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1、Opinon观点评论产业14 | 2 0 0 9 年第1 期袁战荣 孟庆喜 王军志/ 平高集团有限公司电控公司浅谈真空灭弧室的制造工艺及发展方向真空灭弧室是真空断路器的核心部件， 真空断路器的通断操作是通过位于真空灭弧室外的操动机构使真空灭弧室内的一对对置触头闭合或断开来完成的。真空灭弧室的基本结构如图1 所示。在我国，真空灭弧室的发展已经经历了五代。国产的第一代真空灭弧室， 以额定电压1 2 k V ， 1 4 5 m m玻璃绝缘外壳，阿基米德螺旋槽横磁电极结构，使用C u B i系合金触头，分断能力达到 2 0 k A ，额定电流1 2 5 0 A 的Z K B D l 2 5 0 / 1
2、 0 2 0 型真空灭弧室为代表；第二代真空灭弧室就是引进西门子的 3 A F 系列真空灭弧室，其特点是屏蔽筒外露、陶瓷绝缘外壳、电极结构为杯状横磁、使用C u C r 5 0 合金环状触头，分断能力达到3 1 . 5 k A ， 额定电流达 2 5 0 0 A ， 后经开发额定电流可达3 1 5 0 A 、分断能力可达到4 0 k A ；在消化吸收引进技术的基础上开发的第三代真空灭弧室，其特点是屏蔽筒内置， 8 8 1 2 5 m m 陶瓷绝缘外壳，电极结构为杯状纵磁，C u C r 5 0触头材料，分断能力达到4 0 k A ，额定电流可达 3 1 5 0 A 。这期间也研制了一些线圈式纵
3、磁场电极的灭弧室，主要提高了分断能力，但仍以杯状纵磁为主；以一次封排技术为代表的第四代真空灭弧室的整体质量有了很大的提高，此时各种成熟技术的综合应用开发出大量的1 2 k V 、 2 4 k V 、4 0 . 5 k V ， 低压0 . 3 8 1 . 1 4 k V 各种参数的真空灭弧室批量供应市场， 产品覆盖了整个中压领域。 小型化、 有外绝缘保护的真空灭弧室可称为第五代产品，目前已开始批量供应市场。1 真空灭弧室制造工艺随着生产技术及工艺水平的不断提高，真空灭弧室的生产方式发生了巨大的变化， 灭弧室的体积变得越来越小，性能越来越可靠，结构也变得越来越简单。1 . 1 排气台工艺将真空灭弧
4、室的零件通过钎焊及氩弧焊等工艺制成为待排气的整管， 再连接到排气台进行抽真空及烘烤除气，最后进行冷夹封口的过程。此工艺过程复杂，路线长，一般有9 道工序，因效率低且对真空灭弧室零件的污染环节多。而且，按此工艺生产的真空灭弧室烘烤温度低（4 5 0 左右） ，因而除气不彻底。其工艺过程如图2 a 所示。1 . 2 一次封排工艺将真空灭弧室各零件先钎焊成几个部件，再将几个部件组装成真空灭弧室整件， 然后再在真空炉中完成排气、烘烤去气及钎焊封口的过程。此工艺过程较简单，随着真空技术的不断发展，真空灭弧室的制造技术也得到了很大的提高，我国真空灭弧室的设计理论、制造工艺和质量水平都有了质的飞跃。真空灭弧
5、室制造工艺的发展，主要表现在四个方面：触头材料、电弧控制系统、灭弧室结构及灭弧室制造工艺，本文主要介绍真空灭弧室的制造工艺特点以及发展方向。1 动端盖板 2 波纹管 3 触头 4 主屏蔽罩 5 静端盖板6 静导电杆 7 绝缘外壳 8 动导电杆图1 真空灭弧室的基本结构54321678产业Opinon观点评论w w w . e a g e . c o m . c n2 0 0 9 年第1 期| 15一般有7 道工序，因而效率较高且人为污染也较少。此外， 按此工艺生产的真空灭弧室烘烤温度高 （8 0 0 9 0 0 ） ，因而排气彻底。其工艺过程如图2 b 所示。1 . 3 完全一次封排生产方式为
