一种新型的真空接触器-熔断器组合电器

真空开关设备经过40多年的发展，在中压领域的市场占有率已超过85%，真空开关不断地改进和创新，积极地推动着开关设备的发展。中压开关柜经历了从最早的固定式开关柜、KYN1落地式手车柜以及当前的中置式开关柜，其功能更趋完善、结构更趋合理，外形尺寸日趋紧凑，也更符合市场需求。同时， 真空断路器技术和工艺的日趋成熟，其发展经历了由原来的绝缘支架固定结构（ZN21、ZN28等）、积木式结构到后来的绝缘筒封装结构（VD4、VS1等），再到现在的第三代产品，即环氧树脂APG全固封结构（VEP、VD4P等），产品的各项性能和可靠性不断提高。
作为真空接触器-熔断器组合电器核心元件的真空接触器，以其体积小、重量轻、可频繁操作等特点，在火电厂、冶金、石化、矿山和码头等广泛应用。多年以来，真空接触器的发展一直滞后于断路器的发展，目前大部分仍以支架固定式结构为主。随着中置式开关柜在国内大量使用，特别是火力发电厂厂用电系统对真空接触器-熔断器组合电器（F-C回路）的需求日益增加，一种技术和工艺完善、可靠性高、结构合理、可直接配装于中置式开关柜的新型真空接触器-熔断器组合电器在发电、冶金、石化、矿山等将被广泛推广。
厦门兴厦控电气有限公司推出的新一代全模块化概念的VCF真空接触器-熔断器组合电器，吸收了ABB公司V7、V12真空接触器和VC组合电器以及西门子公司3TL6真空接触器的一些优点，结合国内开关行业发展的现状，产品在适用性、可靠性和稳定性上都进行了明显的改进提高。其真空灭弧室采用环氧树脂APG固封工艺，高压熔断器安装在特殊设计的环氧树脂绝缘筒内，中置柜手车式结构外形尺寸可与ABB公司VD4手车完全互换，且联锁位置完全相同，可直接配装于650mm宽的中置式开关柜，形成中置式F-C回路柜。
VCF真空接触器-熔断器组合电器的总体结构
传统的真空接触器为支架固定式结构，其灭弧室安装在开放式的DMC或SMC框架内，灭弧室动端通过绝缘拉杆与电磁机构联动。此类真空接触器在市场上较为普遍的应用是配备于KYN1落地式手车柜中。常采用接触器侧置，高压熔断器在接触器上部，主回路分支母线分上、中、下布置的方式，通过电缆或铜管与接触器连接，组成落地的F-C回路手车。这种老产品存在较多缺点：一是结构不合理、电气主回路连接复杂、存在电气绝缘隐患、操作维护不方便，而其灭弧室暴露在污秽、化学、潮湿的工作环境中，较易发生污闪等事故。二是组合电器的不同相熔断器以及灭弧室之间多用DMC或SMC做防护罩，与开关柜的活门极易造成相间短路。三是产品标准化程度低，批量生产或配套能力不够成熟的开关柜厂家很难保证产品的质量稳定。四是配用的柜体技术落后，柜体本身制造工艺不能满足开关尺寸精度要求，联锁不能发挥正常功能，手车互换性差，该柜体的结构也已被中置式开关柜所淘汰。
个别厂家把原来老型接触器在外形上稍作改动，使之勉强配用于中置式开关柜内，但大都未从根本上解决传统结构的弊端。
随着真空技术的发展，开关设备小型化成为趋势，灭弧室小型化已日趋成熟。真空接触器及其组合电器考虑小型化的关键是解决灭弧室的外绝缘问题。厦门兴厦控电气有限公司利用在开关设备成功运用的环氧树脂APG压力凝胶工艺和多年来开关柜制造的经验，推出了新一代环氧树脂固封的VCF真空接触器-熔断器组合电器。其全模块化的结构设计获得了两项国家专利，各个模块相对独立又互相关联，安装维护方便、可靠。
VCF组合电器结构采用上、下布置，分为四个模块，即接触器模块、熔断器模块、手车模块、面板模块。
接触器模块又可分为主回路模块和操动机构模块。主回路模块中真空灭弧室被环氧树脂用APG工艺固封，并克服了机械寿命与材料强度之间的矛盾。三相一体结构确保了产品的精度。采用优化设计的流线型结构，提高了产品外绝缘水平，改善了内部电场分布。专门设计的、用于固封的真空灭弧室，强化内部电场对称均匀分布，降低了主屏蔽罩悬浮电位、触头电腐蚀速率以及提高了触头间隙耐压水平。操动机构采用结构简单、性能可靠的电磁操作形式，通过磁场计算优化励磁回路，机构功耗小。所有零部件采用防腐、防锈材料，并通过特殊工艺处理，其可靠性得到进一步提高。
