摘要：目前，电力系统中断路器品种主要是真空断路器和SF6断路器，由于SF6气体具有特异的热化学性和电负性，被广泛用于高压及超高压领域，但是，SF6也是主要的地球温室效应气体，为此，从全球环境保护出发，SF6气体的使用将受到严格地限制，相较之下，真空断路器对环境污染最小，符合环保要求，因而，研究开发真空开关是保证电力系统稳定运行和保护环境的重要举措。可是，现阶段由于技术、经济的原因，真空断路器主要运用于40.5KV及以下，由于真空断路器的特殊结构，其工作中的发热会造成零部件的温度过高，导致材料的性能下降，最后导致故障，甚至造成严重事故。发热问题已成为真空断路器断路器故障的重要因素。
关键词：真空断路器；发热；对策
高压断路器是电力系统中最重要的保护和控制设备，已有百年以上的历史。它可分断触头在高电压下开断大电流要发生强烈的电弧，只有在电弧被熄灭后才能真正开断电路。作为断路器用的灭弧介质，相继有大气、压缩空气、矿物油等被利用，后又研究了在真空及六氟化硫（SF6）气体中开断电流，才使高压断路器技术迅速发展。随着断路器技术的进展和无油化的要求，压缩空气断路器和油断路器现已被淘汰，目前使用的断路器品种主要就是真空断路器和SF6断路器。
1 电接触材料研究
如前所述，电接触形式多样、过程复杂、材料种类繁多。电接触材料服役过程中经受电弧、电场、磁场、力、热及气流等的共同作用，实现传导电流的性能。因而，电接触材料的基本要求为：良好的导电导热性；低的接触电阻和温升；抗熔焊和抗环境介质污染。电接触材料是一种特殊的功能材料，特殊之处在于其使用状态。两个导电组件带电接触实现电流导通，是一个动态过程，即由分断到闭合导通或由闭合导通到分断。根据这一过程中电流有无及大小不同，动态过程产生电弧，电弧与电接触材料的相互作用决定了电接触材料大多数场合为烧损材料，烧损过程发生复杂的冶金、物理及化学反应。静态即闭合导通时两导电组件的表面结合状态决定了组件间接触电阻的大小，其数值对电接触组件的功能实现及其它使用性能起着关键作用。
一种材料中达到这些要求几乎是不可能的。一些高熔点的金属（钼、钨、铼）和石墨等可以部分地满足这些要求。它们具有高的热物理性能，高的电子逸出功和电离能，它们的耐腐蚀性虽不高，但其氧化物是挥发的或导电的。但是这些材料有不少缺点它们的导电和导热能力不足，塑性和抗热性不高，因此在机械作用和热作用下，由这些材料制备的触头会发生疲劳断裂。银、金、铂和钯有良好的导电和导热性能，良好的塑性和高抗腐蚀性，但它们的热物理性能不高，而且没有良好的耐电损蚀性。虽然相互排斥的性质不能共存于一种材质中，但可以在复合材料中将其结合在一起。目前所应用的各系列电接触材料均是复合材料，其组成在基体中的溶解度是十分有限的。因此，在生产以铜、银为基的电触头时，常常采用粉末冶金方法。通过合金化的方法，不会提高银基、铜基触头的使用性能，也不可能使这一综合问题得到根本解决，因为合金化虽然可使硬度、耐磨性得到改善，但却必然伴随着熔点的下降、导热和导电性能的降低。粉末冶金法可获得具有各组元的综合特性又不致于使电导率、热导率和熔点下降的弥散强化材料，或者制备出具有坚固框架结构的假合金。
2原因分析
2.1运行环境的影响
对运行中的断路器，由于停电困难或其他的原因，没有进行定期的检查维护，特别是在工业区或污染较为严重的地区，灰尘大，空气中含有酸或盐分，使断路器的表面积尘，散热下降，以及由于空气中的酸和盐使断路器的接头氧化，造成过流发热。
2.2设备老化影响
由于设备运行的时间较长，触头磨损或合闸弹簧老化等原因，使断路器的压缩行程偏少，不能达到应有标准，造成断路器的动静触头压力不够，接触电阻增大，引起真空泡过热。
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2.3检修质量问题
