淺談真空開關的維修及使用

楊宗瑋，郭 健

（江西煤業集團景德鎮 電力分公司，江西 景德鎮 333000）

真空開關是利用真空環境來進行滅弧的，以達到閉合及分斷電流。由于閉合及分斷電流在真空環境下進行，所產生的電火花不會外泄，對煤礦井下電氣設備的防爆有著特殊的意義，所以近年來，國家對煤炭行業井下電氣設備真空化進行了強推，使煤礦井下電氣設備在防爆工作上有了一個質的飛躍。

1 真空斷路器的一般結構形式及特點

1.1 真空管外形及觸頭的結構

（1）結構方面的特點：就是要有一個真空環境，而且要相對保持一定的真空度和，實現這一要求的元件叫波紋管，為了使真空度能長期保持，在外形上必須作以下調整：真空管的體積要盡可能的小，內部結構要簡單，為此在管內僅安裝了動、靜觸頭，通過對動、靜觸頭的形狀設計，來實現提高滅弧的能力。

（2）材質方面的特點：對觸頭的材料選擇一般是二大類：其一是耐弧類的難熔的純金屬，如鉬、鎢等，其二是由銀、銅為主體的合金材料，現在常用的無氧銅就是此類合金。

1.2 整機的電路特點

（1）普遍采用綜合保護電路：一般都安裝綜合保護裝置，對過壓，過流，斷相，漏電等進行綜合保護，大大提高了設備的安全性能。

（2）安裝過電壓吸收電路：要說明這一問題，就必須先了解真空管在分斷電流時的一個特有現象，截流現象：就是在判斷電流時，當電流小到一定的數值，由于弧柱擴散速度過快，使得陰極斑點附近的蒸氣壓降和溫度突然驟烈下降，電弧難以維持，進而突然熄滅，這一現象就叫截流現象。截流現象的本質，就是電弧突然熄滅，在感性電路中引起磁通的驟烈變化，使電路中產生很高的電磁感應電動勢，及操作過電壓，這一過電壓數值有時候會達到額定電壓的數倍，很容易擊穿設備，因此必須采取措施限制操作過電壓的升高：具體說來，一般是在高壓電路中，安裝壓敏電阻，在低壓電路中，通常是安裝一組阻容過電壓吸收電路，使得操作過電壓的數值能被限制在2.5～3.5倍相電壓峰值，以確保設備絕緣不被擊穿。

2 斷路器滅弧的基本工作原理

在真空狀態下，通過實驗發現，間隙的擊穿電壓與真空度有關，其規律是擊穿電壓隨真空度的提高而增大，但真空度達到10-4托時，擊穿電壓就基本保持不變，因此10-4托的真空度是真空管能正常運行的最低真空度，低于這一真空度，真空管就失去真空滅弧作用，真空管就必須更換。另一方面，在真空狀態下，金屬蒸氣的性質在很大程度上決定電弧特性。不同的電流數值，也影響電弧的特性。一般說來在數千安以下的叫小電流。對煤礦來說，由于負荷并不是很集中，其電流值一般不會超過數千安，故都在小電流狀態下工作，因而不可避免地存在截流現象。

3 對設備安裝使用前的檢查及準備

1）認真查閱各種名牌參數，細讀有關說明書，特別是要檢查各項設置與該設備使用環境要相符合：真空開關一般有多種設置，在安裝前，一定要根據開關所帶的負荷多少，負荷的性質，在供電線路中所處的位置等因素，對開關進行正確的選擇和整定，在工作實踐中，筆者總結了以下幾方面值得注意的事項：

（1）對低壓開關，要檢查近、遠控開關是否處在正確的位置，設置錯了，開關不能正常工作。

（2）低壓開關中的變壓器一般會有幾個電壓等級，故應檢查變壓器原邊抽頭是否與現場電壓等級相同。當接好主線路后，一定要檢查變壓器的接線是否正確，才能送電運行。

（3）對整機的絕緣性能進行全面檢查：絕緣性能是真空開關的一個很重要的參數，主要是因為真空開關在分斷電流時，會造成操作過電壓，為此高低壓開關都裝設了過電壓吸收電路，但這些保護電路在設計時，并不是徹底消除過電壓，只是將操作過電壓限制在一定的范圍內，因此整機的絕緣性能仍比一般的開關要求要高，而且要經常進行檢查，以確保其絕緣性能完好，在具體檢查相間絕緣時，特別值得注意的是須將過電壓保護電路及變壓器從主電路中拆除，只有這樣檢查的結果才是正確的，因為這些電路都是直接接在主電路中，通過線圈形成回路，會使測出的數據不準確，造成誤判，另一方面，在測試中，一般會施加較高的電壓，有可能會擊穿保護電路和二次側元件。

（4）對各保護裝置的檢查：現在使用的真空開關，一般都會配置綜合保護裝置，其保護內容包括：漏電、過載、短路、過壓等保護電路，其中漏電保護及過電壓保護電路一般在設備出廠時都已經調整好，設備如沒有出現大的損壞和其它特殊原因，一般不要自行調試。對短路保護電路及過載保護電路則相反，要根據現場實際情況進行現場設置。視開關用途作相應的整定，一般用作配電開關，則可靠系數取下限或中間，用作啟動開關，特別是用于啟動重負荷的，如刮板運輸機、皮帶運輸機等，則可靠系數應取上限值，在特殊情況下，可作適當調整，以避免因整定值偏小，但又頻繁啟動造成的誤動作，另一方面，整定值也不能整定得太大，太大則不能起保護作用。

