探討真空斷路器檢修維護及缺陷處理

林 星林 佳

1.2.國家廣電總局東南廣播電視維護中心 福建省 福州市 350001

前 言

真空斷路器是一種室內(nèi)配電裝置，具有保護和控制電路設備的功能作用。相比SF6斷路器，真空斷路器對環(huán)境更加友好，不需要進行專門的廢物處理，操作機構簡單可靠。目前，除了部分臺站使用SF6六氟化硫斷路器，以及還有極少部分老舊的配電室或者變電站還存留著少量油斷路器，10kV真空斷路器是目前臺站所使用的主流斷路器。是各臺站配電系統(tǒng)的重要組成部分。所以我們以10kV真空斷路器為例，介紹如何有效預防真空斷路器故障，做好檢修維護及缺陷處理工作。

圖1 10kV真空斷路器的結構特點

1 10kV真空斷路器的結構特點及工作原理

1.1 結構特點

10kV真空斷路器主要用于高壓電器設備中，能夠?qū)υO備進行控制和保護。真空斷路器由支架、操動機構、真空滅弧室、絕緣子等零部件組成，通過波紋管和屏蔽罩所組成的真空滅弧室能形成真空介質(zhì)，其介質(zhì)強度優(yōu)異，具有良好的分斷能力和熄弧能力，恢復速率高。與此同時，觸頭間隙介質(zhì)有著良好的真空耐壓強度。在真空斷路器的長期工作運行過程中，觸頭電磨損小，能夠延長其使用壽命。在真空介質(zhì)中，燃弧時間往往低于半個周波，燃弧時間短、觸頭間隙電弧長度小，相比于SF6斷路器，耗散在真空中的電弧能幾乎是SF6斷路器的十分之一。分斷電路時，有金屬液橋形成，位于觸頭間。受到高電流密度的影響，在高溫的條件下，金屬液橋發(fā)生蒸發(fā)后，形成金屬蒸氣電弧。電流過零熄滅時，金屬微粒由弧隙間落到觸頭表面，凝結成金屬層，可以避免觸頭發(fā)生嚴重的損耗。相比于空氣電弧，在真空電弧中，負載電流對于觸頭的損耗顯著更低。在滿容量條件下，10kV真空斷路器觸頭可以開斷30-50次左右，在額定電流條件下，觸頭可以開斷 5000 次左右［1］。另外，觸頭具有開距小的特點，能夠縮短機械傳動形成，操作功較小，進而減輕機械損耗。10KV真空斷路器的結構特點如圖1所示。

1.2 工作原理及運行分析

10kV真空度斷路器的工作原理是利用氣體分子間無非彈性碰撞的特點，在高壓真空環(huán)境中，使電流流過零點，等離子體迅速擴散，將電弧熄滅，從而達到切斷電流的目的。10kV真空斷路器的工作運行，主要分為合閘、分閘和滅弧等環(huán)節(jié)。在合閘過程中，合閘線圈處于通電狀態(tài)，合閘鐵芯閉合，在斷路器和拐臂運動的作用下，啟動導電桿，進而執(zhí)行合閘動作。分閘過程的基本原理與合閘相反，分閘線圈處于通電狀態(tài)，分閘鐵芯閉合，使鎖扣釋放。啟動彈簧模塊后，完成斷路分離。而在滅弧過程匯總，在螺旋槽（動靜觸頭）的作用下，形成橫向磁場，所產(chǎn)生的磁力，使電弧旋轉(zhuǎn)，避免接觸觸頭，防止出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

2 10kV真空斷路器日常維護的要點

在10kV真空斷路器的長期使用期間，其零部件難免會出現(xiàn)老化、損耗，進而導致故障問題的發(fā)生。而設計環(huán)節(jié)上的技術失誤，也引發(fā)真空斷路器故障的主要因素。針對10kV真空斷路器的故障和缺陷，需要加強檢修維護，妥善處理故障問題。

2.1 真空泡

在10kV真空斷路器日常維護工作中，應該將真空泡檢查作為要點之一，先后進行真空度定性檢測、故障問題分析以及性能測試。在真空度定性檢測環(huán)節(jié)，使用真空檢測儀，對真空泡進行進行檢測，根據(jù)測得的真空度數(shù)據(jù)，與設計和應用標準進行對比，確認真空泡是否符合使用要求（真空度標準：≤1.33×10-3Pa）。符合要求的真空泡，能夠持續(xù)應用;不符合要求的真空泡，則需要及時予以更換;發(fā)生故障問題真空泡，則應該尋找故障原因，便于采取針對性的處理辦法。

2.2 高壓關聯(lián)部分

高壓關聯(lián)部分是10kV真空斷路器主要構件，包括上支架、上出線座、真空滅弧室、絕緣筒等零部件，是故障常見、多發(fā)環(huán)節(jié)，應該做好其日常維護工作，確保其長期、持久的穩(wěn)定運行。在我們?nèi)粘＞S護工作中，通過工頻耐壓和數(shù)字兆歐表對高壓關聯(lián)部分進行絕緣測試，將測試結果與實際應用需要進行對比，確保其在高壓狀態(tài)下安全穩(wěn)定的運行。與此同時，考慮到高壓帶電部分工作運行時干擾因素，實施干擾檢測，從中發(fā)現(xiàn)干擾行為，并妥善予以處理。

