真空断路器技术指标
● 环境温度：周围空气温度最高不超过 + 40℃， 且在 24 小时的平均值不超过 + 35℃，周围空气温度最低不低于 -15℃。
● 海拔高度：安装地点的海拔高度，对于低压类开关元件和高压类开关元件中的低压元件不超过2000米，对于高压类开关元件不超过1000米。
● 相对湿度：大气的相对湿度在周围空气温度为 + 40℃时不超过 50[%]，在较低的温度下允许有较高的相对湿度，日平均不大于 95[%]，最湿月的平均温度为 + 20℃时，月平均最大相对湿度为 90[%]，已考虑因温度变化发生在产品表面的凝露。
● 工作环境：无雨雪侵袭、明火、爆炸危险、化学腐蚀及强烈振动的场合。
● 污染等级：II级，无导电性污染。
真空断路器内部电气原理图
真空断路器机械特性参数
真空断路器的故障分析及设备管理
近几年来，随着电网的不断建设发展，各类用户对电压质量和供电可靠性提出了更高的要求。真空断路器由于灭弧能力强、电气寿命长、现场维护方便、技术含量高等优点，在电力系统35kV及以下电压等级中被广泛应用。尽管真空断路器已经普及应用，对某些问题仍需慎重对待、正确处理，方可保证电力系统的安全稳定运行。及时发现查找出真空断路器的故障点，采取积极的防范措施，对提高电网供电的可靠性是很有帮助的。现结合始兴供电局最近发现的一起真空断路器故障作简要分析。
1 故障的发现
2007年4月8日9时10分，始兴供电局一座110kV综自化变电站在交接班例行巡视设备时，发现35kV321真空断路器发出断断续续的“吱吱”异常声响，经过进一步观察，确认是C相发出该响声。值班人员用红外线测温仪检查C相电气连接点、TA及断路器本体，温度约16.5℃左右，均为环境温度，外观检查该断路器没发现其他异常。后将321真空断路器从电网中解列退出运行，同时通知工程技术人员到现场进行查测，以保证最短时间内处理故障，恢复正常供电方式。
2 故障的分析
2.1外观检查和真空度试验
该真空断路器型号为ZW7-40.5，内置LZZBJ4-35电流互感器，2005年6月投入运行。我们首先对该真空断路器进行了绝缘电阻、真空度、接触电阻的测试，结果表明，真空断路器的真空灭弧室、下端绝缘套管、内置电流互感器绝缘电阻良好，而且真空度、接触电阻也合格。从红外线测温仪检测的结果可以看出，一次电气连接点接触良好，没有发热现象。我们继续对断路器的绝缘拉杆、水平拉杆、箱体进行检查，没有发现断裂、锈蚀、放电、断销、异物或者零部件脱落的情况，固定连接部分元件没有松动，绝缘亦无破损、污损，密封胶圈未老化，电流互感器铁芯的硅钢片螺丝也上得很紧。真空断路器发出断断续续的“吱吱”异常声响是否是电流互感器二次回路开路，或者连接线松动所致？对该断路器进行多次手动分合闸操作试验，自由脱扣试验，电动分合闸操作试验，断路器没发现异常，该断路器的弹簧储能操作机构和机械传动系统应该不存在问题。
2.2加压试验
为了确切找出真空断路器C相发出异常响声的具体位置，遵循不扩大设备的损伤范围、不加剧设备破坏程度的原则，在该断路器分闸的情况下进行单相分段施加额定电压22.5kV试验，没有发现异常响声。
为了更真实反映故障，尽快找出发出异常响声的具体位置，对断路器进行空载送电（即只合上母线侧隔离开关和断路器），约4min后C相终于出现了断断续续的“吱吱”放电声，具体发出声音的部位在下端绝缘套管和电流互感器之间，箱体内的电流互感器响声尤为明显，而且随着时间的推移放电声越来越大，好像感觉随时都有发生击穿的可能。
真空度测试毕竟不能代替工频耐压试验。真空度测试由于受测试范围限制，必须配合工频耐压试验才能对真空灭弧室作出准确的诊断。特别是对于真空泡完全泄漏的情况，试验值会与真空度良好时的数值接近，容易引起错误判断。
