關(guān)于固封式真空斷路器在固海大型泵站改造中的應(yīng)用及維護(hù)

李帥

【摘 要】 VJ-12固封式真空斷路器，具有開距小、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、壽命長、動作快、無噪音、維護(hù)量小，采用集成固封極柱結(jié)構(gòu)，保護(hù)真空滅弧室和其它主回路零件免受碰撞、灰塵和凝露的影響，防燃、防爆和適用于頻繁操作，環(huán)境條件較惡劣的場所。寧夏固海大型泵站改造中應(yīng)用VJ-12型10kV真空斷路器300多臺，使用時間最長的已達(dá)4年，由于維護(hù)得當(dāng)和開關(guān)本身的高性能，至今沒有發(fā)生一起因真空斷路器故障而引發(fā)的電力事故。為工程的可靠、安全運行奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】真空斷路器；VJ-12型；應(yīng)用；維護(hù)

1.固封式真空斷路器應(yīng)用

1.1 工程概況

固海揚水工程是寧夏最大的黃河水提灌工程。工程最早始建于1975年，現(xiàn)有泵站31座，裝機244臺套，總裝機容量208381KW，設(shè)計總流量41.2 m3/s，現(xiàn)狀灌溉面積105.8萬畝。工程的建成后，為該地區(qū)二百萬人口的生存、生活和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、提供了水資源保障。但由于工程建設(shè)受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件制約，泵站工程存在機電設(shè)備磨損老化嚴(yán)重、特別是變配電設(shè)備大都屬國家、行業(yè)命令禁止和淘汰產(chǎn)品，運行故障頻發(fā)，工程安全運行存在很大隱患。

1.2 10KV斷路器選擇

2009年國家啟動了大型灌排泵站更新改造工程項目，給這一老化失修工程帶來了強大的福音。該工程早期建設(shè)的同心揚水、固海揚水兩個系統(tǒng)的十六座泵站進(jìn)行更新改造。其中，更新改造6-10KV高壓開關(guān)柜300多面。經(jīng)過調(diào)研論證，我們在設(shè)計上，選型了KYN28A-12型手車式中置柜型，配置了目前國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、操作安全可靠，且更加適宜西北地區(qū)高寒、風(fēng)沙大等特點的VJ-12型固封式真空斷路器。

2. VJ-12型固封式真空斷路器維護(hù)

2.1 真空斷路器的特點

2.1.1 滅弧過程是在密閉的真空容器中完成，電弧和熾熱的金屬蒸氣不會向外界噴濺，因此不會污染環(huán)境。

2.1.2 真空間隙的絕緣強度比常溫常壓下的空氣和六氟化硫的擊穿電壓高得多，因此真空斷路器的觸頭行程（開距）很小，10kV真空斷路器的開距只有8～12mm，其操動機構(gòu)功率小，結(jié)構(gòu)也比較簡單。

2.1.3 金屬蒸氣型的電弧決定了真空斷路器的電弧電壓低，電弧的能量小，觸頭磨損小，因而分?jǐn)啻螖?shù)多（一般在10000次以上），使用壽命長，且適合頻繁操作。

2.1.4 除控制電路和操動機構(gòu)需要定期保養(yǎng)和維護(hù)外，真空滅弧室在使用期限內(nèi)不需要維修，維護(hù)工作量很小。

除以上主要特點外，真空斷路器還有體積小、重量輕、無噪音、防燃、防爆、開斷可靠和開斷功能齊全等特點。

2.2 VJ-12型真空斷路器維修

維修工作用來維持真空斷路器的無故障運行并獲得最長的工作壽命。真空斷路器具有結(jié)構(gòu)簡單和耐用的特點，因而有很長的工作壽命，并且維護(hù)工作量很小。有的廠家甚至說是免維護(hù)，這種說法是不準(zhǔn)確的。VJ-12型真空斷路器采用了銅鉻特殊合金觸頭材料，由于鉻在開斷中有較強的吸氣作用，不會引起真空度下降，而且這種觸頭開斷電流時不產(chǎn)生毛刺和龜裂現(xiàn)象，性能很穩(wěn)定，因此VJ-12型真空斷路器電壽命和機械操作壽命在10000次以上。真空滅弧室在頻繁開斷工作電流和開斷短路電流后，真空度雖然不會降低，是不需維護(hù)的，但是操動機構(gòu)因長期受力和運動等方面的影響，是需要定期檢修和維護(hù)的。根據(jù)本人多年的工作經(jīng)驗，VJ-12型真空斷路器主要從以下幾個方面進(jìn)行檢查、維護(hù)和維修。

