真空斷路器是指觸頭在真空中關合、開斷的斷路器。

真空斷路器最初由英、美研究，隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論，到20世紀70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器。真空滅弧室、操動機構(gòu)、絕緣水平等制造技術的不斷創(chuàng)新和改進，使真空斷路器的發(fā)展極為迅速，在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。

真空斷路器以具備良好的滅弧特性，適宜頻繁操作，電氣壽命長、運行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢，在當今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、-鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應用。產(chǎn)品從過去的ZN1-ZN5幾個品種到現(xiàn)在數(shù)十個型號、品種，額定電流達到4000A，開斷電流達到5OKA，甚至有63kA，電壓達到35kV等級。

下面將從真空斷路器的幾個主要方面看它的發(fā)展及特點，分別是真空滅弧室的發(fā)展、操動機構(gòu)的發(fā)展、絕緣結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

2、真空滅弧室的發(fā)展及特點

2.1真空滅弧室的發(fā)展

利用真空介質(zhì)來熄滅電弧的設想在19世紀末就己提出，20世紀20年代制造出了最早的真空滅弧室。但是由于受真空工藝、材料等技術水平的限制，當時并未實現(xiàn)實用化。20世紀50年代以后，隨著新技術的發(fā)展解決了真空滅弧室制造中的很多難題，使真空開關逐漸達到實用水平。20世紀50年代中期美國通用電氣公司批量生產(chǎn)了額定開斷電流為12KA的真空斷路器。隨后在20世紀50年代末由于發(fā)展了具有橫向磁場觸頭的真空滅弧室，使額定開斷電流提高到3OKA的水平o20世紀70年代后，日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室，使額定開斷電流又進一步提高到5OKA以上。目前真空斷路器己廣泛用于1OKV、35kV配電系統(tǒng)中，額定開斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國家還生產(chǎn)了72kV/84kV級的真空滅弧室，但數(shù)量不多。直流高壓發(fā)生器

近年來，我國真空斷路器的生產(chǎn)發(fā)展也很快。目前國內(nèi)真空滅弧室的技術與國外產(chǎn)品不相上下，有采用縱向、橫向的磁場技術、采用中央引燃觸頭技術的真空滅弧室，Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開斷5OKA、63kAo中國的真空滅弧室已達到較高的水平，真空斷路器完全可以選用國產(chǎn)的真空滅弧室。

2.2真空滅弧室的特點

真空滅弧室是真空斷路器的關鍵部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封，內(nèi)部有動、靜觸頭和屏蔽罩，室內(nèi)有負壓，真空度為133×10九133×lOJPa，保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。當真空度降低時，其開斷性能明顯降低，因此真空滅弧室不得受任何外力碰撞，嚴禁敲擊、手拍打，搬動及維護時不得受力o禁止把任何東西放在真空斷路器上，以防止落下時打壞真空滅弧室。出廠前真空斷路器經(jīng)過嚴格平行度檢查和裝配，維修時應緊固滅弧室的各螺栓，以保證其受力均勻。

真空斷路器在真空滅弧室內(nèi)開斷電流并進行滅弧，而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，同時，真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力，并導致斷路器的使用壽命急劇下降嚴重時會引起開關爆炸。

綜上所述真空滅弧室存在的主要問題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點。

(1)真空斷路器是一個比較嬌嫩的元件，電子管廠出廠后，經(jīng)過多次運輸顛簸、安裝震動、意外碰撞等，都有可能產(chǎn)生玻璃或陶瓷封接的滲漏。

(2)真空滅弧室材質(zhì)或制作工藝存在間題，多次操作后出現(xiàn)漏點。

(3)分體式真空斷路器，如使用電磁式操作機構(gòu)，在操作時，由于操作連桿的距離比較大，直接影響開關的同期、彈跳、超行程等特性加快真空度降低。直流高壓發(fā)生器

真空滅弧室真空度降低的處理方法：

經(jīng)常觀察真空滅弧室定期使用真空開關真空度測試儀對真空滅弧室進行真空度的測量，確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內(nèi);當真空度降低時，必須更換真空滅弧室，并做好行程、同期、彈跳等特性試驗。

3、操動機構(gòu)的發(fā)展

操動機構(gòu)是衡量真空斷路器性能優(yōu)劣的重要方面之一，影響真空斷路器可靠性的主要原因就是操動機構(gòu)的機械特性。根據(jù)操動機構(gòu)的發(fā)展可分為以下幾類。直流高壓發(fā)生器

