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目前我國(guó)高壓戶內(nèi)外真空斷路器的實(shí)用化研究,在技術(shù)上已趨成熟，應(yīng)用已相當(dāng)普遍。隨著使用部門對(duì)高壓戶內(nèi)外真空斷路器的要求也越來(lái)越高，高壓戶內(nèi)外真空斷路器技術(shù)上的進(jìn)步和性能也在不斷地提高。因此設(shè)計(jì)、制造、研究和高校等部門已在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)、完善產(chǎn)品，更好地滿足用戶的要求，不斷推出新產(chǎn)品。為了改進(jìn)和完善老產(chǎn)品和發(fā)展新一代高壓戶內(nèi)外真空斷路器，我們必須對(duì)現(xiàn)有的高壓戶內(nèi)外真空斷路器的不足之處，用戶的要求以及與國(guó)外先進(jìn)的高壓戶內(nèi)外真空斷路器的差距做出充分的估計(jì)，以便確定我國(guó)高壓戶內(nèi)外真空斷路器今后發(fā)展的方向。
隨著我國(guó)改革開放的不斷深化，國(guó)內(nèi)石油.化工、電子和礦山等企業(yè)也陸續(xù)使用了各種真空開關(guān)。由于這些企業(yè)的動(dòng)力都要求真空開關(guān)來(lái)配套，除部分企業(yè)直接從國(guó)外引進(jìn)真空開關(guān)外，大多數(shù)企業(yè)采用了國(guó)產(chǎn)的真空開關(guān),這樣大大促進(jìn)了我國(guó)真空開關(guān)的生產(chǎn)。高壓戶內(nèi)外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(zhǎng).運(yùn)行可靠性高、不檜修周期長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),在當(dāng)今我國(guó)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(yīng)用。產(chǎn)品從過(guò)去的ZN1一ZNS幾個(gè)品種到現(xiàn)在數(shù)十個(gè)型號(hào)、品種,額定電流達(dá)到4000A,開斷電流達(dá)到50KA,甚至有63kA,電壓達(dá)到35kV等級(jí)。
當(dāng)代高壓戶內(nèi)外真空斷路器的發(fā)展水平利和技術(shù)進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1、真空滅弧室的小型化
我國(guó)有關(guān)研究所和高等院校對(duì)真空滅弧室的小型化曾作了不少工作,研究的方向是采用各種縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的真空滅弧室和尋求新的觸頭材料。由于縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的電極開斷能力強(qiáng),在額定的短路開斷電流相同，設(shè)計(jì)裕度和工藝水平相同的條件下，縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的電極比橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的電極小得多，采用縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電極的真空滅弧室可以儆得小些。這就是真空滅弧室采用縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電極后,使真空滅弧室小型化的原因。
真空滅弧室向小型化方向發(fā)展,表現(xiàn)在真空滅弧室管徑不斷縮小，如宇光公司將12kV31.5kA真空滅弧室的管徑縮小到88mm，錦州華光自主研發(fā)出U系列小型化陶瓷滅弧室，將管徑在12kV31.5kA下縮小至85mm。真空滅弧室管徑的縮小，又有利于斷路器和開關(guān)柜小型化。小型化真空滅弧室的直徑縮小，原材料節(jié)約和工藝費(fèi)用降低。因而真空滅弧室的生產(chǎn)成本大幅度下降和高壓戶內(nèi)外真空斷路器可以做得更緊湊。此外,隨著真空滅弧室外殼尺寸的縮小，外殼上的真空密封燁縫的長(zhǎng)度縮短，真空滅弧室漏氣的可能性減小，真空滅弧室的可靠性提高，小型化真空滅弧室的其他性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于橫向磁場(chǎng)真空滅弧室。小型化真空滅弧室的開發(fā)和推廣，是我國(guó)高壓戶內(nèi)外真空斷路器進(jìn)人一個(gè)新的發(fā)展階段的重要標(biāo)志。
