交流耐壓法檢測(cè)真空斷路器真空度及一起缺陷案例分析

陳家榮 鐘榮富

摘要：真空滅弧室是真空斷路器（VCB）的核心部件，其真空度是決定真空斷路器工作性能是否優(yōu)異的重要參數(shù)。從真空度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)角度出發(fā)，本文介紹了用戶運(yùn)用最多的交流耐壓法，闡述了真空斷路器斷口擊穿電壓與滅弧室內(nèi)氣體壓強(qiáng)的原理關(guān)系，給出了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用交流耐壓法檢測(cè)真空斷路器真空度的操作流程，仔細(xì)分析了一起采用交流耐壓法發(fā)現(xiàn)真空斷路器真空度下降的缺陷案例。可得，交流耐壓法判斷真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度具有簡(jiǎn)單易行、準(zhǔn)確可靠，是一種可在變電站現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用的方法。

關(guān)鍵詞：真空斷路器；交流耐壓法；真空度；缺陷

引言

根據(jù)理論推導(dǎo)、缺陷分析，提出交流耐壓法對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)判斷真空斷路器性能優(yōu)劣中起到重要作用，對(duì)深入研究現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度具有重要意義。

1 滅弧室內(nèi)電極間隙擊穿理論

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得電極間隙的擊穿電壓隨氣體壓強(qiáng)的變化曲線[1-2]，見圖1。

圖1中，滅弧室內(nèi)為高真空時(shí)（氣體壓強(qiáng)小于10-2Pa），因不存在氣體粒子的碰撞游離而具有很高的電氣擊穿強(qiáng)度，其擊穿電壓是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的10倍以上，此過程主要是由場(chǎng)致發(fā)射電子引起，需很高的場(chǎng)強(qiáng)才能發(fā)生，并擊穿電壓幾乎不隨氣體壓強(qiáng)而變化。當(dāng)真空度（氣體壓強(qiáng)大于10-2Pa）下降到一定程度時(shí)，擊穿電壓迅速下降。因此維持滅弧室內(nèi)高真空對(duì)保證斷路器開斷電流及防止擊穿至關(guān)重要。要是采用比真空斷路器額定電壓大幾倍（一般6倍左右）電壓考驗(yàn)真空斷路器斷口，斷口不發(fā)生放電擊穿，則其在額定電壓下必不擊穿，從而可判斷真空斷路器滅弧室內(nèi)依然保持高真空，此方法即為交流耐壓法。

2 交流耐壓法

圖2為交流耐壓法接線原理圖，其中試驗(yàn)裝置由接觸調(diào)壓器、電壓表、電流表以及試驗(yàn)變壓器組成。

施加到真空斷路器電極上電壓以30kV/min的均勻速度遞增，直到到達(dá)真空斷路器預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求的工頻耐壓值（10kV真空斷路器為33.6kV），如果電壓上升過程中電流表指針擺動(dòng)，則將電壓降至零，再升壓，反復(fù)兩到三次，如果真空斷路器觸頭間能夠耐受試驗(yàn)工頻電壓60s，則認(rèn)為真空滅弧室內(nèi)真空度滿足要求。如果隨著電壓的升高，電流值增大，發(fā)出放電聲音或未達(dá)到試驗(yàn)預(yù)定電壓即發(fā)生跳閘，則認(rèn)為真空度已下降到不合格。通過交流耐壓法，可定性檢測(cè)真空斷路器的真空度。

3 一起真空斷路器真空度下降的缺陷分析

3.1 缺陷發(fā)現(xiàn)

東莞供電局試驗(yàn)研究所高壓試驗(yàn)班按計(jì)劃對(duì)大龍變電站型號(hào)為VS15102PR的某10kV真空斷路器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括回路電阻測(cè)試、低電壓動(dòng)作測(cè)試、機(jī)械特性測(cè)試、本體絕緣電阻測(cè)試、本體交流耐壓測(cè)試、斷口絕緣電阻測(cè)試和斷口交流耐壓測(cè)試共七項(xiàng)。試驗(yàn)中前面六項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)均合格，只有斷口交流耐壓測(cè)試不通過。由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)限制，加壓部位為真空斷路器的下斷口，上斷口接地。當(dāng)電壓升至13kV時(shí)，測(cè)試儀器電流指針突然變?yōu)?，但儀器未跳閘，繼續(xù)升壓至15kV時(shí)，電流指針從1A至0之間反復(fù)跳動(dòng)，且聽到輕微的“啪啪啪”聲響，但外表未觀察到有放電火花現(xiàn)象，從聲音來源初步估計(jì)放電點(diǎn)在滅弧室附近。

