真空滅弧室作為真空斷路器的“心臟”，它對(duì)控制真空電弧完成導(dǎo)體和絕緣體之間的開(kāi)關(guān)作用的轉(zhuǎn)換起著極其重要的作用，對(duì)于能否成功投切電容器組也起著重要的作用。那么如何提高真空開(kāi)關(guān)投切電容器組的能力，也是我們滅弧室生產(chǎn)廠家需要認(rèn)真研究的問(wèn)題。

　　2 真空開(kāi)關(guān)投切電容器組時(shí)發(fā)生重燃現(xiàn)象的特點(diǎn)

　　真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)引起重燃的原因究竟是什么?這需要從真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)出現(xiàn)的重燃現(xiàn)象的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析。我們發(fā)現(xiàn)，在真空開(kāi)關(guān)切合電容器組時(shí)，發(fā)生的重燃現(xiàn)象主要表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

　　2.1 重燃現(xiàn)象的出現(xiàn)有很大的偶然性和隨機(jī)性;

　　多次觀察到的重燃現(xiàn)象表明，無(wú)論是重燃發(fā)生的時(shí)間，還是開(kāi)斷次數(shù)、開(kāi)斷電流的大小、重燃發(fā)生在哪一相，都毫無(wú)規(guī)律性，無(wú)法預(yù)測(cè)重燃會(huì)在哪次開(kāi)斷時(shí)發(fā)生、發(fā)生在哪一相，在電弧熄滅后什么時(shí)間發(fā)生。重燃的發(fā)生表現(xiàn)出很大的偶然性和隨機(jī)性，只具有一定的概率性，這就給人們研究真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)的重燃現(xiàn)象增加了難度。

　　2.2 重燃現(xiàn)象往往出現(xiàn)在電流開(kāi)斷后40~100多ms之間;

　　真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)，從電壓波形圖上可以看出，電壓的重?fù)舸┈F(xiàn)象與一般的短路電流開(kāi)斷過(guò)程中的重燃現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間有很大的不同，短路電流開(kāi)斷過(guò)程中的重燃現(xiàn)象一般出現(xiàn)在電弧熄滅后幾毫秒，最多也不會(huì)超過(guò)一個(gè)周波，而在切合電容器組時(shí)的重燃現(xiàn)象往往出現(xiàn)在電弧熄滅后40~100多毫秒之間，有時(shí)甚至?xí)r間更長(zhǎng)。因此可以斷定，真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)的重燃與其在短路電流開(kāi)斷過(guò)程中的重燃在機(jī)理上是不同的。

　　3 從傳統(tǒng)的影響真空滅弧室性能的方面來(lái)分析原因

　　既然真空開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)發(fā)生的重燃現(xiàn)象有以上特點(diǎn)，那么我們嘗試從傳統(tǒng)的可能影響真空滅弧室性能的幾個(gè)方面來(lái)分析其原因：

　　3.1 真空度

　　眾所周知，真空滅弧室將真空作為絕緣介質(zhì)，使其具有滅弧能力強(qiáng)，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度快，絕緣強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，因此保持真空滅弧室內(nèi)必要的真空度就很重要。

　　當(dāng)真空滅弧室內(nèi)真空度太低時(shí)，在開(kāi)斷過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電弧不能熄滅或重燃的現(xiàn)象。但真空度低所造成的重燃應(yīng)該是連續(xù)的，且有近似的重復(fù)性，而在真空開(kāi)關(guān)切合電容器組時(shí)發(fā)生的重燃是非連續(xù)性的，具有偶然性;而且用于進(jìn)行切合電容器的真空滅弧室即使在試驗(yàn)前對(duì)其真空度進(jìn)行測(cè)量，甚至用特意制造并挑選過(guò)的真空度較高的滅弧室進(jìn)行試驗(yàn)，仍然出現(xiàn)了重燃現(xiàn)象，在試驗(yàn)后對(duì)出現(xiàn)過(guò)重燃現(xiàn)象的滅弧室進(jìn)行真空度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)真空度良好。因此由于真空度低的原因造成開(kāi)關(guān)重燃的觀點(diǎn)顯然是不能成立的。

