摘要：随着电力技术的发展，电网改造的需要，对高压开关设备的性能提出了更高的要求。真空断路器由于其所特有的性能和在高压断路器领域中无可替代的地位，将会在电力系统的中低压电器领域内起到重要作用。本文介绍了真空断路器及其工作原理，特性优点和绝缘特性，概述了真空断路器的在线状态监测过程及其智能化面临三大技术问题、解决办法、维护方法，展望了真空断路器的未来发展。
关键字：真空断路器;绝缘特性;在线状态监测;智能化
一、真空断路器简介及工作原理
真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名。真空断路器具有结构紧凑、体积小、重量轻、寿命长、维护量小、防燃、防爆和适于频繁操作等优点，目前在中压开关特别是10 kV户内产品中占绝对优势。真空断路器的主要灭弧机构是真空灭弧室，其灭弧原理与其他种类断路器灭弧原理不同，其他断路器主要利用灭弧介质来达到熄灭电弧的目的，而真空断路器是利用真空阻止电弧重燃来达到灭弧的目的。因此，电流过零后能否重燃取决于弧隙介质强度的恢复。若恢复了，则能有效的阻止电弧的重燃，否则，电弧会继续燃烧直到下一个过零点，才有可能熄弧。具体原理是，断路器处于合闸位置时其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。真空断路器是可以替代有油断路器的新型设备，对消除火灾事故具有重大意义。
二、真空断路器的优点
真空断路器与其他高压断路器相比具有较多优点。
(1)在密封的容器中真空熄弧效果好,电弧和炽热气体不外露。
(2)触头间隙很少。
(3)燃弧时间短,电压低,能量小,触头磨耗少,允许的开断次数多。
(4)动导电杆的惯性小,适宜频繁操作。
(5)操作机构小及结构简单,整体体积小,重量轻。
(6))操作时噪声小。
(7)无火灾和爆炸燃火的危险。
(8)触头部分为完全密封结构,不容易因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低它的性能,运行可靠。
三、真空断路器的在线状态监测过程
状态监测是指了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对开关设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常情况做出报警，以便运行人员及时加以处理，并对开关设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。通常开关设备的状态可分为正常状态、异常状态、和故障状态几种情况。
状态监测的步骤主要分为以下三步：(1)信号采集开关设备在运行过程中必然会有力、热、振动和能量等各种量的变化，由此会产生各种不同信息。根据不同的诊断需要，选择能表征设备工作状态的不同信号。
(2)信号处理这是将采集到的信号进行分类处理、加工，获得能表征机器特征过程，也称特征提取过程。
(3)状态识别将经过信号处理后获得的开关设备特征参数与规定的允许参数进行比较、对比以确定设备所处的状态，是否存在故障。
四、真空断路器的绝缘特性
真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因，而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。
真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小、电场的均匀程度有关，而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙(2～3mm)情况下，有比空气与SF6气体高的绝缘特性，这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上。抗拉强度和熔点越高，电极在真空下的绝缘强度越高。实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，所以，要保证真空灭弧室的绝缘强度。
五、真空断路器智能化面临的技术问题
从用户未来需求的角度来看，智能化真空断路器除具有真空断路器通用功能外，还应具有感知功能、思维判断功能和执行功能。考虑到上述需求，智能化真空断路器面临的三个技术问题需要突破。
第一个技术问题是实现感知功能。这是智能化的基础，该功能的实现必须依托现代传感器技术来获取如电压、电流、绝缘(局放)、距离、速度、温度等信息，传感器将这些信息转换成能被识别和处理的各种信号，这些信号能准确、可靠、灵敏的反映信息的变化，传感器除自身必须具有高质量、高可靠性外，还应有适应断路器工作环境、体积小、便于安装的特点。
第二个技术问题是实现思维判断功能。这是智能化的核心，该功能的实现必须依靠现代电子技术、计算机技术和通信技术。一方面为执行功能提供操作指令，另一方面为系统提供断路器工作状态信息。
第三个技术问题是实现执行功能。执行功能必须按控制器发出的操作指令进行可靠的操作，完成断路器的关合与开断。
感知功能和思维判断功能的实现是智能化真空断路器研发必须花大力气进行攻关予以突破的技术难点，目前已有不少产品面世，实现关键技术的突破将指日可待。
六、有关真空断路器的维护
真空断路器应经常保持清洁，清洁时需注意的是，不用水清洗，应用干净的毛巾或绸布擦拭。真空断路器的活动摩擦部位应保持有干净的润滑油，以使操动机构和其它转动部分动作灵活，减少机械摩擦。对于磨损较严重的部件、变形的零部件要及时更换。所有紧固件均应定期检查，以防止松动，同时要注意开口销、当卡等有无在震动中断裂、脱落的现象。
要经常观察真空灭弧室开断电流时真空电弧的颜色，如有怀疑应进行真空度检查。要经常观察接触行程的变化，若与规定值相差过大，应予以注意。超行程量的变化反应了真空灭弧室触头的磨损量，若磨损量超过标准，应更换真空灭弧室。
七、真空断路器的发展
技术的创新，市场的需求，为真空断路器的发展营造了空间。简述之如：
①、专用真空断路器：由于面临不同开断任务的需要，新的专用断路器将会应运而生。
如用于发电机保护断路器的特大容量真空断路器、标准型真空断路器、经济型真空断路器、频繁型真空断路器、超频繁型真空断路器等。
②、低过电压型真空断路器：真空断路器因截流会引起截流过电压，特别在开断小的感性负截如电动机时。一般情况下，为限制过电压而给真空断路器配过电压吸收装置如Sic RC路，Z n O避雷器等，这使断路器结构庞大且复杂化，而且有的限制过电压不理想。
③.多功能真空断路器：真空断路器迄今为二I位(即合一分)完成关合和开断任务。现在出现了多功能真空断路器，赋予了多个功能，如合—分—隔离—接地等。甚至有真空断路器还兼具了集关合、开断、隔离、接地及联锁于一体。
④同步断路器：同步断路器又叫选相真空断路器或受控真空断路器。
⑤智能型真空断路器。
总之，真空断路器虽然发展很快，但究其原因，有两条是基本的，即真空灭弧室技术和操动机构技术的进步。
参考文献：
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本文来源：https://www.010zaixian.com/zuowen/yilunwen/865652.htm