10 kV真空斷路器故障判斷及處理措施探討

趙成柏

（珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海 519000）

1 10 kV真空斷路器概述

10 kV真空斷路器一般包括真空滅弧室、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及絕緣子等部件，由于主要以真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)，零部件均處于密封的絕緣外殼內(nèi)，所以安全無(wú)污染，且具有結(jié)構(gòu)輕巧、觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)快速、燃弧時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)以及維修量少等優(yōu)勢(shì)，常被用于高壓電氣設(shè)備的控制與保護(hù)[1]。

10 kV真空斷路器中，真空滅弧室是不可或缺的關(guān)鍵所在，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)在操動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下動(dòng)靜觸頭進(jìn)行帶電分閘時(shí)，會(huì)在其間形成真空電弧，由于觸頭結(jié)構(gòu)特殊，此時(shí)觸頭間隙會(huì)生成一定縱向磁場(chǎng)，促使表面均勻分布的電弧燃燒，用于維持較低的電弧電壓，當(dāng)電流自然過(guò)零時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)部分金屬蒸汽和殘留的電子離子凝聚于觸頭表面和屏蔽罩中，使得觸頭間隙介質(zhì)絕緣能夠快速恢復(fù)，從而電弧熄滅達(dá)到分?jǐn)嚯娏鞯哪康?。相比?0 kV油開(kāi)關(guān)，真空斷路器具備可靠的滅弧性能，且開(kāi)斷容量高、壽命長(zhǎng)，適用于操作頻繁的場(chǎng)合。此外，10 kV真空斷路器的正常運(yùn)作需要以滅弧室良好的真空度為基礎(chǔ)。

2 10 kV真空斷路器的故障判斷與分析

10 kV真空斷路器在電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮了重要保護(hù)作用，但也會(huì)發(fā)生故障，對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成威脅，加之檢修少，致使故障次數(shù)增多，亟需改善。

2.1 滅弧室真空度降低

滅弧室真空度降低是10 kV真空斷路器的常見(jiàn)故障，而且作為一種隱形故障，難以在運(yùn)行測(cè)試和日常檢修中發(fā)現(xiàn)。若處于工作狀態(tài)的真空斷路器的真空度很低，不僅影響其使用性能，而且可能造成斷口燃燒甚至爆炸情況，因此需要高度重視。該故障形成的原因可能是真空泡選材不當(dāng)或制作工藝不精產(chǎn)生了許多細(xì)微漏電，導(dǎo)致真空度出廠(chǎng)時(shí)便不達(dá)標(biāo)；也可能是不斷振動(dòng)導(dǎo)致真空泡密封位置松動(dòng)降低了真空度；此外，連桿操動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)影響斷路器特性，也容易降低滅弧室的真空度。

圖1 10 kV真空斷路器滅弧室內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 分合閘不同期故障

真空斷路器分合閘不同期故障具體表現(xiàn)為合閘觸頭彈跳時(shí)間長(zhǎng)、分合閘不同期時(shí)間長(zhǎng)及分合閘速度過(guò)低或過(guò)高等。該類(lèi)情況也屬于隱性故障，必須借助特性測(cè)定儀方可得出數(shù)據(jù)，但無(wú)論為何種故障類(lèi)型，均會(huì)降低10 kV真空斷路器波紋管、觸頭等元件的使用壽命以及電流開(kāi)斷能力[2]。分析發(fā)現(xiàn)故障原因包括：機(jī)械性能的變化致使在頻繁操作下改變了三相開(kāi)距；分合閘速度不穩(wěn)一般與儲(chǔ)能彈簧的松緊和壓力彈簧的壓縮量有關(guān)；分合閘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是由超行程和觸頭開(kāi)距造成；觸頭彈跳主要與觸頭中心軸的垂直度和傳動(dòng)環(huán)節(jié)間隙有關(guān)。