于是决定对该断路器在开断状态下进行按规程的预防性工频耐压试验。
首先，下端绝缘套管接地，只给上端的真空灭弧室施加电压。电压升至95kV1min后，没发现异常。
其次，给下端绝缘套管（已包括电流互感器）施加电压。当电压升至58kV时，突然发出异常的噼啪响声，高压试验仪器跳闸。
用兆欧表测试，上端真空灭弧室绝缘电阻为2500MΩ，下端绝缘套管绝缘电阻为0MΩ，显然被击穿了。其中下端绝缘套管包括电流互感器、绝缘拉杆、套管和电流互感器之间充填的绝缘硅脂，但是外观检查下端绝缘套管各个部位均没发现任何放电和击穿的痕迹。由于电流互感器是内置，不方便解列，故先解开绝缘拉杆逐步测试。下端绝缘套管绝缘电阻为2500MΩ，绝缘拉杆绝缘电阻为0MΩ，看来故障点终于找出来了，问题出在绝缘拉杆上。把绝缘拉杆完全卸下，才发现绝缘拉杆下端的防护罩里面有一层碳化的粉末物。绝缘拉杆放电痕迹如图1所示。
2.3故障处理
更换绝缘拉杆后，再次对该真空断路器的C相下端绝缘套管进行工频耐压试验，未发现异常，也排除了由于电流互感器、绝缘硅脂局部绝缘薄弱而导致放电的原因。同时对断路器的机械特性、断口绝缘水平、直流接触电阻进行了试验，均满足要求。
3 设备故障剖析及防范措施
由于放电痕迹发生在绝缘拉杆下端的防护罩里面，从外观根本无法检查出。而且绝缘拉杆下端的防护罩贴近箱体的不锈钢外壳，放电发出的立体响声从听觉上容易误认为是电流互感器所致。这就要求我们在查找故障点时，要充分利用试验仪器，逐步分解查找的原因。
3.1绝缘拉杆的性能分析
在断路器合闸时发出放电声，而在分闸时，给下端绝缘套管加至单相额定电压，没发出异常响声，是因为环氧树脂浇注的绝缘拉杆机械强度不足。绝缘拉杆是断路器传递动力和绝缘的元件，是联系断路器本体和机构部分的纽带。
一般情况下，绝缘拉杆材料采用环氧树脂浇注，虽然环氧树脂具有高绝缘性能，其冲击电压为50kV/mm，工频耐压为30kV/mm，但是由于拉杆机械强度不够，浇注的绝缘环氧树脂拉杆在工作时受力为瞬时突加载荷，合闸时绝缘拉杆受到各种应力，而分闸时又释放，由于机械强度不足导致漏电距离发生微小变化，使电性能达不到要求。当绝缘拉杆、支撑杆受到拉力、压力、弯曲力，会造成绝缘拉杆断裂、弯曲、爆裂等质量事故。绝缘拉杆机械强度不足主要是因为材料选用或配方不合理，固化不好、配料操作时计量不准或固化时间太短、固化温度过低，浇注时产生气泡、裂缝、缺陷等，造成绝缘拉杆内部结构不合理。
3.2重视设备的维护与管理
当断路器发生了故障，一般会认为是设备制造质量差、档次低，于是往往会在加强设备指标水平上下功夫。其实设备的绝缘水平等指标不可能也不应盲目地加强，对故障要具体分析，检查所发生的缺陷是否具有普遍性。我们应该正确合理检测断路器，判断断路器在绝缘、导电、机械操作以及开断性能方面的安全可靠性，并在长期运行中经得起时间的考验。
真空断路器的管理维护工作亟待加强。许多制造厂家都言称自己生产的真空断路器是免维护的，或者不检修周期长，电寿命长，机械寿命达10000次，加之一些用户单位长期以来侧重和习惯于检修而疏于设备管理，因此很容易导致用户单位放松对真空断路器的管理与维护。事实上，所有断路器不存在免维护，只是维护方式的转变。由以往的定期维护转变为状态维护，由大换大拆式的粗放维护转变为精细维护，其前提条件都是做好对断路器的运行管理。当断路器达到一定的操作和动作次数后，必然引起传动机构的疲劳、变形、断裂等问题。一些真空断路器未能及时得到维护，故障就会在运行过程中暴露出来，酿成险情。
4 结束语
