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固封式真空断路器的发展概况
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自2003年7 月厦门华电开关有限公司与西安高压电器研究所联合研制的 ZN96(VEP)-12/1250-31.5 型固封式真空断路器率先通过国家级鉴定之后,业内对这种断路器的讲座愈来愈多。产品发展很快,高参数产品不断推出,在国内几个试验站已不难见到等待试验的各种参数的样品。产品正在完成系列化,用户已经开始使用推广,制造厂也开始考虑高速方向,开发或生产这种断路器。它已经成为近年来发展最快的一类高压电器产品。

固封式真空断路器的称为主要有别于敞开式真空灭弧室或用绝缘筒罩着灭弧室的真空断路器,比如 ZN28 或 VD4 、 VS1 型等。它的主要特点是将真空灭弧室及导电端子等零件用环氧树脂通过 APG 工艺包封成极柱,然后与机构组装成断路器。由于这种断路器有许多优点,技术又日趋成熟,已呈现出一代新型真空断路器的雏形。

一、国内外研究动向
  固封式真空断路器的研究工作始于上个世纪末,德国 ABB Calor Emang 公司为发展免维护真空断路器,开始了配永磁机构的 VM1 型固封式真空断路器的开发,以期逐步取代 VS1 型套筒式系列真空断路器,并于 2000 年完成了 12kV 、 1250A 、 31.5kA 的样品试制、试验。
  华电开关有限公司的前身-厦门永盈科技有限公司,在对固封的工艺技术,用户产品的要求及国内外水平仔细分析研究后,也投入到该项研究领域,开始了配弹簧操动机构的 VEP 型固封式真空断路器及其成套设备的研究试制,与西安高压电器研究所合作,吸纳国内外专家进行联合设计,从真空灭弧室、操作机构、断路器以到开关柜在内的各个环节综合考虑,进行完善的设计。华电公司于 2002 年完成了 12kV 、 1250A 、 31.5kA 样机的型式试验,并于 2003 年 7 月首家通过了国家级鉴定。
2002 年,厦门 ABB 及西安森源公司也开始进行配弹簧操动机构的固封式断路器原研究,派生出 VD4P 及 VS1 +系列真空断路器。目前 VD4P 参数也达到 12kV 、 2500A 、 40kA 。 VS1 +型的 12kV 、 1250A 、 31.5kA 去年 8 月通过鉴定。
  厦门华电的 VEP 型参数已达到 12kV 、 3150A 、 50kA ,断路器配柜,强迫风冷,额定电流达 4000A 。
  二、固封式真空断路器的结构
  不同品牌的固封式真空断路器结构上下不尽相同。机构的差异大些,极柱的外形、结构差异不大,但其功能都是一样的,使断路器:
1. 减少了装配高速环节,提高了机械可靠性。
2. 没有了相间及对地绝缘易受污秽、凝露影响的缺陷。
3. 防止了真空灭弧室易受外界撞击的危险。
4. 增强了主回路的外爬距,提高了灭弧室耐受电压水平。
5. 灭弧室的免维护,为断路器免维护创造了条件。
无论是配永磁机构或是配弹簧操动机构的固封式断路器,从开始被研究到诞生,都是和提高可靠性、追求免维护联系在一起的。所以任何一家公司去研究这种断路器时,除必须投入浇铸工艺技术研究外,还必须在操作机构上下功夫,精心设计,筒化结构,提高可靠性。 VD4P、 VS1 +型断路器柚木钐的是 VD4 、 VS1 系列机构,大家都很熟悉。厦门华电 VEP 型弹簧操动机构是一个典型模块化设计,它殷功能元件集中且分别装成独立的分闸模块和合闸模块,然后置于机构箱内,辅以其它部件,完成整机装配。这种结构提高了工艺,质量稳定,适宜批量生产。
  固封工艺是这种断路器的核心,在实施过程中,各公司有所不同。真空灭弧室与环氧树脂的结合,有采用过渡材料的,也在采用改性树脂的。其目的是保证无机陶瓷与有机树脂的紧密结合。既要保证机械程度,又要提高灭弧室的电气性能。也就是说,在灭弧室和树脂间或它们与过渡层之间应紧密粘结,不能有气隙,形成两张皮。要解决浇铸过程中收缩不一致,粘结强度及产业化等工艺问题。
  固封式真空断路器的电气性能除了决定真空灭弧室外,极柱的结构设计也至关重要。极柱结构除考虑绝缘外,还应考虑强度及散热问题。大电流情况下,甚至要与真空灭弧室一并考虑。从性能、成本上综合考虑,真空灭弧室亦单独设计成一个系列较为合理。
  固封技术专业化很强,需要有条件的公司来完成,以便控制极柱质量。极柱是断路器的产要部件,是与机构、断路器本体一起设计的。所以,要生产固封工真空断路器的公司,一定要有自己的浇铸工艺线,才能保证断路器的专业化批量生产。由一个公司供应极柱,其它开关厂只配机构生产断路器不是一个好的办法。我认为,那样会使断路器、机构、极柱的综合优势发挥不出来,因为设计总是在最初的综合条件下完成的,没有也不可能考虑到极柱设计与其它公司的机构配合问题。
  三、固封式真空断路器的参数及系列化
  正如前面介绍,固封式真空断路器经过几年的研究,技术上已获得突破,参数也愈做愈高,系列逐渐形成。产品逐渐被用户所接受和推广,是传统真空断路器的理想换代产品。
  现将几家主要公司研究、生产的参数列于表 1 ,供大家国内外这个领域的发展动态。所列数据是各公司通过型式试验的样品数据,对用户选用更具有现实性。

表 1

公司名称及型号

额定电压及电流

额定短路开断电流

ABB calor Emag

VM1

12kV 630, 1250A

12kV 1250A

12kV 1600, 2000, 2500A

31.5kA

40kA

40kA

厦门 ABB

VD4

12kV 630, 1250A

12kV 1250A

12kV 1600, 2000, 2500A

31.5kA

40kA

40kA

西安森源

VSm

VS1+

12kV 1250A

12kV 1250A

31.5kA

31.5kA

厦门华电

VEP

12kV 630, 1250A

12kV 1600, 2000, 2500A

12kV 2500, 3150A

12kV 4000A *

12kV 3150A

31.5kA

40kA

40kA

40kA

50kA


* 指强迫风冷下断路器达到的额定电流
  纵观这些数据,在固封式真空断路器领域,我国已走在世界前列。厦门华电的产品参数已达到传统断路器 VD4 、 VS1 型的水平, 12kV 等级、系列基本形成,在国内一些重点工程已经开始采用。华电的 VEP 型产品已开始出口欧洲和东南亚。固封式真空断路器的生命力开始显现。国内十多家公司配 VEP 型完成了开关试验,预计不久,生产、使用固封式真空断路器的新局面就要到来。
  技术的发展,产品的更新换代是事物发展的尽然规律。固封式真空断路器的推出必定会加快真空断路器换代的步伐。我国市场的 ZN28 及 VD4 和 VS1 型所走过的路程,基本上反映了灭弧室敞开式和套筒式真空断路器的发展过程。仔细分析真空断路器发展历史,基本上十年出现一代产品。现在,正是固封式真空断路器诞生的时机。另一方面,用户对高可靠性、免维护、小型化的要求也愈来愈迫切,市场也呼唤新一代产品问世。我国现在走的路,已赶上和超越了发达国家,只要我们在解决先进性的开发过程中,解决好生产、工艺问题,新一代的固封式真空断路器不仅会在国内市场发挥作用,而且在国际市场也会有广阔的前景。
出处: 作者:网络文摘
 
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