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談談真空開關與操動機構的配合問題

2020-03-11

摘要：本文介紹了真空開關和操動機構之間配合存在的問題，從操動機構對真空開關負載特性的影響入手，找出解決問題的方法。

關鍵詞：真空開關；操動機構；系統配合；負載特性

TalkingaboutMatchingProblemofaVacuumSwitchwithaMechanism

HUANGPei—ying，WANGQiang

(ShundeDistrictAdultSpecialSchool，FoshanCity，Guangdong528300，China)

Abstract：Thepaperpresentstheproblemsforthematchingofavacuumswitchwithacontralmechanism,staringwiththeeffectofthecontrolmechanismonthevacuumswith，findingoutmethodstosaveproblems．

Keywords：vacuumswitch；controlmechanism；systemmatching；loadcharacteristic

1引言

眾所周知，真空開關具有體積小、重量輕、壽命長、無火災危險、不污染環境、維護工作量少等一系列優點，尤其是維護工作量少備受用戶青睞。因此，各單位在10kV開關設備更新換代時都優先選用真空開關，似乎有一股”真空熱”在加溫。然而真空開關在實際使用的過程中，仍然存在許多問題，特別是與操動機構之間的配合還不協調。因此，如何使真空開關與操動機構達到最佳配合，這個問題值得研究和探討。

2真空開關和操動機構的配合存在的問題及原因分析

過去，真空開關沒有專用的操動機構與之配合，一直使用少油開關的操動機構(如電操CD10型、彈操CT8型)，這些操動機構具有體積大、功率也偏大等缺點。現在新設計的專門配合真空開關使用的操動機構(如電操CD17型、彈操CT17型)與真空開關之間的配合仍然存在諸多問題。目前，國內真空開關的生產廠家眾多，各個廠家生產出的真空開關，其傳動結構五花八門，操動機構的設計者很難清楚地了解各種真空開關的性能。因此，新設計出的操動機構很難滿足真空開關的需要。從近年來應用的情況來看，普遍存在著機械特性參數偏低，特別是分、合閘速度慢的問題，這對真空開關性能的影響極大。常常出現這邊新操動機構剛剛設計定型，那邊又有用戶提出要加大操動機構的輸出功率。如新設計的CT17-31.5型彈操機構合閘功率為100焦耳，比CT8彈操機構的250焦耳少了1.5倍。CD17-31.5型電操機構比CD10型的鐵芯直徑小了1.4倍，工作電流比CD10-Ⅱ型小了1.7倍，比CD10-Ⅰ型小了1.4倍，已知合閘功率與鐵芯直徑和電流的平方成正比，則CT17型的合閘功率比CD10型少了3～4倍。如果31.5型真空開關配新設計的CT17、CD17操動機構，那么其合閘功率比原來使用CT8、CT1O操動機構小了許多倍，從而造成合閘速度慢。目前的情況是新設計的CT17和CD17操動機構常常是降低一級功率來使用。

為什么專門為真空開關設計的操動機構，卻無法滿足真空開關的需要呢?目前我國認同的真空開關負載特性受力情況如圖1所示。從圖中我們可以看出，許多操動機構的生產者僅從真空開關自身的負載特性來進行設計，沒有全面地、系統地進行分析和研究。筆者認為：真空開關和操動機構是一個配合在一起使用的完整的系統，它們某些特性是相互聯系、相互影響的，系統的負載特性應該包括真空開關、操動機構以及二者之間的傳動機構三個方面。操動機構的設計不應分開來單獨考慮，應當運用系統的觀點進行統一考慮。圖1中只考慮了真空開關的負載特性，忽略了操動機構和傳動機構對其負載特性的影響。

操動機構在設計時被忽略的因素有：

1.操動機構本身的負載特性，如機構分合閘位置的回復彈簧力(自閉力)。

2.油緩沖器的壓縮彈簧力。

3.在GG1A開關柜中，真空開關和操動機構的傳動桿過長，導致傳動慣量和傳動間隙增加。

3操動機構與真空開關配合時的受力分析

真空開關存在一些問題，如因為分閘振動而導致的分閘重燃現象。現在生產的真空開關在結構上做了改進，如增加了油緩沖器，以減少分閘重燃現象。但是油緩沖器的壓縮彈簧力(隨壓縮行程增加而增大)對真空開關的負載特性是有影響的，見圖2中F6。這個力在真空開關早期的負載特性(見圖1)上沒有反映。