2.3 斷路器拒合與拒分

10 kV真空斷路器拒絕合閘與分閘也較為常見(jiàn)。其中，拒絕合閘大多出現(xiàn)在合閘與重合閘過(guò)程中，通常與電壓異常、熔絲熔斷、觸點(diǎn)接觸不良及跳閘線(xiàn)圈斷開(kāi)等電氣回路故障有關(guān)，同時(shí)還與連桿松脫滑落、跳閘脫扣、分閘鎖鉤未鎖住及機(jī)構(gòu)卡死等機(jī)械故障有關(guān)。拒絕分閘就是真空斷路器拒動(dòng)時(shí)往往會(huì)引發(fā)超級(jí)跳閘，進(jìn)而造成大面積停電事故。造成該故障的原因可能是控制開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸不良、繼電保護(hù)器回路接觸不良、熔斷器熔斷、液壓機(jī)構(gòu)壓力不足、跳閘線(xiàn)圈異常、分閘彈簧失靈以及銷(xiāo)子脫落等。

2.4 彈簧儲(chǔ)能不足與絕緣故障

彈簧操作結(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)能電機(jī)的工作狀態(tài)會(huì)直接影響合閘儲(chǔ)能回路狀態(tài)，也是10 kV真空斷路器分合閘動(dòng)作的關(guān)鍵，故障多表現(xiàn)為儲(chǔ)能電機(jī)損壞或運(yùn)轉(zhuǎn)不停，究其原因可能是行程開(kāi)關(guān)由于位置偏上致使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)無(wú)法轉(zhuǎn)換，或者行程開(kāi)關(guān)與儲(chǔ)能接點(diǎn)老化和損壞。絕緣故障大多是因?yàn)榛趶?fù)合絕緣方式的真空斷路器可能會(huì)因應(yīng)力、熱量及濕度等因素的影響下加快了絕緣老化速度。

3 10 kV真空斷路器故障的處理措施探討

3.1 重視滅弧室真空度的測(cè)定

針對(duì)10 kV真空斷路器真空度降低的問(wèn)題，一方面需要在停電檢修時(shí)借助真空測(cè)試儀定性測(cè)試真空滅弧室，掌握其實(shí)際真空度，若確實(shí)降低則必須規(guī)范更換優(yōu)質(zhì)的真空泡，并在此基礎(chǔ)上嚴(yán)格進(jìn)行同期、行程及彈跳等特性試驗(yàn)；另一方面則要采取預(yù)防措施，如優(yōu)先選用性?xún)r(jià)比高、信譽(yù)良好廠(chǎng)家的10 kV真空斷路器產(chǎn)品，盡量保證其本體與操作機(jī)構(gòu)為一體。由于真空度降低是一個(gè)緩慢而持續(xù)的過(guò)程，故建議引入真空度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，以期在真空度開(kāi)始下降時(shí)便能通過(guò)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)予以及時(shí)應(yīng)對(duì)、消除隱患。例如，基于電磁波檢測(cè)的在線(xiàn)真空度監(jiān)測(cè)裝置，可在非接觸式傳感器的作用下對(duì)真空度降低時(shí)的放電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉，并及時(shí)作出提醒進(jìn)行處理[3]。

3.2 進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的機(jī)械特性測(cè)定

10 kV真空斷路器雖然檢修工作量小，但是機(jī)械測(cè)試環(huán)節(jié)是必要的。這是保證真空斷路器性能發(fā)揮的基礎(chǔ)條件，如VS1型真空斷路器只有達(dá)到表1所示的技術(shù)參數(shù)，才能進(jìn)行正常的開(kāi)斷電流，反之便可能降低保護(hù)功能和使用壽命。當(dāng)其出現(xiàn)分合閘故障時(shí)，需要在測(cè)定行程和超行程滿(mǎn)足技術(shù)要求的前提下對(duì)三相絕緣拉桿的長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，若調(diào)整后彈跳、同期測(cè)試數(shù)據(jù)依舊不合格，則要更換其中不合格相的真空泡，然后再次調(diào)整數(shù)據(jù)至符合要求。絕緣拉桿調(diào)整過(guò)程中，可基于斷路器的分閘狀態(tài)拔出銷(xiāo)釘，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)拉桿對(duì)觸頭開(kāi)距加以調(diào)節(jié)；為防止觸頭彈跳時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可增設(shè)平墊片于銷(xiāo)釘間隙，并注意改善觸頭垂直度。