2.3 操作機構部分

操作機構的工作性能，在很大程度上決定著10kV真空斷路器能否安全、穩(wěn)定運行。在日常維護工作中，需要明確操作規(guī)范以及操作條件，檢查操作機構的實際運行情況。如存在不規(guī)范操作，應該及時予以糾正?？紤]到環(huán)境因素的影響，明確操作機構部分安全、穩(wěn)定運行時的環(huán)境條件，檢查周圍溫度、濕度，適度予以調(diào)節(jié)和控制。檢查機械操作部分零部件的磨損、老化情況，檢測摩擦阻力。更換已經(jīng)發(fā)生老化、磨損的零部件，并對機械構件進行潤滑處理。另外，我們在日常維護中發(fā)現(xiàn)與北方干燥環(huán)境不同，在南方的沿海以及山區(qū)臺站，潮濕度高，在長期的工作過程，受到負載、環(huán)境溫度及散熱以及渦流的影響，觸頭出現(xiàn)發(fā)熱情況?；蛘撸|頭質(zhì)量差，設備安裝工藝水平不足以及觸頭臟污等問題，會導致真空斷路器觸頭氧化現(xiàn)象嚴重，從而導致接觸電阻增加。通過直流電阻測試，得出的試驗數(shù)值往往是參數(shù)標準的數(shù)倍。因此，臺站在日常檢修的時候要注意對觸頭的保養(yǎng)以及防氧化處理，建議使用電阻率低的觸頭材料，并在觸頭表面鍍上錫、鉛錫合金保護層或銀保護層，可以有效預防氧化現(xiàn)象。從而改善觸頭接觸不良而導致的發(fā)熱現(xiàn)象，有效的避免分斷電流過大而產(chǎn)生的電弧續(xù)燃，提高斷路器的穩(wěn)定性與可靠性。

3 常見的10kV真空斷路器故障問題

3.1 分合閘操作失效

在日常維護過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)斷路器分合閘操作失效的問題，通過處理發(fā)現(xiàn)，導致斷路器分合閘操作失效的原因有很多，其中以電動機斷相運行和操作機構出現(xiàn)運行故障為主。

電動機斷相運行是一種常見的10kV真空斷路器故障問題，尤其是在聯(lián)通高壓電動機時，該問題的發(fā)生風險較高。在斷相運行狀態(tài)下，電動機容易被燒毀，進而引起運行障礙，分合閘動作失效就有可能產(chǎn)生拒動和誤動事故。電動機斷相運行問題的發(fā)生，一方面受到觸頭對接方式的影響，另一方面則與材質(zhì)有關。斷相運行狀態(tài)下，需要重復多次分、合閘操作。該過程中，材質(zhì)比較軟的觸頭就容易發(fā)生形變，進而影響到斷路器的工作性能，導致故障問題的發(fā)生。

操作機構出現(xiàn)運行故障時，發(fā)生分閘鎖扣銷子脫落、分閘鎖扣扣合過量、輔助開關行程過大以及觸片變形等問題，導致分合閘操作失效，真空斷路器無法正常工作。而合閘或分閘線圈斷路的發(fā)生，或是輔助開關接觸出現(xiàn)問題，導致電氣故障的發(fā)生，進而引起分合閘操作失效。一旦出現(xiàn)分合閘操作失效問題，應該在操作機構或電氣方面找尋問題，判斷故障發(fā)生原因。

3.2 滅弧室真空度降低

在10kV真空斷路器的工作運行中，還存在著諸多潛在的安全隱患，在日常維護工作中難以發(fā)現(xiàn)，但是其危害性不容忽視。滅弧室真空度降低是一種常見隱形故障，往往會增加斷口燃燒、爆裂的風險。滅弧室真空度降低問題的形成，一方面與選材有關，由于真空泡材質(zhì)不符合設計和應用標準，導致真空度低;另一方面則受到制作工藝的影響，由于制作工藝不精，真空泡密封較差，出現(xiàn)位置松動的情況，導致真空度不達標。另外，振動、連桿操作距離過長等問題的出現(xiàn)，同樣也會引起滅弧室真空度的下降［2］。

3.3 絕緣老化

10kV真空斷路器應用復合絕緣方式，使用環(huán)氧樹脂材料，對于滅弧室產(chǎn)生防護作用。但是由于暴露在外，受到外部環(huán)境因素的影響，容易出現(xiàn)絕緣老化的情況。而在真空斷路器的工作運行過程中，往往會產(chǎn)生一定的熱量，絕緣老化，增加故障問題的發(fā)生風險。

