黄述安 宫小健

摘要：真空断路器不仅在电力系统中起到了保护与控制的双重作用，而且因其在性能、环保等方面所持有的优点，所以明确了其在中压电网领域中的领军地位。文章结合实际工作经验，从真空断路器机械可靠性的特点出发，并就其机械可靠性研究的方法进行了分析与探讨。

关键词：真空断路器；机械可靠性；电力系统

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0016-02

真空断路器具有重量轻、体积小、适用于频繁操作以及灭弧不用检修等诸多优点，然而这些优点都是建立在其高度的可靠性之上的。根据近年来电力系统中真空断路器故障统计率的分析，可以得出约有80%以上的故障为机械故障。因此如何有效提升真空断路器的机械可靠性，并延长其机械寿命已然成为了当前真空断路器研究领域中的一项重要课题。

1 真空断路器概述及机械可靠性特点

1.1 真空断路器概述

伴随全球化无油开关地位的落实，新时期背景下真空断路器俨然已经成为了重要性支柱。同时，真空断路器具有可靠性高、断流能力强、结构紧凑、维护性低、良好的灭弧性质等多种优势，目前在我国的中压（66、35、10、6kV）供配电系统中，真空断路器的市场占有率已高达95%以上。

以VD4型真空断路器为例，根据功能特点可主要划分为导电、灭弧部件，涉及到导体、触头系统、真空灭弧室等等；与之相比，开关本体涉及到支撑、传动的部件以及操作、控制机构。想要实现此断路器功能，需要借助机械部件之间的合理配合和运用，所以不难看出其功能实现需要借助机械部件的综合实施。

1.2 真空断路器机械可靠性特点

随着当前大量的研究投入到真空断路器的磁路设计、电弧特性以及触头结构材料等方面，使真空断路器在电气可靠性水平方面得到了很大的提升，然而其机械可靠性依旧成为导致其良好运行的主要原因之一，并占据一半以上的故障比例。

断路器机械可靠性特点，一方面主要表现在操动机构的机械可靠性方面，并体现在合闸与分闸的瞬时切换过程当中；另一方面由于真空断路器作为一种保护类产品，其机械故障类型和失效机理与普通的机械产品有所区别，因此对其机械可靠性研究需要大量的可靠性试验与数据分析。当前对真空断路器机械可靠性的研究，主要是通过查找其机械结构中存在的缺陷，例如设计、材料、加工精度、机械强度等，来确保故障诊断与监测方面的研究等方式加以实现。

2 真空断路器机械可靠性试验

2.1 研究分析

选择10kV户内永磁操动式真空断路器，作为本次进行实验的研究对象。永磁操动式真空断路器的操作主要由一个电气装置完成，并可以完成联锁、传送信号、解锁和自我诊断的功能，且由于它是靠电气提供控制的，而且要有电源供给，也使得这种断路器的操作寿命普遍可以达到l00000次。

本试验中选取了6台永磁操动式真空断路器进行机械的寿命试验，并在室温环境下操作，初始设计试验结束时间为50000次机械操作，为了保证实验的准确性，必须确保4台以上的真空断路器（含4台）有效。一旦在实验完毕之后，仍未与最初的设计要求相一致，可以在科学合理的范围内顺延整个实验持续的时间。驱动器能够提供真空断路器操作过程中所需要的能源；控制器发出合、分闸命令，确保循环操作设置的有效完成。试验中要求每一台真空断路器的操作回路均应独立，共使用两台控制器，其中每台控制器分别控制3台断路器。

2.2 试验过程与测试周期

该试验依据《高压开关设备常温下的机械试验》与《高压交流断路器》的技术标准要求，在常温环境下对6台真空断路器的回路电阻值与初始机械特性进行了测量，并进行绝缘测试，试验在进行过程中，必须保证断路器的相应机械特性以及回路电阻值均应在相应的技术标准要求范围以内，对机械特性的测试还应当在主回路空载条件下进行。试验首先在驱动器上加直流120%Ue（额定电压Ue=220V），进行1000次合闸与分闸操作；然后依次在110%Ue、Ue、80%Ue、75%Ue条件下进行1000次合闸与分闸操作，研究并分析断路器出现失效情况。在试验循环过程中不进行任何调整，但每10000次机械操作对主要机械部件进行润滑处理。

2.3 故障判定

真空断路器的故障，主要判断依据是失效情况。断路器在工作过程中接到分合闸命令后，需要以规定的机械特性进行分合操作，并能在操作结束后实现可靠性能的保持，试验结束后仍然能够达到额定的绝缘水平电压值。如上述要求没有满足时，均可视为真空断路器出现故障，并判定其失效。

（1）该级别对真空断路器的功能基本没有影响，主要表现为工艺瑕疵，例如固定用螺钉的松动等；（2）该级别指真空断路器的功能影响较为严重，主要表现为机械特性超出技术标准范围，机械性能指标退化；（3）该级别是影响真空断路器功能实现最为明显且严重的，归结其主要原因为物理失效。与此同时，表现出断路器机械性能丧失，例如操动杆卡涩、控制器故障、绝缘失败等等。

本文试验对真空断路器故障的判定主要是（2）、（3），记录（1）类现象，但是其并不能视为实验失效的参考依据。

2.4 试验测试参数

该试验中对真空断路器的机械特性测试量主要包括了超程、开距、分闸与合闸的不同期性、合闸的弹跳时间、平均分闸与合闸的速度以及分合闸时间等等。上述机械特性内容一旦涉及实验，必须借助专业性的机械特性测试仪器加以测量，以此来确保整个实验操作过程以及结果的可靠性、可行性。

2.5 试验结果分析

在真空断路器机械特性的测量试验中，由于机械特性测试仪器中控制输出端为220V直流电压，而驱动器外接的按钮控制信号，继电器在使用时其线圈具有激励回应时间而导致信号在传递过程中出现延时。因此对真空继电器进行时间测试时，还应当将所测得的时间和与之相对应的继电器的时间相减。

真空断路器分、合闸时间与断路器操作次数无明显变化；分闸速度稍微有所下降，而合闸速度在0.5m/s的附近波动。以上机械特性参数均在技术要求的范围以内。

3 结语

真空断路器在我国中压系统中，已成为了占据主导地位的开关电器，其品种繁多、数量巨大，不仅有力推动了我国开关无油化的进程，同时也促进了电力工业的蓬勃发展。本文从真空断路器机械可靠性特点出发，并就相关的可靠性研究方法进行了分析与探讨，以此希望能对当前真空断路器的设计、改进以及运行维护等方面提供一定的参考与借鉴。

参考文献

[1] 吴波，黎明发.机械零件与系统可靠性模型[M].北

京：化学工业出版社，2003.

[2] 徐国政，张节容，等.高压断路器原理和应用[M].

北京：清华大学出版社，2002.

[3] 黄述安，王迪森.商洛供电局变电站现场运行规程.

国家电网公司内部资料.

作者简介：黄述安（1976—），商洛供电局工程师，研究方向：变电维修及安全培训。