3.2 缺陷進(jìn)一步排查

由于對(duì)真空斷路器耐壓測(cè)試為A、B、C三相同時(shí)進(jìn)行，故不能確定放電源具體位置，為確定放電源，分步驟進(jìn)行排查：首先，懷疑滅弧室內(nèi)真空度下降、絕緣支撐受潮、絕緣拉桿受潮影響，再次對(duì)斷路器進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試及外觀檢查，絕緣電阻合格，外觀未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)真空斷路器陶瓷外表及絕緣支撐、絕緣拉桿進(jìn)行清抹后，再次嘗試施加電壓，情況依舊存在，說明非受潮影響。其次，對(duì)真空斷路器進(jìn)行逐相施加交流電壓，A、B相順利通過，對(duì)C相加壓時(shí)，現(xiàn)像再次出現(xiàn)，確認(rèn)缺陷點(diǎn)在C相。再次，對(duì)C相進(jìn)行檢查、表面清抹后施加電壓，放電聲依然存在，但真空斷路器表面未見放電火花，因此判定放電源在真空斷路器內(nèi)部，即真空斷路器內(nèi)觸頭間發(fā)生放電。最后，真空斷路器內(nèi)部發(fā)生放電可能有兩個(gè)原因，一是觸頭間距不夠，另一是真空度不足，對(duì)真空斷路器的分閘行程進(jìn)行測(cè)量，三相真空斷路器的分閘行程均為15mm，因此判定并非觸頭間距不夠，而是真空度不足。

3.3外觀及解體檢查

對(duì)更換下來的真空斷路器進(jìn)行外觀檢查，陶瓷絕緣外殼上未見裂紋，表面光滑，再仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)絕緣外殼與動(dòng)端蓋板之間有燒焦痕跡，表面膠圈有融化跡象，能輕易將膠圈撕開，見圖3（a）。解體后，可看到動(dòng)靜觸頭表面平滑，未發(fā)現(xiàn)燒傷痕跡，但動(dòng)靜端蓋板、靜導(dǎo)電桿、屏蔽罩表面粗糙，有大片如雪花般的燒傷痕跡，見圖3（b），且屏蔽罩上下邊緣及動(dòng)端蓋板處有燒融缺口，最大缺口長(zhǎng)度達(dá)18mm，見圖3（c）。這些現(xiàn)象表明真空斷路器內(nèi)曾發(fā)生過強(qiáng)烈的電弧放電，說明內(nèi)部真空度已無法滿足絕緣要求，屬于真空度下降的典型案例。

3.4原因分析

引起真空度降低的原因主要有以下幾點(diǎn)：一是真空斷路器的材質(zhì)或制作工藝存在問題，本身存在微小漏點(diǎn)；二是滅弧室內(nèi)波紋管材質(zhì)或制作工藝存在問題，多次操作后出現(xiàn)漏點(diǎn)；三是在操作真空斷路器時(shí)，由于操作連桿距離較大，影響了開關(guān)的同期、彈跳、超行程等特性，使真空度降低速度加快。

4 結(jié)論

本文的分析結(jié)果為真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度判定給出了理論依據(jù)，為交流耐壓法的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用提供了實(shí)施方法，提供了真空斷路器真空度不足的缺陷處理步驟，可為現(xiàn)場(chǎng)真空斷路器真空度的檢測(cè)及缺陷分析提供有益幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]范興明，劉旭東，潘永成，等.真空斷路器真空度檢測(cè)方法探討[J].高壓電器，2011，47（8）：52-56.

[2]王季梅.真空開關(guān)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電力設(shè)備，2005，6（2）：1-5.

作者簡(jiǎn)介：陳家榮（1983-），男，高級(jí)技師，助理工程師，主要從事電氣設(shè)備試驗(yàn)工作。

（作者單位：廣東電網(wǎng)公司東莞供電局）