10kV真空斷路器常見(jiàn)故障淺析

張?jiān)乓? 劉博

引言：真空斷路器以其高絕緣、滅弧性能，良好的操作特性以及運(yùn)行可靠性在10kV及以下的配電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著其應(yīng)用的增多，故障和缺陷情況也隨之凸顯出來(lái)，本文通過(guò)常見(jiàn)的ZN63A（VS1）型戶內(nèi)高壓真空斷路器為例，詳細(xì)介紹其工作原理，并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防及處理措施。

一、ZN63A（VS1）型真空斷路器工作原理

1、滅弧原理：真空斷路器利用真空度約為10-4Pa（運(yùn)行中不低于10-2Pa）的高真空作為內(nèi)絕緣和滅弧介質(zhì)。當(dāng)滅弧室內(nèi)被抽成10-4Pa的高真空時(shí)，其絕緣強(qiáng)度要比絕緣油、一個(gè)大氣壓力下的空氣的絕緣強(qiáng)度高很多。斷路器配用的真空滅弧室，具有極高的真空度，當(dāng)動(dòng)、靜觸頭在操動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下帶電分閘時(shí)，在觸頭間就會(huì)產(chǎn)生真空電弧。同時(shí)由于觸頭的特殊結(jié)構(gòu)，在觸頭間隙中產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目v磁場(chǎng)，使真空電弧保持?jǐn)U散型，并使電弧均勻的分布在觸頭表面燃燒，并維持低的電弧電壓。在電流自然過(guò)零時(shí)，殘留的離子、電子和金屬蒸汽在微秒數(shù)量級(jí)的時(shí)間內(nèi)就可復(fù)合或凝聚在觸頭表面和屏蔽罩上，滅弧室斷口的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度很快被恢復(fù)，從而電弧被熄滅，達(dá)到分?jǐn)嗟哪康?，由于ZN63A（VS1）型真空斷路器采用縱向磁場(chǎng)控制真空電弧，因而具有強(qiáng)而穩(wěn)定的開斷電流能力。

2、儲(chǔ)能動(dòng)作原理：儲(chǔ)能電機(jī)輸出扭矩通過(guò)單向軸承經(jīng)鏈傳動(dòng)，帶動(dòng)擋銷運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)儲(chǔ)能軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能軸上的掛簧拐臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而拉長(zhǎng)合閘彈簧，達(dá)到儲(chǔ)能目的，當(dāng)合閘彈簧儲(chǔ)能完成后，能量由儲(chǔ)能保持掣子保持住，于此同時(shí)撥板帶動(dòng)儲(chǔ)能微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，切斷儲(chǔ)能電機(jī)的電源，完成儲(chǔ)能動(dòng)作。

3、分、合閘動(dòng)作原理：

1）合閘動(dòng)作：機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后，若接到合閘信號(hào)，合閘電磁鐵的動(dòng)鐵芯將被吸合向前運(yùn)動(dòng)，通過(guò)合閘軸帶動(dòng)儲(chǔ)能保持掣子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而解除了儲(chǔ)能保持掣子對(duì)儲(chǔ)能軸的約束，合閘彈簧的能量釋放，使合閘凸輪作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)二級(jí)四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及絕緣拉桿帶動(dòng)真空滅弧室的動(dòng)導(dǎo)電桿向上運(yùn)動(dòng)，完成合閘操作。

2）分閘動(dòng)作：合閘動(dòng)作完成后，一旦接到分閘信號(hào)，分閘半軸在脫口力的作用下，做順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，半軸對(duì)分閘脫扣部分的約束解除，分閘脫扣部分在斷路器的觸頭壓力彈簧和碟簧的作用下，作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，真空滅弧室的動(dòng)導(dǎo)電桿在兩級(jí)四連桿機(jī)構(gòu)及絕緣拉桿的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，從而完成分閘操作。如下機(jī)構(gòu)圖1：

圖1

二、故障原因分析及預(yù)防處理措施

真空斷路器的常見(jiàn)故障主要分電氣回路故障和機(jī)械故障兩個(gè)方面。主要表現(xiàn)為：真空滅弧室漏氣、儲(chǔ)能故障及拒分拒合故障等。