2.2.1 真空滅弧室維修

VJ-12型真空斷路器滅弧室的構(gòu)造示意圖如圖2-1所示。真空滅弧室的外殼是陶瓷的，不能承受較大力的撞擊，它是真空斷路器中最嬌嫩的部件，在投入運行前、每操作2000次后都要進(jìn)行檢查。檢查外殼有無裂縫及損傷，有裂縫或外觀損傷的應(yīng)更換滅弧室。用工頻42kV電壓加于動靜觸頭之間1分鐘，觀察有無擊穿的現(xiàn)象，如果有擊穿或放電現(xiàn)象，證明真空度下降，已不能使用。真空中的絕緣強度與真空度有密切的關(guān)系，當(dāng)真空度大于1.33×10-1Pa時，絕緣擊穿強度有顯著的變化，而低于1.33×10-1Pa時，絕緣強度差不多保持不變。因此，一般對真空滅弧室的真空度只要低于1.33×10-2Pa就認(rèn)為已滿足要求。真空滅弧室的真空度會隨著使用年限或儲存年限有緩慢的泄露，壓強增加。所以，真空滅弧室在正常使用20年后應(yīng)用真空度測試儀測量真空度。真空滅弧室隨同真空斷路器出廠時的真空滅弧室內(nèi)部氣體壓強不得大于1.33×10-3Pa，使用中真空滅弧室內(nèi)部氣體壓強最高不得大于6.6×10-2Pa。當(dāng)真空度或耐壓值不符合要求時，均應(yīng)更換滅弧室。

真空斷路器合閘后，動觸頭受滅弧室自閉力和合閘杠桿壓縮彈簧的勢能作用與靜觸頭緊密接觸，此壓力彈簧應(yīng)被壓縮3mm（觸頭彈簧壓縮超行程），當(dāng)壓縮量小于1mm時，證明觸頭磨損量超過2mm。當(dāng)觸頭磨損量過大時，合閘所需機構(gòu)行程增加，滅弧室的波紋管伸縮量也增加，這樣會減少波紋管的壽命。同時壓力彈簧的壓力減小，觸頭接觸電阻增大，發(fā)熱量增加。滅弧室的磨損，一般來說，三相都一樣，所以這時應(yīng)同時更換三相滅弧室。

2.2.2 一次回路維修

一次回路電阻是產(chǎn)生溫升的主要熱源，而滅弧室的回路電阻通常要占一次回路電阻的50%以上。觸頭與外殼之間的真空形成了熱絕緣，因而產(chǎn)生的熱量只能通過動、靜導(dǎo)電桿向外部散熱。真空滅弧室靜端直接與靜支架（靜導(dǎo)電棒）相連，動端則通過動導(dǎo)電桿的滑動導(dǎo)電夾與動支架（動導(dǎo)電棒）相連。因動端連接環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)熱路徑較長，所以溫升的最高點多集中于動導(dǎo)電桿與導(dǎo)電夾搭接部位。

每運行1年后，真空滅弧室的動導(dǎo)電桿與導(dǎo)電夾搭接部位，在脫扣之后，需用布清潔電極并涂潤滑脂。一次回路導(dǎo)電棒也會因為發(fā)熱氧化和受力等原因使導(dǎo)電銅棒的插頭的彈簧變形或失去剛性，使插頭的接觸片變色及燒蝕等，應(yīng)即時檢查、清洗或更換。然后用直流雙臂電橋或伏安法測量主電路的電阻。電流為630A和1250A的真空斷路器主回路電阻應(yīng)分別小于40?Ω和30?Ω。不符合要求時，應(yīng)更換或維修相應(yīng)的器件。