　　3.2 滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　如果滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，使滅弧室內(nèi)部的電場(chǎng)分布不夠均勻或者對(duì)電弧的控制能力不夠，使得滅弧室的滅弧性能較差，將會(huì)造成在開(kāi)斷過(guò)程中電弧不能熄滅或不能承受瞬態(tài)恢復(fù)電壓，使開(kāi)斷失敗。但是這種原因所致的開(kāi)斷失敗主要表現(xiàn)在極限短路電流的開(kāi)斷試驗(yàn)中，這時(shí)短路電流一般達(dá)幾十千安，開(kāi)斷失敗的特征是電弧只有短時(shí)熄滅，又迅速重燃，同時(shí)伴隨有巨大的能量放出，甚至可以將開(kāi)關(guān)或滅弧室燒毀。

　　用于切合電容器的真空開(kāi)關(guān)或真空滅弧室型號(hào)一般都經(jīng)過(guò)了包括短路電流開(kāi)斷的型式試驗(yàn)的驗(yàn)證，證明其具有額定短路電流的開(kāi)斷能力，而在切合電容器組時(shí)的開(kāi)斷電流往往不超過(guò)幾百安培，真空滅弧室開(kāi)斷這個(gè)等級(jí)的電流不存在任何困難，因此滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)發(fā)生的重燃現(xiàn)象沒(méi)有直接的因果關(guān)系。

　　3.3 觸頭材料

　　在其他條件不變的情況下，真空滅弧室的觸頭材料對(duì)擊穿電壓有很大的影響。早期生產(chǎn)的滅弧室使用的觸頭材料多為銅鉍鈰、銅鉍鋁等，這些材料由于含有低熔點(diǎn)的金屬(鉍)，其擊穿電壓比較低，容易出現(xiàn)電壓擊穿。但自從使用綜合性能比較優(yōu)良的銅鉻材料后，產(chǎn)品的耐壓能力得到了提高，使滅弧室可以在更小的開(kāi)距下開(kāi)斷更大的電流。我們現(xiàn)在的斷路器用滅弧室的觸頭材料都是銅鉻材料，可以保證滅弧室具有良好的耐壓性能。而且由于觸頭材料的原因?qū)е碌膿舸?huì)在電弧熄滅后幾毫秒內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)，這也與開(kāi)關(guān)在切合電容器組時(shí)的重燃特征不同。由此可見(jiàn)，觸頭材料的性能或選擇并不是造成國(guó)產(chǎn)滅弧室重燃率高的根本原因。

　　4 從投切電容器組的過(guò)程來(lái)分析發(fā)生重燃的原因

　　我們?cè)購(gòu)耐肚须娙萜鹘M的過(guò)程來(lái)分析發(fā)生重燃的原因：電容器組在投切前已經(jīng)被充電，自身具有一定的電壓，開(kāi)關(guān)接到分閘指令后斷開(kāi)，電弧熄滅，外部線路為隨著時(shí)間而不斷變化極性的交流電壓，因此開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后將受反向的電壓，使開(kāi)關(guān)斷口最大需要承受2倍的正常線路電壓，這是比一般的開(kāi)斷過(guò)程要嚴(yán)酷的地方;而且切合電容器組時(shí)的電流一般較小，不超過(guò)數(shù)百安培，電流開(kāi)斷過(guò)程本身并不存在困難，因此切合電容器組時(shí)發(fā)生重燃主要是電壓擊穿的過(guò)程。

