1、摘要随着电力系统的迅猛发展，在 10kV 电压等级配电网络中,油开关已逐步淘汰,取而代之的是真空开关。与油开关相比,真空开关检修维护工作量小,适合频繁操作,运行可靠性高的优点,但也由于真空开关灭弧室真空度要求较高,以及触头开距小,易产生截流过电压。所以为了更好的使 10kV 真空开关在电力系统中得到更为广泛的运用。因而，本文通过从了解 10kV 真空开关的在国内外的发展，让我们知道了 10kV 真空开关是电力系统最具发展前途的电器之一，也是目前最能全面地满足现代化要求的开关电器；同时本文还详细阐述了 10kV 真空开关的主要结构和特点，让我们提高了对 10kV 真空开关的认识，为我们加强维护保
2、养和使其安全运行打下了坚实的基础；最后我们为了提高 10kV 真空开关安全运行和维护，对其进行了详细的分析和探讨。关键词： 真空开关 运行 维护 目 录摘要 I引言11 真空开关的发展历程111 国外真空开关的发展212 国内真空开关的发展22 10kV 真空开关的主要结构和特点 321 10kV 真空开关的主要结构 322 10kV 真空开关的特点 43 10kV 真空开关的运行与维护 531 10kV 真空开关的运行分析 532 10kV 真空开关的维护 10结束语13致谢14参考文献151引言10kV 真空开关是电力系统最具发展前途的电器之一，也是目前最能全面地满足现代化要求的开关电器。
3、同时，10kV 真空开关是以极为优异的绝缘性能和灭弧能力以及触头完全封闭的真空作为绝缘介质，真空的极为优异绝缘性能使10kV 真空开关的触头开距仅为 8mm 一 12mm，所要求的分、合闸速度又不高，因而 10kV 真空开关的操作功耗不大。真空灭弧室具有非常长的机械寿命和电寿命，配上长寿命的操作机构后，10kV 真空开关也具有很长的机械寿命和电寿命。10kV 真空灭弧室不需要维修，也不可能维修，操动机构也可以做到少维修或免维修。因而 10kV 真空开关的维修工作量极小，维修周期很长，是一种少维修或免维修的开关。10kV 真空开关不仅能开断工频电流，而且能开断高频电流。10kV 真空开关的电弧在
4、密封的真空灭弧室内燃烧，燃弧时不产生高气压和有毒气体，因而 10kV 真空开关没有爆炸的危险，不会引起周围易燃易爆物质的燃烧和爆炸，也不会污染环境。10kV 真空开关是一种最安全，最“清洁”的开关。10kV 真空开关的主要缺点是有截流现象，在某些场合会产生较高的操作过气压。随着触头材料的进步，以及真空灭弧室设计和制造工艺的改进，现代 10kV 真空开关的操作过电压已大大降低，价格也明显降低，它的缺点已越来越不明显了。因而特别受到电力系统的欢迎，得到了最为广泛的应用。21 真空开关的发展历程1.1 国外真空开关的发展人类从事将真空作为灭弧和绝缘介质的应用研究，到现在已有一百多年的历史。早在 18
5、93 年，美国人里顿豪斯(Rittenhause)就设计出世界上第 1 只真空灭弧室并以专利的形式发表；1920 年，瑞典佛加（Birka）公司研制出世界上第一台真空开关；1926 年，加里福尼亚工学院的索伦森(Sornsen)教授发表了真空开关的试验结果，并预言应用真空开关的时代不久就会到来。由于当时的真空技术还很落后，使得真空开关在工业上的实际应用被大大推迟了。到 1950 年前后，随着真空技术以及相关技术如冶金技术等的发展，真空灭弧室的制造技术得到了提高，又重新开始了真空开关在工业上应用的研究。1956 年，罗斯(HCross)对杰宁无线电制造公司(Jenning)生产的用于高频回路的真
6、空开关进行了改造，试制出了 15kV、200A 的真空开关。1961 年美国通用电气公司在总结前人经验的基础上首先研制成功额定电压15kV、12.5kA 的 10kV 真空开关，1966 年相继研制成功额定电压为 15kV、开断电流为 25kA 和 31.5kA 的 10kV 真空开关，从此真空开关正式进入电力开关的行列，美国也因此成为世界上最早批量生产和使用真空开关的国家，在其影响和推动下，欧洲和亚洲的部分国家也相继开始了研制工作，真空开关从此在全球范围内得到认同和发展。二十世纪 70 年代初，全球范围掀起的中压开关无油化浪潮给真空开关带来了前所未有的发展机遇。凭借自身巨大的技术优势，真空开