3.3 強(qiáng)化電氣回路與機(jī)械檢修

對(duì)于10 kV真空斷路器拒合故障的處理，應(yīng)先重新合一次控制開(kāi)關(guān)，確定是否為操作不當(dāng)造成的，然后檢查電氣回路，包括合閘控制電源、合閘熔斷器及回路熔絲等元件。若控制開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)下的鐵芯能夠正常動(dòng)作，表示電氣回路不是故障所在，此時(shí)基本可以判定為機(jī)械故障，需要予以停用安排檢修，并針對(duì)具體故障進(jìn)行處理，如更換失靈的分閘彈簧、傳動(dòng)元件等。拒分故障的處理應(yīng)首先檢查電氣回路，確定跳閘電源電壓是否過(guò)低，若鐵芯正常動(dòng)作拒合故障依舊存在，表示故障出在機(jī)械方面；若電源正常，鐵芯卡澀、動(dòng)作無(wú)力，多半是電氣與機(jī)械同時(shí)異常；若電壓正常鐵芯不動(dòng)作，則基本與電氣故障有關(guān)。確定故障點(diǎn)后采取針對(duì)性措施，如測(cè)試跳閘回路元件接觸情況且進(jìn)行可靠連接，必要時(shí)可更換老化元件。若經(jīng)萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)二次插頭發(fā)現(xiàn)電路聯(lián)通，可更換底盤(pán)的輔助開(kāi)關(guān)。對(duì)于機(jī)械卡澀可予以潤(rùn)滑，對(duì)于銷(xiāo)子脫落可重新更換安裝，同時(shí)還要對(duì)軸和銷(xiāo)等關(guān)鍵部位定期進(jìn)行清理和旋轉(zhuǎn)。

表1 技術(shù)參數(shù)

3.4 優(yōu)化設(shè)備裝置和技術(shù)措施

當(dāng)10 kV真空斷路器因彈簧儲(chǔ)能不足時(shí)，可用細(xì)砂紙打磨齒輪，確保儲(chǔ)能電機(jī)既能滿(mǎn)足儲(chǔ)能要求又具備高于儲(chǔ)能時(shí)間的延時(shí)性。若電機(jī)老化嚴(yán)重或損壞，則要及時(shí)重新更換。對(duì)于電能空轉(zhuǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)行程開(kāi)關(guān)的位置進(jìn)行調(diào)整，確保其能夠準(zhǔn)確斷電。用于處理絕緣問(wèn)題的技術(shù)方法有多種。例如，固封極柱技術(shù)，在APG工藝的基礎(chǔ)上配合環(huán)氧樹(shù)脂封堵真空滅弧室，既防止潮氣、灰塵等雜質(zhì)的進(jìn)入，又能實(shí)現(xiàn)滅弧室尺寸的降低和耐氣候性的提升[4]。此外，需要加強(qiáng)絕緣裝置的壽命管理與分析，并結(jié)合定期檢測(cè)減少絕緣故障的發(fā)生。

4 結(jié) 論

10 kV真空斷路器故障是無(wú)法徹底規(guī)避的，因此需采取措施將其故障風(fēng)險(xiǎn)和影響降至最低。需研究真空斷路器的故障成因，提高處理措施的針對(duì)性和實(shí)用性，結(jié)合技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新，切實(shí)提高真空斷路的性能可靠性和使用壽命，從而保障電氣設(shè)備更好的運(yùn)行。