　　電壓擊穿主要有兩種方式：場(chǎng)致發(fā)射和微粒擊穿。我們都知道，在真空中場(chǎng)致發(fā)射導(dǎo)致的擊穿時(shí)間非常短，一般不超過(guò)幾毫秒，這與在切合電容器組時(shí)觀察到的延時(shí)幾十毫秒才擊穿的現(xiàn)象不符，因此可以排除由于場(chǎng)致發(fā)射導(dǎo)致重燃的可能。那么由于微粒擊穿而導(dǎo)致重燃的可能性又怎么樣呢?我們都知道，真空滅弧室在制造過(guò)程中要保證滅弧室內(nèi)部的真空度，必須保證滅弧室內(nèi)的清潔，但不可避免滅弧室內(nèi)部總會(huì)有各種微粒，電極表面總會(huì)粘附有一些小質(zhì)點(diǎn)，零件總會(huì)有一些毛刺，滅弧室在裝配過(guò)程中總會(huì)帶進(jìn)一些油污、汗?jié)n、棉紗纖維，這些微粒在電場(chǎng)的作用下會(huì)附著電荷，并可能在開(kāi)關(guān)的動(dòng)作過(guò)程中被釋放而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，具有一定的動(dòng)能，如果電場(chǎng)足夠強(qiáng)，微粒的直徑和質(zhì)量又合適，在穿過(guò)間隙到達(dá)另一電極時(shí)已經(jīng)具有很大的動(dòng)能，在與另一電極碰撞時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使微粒本身蒸發(fā)變成蒸汽擴(kuò)散，使局部的粒子密度迅速變大，這些粒子又與場(chǎng)致發(fā)射的電子產(chǎn)生碰撞游離，最終導(dǎo)致間隙的放電擊穿。

　　活動(dòng)性微粒的存在與管子的真空度、管子的結(jié)構(gòu)、觸頭材料的性能是沒(méi)有直接關(guān)系的，它的掉落具有偶然性，引起放電的時(shí)間也是短暫的。因此可以確定，真空開(kāi)關(guān)在投切電容器組時(shí)的重燃現(xiàn)象是分閘操作中的機(jī)械振動(dòng)引起滅弧室內(nèi)的微粒釋放所造成的擊穿所致，重燃概率的高低僅與管內(nèi)存在微粒的多少有關(guān)，且隨著系統(tǒng)電壓的增加，投切電容器組時(shí)發(fā)生重燃的可能性會(huì)明顯增加。滅弧室投切電容器組的性能與其短路開(kāi)斷性能之間沒(méi)有直接的關(guān)系，其性能與滅弧室的設(shè)計(jì)參數(shù)、零件表面光潔度、滅弧室的清潔度及其制造工藝密切相關(guān)。

　　5 用微粒擊穿理論對(duì)真空開(kāi)關(guān)在投切電容器組試驗(yàn)過(guò)程中各種現(xiàn)象的解釋

　　按照微粒擊穿理論，真空開(kāi)關(guān)在投切電容器組的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的許多現(xiàn)象都可以得到很好的解釋，也可以分析出對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素有哪些：

　　(1)從大量的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的真空滅弧室發(fā)生重燃的概率不同，有時(shí)甚至有較大的差距，這是由于真空開(kāi)關(guān)的重燃率與真空滅弧室的生產(chǎn)廠家或工藝有一定的關(guān)系，不同的生產(chǎn)廠家其生產(chǎn)工藝過(guò)程存在一定的差異，在生產(chǎn)過(guò)程中的工藝控制也有所不同，因此也造成帶進(jìn)滅弧室內(nèi)的微粒數(shù)量有較大的差異，這必然對(duì)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。

