從特點(diǎn)趨勢探討真空開關(guān)與柜型的設(shè)計(jì)思路

摘要：本文根據(jù)真空開關(guān)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際探討了開發(fā)超特高壓真空開關(guān)與中壓雙層柜型設(shè)計(jì)和真空開關(guān)彈跳/分合不同期/合閘功偏大對機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些思路，供大家參考。 　　 關(guān)鍵詞：真空開關(guān)、真空斷路器、雙層開關(guān)柜、操作傳動機(jī)構(gòu) 　　 　　1．目前國際真空開關(guān)的發(fā)展趨勢 　　 　　真空開關(guān)包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)和接觸器。真空開關(guān)有優(yōu)越的絕緣滅弧性能/壽命長/免維護(hù)/體積小，受到用戶的喜愛，其發(fā)展勁頭也是勢不可擋。真空開關(guān)2004年已占我國中壓開關(guān)市場的99%，世界市場也超過65%，2000年漢諾威世界工業(yè)博覽會參展的中壓開關(guān)產(chǎn)品均為清一色的真空斷路器。國外大公司都已完成了從SF6到真空開關(guān)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。隨著1997年聯(lián)合國氣候變化框架公約《京都議定書》的簽定，SF6氣體絕緣開關(guān)將受到環(huán)境保護(hù)的限制。[1] 　　 　　氣體密封絕緣的致命弱點(diǎn)是要全天候的動態(tài)密封，用戶要檢漏補(bǔ)氣維護(hù)麻煩，制造材料工藝要求又高，環(huán)保限制又來雪上加霜，看來氣體絕緣也和油絕緣一樣快走到盡頭。機(jī)電行家都知道，最難做的產(chǎn)品是開關(guān)，特別是戶外動態(tài)密封開關(guān)！氣體絕緣開關(guān)雖然制造成本低，但維護(hù)成本高于真空開關(guān)。 　　 　　伴隨著145kV/40kA單斷口和800kV/40kA串聯(lián)14斷口高壓真空斷路器的誕生成熟和不斷完善廉價(jià)，可以預(yù)言：真空開關(guān)以其優(yōu)越的性能不僅能占領(lǐng)高壓領(lǐng)域，還將進(jìn)軍超高壓和特高壓開關(guān)的行列，大有將來一統(tǒng)天下的趨勢！應(yīng)當(dāng)把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到真空開關(guān)上來。 　　 　　真空開關(guān)/柜結(jié)構(gòu)的發(fā)展有幾個(gè)方面值得注意：高壓串聯(lián)真空斷口的出現(xiàn)已經(jīng)指引了進(jìn)軍超/特高壓的途徑，解決了耐壓和傳動的問題，即斷口串聯(lián)和操作傳動并聯(lián)?？磥砭褪Ｂ?lián)合集中投資的意題了。 　　 　　中壓真空開關(guān)采用了固體封閉絕緣，1998年又誕生了4工位真空滅弧室，使體積更加小型化，帶來開關(guān)柜的小型化，可以降低產(chǎn)品制造/材料/存放/搬運(yùn)/安裝/電室建筑的空間/面積和成本，也給柜型設(shè)計(jì)帶來廣闊的空間。 　　 　　目前12kV真空開關(guān)柜傾向于中置柜型，其空間仍有富余。在更加小型化的將來，發(fā)展雙層回路組合柜型是一大優(yōu)勢，可以減少售價(jià)和一半空間。固體封閉絕緣給柜內(nèi)短路故障的減少帶來了福音，也給柜型的空間組合，是否保留泄壓通道提供了方便。當(dāng)然雙層柜要想設(shè)計(jì)的好，能兼顧各種方案和進(jìn)出線也是不容易的。現(xiàn)有的雙層柜從方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活方便適用來講并非很理想，體積也偏大。開關(guān)柜最難和最精彩的就是全套方案組合型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。真空開關(guān)與柜應(yīng)該在小型化方面做更多的文章。 　　 2.