4 10kV真空斷路器的檢修維護及缺陷處理措施

為了有效保障10kV真空斷路器的安全、穩(wěn)定運行，需要提升回路的可靠性，避免臟污和銹蝕，同時保障三相同步，并對合閘回路進行合理控制，有效防控各類故障問題的發(fā)生，進而采取有效的檢修維護及缺陷處理措施。

4.1 加強對機械、電氣的檢修與維護

在10kV真空斷路器的檢修工作中，應該重點關注機械測試環(huán)節(jié)。以10kV真空斷路器VS1-12（額定電壓12kV、三相交流50Hz）為例，通過開關動特性測試，測試三相分合閘平均速度、三相不同期性等數(shù)值，比較各項技術參數(shù)，檢測其數(shù)值是否符合標準。觸頭開柜為（11±1）mm，超行程（觸頭彈簧壓縮長度）為（3±0.5）mm，額定電壓下的分閘時間為20～50ms，額定電壓下的合閘時間為35～70ms，觸頭合閘彈跳時間≤2ms，三相分、合閘不同期性≤2ms，平局分閘速度為0.9～1.2m/s，平局合閘速度為0.6～0.8m/s。在各項參數(shù)指標符合標準的情況下，才能保證開斷電流的正常，維護真空斷路器的功能，進而延長其使用壽命。在處理分、合閘故障時，則需要對于行程和超行程進行測定。如滿足技術標準，需要對三相絕緣拉桿長度進行適當調(diào)整。然后根據(jù)彈跳、同期測試數(shù)據(jù)，判斷其調(diào)試效果，并對真空泡予以更換，消除不合格相，進而保障三相同步。同時也要注意三相不同期性，如果三相不同期性超過標準參數(shù)時，會在二次中產(chǎn)生零序電流，斷路器一側是電源進線，一側是負荷。如果合閘不同期性過高，就可能會使某相帶上負荷，零序電流保護就有可能發(fā)生誤動，對發(fā)射機的安全運行增加隱患。

在機械和電氣回路檢修的過程中，針對分合閘操作失效問題，分析去原因。重合控制開關，判斷故障是否與操作不當有關。在合閘狀態(tài)下，觀察鐵芯動作是否正常，進而判斷故障是否出在電氣回路，更換老化或破損的元器件，如合閘控制電源、合閘熔斷器，如果問題不在電氣回路，則發(fā)生于機械部分，應對分閘彈簧、傳動元件進行檢查。對于機械卡澀問題，進行潤滑處理。針對分閘鎖扣脫落問題，應重新予以安裝，同時對軸、銷等部位進行清理［3］。

4.2 機械可靠性的檢測與評估

檢測真空斷路器中關鍵零件機械的可靠性，應用應力-強度可靠度計算模型，按照，結合強度（δ）、應力隨機變量（s） 以及函數(shù) f（δ）、f（s），計算機械結構的可靠度R（t）。同時應用疲勞壽命可靠度計算模型為隨機變量lnN的均值，σ為標準差，疲勞壽命為N，計算R（N1），進而判斷10kV真空斷路器的機械可靠性。

4.3 真空度的測定

在停電檢修的過程中，應用真空測試儀進行測試，同時進行同期、行程、彈跳試驗，綜合分析滅弧室真空度。發(fā)生真空度下降的滅弧室，需要更換真空泡。為了有效防控真空度低問題的發(fā)生，應該從問題的源頭入手，采取有效的預防措施。采購真空泡時，選擇信譽良好的廠家，并在使用前進行嚴格的檢驗。而在使用的過程中，為了掌握真空度降低的動態(tài)變化，安裝在線監(jiān)測裝置，同時利用非接觸式傳感器進行感知、探查，關注真空度動態(tài)變化的同時對其使用壽命進行預估，并且對檢修周期及時做出提醒，進而迅速、有效的予以預防、處理，解決故障和缺陷問題［4］。

4.4 絕緣裝置的優(yōu)化

為了解決絕緣老化問題，可以應用固封極柱技術?；贏PG工藝，使用環(huán)氧樹脂，提高真空滅弧室的封閉程度，阻擋潮濕氣體、灰塵及其他雜質(zhì)，減少環(huán)境因素的影響，保護絕緣裝置的性能，延緩絕緣老化。定期進行檢測，及時排查故障問題。

結 論

綜上所述，10kV真空斷路器檢修維護及缺陷處理，應該具體了解真空斷路器的結構特點及工作原理，重點加強對真空泡、高壓帶電部分以及操作機構部分的防護。針對電動機斷相運行、分合閘操作失效、滅弧室真空度降低以及絕緣老化等問題，采取有效的檢修維護及缺陷處理措施。檢測與評估零部件的機械可靠性，加強對機械、電氣的檢修與維護，優(yōu)化絕緣裝置，有效降低10kV真空斷路器的故障發(fā)生風險，才能夠充分發(fā)揮其在配電網(wǎng)中的作用，為臺站供用電安全提供保障，更好的為廣播的安全播出提供服務。