　　(2)在試驗(yàn)中也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，用同批的滅弧室裝配在斷路器上進(jìn)行切電容試驗(yàn)，結(jié)果其中的一臺(tái)反復(fù)發(fā)生重燃擊穿，甚至將在別的斷路器上已經(jīng)通過(guò)試驗(yàn)的滅弧室調(diào)換過(guò)來(lái)也不行，最后發(fā)現(xiàn)裝配時(shí)滅弧室的導(dǎo)電桿不很正，經(jīng)調(diào)整裝配使導(dǎo)電桿對(duì)正后，最終順利通過(guò)了試驗(yàn)。因此斷路器的裝配質(zhì)量對(duì)重燃率的大小有很大的影響。當(dāng)導(dǎo)電桿裝配的不正時(shí)，開(kāi)關(guān)在合閘過(guò)程中，必然造成能量的集中釋放，使觸頭發(fā)生劇烈的彈跳，這時(shí)滅弧室內(nèi)原來(lái)粘附的微粒就會(huì)變成運(yùn)動(dòng)性的，在分閘過(guò)程中就容易引發(fā)重燃;而且導(dǎo)電桿裝配不正時(shí)，必然造成觸頭與屏蔽筒的距離發(fā)生變化，有可能造成局部高壓電場(chǎng)的畸變，因此而導(dǎo)致滅弧室擊穿。

　　(3)在大量的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)斷路器的分合閘速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響，因?yàn)榉珠l速度太大將會(huì)產(chǎn)生較大的分閘彈振，合閘速度太大將會(huì)產(chǎn)生較大的合閘彈跳，這些操作都將會(huì)使滅弧室內(nèi)的微粒由粘附性的變成運(yùn)動(dòng)性的，將導(dǎo)致在試驗(yàn)過(guò)程中的重?fù)舸┌l(fā)生。

　　(4)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)重?fù)舸└怕孰S著投切次數(shù)的增加而減少，在投切初始的幾次，出現(xiàn)重?fù)舸┑母怕瘦^大，隨著投切次數(shù)的增加重?fù)舸┑母怕拭黠@減少。這是管子內(nèi)部可活動(dòng)性的雜質(zhì)微粒被燒掉，微粒數(shù)目逐步減少之緣故。

　　(5)廣東省電力試驗(yàn)研究所為了尋找真空斷路器投切電容器組時(shí)發(fā)生重燃甚至電容器組發(fā)生爆炸的原因，把5組不同批號(hào)的普通型或高潔凈度型的真空滅弧室作為樣品，按先后次序安裝于同一組真空斷路器上進(jìn)行投切同一組電容器組試驗(yàn)，并每次更換滅弧室后均保證真空斷路器機(jī)械特性參數(shù)前后一致，結(jié)果證明真空滅弧室內(nèi)部潔凈度是影響真空斷路器投切電容器組重?fù)舸┞实闹匾蛩?，結(jié)果如表1所示。(試驗(yàn)所用的真空滅弧室為BD401)

　　廣東電力運(yùn)行部門根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證提供的技術(shù)依據(jù)，為防止電容器組爆炸等類似事故發(fā)生，把原普通型的真空滅弧室全部更換為高潔凈度的真空滅弧室，更換后運(yùn)行多年，無(wú)事故發(fā)生。這也為微粒擊穿理論提供了有力的實(shí)踐支持。

　　6 減少重燃率應(yīng)采取的措施和對(duì)策

　　既然我們已經(jīng)基本確定了重燃的機(jī)理，并分析清楚了影響重燃的因素，那么我們就可以有針對(duì)性的采取措施來(lái)提高真空開(kāi)關(guān)投切電容器組時(shí)的可靠性，減少發(fā)生重燃的幾率：

　　(1)完善和控制滅弧室生產(chǎn)過(guò)程，從零部件制造和生產(chǎn)工藝方面減少管內(nèi)微粒的數(shù)量。

　　1)在金屬零件的加工過(guò)程中，盡量避免和祛除干凈零件的毛刺;提高零件表面質(zhì)量，保證零件的表面光潔度。

　　2)在整管裝配前堅(jiān)持對(duì)部件進(jìn)行有效的超聲波清洗，可以取得明顯的效果;不斷改進(jìn)清洗工藝，使滅弧室內(nèi)的微粒通過(guò)清洗盡量祛除干凈。