2.3.1对断路器的接头处理没有量化的检修标准。许多检修人员，在处理断路器的一次过流部分发热时，往往是凭经验、凭感觉，接触面接触得好与不好，只是看看接缝紧了没有，弹簧垫平了没有，把自己的经验作为标准。对断路器导电回路的接触电阻是否符合要求，螺丝的紧固力矩是否足够等方面，没有科学的、量化的标准。
2.3.2没有规范的检修工艺和程序，同是处理一台断路器的发热处理，由于检修人员不同，检修的方法、检修工艺、程序各不相同；一个人一种做法，对该项工作没有规范化和标准化，无法保证检修的质量。
2.4工程的交接验收制度不完善
验收工作不到位许多检修人员对断路器的验收不甚了解，仅仅局限在检查分合闸操作及外观螺丝检查，没有一个系统的验收项目和质量要求，没有进行仪器检测的量化标准这个概念，使检修工作失去了有效的验收监督。
2.5产品的质量问题或设计上存在的问题
由于断路器经常安装在箱式柜里面，柜内通风条件较差，断路器的过流搭接面的螺丝使用部分（部分厂家）不符合国标的要求，造成搭接面压力不够，及断路器过多的铜铝接触面，引起断路器过热。
3制定对策
3.1针对运行环境断路器设备老化的情况，综合断路器运行状况，对断路器进行定期的检查维护，如结合预试定检对设备进行清洁、检查断路器的开距及压缩行程、回路电阻以及对断路器的过流部分的连接螺丝用力矩扳手进行全面的检查，为改善运行环境，有条件的可以在高压室安装空调，以确保断路器能健康、安全运行。
3.2由于断路器的发热是有一个渐进的过程，是一个恶性循环的过程，其发热的温度与电流的增大是非线性的，因此对断路器的运行温度进行在线监测（如在接头加装示温片及进行红外线测温），使断路器的发热消除在萌芽状态。
3.3为解决检修工人的检修质量问题，制定真空断路器发热检修标准和检修程序，实行规范化检修，使检修工作紧紧围绕满足检修标准而展开工作，防止返工和反复调试，加强检修人员的责任心。
3.4加强断路器的验收工作，使验收规范化、标准化。如制定真空断路器的验收标准和验收项目表格，验收过程根据验收的项目表逐项进行验收，对验收的项目进行量化的标准，确保工程验收质量。
3.5对断路器的产品质量及设计方面进行改进。对断路器的动支架与铝（铜）排的连接螺丝原是采用M12、4.8级螺丝，考虑到力矩不能达到过流要求，要求改用12.9级（或8.8级）、M12的螺丝，螺丝的力矩达到78.5-98.1N•m之间，必要时在其接触面上加装散热器，确保其接触面过流不发热。其次，断路器静支架基础安装孔应与断路器的真空灭弧室相匹配，不同厂家的真空灭弧室采用相应的静支架，保证静支架与真空灭弧室之间接触面的完整性。另外，对断路器所用过流连接螺丝的紧固力矩应有量化的标准，根据不同规格型号的螺丝其紧固力矩有不同的要求，采用量化的标准，可以避免不同检修人员螺丝紧固力矩不统一，甚至达不到要求，从而实现检修的规范化、标准化。
4结束语
我国已有20多年的真空断路器运行经验，从国内真空断路器运行情况来看，国产真空断路器最大的问题是可靠性差，尤其是过流发热方面，一般国产真空断路器通过其80％左右的额定电流时发热情况就比较突出，其原因有产品质量及设计、运行检修维护、运行环境等的随机性，故需在今后的工作实践中继续去研究、实验、探索和总结，以使其在运行中的各种因素得到预防和完善，提高真空断路器运行的可靠性。
参考文献
[1]王军,刘罡,谢博.状态检修下的真空断路器的维护与检修试验[J].现代商贸工业,2008,01.
[2]黄亮,叶立群,郭捷敏.10 kV真空断路器的状态评估诊断及其检修建议[J].广东科技,2011,02.
论文作者:张炯,赵长顺,李桂芹
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：断路器论文; 真空断路器论文; 材料论文; 螺丝论文; 力矩论文; 标准论文; 电弧论文; 《电力设备》2017年第33期论文;