4 常見故障的分析和處理辦法

4.1 三相同步性差

（1）產生的原因：影響開關同步的原因主要有以下幾方面，一是真空度的好壞，二是彈簧的彈力，三是電磁力，三者的關系是：終壓力=真空吸力+電磁力-彈力。

要使終壓力相等，就要要使真空吸力，電磁力和彈力的合力相等，但在實際使用中，這三者都是變化較大的，真空吸力因動觸頭的不停運行，真空度的減小，真空吸力會逐步下降，電磁力經過長久的吸釋，也會變化，彈力更是因井下惡劣環境，彈簧變質而變化。

（2）處理辦法：在現在，一般沒有精確的測試儀器，大都是以比較法來進行判斷，一般是選一完好的新管子與待修管進行比較，具體做法是：彈簧一般是外置的，可以拆下來通過外觀檢查和進行對比，以確定其好壞。對電磁力，一般情況下是一樣大的，因為在一個電磁系統中，最后就是通過擠壓動觸頭的力的大小來判斷待修管的好壞，如終壓力的差別不大，可以通過調節彈簧的螺帽來達到平衡，如終壓力差別太大，就需要更換真空管。

4.2 過電壓保護電路失效

（1）產生的原因：對高壓開關來說，由于使用的是壓敏電阻，當電壓過大時，常會被擊穿，特別是在雷雨天更是如此。對低壓電路來說，常遇到的是阻容電路中的電容被擊穿，電路脫焊等情況。

（2）處理辦法：對壓敏電阻來說，一定要選用質量較好，過電壓能力較強的產品。對阻容吸收電路來說，要經常檢查各焊點是否結實，電容的容量是否達到標稱值，因為容量下降，保護作用將會隨之下降，而電阻的損壞一般較少，只要外觀沒有破損和燒壞跡象，用萬用表測量一下即可。

4.3 觸頭分斷不靈活

（1）產生原因：真空開關的電磁系統，為了能滿足強力吸合，弱力維持，一般是采取雙銜鐵吸合，單銜鐵維持，而且采用的是直流系統，這樣的方式，好處是吸力大，且穩定，但卻容易產生一個問題，就是直流吸合，時間久了，會產生剩磁，當剩磁達到一定程度后，銜鐵會出現不能分斷的情況。

（2）處理辦法：對銜鐵要經常進行檢查，并注意觀察分斷時的動作情況，當發現有分斷困難時，就應立即進行處理，處理方法主要有：一是對銜鐵的接觸面進行“粗化”處理，即讓接觸面適當的粗糙，以避免因接觸面太光滑，接觸太好，造成磁通量太大，對銜鐵有磁化作用。二是對銜鐵進行去磁，即通以反向直流電，達到消磁的目的，三是對彈簧進行調整，使分斷靈活。

4.4 綜合保護裝置失效

（1）產生原因：由于綜合保護裝置一般都是電子元件組成，因此對振動，強磁場，潮濕，過電流等異常情況較為敏感，而這些情況在井下的惡劣生產環境中卻是經常出現的，因而也容易發生故障。

（2）處理辦法：綜合保護裝置一般是盒式插入件，并有固定裝置，因此在插入后，一定要作好固定，防止晃動。開關防爆腔內，如開關正常運行，一般不會出現潮濕情況，但長期不用，閑置井下，則就相反，很容易在腔內形成高潮濕區，為此，對長期閑置的開關，在使用前要進行全面檢查，將保護裝置取出放在干燥通風的地方讓其干燥后再插入，通電后，要對各種保護功能進行試驗，以確保完好，動作靈敏可靠。

4.5 電磁鐵不能正常吸合或吸合不平穩

（1）產生原因：不能吸合的主要原因是變壓器燒壞、整流二極管損壞，電容損壞等。變壓器和整流二極管壞，則電磁鐵一般無反應，電容壞，則吸合不穩定，甚至會出現振動。

（2）處理方法：變壓器被燒壞，一般是副邊線路有短路現象，不能簡單的更換變壓器，以防更換后繼續再燒壞，要對線路進行全面檢查，確定無短路情況后才能更換。對整流二極管的檢查，是用萬用表的電流檔測量正極是否有交流電壓，如有為正常，用直流檔測二極管的負極，看是否有直流電壓，如有直流電壓，說明二極管正常，但如直流電壓數值較低，說明電容器有問題，需查明電容器是否完好。

真空開關就其工作原理及使用環境等因素來看是很適用于煤礦井下，特別是真空管通斷電流時火花不外泄，負荷能力強，操作壽命長，維修量小，工作穩定性高，重量輕等優點符合煤礦井下生產的特殊要求。了解真空開關的原理，掌握其設備作用和維護特點，是機電工作者的基礎工作，只有這樣才能充分發揮設備的優越性，延長設備的維修周期，為煤礦安全生產服務。