7、关仅用了不到 20 年的时间就取代少油开关而成为中压领域的主导产品。目前单断口 10kV 真空开关已达到 145kV 电压等级，短路开断电流已达到 200kA 。 1.2 我国真空开关的发展我国真空开关的研制工作始于二十世纪 50 年代末，基本与美国同步，略早于日本。1958 年，由西安交通大学电器教研室和当时的西安高压开关整流器厂合作3成立了一个厂校联合研制小组，由王季梅副教授和童永潮总工程师负责，正式开展真空开关的研制工作。小组成立后不到半年就成功研制出我国第一只真空灭弧室，并在西安交通大学电器实验室的合成回路上通过了 50Hz、4kV、5kA 的电流开断试验。此后，西安高压电器研究所于
8、1960 年研制成功了电压为 6.7kV、500A 的单相真空开关，西安交通大学于 1964 年开发成功 10kV，1500A 的三相真空开关，当同年这台三相真空开关在北京全国高教展览会上展出时，受到来自全国各地专家的好评，并引起全国各省市开关制造厂的极大兴趣，是为推动我国真空开关生产和发展的起始点。1968 年 9 月 5 日，国家重点国防工程(6895 工程)在华光电子管厂实施，同年诞生了我国第一只商用真空灭弧室，从此华光电子管厂成为国内首家生产真空灭弧室的企业。此后由于受到“文革”的影响，我国在真空电弧理论研究和真空开关开发方面的工作暂时停顿，一直到 1976 年才开始恢复。当时国内从事
9、真空电弧理论研究的主要单位有西安交通大学、西安高压电器研究所和上海电器科学研究所三家。1978 年以后，国内有 10 多家工厂正式投入真空开关的生产，所需的真空灭弧室主要由宝光电工总厂和华光电子管厂生产。1984 年，西安高压电器研究所、桂林电器科学研究所、宝光电工总厂和北京开关厂等四家联合引进了德国西门子公司 3AF 系列 10kV 真空开关的全套制造技术（含 CuCr 触头材料、真空灭弧室和 10kV 真空开关三大部分） 。1986 年，华光电子管厂引进了美国西屋公司全套真空灭弧室的制造技术（含 CuCr 触头材料） 。这两次引进使我国真空开关行业的制造和设计水平均得到了极大的提高，为此后
10、我国真空开关行业的发展和繁荣奠定了技术基础。目前国内在真空开关和 10kV 真空开关方面的研究和生产均得到很大重视和迅速发展。 2 10kV 真空开关的主要结构和特点2.1 10kV 真空开关的主要结构2.1.1 10kV 真空开关主要包含三大部分：真空灭弧室、操动机构、支架及4其它部件。真空灭弧室是 10kV 真空开关中最重要的部件。真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆上，动触头焊接在动导电杆上，动导电杆在中部与波纹管的一个断口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自
11、由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。 2.1.2 10kV 真空开关的操动机构主要有三种类型：电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。同时螺管电磁铁的出力特性容易满足 10kV 真空开关合闸反力特性的要求。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。电磁操动机构出现最早，但目前用量趋于减少。弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作
12、。其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。其缺点是机械零件多，零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。弹簧机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。目前弹簧操动机构技术已经成熟，因此用量较大。 永磁机构是一种全新的操动机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。其优势是结构简单、零件数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置。永磁机构分为两种类型：单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问