3.1手動操動機構(gòu)

靠于動直接合閘的操動機構(gòu)稱為手動操動機構(gòu)，它主要用來操動電壓等級低、額定開斷電流很小的斷路器。除工礦企業(yè)用戶外電力部門中手動機構(gòu)已很少采用。手動操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、不要求配備復雜的輔助設備及操動電源缺點是不能自動重合閘，只能就地操作，不夠安全。因此，手動操動機構(gòu)已幾乎被手力儲能的彈簧操動機構(gòu)所代替。

3.2電磁操動機構(gòu)

靠電磁力合閘的操動機構(gòu)稱為電磁操動機構(gòu)d配合國產(chǎn)ZN28-12型產(chǎn)品發(fā)展的有CD17型機構(gòu)，結(jié)構(gòu)上也采用與真空滅弧室前后布置的方式。

電磁操動機構(gòu)的優(yōu)點是機構(gòu)簡單、工作可靠、制造成本低，缺點是合閘線圈消耗的功率太大，需要備[概述真空斷路器的發(fā)展及特點]:真空斷路器是指觸頭在真空中關合、開斷的斷路器。真空斷路器最初由英、美研究，隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論，到20世紀70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器...

3.4彈簧操動機構(gòu)直流高壓發(fā)生器

彈簧操動機構(gòu)是利用儲能的彈簧為動力使開關實現(xiàn)合閘動作。它可采用人力或小功率交、直流電機來驅(qū)動，因而合閘功基本不受外界因素(如電源電壓、氣源氣壓、液壓源液壓)的影響，既能夠獲得較高的合閘速度，又能夠?qū)崿F(xiàn)快速自動重復合閘操作;另外，與電磁操動機構(gòu)相比，彈簧操動機構(gòu)成本低，價格便宜，是真空斷路器中最常用的一種操動機構(gòu)，其廠家也比較多，在不斷的完善和改進中。典型的有CT17，CT19機構(gòu)，與之相配備使用的有ZN28-17、VS1、VGl。

一般彈簧操動機構(gòu)有上百個零件，且傳動機構(gòu)較為復雜，故障率較高，運動部件多，制造工藝要求較高。另外，彈簧操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復雜，滑動摩擦面多，而且多在關鍵部位，在長期運行過程中，這些零件的磨損、銹蝕以及潤滑劑的流失、固化等都會導致操作失誤。主要存在著以下缺點。

(1)斷路器拒動，即給斷路器發(fā)出操作信號而不合閘或分閘。

(2)合不上閘或合上后即分斷。

(3)事故時繼電保護動作、斷路器分不下來。

(4)燒壞合閘線圈。

操作機構(gòu)故障原因分析：

斷路器拒動，可能是操作電壓失壓或欠壓、操作回路斷開、合用線圈或分閘線圈斷線、機構(gòu)上的輔助開關觸點接觸不良。

合不上閘或合上后即分斷，可能是操作電源欠壓、斷路器動觸頭接觸行程過大、輔助開關聯(lián)鎖接點斷開、操作機構(gòu)的半軸與掣子扣接量太小;

事故時繼電保護動作、斷路器分不下來，可能是分閘鐵心內(nèi)有異物使鐵心受阻動作不靈、分閘脫扣半軸轉(zhuǎn)動不靈活、分閘操作回路斷線。

燒壞合閘線圈，可能是原因有：合閘后直流接觸器不能斷開、輔助開關在合閘后沒有聯(lián)動轉(zhuǎn)至分閘位置、輔助開關松動。

3.5永磁機構(gòu)

永磁機構(gòu)采用新的工作原理將電磁機構(gòu)與永久磁鐵有機地組合起來，避免了合分閘位置機械脫扣、鎖扣系統(tǒng)所造成的不利因素元需任何機械能而通過永久磁鐵產(chǎn)生的保持力就可使真空斷路器保持在合、分閘位置上。配以控制系統(tǒng)實現(xiàn)真空斷路器所要求的全部功能。主要可以分為兩個類型：單穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)口其中雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)的工作原理為分閘與合閘及保持都靠永磁力;單穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)的工作原理為在儲能彈簧的幫助下快速分閘，并保持分閘位置，只有合閘保持靠永磁力。特瑞德電氣主要產(chǎn)品就是單穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)，國內(nèi)企業(yè)自行研發(fā)的主要是雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)。

雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)變化多樣但其原理只有兩種：即雙線圈式(對稱式)和單線圈式(非對稱式)，以下對這兩種結(jié)構(gòu)作簡單介紹。