2、發(fā)展大容量、高電壓等級(jí)高壓戶內(nèi)外真空斷路器
高壓戶內(nèi)外真空斷路器在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。特別是在中等電壓領(lǐng)域里,高壓戶內(nèi)外真空斷路器已占有明顯優(yōu)勢(shì)。但還缺少大容量品種,對(duì)中等電壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器的應(yīng)用范圍將受到一定限制，因此很有必萎開發(fā)10kV系列高壓戶內(nèi)外真空斷路器的大容量規(guī)格以進(jìn)-一步完善化。今后將繼續(xù)研究試制更大額定電流和更大額定開斷電流的10kV電壓等級(jí)的高壓戶內(nèi)外真空斷路器。
為了適應(yīng)大容量發(fā)電機(jī)組保護(hù)用的斷路器,我國(guó)正在開發(fā)額定電壓24kV、額定電流12.5KA和額定開斷電流125~240kA的高壓戶內(nèi)外真空斷路器。
此外,我國(guó)在完成戶外額定電壓110kV、額定開斷電流31.5kA的基礎(chǔ)上將繼續(xù)開發(fā)額定電流更大、額定開斷電流更大的110kV戶外高壓戶內(nèi)外真空斷路器外,同時(shí)開發(fā)220kV電壓等級(jí)的戶外高壓戶內(nèi)外真空斷路器。
3、研制新的觸頭材料
銅鉻合金是目前真空滅弧室觸頭材料中具有優(yōu)良電性能的材料之一。它的主要缺點(diǎn)是熔焊性能較差和工藝要求復(fù)雜。在不影響其他性能的情況下，適當(dāng)?shù)丶尤氪嘈韵嗄芎芎玫馗纳脐P(guān)合能力和動(dòng)熱穩(wěn)定性,是解決CuCr觸頭材料抗熔焊性能的有效途徑之一。特別是對(duì)于開斷電流50kA以上的大容量高壓戶內(nèi)外真空斷路器產(chǎn)品,觸頭熔焊是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。提高觸頭接觸壓力也可以幫助解決熔焊問(wèn)題，但勢(shì)必帶來(lái)機(jī)械可靠性方面的副作用。試驗(yàn)證明，用添加脆性相材料的方法可以改善CuCr觸頭材料的抗熔焊性能,降低熔焊強(qiáng)度。.
近年來(lái)對(duì)CuMnTa.CuMnNb.cuCrTa和CuCoTa等系列的觸頭材料研究已有進(jìn)展。這幾種觸頭材料制造成本雖略高于CuCr觸頭材料,但具有優(yōu)良的電性能和低的熔焊強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)有關(guān)院校和研究所已開始進(jìn)行上述觸頭材料的研究,制造廠也已制出樣品，進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn),并已取得-定成果。
低截流值觸頭材料亦在研制中，常用的方法是在觸頭材料中加入飽和蒸汽壓比較高的材料。通常這種方法對(duì)觸頭斷口間耐壓和開斷短路電流能力都會(huì)產(chǎn)生不利和影響。在不降低電性能的情況下降低截流水平，從目前情況來(lái)看尚存在較大難度,但研究工作已大有進(jìn)展。
4.改進(jìn)觸頭結(jié)構(gòu)
由平板觸頭到橫磁場(chǎng)觸頭再到縱磁場(chǎng)觸頭，使得電弧不在聚集而呈擴(kuò)散形態(tài)，以提高開斷能力、提高可靠性和縮小尺寸?？v向磁場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)的發(fā)展是近幾年來(lái)國(guó)產(chǎn)高壓戶內(nèi)外真空斷路器技術(shù)的重大進(jìn)步。在開斷能力和穩(wěn)定性以及抗電蝕性等方面，都比橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢(shì)。造價(jià)也在可接受的合理范圍，已為高壓戶內(nèi)外真空斷路器設(shè)計(jì)人員和制遭單位普遍接受。
5、開發(fā)智能化產(chǎn)品.