13、题及电子器件的可靠性等问题。目前其用量还不大。2.1.3 10kV 真空开关的支架及其它部件包括安装各功能组件的架体及绝缘支持件将各功能元件等等。2.2 10kV 真空开关的特点510kV 真空开关与其他开关相比，具有下列特点：（1）真空的绝缘强度高，熄弧能力强，燃弧时间短，全分断时间也短。（2）熄弧时间短，触头电磨损小，因此分断次数多，电寿命长，适于频繁操作，特别适合于切断电容性负载电路，触头不受外界有害气体的侵蚀。（3）触头开距小，减少了操动机构的操作功，机械寿命也长。（4）结构简单，在使用期限内，触头部分不需维修、检查，即使机构需要维修检察，也十分简便，需要的时间很短。（5）体积小，重量
14、轻。（6）环境污染小。开断在密闭容器内进行，电弧生成物不会污染周围环境，操作时也没有严重噪音，没有易燃易爆介质，无爆炸和火灾危险。3 10kV 真空开关的运行与维护3.1 10kV 真空开关的运行分析10kV 真空开关以其结构简单、机电寿命长、维护量小、无火灾危害和适宜频繁操作等优异特性在中压系统中得到广泛应用。从目前我国 10kV 真空开关运行状况来看，10kV 真空开关的故障率远远大于 SF6 开关，一方面 10kV 真空开关性能不够稳定，另一方面是前几年，我国高耗能企业用电负荷的增加，冶金、化工企业的开关频繁投退，造成电网电压不稳定，开关频繁受到过电压冲击，导致多台 10kV 真空开关受
15、损，主要集中在以下几方面：3.1.1 过电压的影响(1)载流过电压：影响载流过电压因素有：触头材料的饱和蒸汽压力，开断电流大小，触头的运动速度，开断次数。(2)多次复燃过电压：10kV 真空开关在切电力电器组或开断较大电感电流器时，即使载流过电压无问题，也有可能发生多次复燃，产生过电压。如厂家所选触头材料不严格或技术参数调整不当，如分合闸速度、弹跳、周期性都会影响负载流过电压或复燃过电压。(3)过电压的危险：不论是截流过电压还是重燃过电压，将会使开关动作瞬间的电压幅值在 4 倍于相电压左右，开关的绝缘将会受到危害，严重时开关绝缘将被击穿，发生爆炸现象。6(4)过电压防范措施：目前广泛采用方法有
16、：开关的截流值与开关触头材料有关。开关触头材料应选用铜合金，以降低开关截流值来减少截流过电压或降低复燃率。在感性负载上并联电路器。采用非线性电阻吸收器（如加装氧化锌避雷器） 。串联电感保护器。3.1.2 真空度的影响由于 10kV 真空开关的灭弧和绝缘介质是真空，衡量真空的标准是“真空度”，真空度是 10kV 真空开关的一项重要技术参数。按照国标运行和储存的 10kV真空开关的真空度不能低于 6.6x10-2Pa，工厂出厂的真空灭弧室的真空度要求达到 1.32x10-5Pa 以上。(1)真空度下降产生的危害：真空度下降严重影响 10kV 真空开关开断灭弧能力和绝缘水平，导致开关使用寿命急剧下降
17、，严重将引起开关爆炸。(2)真空度下降的原因：真空泡的材质或制作工艺存在着问题，有微小漏点。玻璃管或陶瓷管工艺差，多次操作震动后出现漏点。(3)真空度下降的防范措施：开关真空度下降直观反映是真空泡外部有放电现象，如有放电现象，要及时更换。观察方法有：火花计法、弧光法。定期对开关真空度进行测试，如真空度达不到技术要求的要及时更换。测试方法有：工频耐压法、真空度测试仪法。(4)真空度测试工作存在的问题：由于 10kV 真空开关本身没有定性、定量监测真空度的装置，真空度的测试只能靠真空度测试仪对真空度进行测试，鉴于目前市场上真空度测试仪性能还不够稳定，这项工作在我局还没有有效地展开，目前我局 10k
18、V 真空开关的真空度，多采用最简便、最简接的工频耐压法，这种方法只能判断灭弧室的优劣，不能测试出真空压力数据，不能反映出真空度的大小。因此效果差，效率低，有的还造成误判，因此开关真空度要用真空度测试仪和工频耐压测试法相互配合进行，以保证测试的准确性。3.1.3 机械润滑的影响我国目前运行的 10kV 真空开关，全部配的是弹簧机构，对于弹簧机构来说支持开关正常分、合闸所需的能量都是靠机械转动来储存、释放以及传递，因此机械润滑在弹簧机构中起了很重要的作用。部分 10kV 真空开关夏天分、合正常，冬天不能正常分、合。以及出现润滑脂质量差，或传动轴无润滑脂，引起7传动轴锈蚀，造成开关不能正常分、合闸现