6、了进一步提高真空灭弧室的生产效率，降低生产成本，研究人员对灭弧室的工艺结构进行了更加深入的简化，在上述工艺的基础上又开发出一种新型真空灭弧室生产工艺， 即 “完全一次封排” 工艺。 将真空灭弧室所有零件直接组装成整件，然后在真空炉中一次完成排气、烘烤、钎焊封口的过程，其工艺过程如图2 c 所示。此工艺过程最简单，一般仅有5 道工序，人为环节最少，过程质量最稳定，但对封排设备的要求很高。这种生产方式的优点是：1 ）工艺路线短，装配效率高，一次成品率高，适合于规模化生产。2 ）无需进行零部件焊接，人工环节最少，工艺简单，易保证产品质量的稳定性。3 ）此制造工艺一般使用进口的一次封排用真空炉进行封排
7、。该真空炉的工作容积、抽气速率、极限真空度以及工作区温度均匀性等技术指标， 在国内外真空灭弧室生产厂家中为最高水平，采用全无油真空系统，计算机全程控制，确保制造过程的稳定、可靠，产品质量高，一致性好。2 制造过程中保证产品质量的关键因素2 . 1 真空的保持顾名思义， 真空灭弧室必须要借助优良的真空状态方可实现其功能，要保持优良的真空状态，必须要严格控制以下三个环节。（1 ）陶瓷金属化。陶瓷与金属的性能差异非常大， 因而其与金属零件封接部位的陶瓷金属化质量非常关键。经验表明，真空灭弧室的慢性漏气约有 7 0 %是因为陶瓷金属化质量不好而引起的。 陶瓷金属化的质量难以通过事后检验来控制把关， 必
8、须要通过过程质量来控制，对设备的依赖程度非常高。目前，国内仅有少数几个真空灭弧室厂家具备稳定的陶瓷金属化能力。（2 ）波纹管的选择及其与灭弧室其他零件的钎焊工艺。 波纹管一般是由0 . 1 0 . 2 m m 厚的不锈钢板制成的， 因其厚度很薄且要承受几万次的机械寿命， 所以对材料及制造工艺的要求非常高。传统钎料对不锈钢材料的浸润性很差，因而国内绝大部分厂家都将不锈钢波纹管电镀镍后再进行钎焊。但不锈钢材料不易于进行镀镍，因而存在一定的质量隐患。因此，如果波纹管的材料、 壁厚、 表面状态及其与其余零件的钎焊质量不好， 均会造成真空灭弧室的慢性漏气， 导致真空灭弧室功能的丧失。（3 ） 整管封排、
9、 钎焊工艺。 真空灭弧室整管的封排、钎焊工艺对真空灭弧室真空的保持同样具有非常重要的影响。如果封排工艺环节过多，污染源则较多，这样封排后的真空灭弧室的放气源较多， 从而在贮存或使用过程中可能导致真空度的下降。 真空灭弧室整管钎焊过程中，如真空炉工作区的温度不均匀，则个别管子的焊缝质量会受到影响，存在漏气的隐患。2 . 2 触头材料及触头结构真空灭弧室设计定型后，触头材料及触头结构的稳定性对真空灭弧室的分断能力起着至关重要的作用。 从近些年试验站统计的情况来看，真空断路器（包括老产图2 真空灭弧室的三种制作工艺流程零件零件零件储存、烘装排气口封离工艺老练烘烤排气氩弧焊检漏氩弧焊封口部件检漏部件钎
10、焊清洗电镀储存、烘装储存、烘装清洗电镀整管装配炉内封排炉内封排整管装配部件检漏部件钎焊清洗电镀工艺老练工艺老练（a ）排气台工艺（b ）一次封排工艺（c ）完全一次封排工艺Opinon观点评论产业16 | 2 0 0 9 年第1 期品）型式试验的成功率有所下降。这与降低成本后，触头材料的批次性质量不稳定及触头结构加工质量的不稳定性有很大的关联。 触头的关键性能只能通过破坏性试验的方式进行验证， 因而批量生产的触头必须通过制造过程控制来保证其质量的一致性、稳定性。2 . 3 导电回路的材料真空灭弧室导电回路（主要指动、静导电杆）的材料对真空灭弧室的性能有很大的影响。 如果动静导电杆的材料不好，含