高壓戶內(nèi)外真空斷路器的二次技術(shù)從傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代技術(shù)?，F(xiàn)代二次技術(shù)采用了機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是建立在微電子技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)及精密機(jī)械技術(shù)等高度發(fā)展之上的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化用在開關(guān)設(shè)備上，把計(jì)算機(jī)加入機(jī)械系統(tǒng)，使開關(guān)系統(tǒng)有了“大腦”，再加入“傳感器”采集信息，用光纖傳導(dǎo)信息，使開關(guān)系統(tǒng)有了“知覺(jué)”，大腦根據(jù)知覺(jué)作出判斷與決定，使系統(tǒng)有了“智能”。因此現(xiàn)代二次技術(shù)使之開關(guān)設(shè)備智能化。智能化高壓戶內(nèi)外真空斷路器在保留斷路器原有的各種功能的基礎(chǔ)上，具有對(duì)電路的異常狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè):與判斷及一定的自適應(yīng)功能。開關(guān)設(shè)備的智能化，可通過(guò)連續(xù)檢測(cè)，確切了解運(yùn)行狀況，作趨勢(shì)分析，識(shí)別存在的故障，從而采取必要的措施，防患于未然，改以往的“定期檢修”為“狀態(tài)檢修"，從而提高設(shè)備的利用率和節(jié)省檢修費(fèi)用。
6、提高真空斷路器的機(jī)械操動(dòng)性能我國(guó)高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器由于國(guó)產(chǎn)材料、元件和標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量問(wèn)題以及傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)觀念，致使其機(jī)械可靠性和機(jī)械壽命還不夠十分理想。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠、調(diào)整維修方便、運(yùn)行人員習(xí)慣使用和維修而被廣泛使用:有些地方也有習(xí)慣使用電動(dòng)彈簧操縱機(jī)構(gòu)的。操動(dòng)機(jī)構(gòu)在高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器機(jī)械結(jié)構(gòu)中是最為復(fù)雜、精度要求最高的部分，多數(shù)制造廠生產(chǎn)條件是難以滿足加工精度要求的。為了保證高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器的可靠性。
我國(guó)對(duì)高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器采取了分裝式結(jié)構(gòu)，即將操動(dòng)機(jī)構(gòu)與斷路器主體二者分開，由生產(chǎn)條件比較好的工廠集中生產(chǎn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，然后再將機(jī)構(gòu)的輸出軸與斷路器合而為一，所以機(jī)械參數(shù)的合理配置，直接關(guān)系到高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器的技術(shù)性能和機(jī)械壽命。近年來(lái)開發(fā)研制的配真空開關(guān)的永磁保持、電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)更以其零件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械壽命高引起中壓領(lǐng)域的關(guān)注。
7、采用先進(jìn)的一次封排工藝
為了進(jìn)一步提高真空滅弧室的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，研究人員對(duì)滅弧室的工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更加深入的簡(jiǎn)化，開發(fā)出一種新型真空滅弧室生產(chǎn)工藝即“一次封排”工藝。它只需事先將滅弧室的相關(guān)零件設(shè)計(jì)成自定位形式，無(wú)須任何工裝夾具對(duì)零件進(jìn)行定位，省去了部件焊接及相應(yīng)的部件檢漏。進(jìn)爐前只需將所有零件連同所需的各種焊料完整地裝配起來(lái)組成一個(gè)整管，然后用專用夾具將其定位與固定，再放人自動(dòng)運(yùn)行的大型真空爐中進(jìn)行烘烤、排氣、焊接及封口，從而一次完成了真空滅弧室的焊接與封排的生產(chǎn)過(guò)程。這種方式是目前真空滅弧室生產(chǎn)企業(yè)所追求的最高境界，也是我們今后發(fā)展的方向。
8.改進(jìn)滅弧室技術(shù)，提高綜合性能國(guó)外大力發(fā)展高壓戶內(nèi)外真空斷路器,特別在滅弧室上下了很大功夫。生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展提高了真空滅弧室的開斷性能及絕緣水平，促進(jìn)了真空滅弧室向小型化、大容量方向發(fā)展。在一次封排的工藝條件下，縮小滅弧室的外形尺寸可進(jìn)-步提高滅弧室的單位產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)真空開:關(guān)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。不斷改進(jìn)波紋管的制造工藝，提高波紋管的壽命。采用中封式結(jié)構(gòu)的屏蔽罩，改善了電場(chǎng)分布，提高了絕緣強(qiáng)度。
9、專用化
面臨極其不同的開斷任務(wù)新的專用斷路器應(yīng)運(yùn)而生。如用于發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的特大容量高壓戶內(nèi)外真空斷路器,標(biāo)準(zhǔn)型高壓戶內(nèi)外真空斷路器,經(jīng)濟(jì)型高壓戶內(nèi)外真空斷路器,頻繁型真空斷路,超頻繁型高壓戶內(nèi)外真空斷路器。
10、低過(guò)電壓
高壓戶內(nèi)外真空斷路器開斷小電流容易發(fā)生截流，引起過(guò)電壓。過(guò)電壓是人們使用高壓戶內(nèi)外真空斷路器最關(guān)心的問(wèn)題。-般解決方法有兩種:第一種是加裝過(guò)電壓吸收裝置(RC回路、ZnO避雷器),但它作為高壓戶內(nèi)外真空斷路器的附加裝置,不僅使高壓戶內(nèi)外真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)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CuCrBia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(dá)40KA。