操動機構對真空開關負載特性也是有影響的。真空開關的操動機構分電操機構和彈操機構兩種。真空開關最早采用電操機構，因為電操的機械特性是升力，與真空開關負載特性相吻合。但市場卻偏愛彈操機構，因為彈操機構使用方便，停電時可以手動儲能分合閘，機構還省了一套直流操作電源。而彈操的機械特性是減力，與真空開關的負載特性吻合差。吻合差的表現是后期合閘功率不夠，致使在相同功率下彈操機構的合閘速度偏慢。

從圖2中還可以看出：電操機構(如CD17型)在其主軸上有一扭簧力，迫使主軸在空載時自動復位(自閉)到分閘位置，此扭簧力隨合閘過程而增大，見圖2中F8。而彈操機構(如CT17型)則剛好相反，機構內有兩個拉簧，空載時迫使輸出軸自動復位(自閉)到合閘位置，此拉簧力隨分閘過程而增大，見圖2中F7。真空開關在分閘位置時必須克服這兩個扭簧力，即F7，CTl7型的兩個扭簧力比CT8的大很多，可合閘功率卻比它小1.5倍。這些”內耗”抵消了一部分合閘輸出功率，導致CT17型的實際輸出功率比設計時的要小。以上兩種機構的復位力在圖1上都沒有考慮，圖1只考慮了F1～F5。

實際上真空開關在分閘位置不只是克服F2，由于真空開關加了油緩沖器，且配上操動機構一起使用，所以真空開關還必須克服F6、F7(或F8)，才能將真空開關拉到分閘位置，達到額定開距。克服這些力都是由分閘拉簧的預拉力F1來做到。以彈操機構來說，這時由于增加了F6、F7，如果仍用原來真空開關的分閘拉簧，則分閘位置預拉力必須由原來的F1提高到F1″(見圖2)，則合閘位置的拉力提高了，所以真空開關的合閘功率也就增大。圖2中陰影面積為此時增加的功率。如果更換分閘彈簧，使合閘位置時拉力保持原來相對不變(即分閘速度不變)，則需要提高分閘位置的預拉力，由原來的F1提高到F1′，這時增加的合閘功率為圖2中F與F′所圍的面積。目前不換分閘彈簧的情況較多，可見合閘功率更大。如果真空開關配電操機構，則斜線F1′和Fl″因為沒有F7作用而分別下降一些，再加上F8所組成的合成負載力曲線下的面積，就是它的合閘功率(圖2中未畫出電操的合成力曲線)，總的來說合閘功率也加大了。如果按原來真空開關負載特性圖(圖1)設計的操動機構，配在現在的真空開關上，參數值肯定偏低，達不到最佳配合的要求。這就是目前真空開關分合閘速度慢的主要原因之一。

4解決問題的方法

通過上述的分析我們知道：影響真空開關與操動機構之間的最佳配合的原因是由于F6、F7、F8的存在。找到原因后，我們可以從以下幾方面入手，解決好這個配合問題。

首先，設計和生產系列化的操動機構。真空開關不象少油開關那樣只有一個SN10定型產品，且SN10的輸出功率也固定。真空開關在結構上是多樣的，要想適應真空開關多樣性的要求，又要達到操動機構的標準化，便于用戶選用。操動機構在設計中盡可能設計幾個級別的類型，最好是一種真空開關配一種操動機構。如果目前的國情、市場、通用性、標準化等因素不允許這樣做的話，每種類型的操動機構，其機械強度設計到某一階段的最大壽命值，其余因素做成可調。各真空開關廠可根據自己開關的負載特性，選配某一型號的操動機構，以變應變，這樣才能適應國內市場的要求。

其次，優化整個系統包括真空開關和操動機構的結構，提高傳動效率，盡可能減少損耗。比如各廠的真空開關主軸輸出轉角、拐臂半徑是不同的，操動機構的輸出轉角、拐臂半徑也是有差異的，與真空開關的配合上，是增力還是減力，是放大還是縮小，對機構的合閘功率影響很大。換句話說，操動機構的設計要考慮不同真空開關的主軸輸出轉角、拐臂長度和傳力大小；真空開關的結構設計也要考慮所配操動機構的輸出轉角、拐臂長度、傳力等等。如果將來時機成熱，還可以綜合各家所長，搞幾個聯合設計，那時真空開關的使用性能將更加優化。

第三，研制與生產不重燃的真空滅弧室，取消油緩沖器，減少油緩沖彈簧力對真空開關的影響。

以上僅為個人的一點淺見，不妥之處還望各位專家批評指正。

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