11、气量大，杂质多，则会显著影响真空灭弧室的性能。一方面，导电杆材料不好会造成真空灭弧室在储存及使用过程中产生较多的放气， 影响其真空性能，严重时导致其真空度的丧失；另一方面，导电杆材料不好会增加真空开关的回路电阻再加上较多杂质的存在，这样在通载正常电流时，开关可能会因局部温升过高而烧损，严重时会造成事故。3 制造工艺进步推动真空灭弧室的发展真空灭弧室自从问世以来，一直在不断地改进，伴随着制造工艺的进步，真空灭弧室有了新的发展方向。（1 ）小型化。 真空电弧理论的发展和内部电场优化使真空灭弧室体积更小；复合绝缘技术的应用使真空灭弧室结构尺寸大大减小；真空断路器机械特性的改进，同步分断技术和高性能触
12、头材料的应用使真空灭弧室的“升级” 、使用成为可能。真空灭弧室的小型化工作不论在国内还是在国外已经进行了很多年，并已取得了一定的成效。德国C a l o r - E m a g 公司新研制成的V C 2 型真空断路器，其1 2 k V 、2 0 k A 的真空灭弧室的触头直径仅为4 0 m m ，1 2 k V 、5 0 k A 真空灭弧室的触头直径为 8 0 m m 。德国 A E G 公司最新推出的第三代真空灭弧室，其体积比缩小到原来产品的1 / 3 。日本东芝公司研制成功 S A D E 技术，使用该技术的真空灭弧室体积只有采用线圈式触头结构产品的一半。（2 ）低成本。真空灭弧室的小型化
13、保证了低成本实现的可能。在近2 0 年的时间里，国产真空灭弧室的体积减小了5 0 % ，价格降低了7 0 % 左右，其中有生产厂家提高工艺水平（一次封排工艺的普遍采用） ，提高生产效率和降低生产成本的努力，也与触头、波纹管、陶瓷壳等零件成本的降低密切相关。（3 ）高电压。随着真空开关制造技术和理论研究水平的不断提高， 真空开关的发展已在尝试着向高电压大容量方向发展。美国通用电气公司1 9 8 0 年后生产出了1 6 8 k V / 4 0 k A 的双断口真空断路器，日本明电舍公司1 9 8 0 年开始生产1 4 5 k V / 3 1 . 5 k A 单断口真空断路器， 日本东芝公司1 9
14、8 7 年研制成功了1 4 5 k V / 3 1 . 5 k A 单断口真空灭弧室及1 6 8 k V 双断口真空断路器。此外，日本三菱公司已研制成功2 7 0 k V 单断口真空灭弧室，并且准备发展5 0 0 k V 双断口真空断路器， 一旦研制成功， 估计其造价比同电压等级的S F6断路器低。国内目前已有 北京北开电气股份有限公司和西安西开高压电气股份有限公司研制的1 2 6 k V 真空断路器( 均采用日本明电舍真空灭弧室) 一次通过了全部型式试验并完成鉴定。（4 ）大电流。发电机保护用断路器由于额定工作电流较大，对真空断路器来说温升要求较难达到，同时，由于其短路电流分断后瞬态恢复电压
15、上升速率高，要求有更高的介质恢复速度，因此，这方面的使用一直受到限制。但近几年在发电机保护用的真空断路器、真空灭弧室技术都有了长足发展，目前国内已经可以生产6 3 0 0 A / 8 0 k A 的真空型发电机保护用断路器。（5 ）长寿命。车载开关及电弧炉用频繁操作的断路器要求机械寿命长达1 0 万次甚至2 5 万次。随着新型的操动机构如永磁机构的研制开发， 波纹管制造技术的改进，真空灭弧室装配工艺的优化，长寿命的机构和真空灭弧室相继开发出来，虽然1 0万次机械寿命的真空灭弧室已经通过了型式试验， 但在长寿命真空灭弧室方面还有许多工作要做，首先要保证一致性，其次要向更高的寿命要求进军，满足市场需求。4 结束语在真空灭弧室制造工艺不断改善的条件下， 完全一次封排工艺得到了很好的应用， 产品的可靠性进一步提高，灭弧室的外形尺寸、技术特点得到了更好的利用，可以进一步提高灭弧室的单位产量，降低生产成本，增强真空开关的市场竞争力。 随着真空灭弧室制造工艺的不断发展， 可以不断提高真空灭弧室的分断性能及绝缘水平。EM（收稿日期 ： 2 0 0 8 . 1 2 . 0 6 ）
