路器结构

3.2 机构部结构设计

机构部设计复杂，零件制造加工要求较高，并直接影响断路器特性。机构部主要包括机箱、单模块机构、面框和二次附件与控制模块。机箱提供断路器各零部件连接支撑。面框提供断路器按钮及指示位置，孔位大小影响断路器IP防护等级。二次附件为断路器提供电动操作功能，控制模块内含防跳继电器和整流桥元件，可实现断路器防跳及二次回路交直流通用功能。

采用单模块机构，为断路器的小型化以及智能化提供设计空间。其结构如图2所示。机构部运动过程如下：通过电机或手动储能带动小齿旋转，小齿轮旋转联动大齿轮，并带动储能组件储能；储能到位后，储能指示通过压板切换微动开关，将储能回路切断，同时棘爪轮

与棘爪分离滚子分离，防止连续储能；储能到位后，传动凸轮挂金至按钮拐臂架，实现合闸挂金，通过电动或手动按压弯板，实现储能弹簧释放，达到合闸目的；合闸到位，合分闸指示被主轴连杆按压切换，显示合闸指示，同时通过拉簧拉动计数器实现计数功能。在合闸过程，主轴旋转，主轴小拐臂按压分闸联板实现分闸挂金。机构部合闸过程，分闸弹簧被拉长，主轴小拐臂按压分闸联板实现分闸挂金；通过电动或者手动按压分闸按钮弯板，使得分闸联板脱扣，分闸弹簧释放，带动主轴旋转实现机构部分闸；分闸到位，主轴旋转过程，合分闸指示释放，显示分闸指示，在此过程技计数器不切换，避免重复计数。

3.3 固封极柱结构

图2 单模块机构

固封极柱由上下出线座、真空灭弧室、软连接线和固封绝缘层组成。真空灭弧室内含动静触头，作为主回路导电部件。由于真空灭弧室为外瓷壳结构，固封绝缘层采用环氧树脂，这两种材质的收缩率不同，所以需先对真空灭弧室进行包胶，形成一层包胶缓冲层，避免因不同收缩率使灭弧室损坏。固封极柱采用APG技术，极大的提高了真空断路器的耐候性，减少相间距，使断路器的结构更加紧凑，体积更小；固封技术的应用，使真空灭弧室的外绝缘水平得到了强化，在内部绝缘优化的基础上，真空灭弧室的体积也相应减少。但固封极柱亦存在如下缺点：①灭弧室被环氧树脂固封，散热性差，易产生温升问题；②操作振动、撞击、动热稳定或环境温度等引起开裂；③环氧材质不可回收，不环保。目前已陆续出现了环保及可回收的塑料或橡塑材料来代替环氧树脂。

3.4 触臂组件和底盘车

触臂组件起到连接断路器与柜体主母排作用，包括为触臂和梅花触头。其材质直接影响到断路器的发热量，一般采用T2铜，表面需镀银3μΩ以上，尤其是接触面，要求镀银8μΩ以上。当额定电流2000A以上时，极柱上处需设计散热板；当额定电流4000A时，柜体内部需采用风机强制风冷。

底盘车主要起到断路器摇入摇出作用。需设计与机构部联锁功能。当断路器在工作或试验位置时，断路器才可以进行合分闸操作。底盘车与断路器的联锁功能，主要通过底盘车翻板和机构联锁板来设计实现。电动底盘车可实现远程操作，电动摇入、摇出断路器。

4 高压真空断路器维护

由于生产厂家不同，真空断路器的质量及性能也不尽相同。针对真空断路器存在的问题，对断路器的维护提出如下关键调整和检测项目。

（1）绝缘试验。在检修时，必须对断路器进行绝缘试验。10kV高压真空断路器需对相间及对地进行42kV工频耐压试验，断口48kV试验，时间1分钟。断路器绝缘试验失效常见于固封极柱，亦可采用真空度测试仪测试单相极柱真空度进行绝缘试验验证，确保安全可靠。

（2）机械特性调整。当断路器正常操作次数达2000次，或开断电流次数达10次，需对机械特性参数进行测试。采用机械特性测试仪和传感器进行测试。检测的关键特性参数为：合闸弹跳、三相同期性、接触行程和开距。合闸弹跳要求小于2ms，弹跳时间过长，容易产生较大过电压，导致设备绝缘受损，严重时引起动静触头关合熔焊现象。三相同期性要求小于2ms，同期性时间过大，导致燃弧时间加长，断路器开断能力降低。接触行程是动静触头能够可靠接触的保证，一般要求3～5mm。一般接触行程调整好后，开距也就随之调整好。

（3）主回路电阻测试。采用电阻测试仪对断路器每相进行主回路电阻值测试。根据生产厂商要求范围及出厂记录对比，确定实际电阻值。主回路电阻值过大，会造成柜内发热量加大，内部绝缘件绝缘性能下降，严重时会引起火灾并导致事故发生。在化工或水泥厂等恶劣环境场合，需加强断路器及柜体的温度监测。

（4）重视数据归档和验收。当安装或检修完毕后，需对相关参数的测试和复核资料进行记录并归档。所有测试数据需符合国标或生产厂商的要求，检修及测试记录可用于查证和为下次检修提供依据。

5 结语

高压真空断路器由于其零部件数量较多，组立前需加强单零件的检测，组立时需用治工具保证断路器性能一致。断路器出厂前需进行相应的出厂试验。需按照生产厂商说明书或国标要求进行例行检修工作。检修人员需有相关资质，并使用科学仪器设备检查、测量，并对实际数据进行记录和归档。