真空開關(guān)的一些特點(diǎn) 　　 　　真空開關(guān)對設(shè)計(jì)影響最大的特點(diǎn)就是免維護(hù)/體積小/開距小，有截流過壓/彈跳/重燃/分合不同期/合閘功偏大造成合閘速度低[2]等。彈跳和合閘功偏大問題最多，應(yīng)該都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題。例如：南方某日資廠成批的真空開關(guān)出現(xiàn)彈跳超限影響交貨，ZN28類型結(jié)構(gòu)的開關(guān)容易發(fā)生彈跳，國外ABB/西門子/東芝/三菱等公司的真空開關(guān)都有彈跳。 　　 　　合閘功偏大造成合閘速度低的問題，主要是由真空滅弧室自閉力和分閘防重燃的油緩沖彈簧力與所配操作機(jī)構(gòu)的復(fù)位力引起。真空開關(guān)的特點(diǎn)不像油/氣開關(guān)在分閘位置能放松分閘彈簧，而是要由分閘彈簧來克服滅弧室自閉力和油緩沖彈簧力與操作機(jī)構(gòu)的復(fù)位力，才能將動觸頭拉到分閘位置。這就提高了分閘彈簧的起點(diǎn)拉力，水漲船高，分閘彈簧在合閘位置的拉力也提高了。即增加了合閘功，也降低了合閘速度，最終導(dǎo)致操作機(jī)構(gòu)大型化[2]。例如：南方某廠引進(jìn)日本真空斷路器國產(chǎn)化后，分合速度均不能同時(shí)達(dá)到要求的上限值，成剪刀差。ZN28類型的開關(guān)都要加大操作機(jī)構(gòu)功率。此類問題普遍存在，分閘彈簧設(shè)計(jì)的好能接近上限值，都難做到游刃有余。 　　 　　3．真空開關(guān)與柜的設(shè)計(jì)思路探討 　　 　　要發(fā)揮真空開關(guān)的長處，解決短處，有以下設(shè)計(jì)思路： 　　 　　應(yīng)當(dāng)爭取先機(jī)加快投入高壓和超/特高壓真空開關(guān)的研制開發(fā)。 　　 　　中壓真空開關(guān)的小型化有利于發(fā)展雙層柜，模塊化。可有單母線型/單母線分段型/雙母線型等結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同用戶，方便雙電源母線雙回路布置切換接線，變原來雙排柜布置為單排柜上下層布置。也使中壓自動轉(zhuǎn)換開關(guān)單元能夠?qū)崿F(xiàn)（或用單層單車雙斷路器式，也可以單車雙斷口串聯(lián)連鎖操作式）。雙層柜的門可以做成下翻斜拉托板式，門內(nèi)有導(dǎo)軌，用來承放拉出的手車，可以省去專用支承車。還可以借用關(guān)門的杠桿力作用推進(jìn)手車。手車結(jié)構(gòu)體積的改良有決于滅弧室的袖珍化。還要解決封閉絕緣的散熱問題。要想設(shè)計(jì)的實(shí)用完美是要花一番功夫的，這是一塊未盡可塑的天地，極任設(shè)計(jì)師盡情發(fā)揮游龍飛天。 　　 　　分合不同期超限的問題，除了調(diào)整不當(dāng)以外，主軸過長也有影響，小型化后會迎刃而解。 　　 　　彈跳超限的問題，主要有操作機(jī)構(gòu)過沖引起和開關(guān)死區(qū)設(shè)計(jì)不合理。筆者曾經(jīng)在ZN28開關(guān)和操作機(jī)構(gòu)上做過改進(jìn)，彈跳消失為零。 　　 　　針對真空開關(guān)合閘功偏大的問題，筆者找到一種解決辦法：可以采用傳動省力機(jī)構(gòu)，類似晶體三極管放大器，暫叫它“機(jī)械三極管放大機(jī)構(gòu)”。必要時(shí)可用二級“三極管放大機(jī)構(gòu)”，能大幅度減小操作功！對真空開關(guān)的機(jī)械特性和特點(diǎn)來講是最合適不過了。目前國外開關(guān)還未見采用，在開關(guān)的很多地方只要條件合適都可以應(yīng)用。SF6氣體開關(guān)采用的是自能式省力機(jī)構(gòu)，但只限于中小容量的開關(guān)。 　　 　　我國真空開關(guān)/柜的發(fā)展和其他產(chǎn)品一樣，離不開國人用戶以民族大義的支持，否則國企資金難以積累投入開發(fā)，民族工業(yè)何以立林。 　　 　　以上淺見為引玉之磚，供大家參考借鑒指正。 　　 　　參考文獻(xiàn) 　　 　　[1]《高壓開關(guān)行業(yè)通訊》［J］2006-3期 　　 　　[2]談?wù)婵臻_關(guān)與操動機(jī)構(gòu)的配合問題.王強(qiáng).《電氣開關(guān)》［J］2003-4期