2.2.3 操動機構(gòu)維修

操動機構(gòu)在真空斷路器機械結(jié)構(gòu)中是最為復(fù)雜、精度要求最高的部分，機械參數(shù)的合理配置，直接關(guān)系到真空斷路器的技術(shù)性能和機械壽命。操動機構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)部件、滑動部件、插銷及其他活動部件要加注潤滑油。檢查合閘彈簧和分閘彈簧有無腐蝕變形和損傷，各螺絲有無松動，彈簧墊圈有無失效。

分閘彈簧的拉力直接作用在絕緣拉桿上，使真空滅弧室的動靜觸頭分離，它的狀態(tài)影響著分閘的速度和觸頭位移曲線。真空斷路器分?jǐn)嚯娐窌r的燃弧時間短，其最大燃弧時間不超過1.5個工頻半波，并要求電流第一次過零時，滅弧室要有足夠的絕緣強度。試驗表明，初始分閘速度越高，電弧重燃的機率越小，圖2-2為真空滅弧室觸頭最佳分閘位移曲線。

圖中，L3為觸頭開距12mm，t1為一次燃弧時間2ms，L1為3mm，則初始分閘速度為：

分閘彈簧的彈力要求在一定的范圍內(nèi)不能太高，也不能太低。彈力過高會產(chǎn)生過高的沖擊力，增加斷路器的磨損程度，同時合閘時所需的功率就越大；彈力太低了，會導(dǎo)致電弧不能可靠分?jǐn)嗷蚴钱a(chǎn)生重燃。

合閘彈簧、壓力彈簧狀態(tài)對動觸頭的合閘和分閘位移曲線有很大的影響。合閘時，因合閘彈簧的強大作用力使動觸頭撞向靜觸頭，碰撞時，產(chǎn)生合閘彈跳，一般要求合閘彈跳不大于2ms。

鑒于上述原因，每年要檢查合閘彈簧、分閘彈簧和壓力彈簧，檢查其外觀有無裂紋，有沒有生銹等缺陷。

為保證VJ-12型真空斷路器的技術(shù)性能還需要每年測量以下幾個間隙或距離。關(guān)合狀態(tài)檢查合閘凸輪與從動輪的間隙應(yīng)在0.5～1.0mm之間，操動桿與分閘限位螺栓的距離應(yīng)為12.5～13.5mm。分?jǐn)酄顟B(tài)檢查分閘電磁鐵鐵芯與從動齒輪之間的距離應(yīng)為27.5～28.5mm。

以手動和電動方式進(jìn)行數(shù)次的儲能，閉合和脫扣操作，斷路器的操動應(yīng)正常。每年應(yīng)檢查和維護(hù)一次。注意：手動合閘僅限用于機械調(diào)試和實驗中。

2.2.4 絕緣部件維修

每運行1年用干凈的布擦拭絕緣板、滅弧室的陶瓷外殼、絕緣桿等絕緣部件，用2500V的兆歐表測試主電極的絕緣電阻，應(yīng)大于500兆歐。支撐真空滅弧室的絕緣支架受力是比較大的，所用的材料是絕緣強度和機械強度都很高的材料，不能隨便替換。有裂紋和機械損傷時，應(yīng)更換原廠生產(chǎn)的絕緣件。

2.2.5 操作電路維修

操作電路每3年應(yīng)檢查一次，操作電壓應(yīng)在DC220V±10%之間，其電源由獨立的電瓶或直流源供電，不能間斷。檢查各接線端子有沒有金屬屑或線短接，接觸器和繼電器的觸點有無粘接和接觸不良的情況。用500V兆歐表測量操作電路對地的絕緣電阻，應(yīng)大于2兆歐。檢查分閘電磁鐵和合閘電磁鐵有沒有斷線和過熱燒黑的現(xiàn)象，分閘電磁鐵加60%的操作電壓應(yīng)能可靠動作，合閘電磁鐵加75%的操作電壓應(yīng)能動作。