任何一种新产品、新技术的开发应用都不是万无一失的，必然存在一定的不足之处，都有一个逐步完善的过程。目前真空断路器的在线监测仍无成熟的技术手段，许多科研单位对真空断路器的在线监测仍处于研制开发阶段，制造厂家必须认真贯彻执行全面质量管理体系，提高工艺水平，保证装配质量，提供合格的产品。作为用户单位应强化日常的维护检测，发现隐患，及时消除缺陷，严格执行电气设备预防性试验规程要求，保证检修到位，确保修试质量，提高设备健康水平，绝不能对运行中的真空断路器掉以轻心。对变电运行人员，要坚持执行好设备巡视制度，在运行中加强对真空断路器的监视，密切注意设备的异常变化。特别是夏季环境温度较高和高峰负荷时，监视设备的运行状态尤为重要，这样方可确保设备的安全、稳定、连续运行。
真空断路器高电压化技术进展
1 前言
由于真空断路器的独特优点，使其在中压领域的应用在欧洲和美国已占到70[%]，日本已接近100[%]，俄罗斯已占50[%]以上，我国也已占到80[%]以上。近20年来，真空断路器的理论研究水平和制造技术都有了长足的发展，真空断路器已不仅仅限于中压，而是朝着高电压、大容量方向发展。特别是在人们对环境保护非常重视、SF6气体被确认为温室效应气体而使其应用受到限制的大环境下，倾向于发展真空断路器来逐步取代SF6断路器。
2真空灭弧室高电压化的绝缘技术
2.1绝缘技术需要解决的问题
图1为一个真空灭弧室的结构图，真空灭弧室需要解决的绝缘性能的部位都标于图中，包括触头间绝缘、导电杆和屏蔽罩间绝缘、沿面绝缘和外部绝缘等[1]。触头间绝缘击穿性能大大影响真空断路器的开断电流性能，屏蔽罩和导电杆间绝缘性能在设计真空灭弧室时与外形尺寸关系很大，灭弧室内外沿面绝缘会受电场分布是否均匀的影响，因此电场的均匀化设计非常重要。
2.2间隙绝缘的面积效应
真空间隙的击穿电压随电极形状的不同而大不同，这是因为电极形状造成电场分布及绝缘击穿开始时有效的电极面积各不相同的缘故。当电极面积增加时，就会因电极表面的微小突起及吸附气体（氧化物）等诱发绝缘击穿的电极表面的弱点数目增加，因此电极面积增加时，击穿电压降低。
对于各种间隙，击穿通常发生在大于90[%]最大场强的区域，这个区域被称为导致击穿的有效面积Seff，真空间隙的绝缘击穿电场强度Eb和绝缘击穿时的Seff存在密切关系[2]，即面积效应：随着Seff的增大，Eb降低。为了提高间隙的击穿电压，当间隙长度一定时，加大触头曲率，Seff增加，有时会产生相反的结果；而当最大电场强度相同时，若选择Seff较小的触头形状，可使耐压值提高。
真空灭弧室设计时要考虑电场分布及其有效面积后，再进行绝缘设计。
2.3真空中沿面绝缘
在真空间隙的电极周围有绝缘件时，与无绝缘件时相比，击穿电压会下降，这是因为放电在绝缘件表面扩展，造成沿面绝缘击穿的缘故。绝缘件表面的沿面绝缘击穿的机理有以下两种假说[3]：
（1）二次电子雪崩说：许多绝缘件的二次电子放电比在很广的入射能量范围内大于1，因此电子对绝缘件表面每冲撞1次就会引起二次电子雪崩，在表面正电荷积累而使电场增高，因这种电子增殖而造成绝缘击穿。
（2）气体说：通过施加高电压，使绝缘件表面吸着的气体脱离，以及因绝缘件材质自身的气化造成局部气体密度上升，从而引发了绝缘击穿。
近年来又提出一种将这两者相组合的假说，即因绝缘件表面的带电电荷、二次电子放出、电离等所产生的电子及正离子造成了表面吸附气体的脱离。
在对因二次电子雪崩造成的绝缘击穿进行分析时，必须明确掌握电子的轨道。电极上某些部位发射的电子与绝缘件不碰撞。而有些部位发射的电子与绝缘物相碰撞，这有可能引起二次电子雪崩，因此这部分的电场强度分布很重要，应减弱该部位的电场强度以减少电子发射。另外在沿面绝缘中，成为电子放出源的屏蔽罩的材料和表面形状也很重要。