1、真空滅弧室漏氣：

1）故障現(xiàn)象與原因

真空斷路器是以在真空中熄弧為特點(diǎn)，但不是在任何真空度下都可以，而是在某一定真空度范圍內(nèi)才具有良好的絕緣和滅弧性能。真空開關(guān)中的內(nèi)部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa范圍內(nèi)。真空滅弧室的不同、動(dòng)靜觸頭結(jié)構(gòu)的不同、屏蔽罩的封接不同、殼體材料的不同、波紋管材質(zhì)和加工方法的不同等，都會(huì)影響真空滅弧室的性能。我國(guó)的真空技術(shù)已能保證真空開關(guān)需要的真空度，而且封接技術(shù)可保證不漏氣，保持真空度。真空斷路器的電壽命由真空滅弧室的電壽命決定。高壓真空斷路器應(yīng)用或保管環(huán)境的污穢等級(jí)、濕度、鹽霧等選擇不夠合適，有害氣體、凝露造成波紋管點(diǎn)狀腐蝕，可導(dǎo)致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

隨著真空滅弧室使用時(shí)間的增長(zhǎng)和開斷次數(shù)增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度將會(huì)影響它的開斷能力和耐壓水平。真空斷路器的觸頭多為對(duì)接式結(jié)構(gòu)，在分合操作中可能產(chǎn)生不同程度的反彈現(xiàn)象不論分閘反彈還是合閘反彈都會(huì)給運(yùn)行帶來(lái)危害。分合閘時(shí)的沖擊速度及沖擊力較大發(fā)生彈跳都可能產(chǎn)生觸頭和導(dǎo)電桿的變形，甚至產(chǎn)生裂紋，反彈可能導(dǎo)致波紋管經(jīng)受強(qiáng)迫振動(dòng)可能產(chǎn)生裂紋，使滅弧室漏氣。

真空斷路器在真空泡內(nèi)開斷電流并進(jìn)行滅弧，而真空斷路器本身沒(méi)有定性、定量監(jiān)測(cè)真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，其危險(xiǎn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯性故障。真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開斷過(guò)電流的能力，并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開關(guān)爆炸。

2、故障預(yù)防

真空斷路器在使用過(guò)程中必須定期檢查滅弧室管內(nèi)的真空度。目前檢查方法有：

1）對(duì)玻璃外殼真空滅弧室可以定期目測(cè)巡視檢查，正常時(shí)內(nèi)部的屏蔽罩等部件表面顏色應(yīng)很明亮，在開斷電流時(shí)發(fā)出淺藍(lán)色弧光。當(dāng)真空度下降很嚴(yán)重時(shí)， 內(nèi)部顏色就會(huì)變得灰暗，開斷電流時(shí)將發(fā)出暗紅色弧光。

2）定期（3年左右）進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn)（42 KV）。當(dāng)動(dòng)靜觸頭保持額定開距條件下，如果工頻耐受電壓不低于額定工頻耐受電壓，則表明真空度滿足使用要求。如果在升壓過(guò)程中，真空滅弧室內(nèi)部發(fā)生持續(xù)擊穿或輝光放電，則表明真空滅弧室真空度已嚴(yán)重下降，已不能繼續(xù)使用。

3）故障處理

保證高壓真空斷路器超行程、觸頭行程在規(guī)定范圍，合理的選擇使用和儲(chǔ)存環(huán)境，是解決真空滅弧室漏氣問(wèn)題的重要措施。真空斷路器在安裝或檢修時(shí)，除了要嚴(yán)格地按照產(chǎn)品安裝說(shuō)明書中要求調(diào)整測(cè)量觸頭超行程。真空滅弧室的觸頭接觸面在經(jīng)過(guò)多次開斷電流后會(huì)逐漸被電磨損，觸頭行程增大，也就相當(dāng)波紋管的工作行程增大，波紋管的壽命會(huì)迅速下降，通常允許觸頭電磨損最大值為3mm左右當(dāng)累計(jì)磨損值達(dá)到或超過(guò)此值，真空滅弧室的開斷性能和導(dǎo)電性能都會(huì)下降，真空滅弧室的使用壽命已到。

為了能夠較準(zhǔn)確地控制每個(gè)真空滅弧室觸頭的電磨損值，必須從滅弧室開始安裝使用時(shí)起，每次預(yù)防性試驗(yàn)或維護(hù)時(shí)，就準(zhǔn)確地測(cè)量開距和超行程并進(jìn)行比較，當(dāng)觸頭磨損后累計(jì)減小值就是觸頭累計(jì)電磨損值。新斷路器在投運(yùn)前應(yīng)測(cè)量分、合閘速度，因?yàn)樗粌H可以建立原始技術(shù)資料， 同時(shí)也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量上的一些問(wèn)題，以便及時(shí)采取措施。當(dāng)真空度降低時(shí)，必須更換真空泡，或更換真空斷路器，并做好行程、同期、彈跳等特性試驗(yàn)。