2.2.6 聯(lián)鎖功能檢查

VJ-12型真空斷路器與開關(guān)柜具有嚴(yán)密的聯(lián)鎖功能，用以防止電氣誤操作（五防）。在真空斷路器投運前和停電大修時應(yīng)檢查其聯(lián)鎖功能。

這些聯(lián)鎖功能是：

2.2.6.1 手車進(jìn)入工作位置鎖定以后，真空斷路器才能合閘；

2.2.6.2 真空斷路器合閘后，手車位置聯(lián)鎖已經(jīng)閉鎖，手車不能移動；

2.2.6.3 二次回路插頭與手車插座連接后，手車才能進(jìn)入工作位置；

2.2.6.4 手車在工作位置時，二次回路插頭不能拆離；

2.2.6.5 當(dāng)真空斷路器分閘，將手車?yán)龉裢庵?，才可以操作接地刀閘；

2.2.6.6 接地刀閘合閘之后，真空斷路器不能進(jìn)入柜內(nèi)工作位置；

2.2.6.7 彈簧儲能未完成，真空斷路器不能合閘。

2.2.7 操作次數(shù)檢查

VJ-12型真空斷路器額定使用環(huán)境和條件下的操作壽命如表2-3所示，當(dāng)達(dá)到表中的操作次數(shù)時，應(yīng)即時更換新的斷路器，以保證電力系統(tǒng)的安全可靠性。

一般在巡視時，就檢查操作次數(shù)，每次短路電流分?jǐn)鄷r都應(yīng)該記錄操作次數(shù)和短路分?jǐn)嚯娏鳌?/p>

表2-3 VJ-12型真空斷路器的工作壽命表

操作項目（機械/電） 操作壽命

機械操作次數(shù) 10000次

電操作次數(shù) 額定負(fù)載電流分?jǐn)?10000次

額定遮斷電流分?jǐn)?30次

3.結(jié)束語

自20世紀(jì)50年代末，出現(xiàn)真空和SF6兩種性能優(yōu)異的滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，并被成功地應(yīng)用到斷路器領(lǐng)域。從此后，真空斷路器和SF6斷路器逐漸樹立起高壓斷路器市場的主流產(chǎn)品地位，并占領(lǐng)了整個高壓斷路器領(lǐng)域。當(dāng)前真空斷路器被限制在10kV和35kV電壓等級的范圍，而SF6斷路器應(yīng)用在72.5kV及以上的高電壓等級，但不久發(fā)現(xiàn)SF6氣體經(jīng)過電弧的高溫分解作用后可產(chǎn)生劇毒的分解物，更重要的是從環(huán)境保護(hù)角度看，SF6氣體是一種溫室效應(yīng)氣體，它對地球溫暖化系數(shù)是CO2的24900倍，而且SF6的氣體的分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，其壽命長達(dá)3200年。

從全球環(huán)境保護(hù)出發(fā)，1997年在日本京都會議上提出了決議，即《聯(lián)合國氣候變化框架公約京都議定書》，到2030年將禁止SF6氣體的使用。采用環(huán)保型的斷路器，如真空斷路器，是今后高壓和超高壓斷路器發(fā)展的重要途徑。

由此可見，真空斷路器將向著高電壓等級、大分?jǐn)嚯娏骱偷筒僮鬟^電壓等方向發(fā)展，其發(fā)展前景非常廣闊，我們學(xué)會正確使用和維修真空斷路器顯得非常必要。

本文從真空斷路器運行中出現(xiàn)的一些不正常狀態(tài)著手，闡述一些故障分析和處理方法，是在工作中對真空斷路器方面的技術(shù)積累。在今后工作中還需不斷學(xué)習(xí)，不斷創(chuàng)新，使電力提灌揚水系統(tǒng)中電氣設(shè)備始終處于良好的運行狀態(tài)，為安全優(yōu)質(zhì)供水作出貢獻(xiàn)。

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