真空沿面绝缘同样存在面积效应，日本东芝公司就是通过对面积效应（包括真空间隙的绝缘面积效应、沿面的绝缘效应及多间隙对绝缘的影响）的深入研究开发出了小型化的72/84kV真空灭弧室，并成功应用于C-GIS上[1]。
2.4老炼
给电极间施加电压，让击穿反复发生，击穿电压就逐渐升高，便成为电压老炼效应。此外，针对某种电极，让间隙内流过一定大小的电弧电流，可对电极表面进行电流老炼，击穿电压同样逐渐升高。图2为电流老炼的一个例子[4]，将老炼时的电流增大，击穿电压就会升高。根据老炼处理条件，绝缘性能会受很大影响，所以必须选择一种合适的老炼处理方法。
2.5材料表面清洁处理
置于大气中的触头表面被污染和被吸附气体包围，即使在1乘以10的-6次方Pa的高真空，每立方米仍存在2.7乘以10的15次方个分子，这些分子通过热运动，冲击真空容器及触头的表面，并形成附着分子层。净化吸附气体覆盖表面的方法是真空加热处理，图3是Cu触头加热处理温度和绝缘性能间的关系[4]，真空加热处理的温度越高，击穿电压就越高，因而真空加热处理清除触头表面的吸附气体（氧化层）有助于恢复触头的绝缘性能，不仅通过降低气体释放提高了真空性能，也提高了绝缘性能。
2.6外部绝缘
可采用气体、液体、固体绝缘材料来加强真空灭弧室的外部绝缘，如氮气、油、硅脂、环氧树脂等。
3 真空断路器高电压化
3.1真空灭弧室的结构型式
已公开发表的高电压真空灭弧室结构型式各有不同，最主要的差别在屏蔽罩上，可分为5类：①结构简单，只有主屏蔽罩和端部屏蔽罩，如美国西屋公司的一种72kV真空灭弧室、日本明电舍公司的一种真空灭弧室等；②除主屏蔽罩和端部屏蔽罩外，还放置有均压屏蔽罩和触头背部屏蔽罩等，甚至是均压屏蔽罩一直伸到触头间隙附近，处于分闸位置的动、静触头分别位于两个均压屏蔽罩的孔中，如明电舍公司的一种84kV25kA的真空灭弧室等[5]；③在陶瓷外壳内布置多层间隙屏蔽罩结构，如日本东芝公司开发并成功应用于C-GIS上的小型化72/84kV真空灭弧室；④外部线圈式结构，为了获得较强和较均匀的纵向磁场，将产生纵向磁场的线圈布置在真空灭弧室外壳的中部，同时主屏蔽罩采用具有抗涡流作用的特殊结构和材料制造[6]；⑤双断口型真空灭弧室，为了提高单个真空灭弧室的耐压水平及开断性能，S.Giere等人提出了双断口真空灭弧室模型[7]，并进行了实验对比研究，图4为单断口和双断口真空灭弧室结构图。
3.2真空断路器高电压化结构型式
高电压等级真空断路器的开发有两种途径：①发展单断口形式，采用单断口耐压较高的真空灭弧室，具体断路器结构有单柱式，灭弧室放在充有SF6气体的瓷套内，采用弹簧操动机构；②发展双断口和多断口，将灭弧室串联起来使用，具体断路器结构有：罐式结构，内部充有SF6气体或油绝缘；单柱式结构，灭弧室串联使用，绝缘外壳采用环氧树脂做成，内部充有SF6气体并装有均压电容器；T型结构，断路器的每相有两个灭弧室串联，瓷套内充有SF6，采用弹簧或液压操动机构；双柱式结构，断路器每相由两个相柱组成，每个相柱内充有SF6气体并装有一个真空灭弧室，相柱之间用导电连接板连接。
除上述外，还有两种新的断路器结构型式[8]，分别示于图5和图6。
图5为采用双断口真空灭弧室的真空断路器结构原理图，灭弧室中间的静触头为纵向磁场触头，两个动触头为平板型，中间的散热器有利于额定电流的增加。
图6为无SF6气体的真空断路器装置结构图，由套管、避雷器、接地开关、隔离开关、真空灭弧室等部分组成，内部充以油作为绝缘介质。