19、象。造成机械润滑因素有：机械加工粗糙，造成卡滞现象。润滑脂质量差，容易失效或耐高温、耐低温性差，达不到润滑的作用。开关出厂前传动轴因忘加润滑脂造成传动轴生锈。润滑脂要选用耐高温、耐低温，时效长的高质量的润滑脂。对于忘加润滑脂的转轴圈，首先要用水砂纸进行打磨，除锈、清洗、再涂抹适量的润滑脂。3.1.4 10kV 真空开关的机械特性调整参数的影响10kV 真空开关的机械特性调整参数有动静触头的开距、压缩行程，分、合闸速度，触头合闸弹跳时间，接触电阻：（1）触头开距的调整不当产生的危害：触头开距决定于 10kV 真空开关的额定电压，也决定于使用条件下的分断性质和耐压要求。因此 10kV 真空开关的触
20、头开距选的过大不适应频繁操作的需要，还会降低真空灭弧室的电寿命和机械寿命，引起开断能力下降，开距选得过小会引起开断能力和耐压水平，使绝缘容易击穿。（2）引起开距变化的因素及防范措施：引起开距变化的最大因素一方面是调整不当，另一方面因材质差引起传动杆变形，机械磨损。对于不同型号，不同厂家的产品出厂前都要经过严格的测试、试验。安装后还要进行复测，对于本体与机构一体的 10kV 真空开关，由于导电部件、传动部件、机构部件，结构紧凑，根据运行多年后复测，开关开距都能保持在一个稳定的数值上，对于开距来说变化不是很大，而对于本体与机构分体的 10kV 真空开关来说部分10kV10kV 真空开关（本体为 1
21、0kV 真空开关，机构为 CD10 电磁机构）受机械应力的变化，拐臂轴销的磨损，电磁机构空行程的影响，开关的开距数值变化会很大，存在很大的隐患，对这类开关要加强监测工作，最好更换为本体、机构为一体的开关。（3）压缩行程调整不当产生的危害：压缩行程的主要作用是：保证触头在一定程度的电磨损后仍保持一定的接触压力，保证可靠接触。在触头闭合时提供缓冲，减小弹跳。在触头分闸时，使动触头获得一定的加速度，拉断熔焊点，减小燃弧时间，提高介质恢复速度。因此压缩行程调整过小，会使动静触头接触不良，电阻增大容易发热，压缩行程过大，会增大分闸弹振，这一弹振不仅对 10kV 真空开关的机械寿命产生不良影响，而且增加
22、10kV 真空开关8工作时重燃和重击穿几率。（4）引起压缩行程不稳定的因素及防范措施：压缩行程与开距一样，一方面是调整不当，另一方面受材质的影响比较大，多年来不论在开关安装调试中，还是停运检查中发现；一体式 10kV 真空开关的压缩行程都能保持在一个稳定的数值上，分体式的 10kV 真空开关（本体为 10kV 真空开关，机构沿用少油开关的 CD10 电磁机构）压缩行程变化很大,.因此对于分体式的 10kV 真空开关要及时更换。（5）分、合闸速度调整不当产生的危害：10kV 真空开关合闸时，触头的运动速度对开断性能和机械性能影响极大，10kV 真空开关触头运动速度过高，对于机构元件的机械强度，操
23、作过程中的震动， （包括弹跳和弹振）以及截流都会变成突出问题，如果过低，不仅对灭弧不利，加速触头的电磨损，还会引起开断的失败和重击穿的发生，产生严重的过电压。（6）影响分、合闸速度的因素及防范措施：由于 10kV 真空开关大多选用弹簧机构，对于弹簧机构来说，最致命的问题是弹簧的疲劳，开关靠储能弹簧，分闸弹簧释放能量来进行合闸、分闸，弹簧弹力的大小直接影响开关的分、合闸速度，开关处于运行状态时，储能弹簧、分闸弹簧始终处于拉伸状态，长时间的拉伸势必造成弹簧疲劳。开关本身没有能力监测到弹簧疲劳程度的装置，许多生产厂家也没有提到弹簧的使用周期，因此要靠我们日常的特性试验数据来判断弹簧的疲劳程度。我局早
24、期安装的浙江华仪厂的 ZW27-12、平顶山高压电器厂的 ZW27-1210kV 真空开关多次出现弹簧疲劳，弹力下降，造成开关不能正常分、合闸现象。对于弹簧严重疲劳，弹力下降，分、合闸速度达不到要求的开关要及时更换弹簧。（7）三相同期性调整不当产生的危害：10kV 真空开关的三相在分、合闸操作时要求灭弧室的触头同时分离和同时接触，最大误差不超过 1 毫秒。三相同期值偏大，严重影响 10kV 真空开关开断过电流的能力，影响开关的寿命，严重时能引起开关爆炸。（8）三相同期值偏大的原因及防范措施：三相同期值偏大的原因：触头开距调整不当，三项数值偏差大。开关本体机械性能较差，多次操作后，出现机械部件变形、卡滞等现象。分体式开关由于操作杆距离较大，
