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目前我國高壓戶內(nèi)外真空斷路器的實用化研究,在技術(shù)上已趨成熟，應(yīng)用已相當(dāng)普遍。隨著使用部門對高壓戶內(nèi)外真空斷路器的要求也越來越高，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、制造、研究和高校等部門已在不斷總結(jié)經(jīng)驗，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，以便確定我國高壓戶內(nèi)外真空斷路器今后發(fā)展的方向。
隨著我國改革開放的不斷深化，國內(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)的動力都要求真空開關(guān)來配套，除部分企業(yè)直接從國外引進(jìn)真空開關(guān)外，大多數(shù)企業(yè)采用了國產(chǎn)的真空開關(guān),這樣大大促進(jìn)了我國真空開關(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.運行可靠性高、不檜修周期長的優(yōu)勢,在當(dāng)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(yīng)用。產(chǎn)品從過去的ZN1一ZNS幾個品種到現(xiàn)在數(shù)十個型號、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。
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)在以下幾個方面:
1、真空滅弧室的小型化
我國有關(guān)研究所和高等院校對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)計裕度和工藝水平相同的條件下，縱向磁場結(jié)構(gòu)的電極比橫向磁場結(jié)構(gòu)的電極小得多，采用縱向磁場結(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)于橫向磁場真空滅弧室。小型化真空滅弧室的開發(fā)和推廣，是我國高壓戶內(nèi)外真空斷路器進(jìn)人一個新的發(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。但還缺少大容量品種,對中等電壓高壓戶內(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,同時開發(fā)220kV電壓等級的戶外高壓戶內(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)鍵問題之一。提高觸頭接觸壓力也可以幫助解決熔焊問題，但勢必帶來機(jī)械可靠性方面的副作用。試驗證明，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。.
近年來對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,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。通常這種方法對觸頭斷口間耐壓和開斷短路電流能力都會產(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觸頭再到縱磁場觸頭，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。縱向磁場電極結(jié)構(gòu)的發(fā)展是近幾年來國產(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，都比橫向磁場觸頭結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢。造價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)。現(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)、計算機(jī)控制技術(shù)，伺服驅(qū)動技術(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”，大腦根據(jù)知覺作出判斷與決定，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，具有對電路的異常狀況進(jìn)行監(jiān)測:與判斷及一定的自適應(yīng)功能。開關(guān)設(shè)備的智能化，可通過連續(xù)檢測，確切了解運行狀況，作趨勢分析，識別存在的故障，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)省檢修費用。
6、提高真空斷路器的機(jī)械操動性能我國高壓高壓戶內(nèi)外真空斷路器由于國產(chǎn)材料、元件和標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量問題以及傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計觀念，致使其機(jī)械可靠性和機(jī)械壽命還不夠十分理想。電磁操動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠、調(diào)整維修方便、運行人員習(xí)慣使用和維修而被廣泛使用:有些地方也有習(xí)慣使用電動彈簧操縱機(jī)構(gòu)的。操動機(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。
我國對高壓高壓戶內(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。近年來開發(fā)研制的配真空開關(guān)的永磁保持、電磁操動機(jī)構(gòu)更以其零件少、結(jié)構(gòu)簡單、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，研究人員對滅弧室的工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更加深入的簡化，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)計成自定位形式，無須任何工裝夾具對零件進(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組成一個整管，然后用專用夾具將其定位與固定，再放人自動運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)的市場競爭力。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，引起過電壓。過電壓是人們使用高壓戶內(nèi)外真空斷路器最關(guān)心的問題。-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。