熔断器模块也采用APG工艺的环氧树脂绝缘筒形式，改善了产品在污秽场所的正常工作的绝缘性能。采用流线型设计，不仅改善了导电回路的电场分布，同时也消除了应力集中的弊病，提高了机械强度。精心设计的专利结构，使得熔断器的更换更加方便，可配备大多数国内外标准结构的熔断器。
手车模块主要集中了接触器和熔断器之间以及与开关柜之间的机械联锁。联锁的设计符合中置式开关柜（比如KYN28、KYN96、ZS1、GZS等）的要求。
面板模块包括了机架、活门联锁和面板等。采用容易拆卸和安装的金属面板，更能保证操作人员的人身安全，杜绝了绝缘面板出现的累计悬浮电荷对人体释放的危害。
各个模块有机的结合，使得组合电器不仅从电气性能、绝缘性能、机械强度上得到保证，并在尺寸上具有流畅的外观。
除了接触器以及接触器与熔断器之间的机械联锁外，产品还保留了中置式手车的“五防”联锁功能，如：
一 只有VCF处于分闸状态，VCF手车才可以插入或抽出工作位置；
二 只有VCF处于工作位置、试验位置或移开位置时，VCF操作机构才能被操作；
三 当VCF手车处于工作位置时，辅助回路不能被解脱；
四 只有VCF处于试验位置或移开位置时，接地开关才能被操作；
五 当接地开关处于合闸位置时，VCF手车不能被推向工作位置。
由于产品采用了流行的中置柜手车式结构，客户使用或开关柜厂配套更为方便。开关柜厂不必再开发新的柜型，在原有的中置柜基础上直接配套VCF真空接触器-熔断器组合电器，即可直接具备生产F-C柜的能力。VCF产品模块化的结构、标准化程度高，具有可靠性高、互换性极好以及免维护的特点。
VCF真空接触器-熔断器组合电器的技术性能
传统结构的真空接触器技术参数较低，。VCF产品由于其先进的环氧树脂APG工艺和先进的技术，克服了传统产品的弊端，其技术参数独具优势。VCF产品选用额定电流400A的专用真空灭弧室，其机械特性和开断性能较进口产品稳定，如交接电流可达4kA。采用APG工艺，能较好地控制热效应，补偿因固化反应引起的收缩，大大提高了产品内部结构的致密性，提高了产品的绝缘性能、机械强度和尺寸精度等。同时，为解决环氧树脂固封真空灭弧室因陶瓷外壳与环氧树脂膨胀系数不同引起开裂以及灭弧室的温升和散热问题，VCF采用了专门设计的强化内部电场均匀、导电导热性能更优的小型化真空灭弧室。为了减少环氧树脂固封的内应力，采用具有良好粘结特性和介电常数的特殊缓冲材料。产品在固封成型后，进行了相应的试验，如X光探伤、冷热循环试验、工频耐压、局放以及温升试验。以确保产品质量均达到最好性能。
真空接触器的机械寿命主要取决于真空灭弧室的机械寿命，而操动机构分合闸过程的速
度变化和反弹，对灭弧室波纹管的疲劳寿命有极大影响。真空接触器大多采用电磁操动机构，操动机构的稳定性、可靠性至关重要。VCF操动机构从工艺和设计上多次论证，充分优化，机构的动态吸力特性如下图。吸力特性与反力特性良好的配合确保接触器的机械特性、电气参数和使用寿命。同时，采取了合理的缓冲装置，以吸收分闸反弹能量，保证了VCF的机械性能。
图中A-表示真空接触器的反力特性， B表示电磁机构的吸力特性
真空接触器按照其合闸保持方式可分为电保持型和机械保持型两种。机械保持型较为符合当今节省能源的主题，但是电保持型凭借其较高的机械寿命适应对机械寿命要求更高的场合。因此，选择节能的电磁操作机构将非常重要。VCF组合电器的电保持操作机构采用串联双绕组，通过磁场计算优化励磁回路，具有稳态起动安匝低、长期功耗低等特点。电保持机构的长期功耗约为10W左右。
电气回路上也采用了模块化设计的理念，各模块之间通过可靠接口连接。接触器操作回路设计了可选的防跳功能，并具有可靠的电气联锁。辅助开关也经过特别设计，机械寿命、电气寿命均在100万次左右。
全模块化设计的新一代VCF型真空接触器-熔断器组合电器，已经通过了国家高压电器质量监督检测中心的全部型式试验。并通过了专家组的鉴定，鉴定专家一致认为该产品技术达到国际先进水平。模块化的设计、APG固封的技术、标准的手车式结构成为VCF最鲜明的特点。
（产品图片资料请参彩3页）