(1)雙線圈永磁機構(gòu)

雙線圈式永磁機構(gòu)，它的特點為：采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分閘和合閘極限位置上，使用激磁線圈將機構(gòu)的鐵心從分閘位置推動到合閘位置，使用另一激磁線圈將機構(gòu)的鐵心從合閘位置推動到分閘位置。例如ABB公司的VMl開關的機構(gòu)即采用此種結(jié)構(gòu)。

(2)單線圈永磁機構(gòu)

單線圈式永磁機構(gòu)，也是采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分閘和合閘極限位置上，但分合閘用一個激磁線圈。也有分合閘用兩個激磁線圈，但兩個線圈在同一側(cè)，并線圈的通流方向相反。其原理與單線圈式永磁機構(gòu)相同。合閘的能量主要來自激磁線圈，分閘的能量主要來自分閘彈簧。如英國Whipp&Bourne公司推出的GVR柱上真空斷路器就是采用這種機構(gòu)。

根據(jù)永磁機構(gòu)的以上特點可以歸納出它的優(yōu)缺點，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單與彈簧機構(gòu)相比其部件減少約60%;由于部件少，則故障率也隨之減少，故可靠性高;機構(gòu)壽命長;體積小、重量輕。缺點是在分閘特性方面因動鐵心參與分閘運動使分閘時運動系統(tǒng)的運動慣量明顯增大對提高剛分速度很不利;因操作功率大而受到電容器容量的限制。

4、絕緣結(jié)構(gòu)的發(fā)展

據(jù)有關的歷史資料對全國電力系統(tǒng)高壓斷路器運行中的事故類型統(tǒng)計分析拒分事故占22.67%;拒合事故占6.48%;開斷關合事故占9.07%;絕緣事故占35.47%;誤動事故占7.02%;截流事故占7.95%;外力及其他事故占11.439毛，其中以絕緣事故和拒分事故最為突出，約占全部事故的60%。所以絕緣結(jié)構(gòu)也是真空斷路器的一大要點根據(jù)相柱絕緣經(jīng)歷的變化發(fā)展，可基本上劃分為三代：空氣絕緣方式、復合絕緣方式、固封極柱絕緣方式。

4.1空氣絕緣方式

產(chǎn)品的相間絕緣、對地絕緣和滅弧室外絕緣均為空氣介質(zhì)。這樣斷路器的真空滅弧室多采用懸掛支撐方式，并且要遵循嚴格的安裝調(diào)試工藝。典型產(chǎn)品國內(nèi)有江蘇長江股份公司的ZN68-12，國外有西門子公司的3AFJAG及3AH等系列產(chǎn)品。

干凈清潔的空氣是良好的絕緣介質(zhì)，使用歷史最悠久?？紤]到環(huán)境的影響對單純以空氣作為絕緣介質(zhì)的斷路器及開關柜的空氣絕緣凈距和爬電比距作出了規(guī)定，在相應試驗基礎上，對12kV開關設備要求各相導體相間和對地凈距達到125mm，對于瓷質(zhì)和有機材料絕緣件的爬電比距分別要求18mm/kV、2Omm/kVD但有時還免不了發(fā)生絕緣事故，在絕緣凈距[概述真空斷路器的發(fā)展及特點]:真空斷路器是指觸頭在真空中關合、開斷的斷路器。真空斷路器最初由英、美研究，隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論，到20世紀70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器...

為了保證空氣絕緣凈距和爬電比距致使該類型產(chǎn)品的小型化比較困難。

4.2復合絕緣方式

產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)采用固體絕緣和空氣絕緣相結(jié)合的方法，一方面提高了絕緣性能，另一方面可以減少設備的尺寸。采用絕緣套筒式結(jié)構(gòu)，真空滅弧室通過螺栓固定在環(huán)氧樹脂絕緣套筒內(nèi)然后與機構(gòu)組裝成斷路器。這種斷路器技術日趨成熟，具有代表性的產(chǎn)品如國產(chǎn)ZN63A、ZN63B型和ABB公司技術產(chǎn)品VD4型斷路器。

這些措施提高了相間和對地的絕緣，可以避免外部機械力對滅弧室的沖撞，斷路器尺寸也能減小，但是環(huán)境氣候條件對滅弧室外絕緣的影響還不可避免，對極柱的裝配還是有比較高的工藝要求。