　　3)在生產(chǎn)過(guò)程中，保持良好的真空衛(wèi)生和工作習(xí)慣，有效控制操作間內(nèi)的空氣濕度和空氣中懸浮微粒的數(shù)量。

　　4)科學(xué)組織生產(chǎn)，使滅弧室的部件或觸頭加工出來(lái)后盡量減少存放時(shí)間，及時(shí)裝配進(jìn)爐，減少零部件氧化、污染的幾率。

　　5)對(duì)用于投切電容器組的真空滅弧室適當(dāng)提高電壓進(jìn)行工頻電壓老煉，并進(jìn)行雷電沖擊耐壓老煉，可以減少滅弧室內(nèi)的擊穿弱點(diǎn)，提高其電壓耐受能力，增加投切電容器組時(shí)的可靠性。

　　6)對(duì)滅弧室進(jìn)行小電流老煉，可以利用電弧的高溫祛除電極表面的一薄層材料，燒掉電極表面的毛刺，并使電極表面的氣體、氧化物和雜質(zhì)同時(shí)除去，起到清潔電極表面的作用，對(duì)滅弧室的電氣性能有一定的提高。因此滅弧室在出廠前應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娏骼暇殹?

　　7)對(duì)滅弧室進(jìn)行并聯(lián)電容老煉，可以迅速明顯提高產(chǎn)品的耐壓能力。

　　(2) 提高斷路器的設(shè)計(jì)質(zhì)量和裝配質(zhì)量，控制其機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)在合理的范圍內(nèi)。

　　1) 斷路器的設(shè)計(jì)應(yīng)該合理，能夠保證滅弧室動(dòng)導(dǎo)電桿安裝對(duì)正垂直，并易于對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

　　2) 斷路器的裝配質(zhì)量應(yīng)該得到可靠的測(cè)量和良好的控制，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘輸出功與分閘輸出功比較合適，其分、合閘速度應(yīng)該調(diào)整在合理的范圍內(nèi)，使分閘彈振和合閘彈跳盡可能小。

　　3) 有時(shí)候雖然斷路器已經(jīng)定型，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功率也一定，其它裝配狀態(tài)良好，但偶然也會(huì)出現(xiàn)分閘彈振或合閘彈跳大，無(wú)法調(diào)下來(lái)的情況，這時(shí)可能與緩沖系統(tǒng)的油壓或油的黏度有關(guān)，也可能與斷路器框架的整體形位公差的控制失控有關(guān)。因此對(duì)斷路器的零件或配件的質(zhì)量控制就顯得非常重要，必須將斷路器各項(xiàng)參數(shù)都調(diào)整到理想狀態(tài)才可以投入使用或進(jìn)行試驗(yàn)。

　　(3) 真空開(kāi)關(guān)在裝配完成后進(jìn)行一定次數(shù)的空載操作，可以穩(wěn)定開(kāi)關(guān)的機(jī)械參數(shù);并對(duì)開(kāi)關(guān)整體進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏骼暇?，可以減少滅弧室內(nèi)新產(chǎn)生的毛刺，降低真空斷路器投切電容器組的重燃率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 高壓斷路器原理和應(yīng)用 徐國(guó)政，張節(jié)容，錢家驪，黃瑜瓏等 北京：清華大學(xué)出版社，2000.

　　2. 真空斷路器投切電容器組性能的現(xiàn)狀與對(duì)策 李電 金百榮 洪金琪 秋勇 《高壓電器》 2003 NO.5 P44-P46

　　3. 真空斷路器投切電容器組試驗(yàn)驗(yàn)證 陳錦清，李端姣 《廣東電力》 2002年 第15卷 第4期

　　4. 真空開(kāi)關(guān)分合容性負(fù)載過(guò)程中重?fù)舸┈F(xiàn)象的研究 江文泉 西安交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 Y146293

　　5. 真空滅弧室電壓老煉新技術(shù)研究 楊蘭均等 《高電壓工程》 1999 NO.1 P88-P90