2、儲(chǔ)能及分合閘故障

1）儲(chǔ)能故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：滑塊卡澀、儲(chǔ)能保持掣子位置不合適導(dǎo)致無(wú)法儲(chǔ)能，微動(dòng)開關(guān)損壞，導(dǎo)致儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不停止而燒壞電機(jī)；

電氣部分：合上儲(chǔ)能電源，若電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧不儲(chǔ)能則是由于正負(fù)電接反，若電機(jī)不轉(zhuǎn)則可能是儲(chǔ)能電源及儲(chǔ)能回路異常以及儲(chǔ)能電機(jī)損壞。

2）合閘故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：合閘翻板卡澀導(dǎo)致儲(chǔ)能保持掣子與滾子無(wú)法脫扣，合閘保持掣子松動(dòng)，無(wú)法保持合閘狀態(tài)；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下合閘按鈕若線圈不動(dòng)作則說(shuō)明合閘回路不通，或合閘線圈損壞。

3）分閘故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：分閘線圈電阻增加，分閘力降低；分閘頂桿變形，分閘時(shí)存在卡澀現(xiàn)象，分閘力降低； 分閘頂桿變形嚴(yán)重，分閘時(shí)卡死；合閘保持掣子與半軸扣接量不恰當(dāng)，無(wú)法脫扣；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下分閘按鈕若線圈不動(dòng)作則說(shuō)明合閘回路不通或分閘線圈損壞。

4）故障預(yù)防與處理

真空斷路器的儲(chǔ)能及拒分拒合故障基本上都是由操作機(jī)構(gòu)及控制回路故障所引起， 其故障預(yù)防和處理應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

4.1、防止松動(dòng)與卡勁。機(jī)構(gòu)在操作時(shí)會(huì)發(fā)生沖擊和振動(dòng)，所有緊固處應(yīng)有防松措施，一些受力較大的活銷，不能單用開銷定位， 防止由于操作時(shí)各連板上的力不平衡，造成活銷蹩勁，從而剪斷開口銷；

4.2、防止銹蝕和臟污。銹蝕和臟污會(huì)顯著降低機(jī)構(gòu)操作可靠性，使操作系統(tǒng)的機(jī)械特性變壞，甚至釀成分合閘拒動(dòng)事故?；瑒?dòng)軸承由于銹蝕和臟污，摩擦系數(shù)可以高達(dá)0.3，即使采用了滾柱和滾子軸承，銹蝕和臟污也會(huì)使它的摩擦系數(shù)增大到0.1，這比正常條件下的數(shù)值大一個(gè)數(shù)量級(jí)，將引起肘節(jié)和脫扣機(jī)構(gòu)工作的不穩(wěn)定。保持機(jī)構(gòu)所處環(huán)境條件的清潔度，定期去除機(jī)構(gòu)上（特別是旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)配合）的臟污，經(jīng)常注意潤(rùn)滑，在軸和銷上噴涂的硫化鉬固體潤(rùn)滑劑等可取得很好的效果；

4.3、防止機(jī)構(gòu)受潮。機(jī)構(gòu)的絕緣件受潮會(huì)加速金屬零件的銹蝕；

4.4、提高控制回路的可靠性。要保持接線可靠，不致因操作一定次數(shù)后振動(dòng)脫落絕緣件有足夠的絕緣；輔助開關(guān)固定要牢固，不因操作而變動(dòng)或竄動(dòng)，其聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)要調(diào)整到位；輔助開關(guān)的節(jié)點(diǎn)要防止銹蝕以保證可靠接觸。

三、結(jié)束語(yǔ)

為了使真空斷路器能可靠正常工作，運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行巡視，強(qiáng)化日常的維護(hù)檢測(cè)，在操作中注意觀察有無(wú)異常現(xiàn)象；檢修人員在發(fā)現(xiàn)隱患后及時(shí)消除缺陷，嚴(yán)格執(zhí)行電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求，保證檢修到位，確保修試質(zhì)量，提高設(shè)備健康水平，保證設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：寧夏電力公司檢修公司）