4.3固封極柱絕緣方式

固封極柱又稱為澆注式極柱結(jié)構(gòu)，這是中壓真空斷路器絕緣結(jié)構(gòu)的重大變革。固封式真空斷路器的研究工作始于上個世紀末，德國ABBCalorEIIlang公司為發(fā)展免維護真空斷路器而開發(fā)在國內(nèi)，2003年7月西安高壓電器研究所與廈門華電開關有限公司聯(lián)合開發(fā)的ZN96(VEP)-12/1250-315型固封式真空斷路器率先通過國家級鑒定，之后該產(chǎn)品發(fā)展很快，高參數(shù)產(chǎn)品不斷推出產(chǎn)品正在完成系列化，它已經(jīng)成為近年來發(fā)展最快的一類高壓電器產(chǎn)品。

它的主要特點是將真空滅弧室及導電端子等零件用環(huán)氧樹脂通過APG工藝(環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠工藝)包封成極柱，然后與機構(gòu)組裝成斷路器。

固封式真空斷路器的結(jié)構(gòu)在機構(gòu)部分根據(jù)選用不同的機構(gòu)可能差異比較大些，但極柱的外形、結(jié)構(gòu)差異不大，但其功能都是一樣的，它的優(yōu)點主要有：

(1)提高了產(chǎn)品的絕緣水平及抗污能力。

(2)小型化，減小了斷路器及其配用的開關柜體積。

(3)防止了真空滅弧室易受外界撞擊的危險。

(4)增強了主回路的外爬距，提高了滅弧室耐受電壓水平。

(5)滅弧室的免維護，為斷路器免維護創(chuàng)造了條件。

固封式真空斷路器的電氣性能除了決定真空滅弧室外，極柱的結(jié)構(gòu)設計也至關重要。極柱結(jié)構(gòu)除考慮絕緣外，還應考慮強度及散熱問題。大電流情況下，甚至要與真空滅弧室一并考慮。從性能、成本上綜合考慮，真空滅弧室亦單獨設計成一個系列較為合理。

5、展望與發(fā)展

從國內(nèi)外真空斷路器新產(chǎn)品品種的產(chǎn)生上及展覽會上，德國漢諾威博覽會為世界上最大的工業(yè)展覽會，素有新產(chǎn)品櫥窗之美，可以看出真空斷路器的發(fā)展趨向于專用化、小型化、智能化、低過電壓幾大方向。

5.1專用化

面臨極其不同的開斷任務新的專用斷路器應運而生。如用于發(fā)電機保護斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達3~8OKA及以上)，標準型真空斷路器(短路開斷電流25~5OKA)，經(jīng)濟型真空斷路器(16KA~25KA)，頻繁型真空斷路(如操作次數(shù)54萬次)，超頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)1615萬次)。

5.2小型化、高可靠性

真空斷路器的小型化研究工作進行了很多年，并取得了一定成效。雖然真空斷路器零件數(shù)較少，但各國為了提高可靠性、降低成本一直努力減少零件數(shù)、縮小管徑。

5.3智能化

智能化真空斷路器在保留斷路器原有的各種功能外，必須具有對電路的異常狀況進行檢測與判定以及具有一定的指令功能等也就是把計算機加入機械系統(tǒng)，使開關系統(tǒng)有了"大腦"，再加"傳感器"采集信息，用光纖傳導信息，使開關系統(tǒng)有了"知覺"，大腦根據(jù)"知覺"做出判斷與決定使系統(tǒng)有了"智能"，這是配電自動化的需要，也是斷路器本身控制保護的需要。如Alstorn公司的DCX型可編程序數(shù)字控制裝置，ABB公司的REF542型控制和保護裝置，西門子公司第二代數(shù)字保護裝置等。

5.4低過電壓

真空斷路器開斷小電流容易發(fā)生截流，引起過電壓。過電壓是人們使用真空斷路器最關心的問題。一般解決方法有兩種：第一種是加裝過電壓吸收裝置(RC回路、ZnO避雷器)，但它作為真空斷路器的附加裝置，不僅使真空斷路器結(jié)構(gòu)復雜化，而且增加成本;另一種方法也是今后要致力研究的課題，采用低電壓觸頭材料。研究采用低電壓觸頭材料日本幾家公司走在前列。富士康公司開發(fā)了CuCr添加高蒸氣材料、三菱公司開發(fā)了CuCrBiα多元觸頭材料，東芝公司開發(fā)了新型的AgWC觸頭材料開斷短路電流達40KA。