狀態檢修下的真空斷路器

范傳杰

摘 要：電力系統已基本實現斷路器無油化改造，取而代之的是真空斷路器和SF6斷路器。狀態檢修已推行十年，狀態檢修依據設備狀態評價的結果，考慮設備風險因素，動態制定設備的檢修計劃，而對一些長期過載運行的水、氣、工業等一類負荷，設備運行環境相對惡劣，設備老化速度不在可考量范圍，加上停電難度大，對于隨機性、發展性、突發性的缺陷，真空斷路器并不能像SF6斷路器，可以實現告警閉鎖功能，一旦發生惡化，基本就是斷路器本體破壞性故障。文章針對現狀，提出自己的看法。

關鍵詞：狀態檢修；真空斷路器

中圖分類號：TB754+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0081-02

目前福建電網，10 kV及以下斷路器，基本使用真空斷路器。真空斷路器核心部件是真空滅弧室，考慮到真空管的完好性，現有廠家均未設計破口，故它無法像SF6斷路器那樣，可以將氣體壓力異常信號作為報警和閉鎖信號，避免擴大設備事故。由于無法對運行中的真空斷路器實時在線監測斷路器特性，加上福建電網現已全面推行狀態檢修，使得對健康狀況良好的設備，預防性試驗周期變長，設備老化的發展性的隱性缺陷無法及時發現，這種情況在狀態檢修后，反而給設備本體突發故障制造了條件。

1 真空斷路器的常見結構

1.1 真空斷路器的結構原理

常見真空斷路器的結構示意圖，如圖1所示。

真空滅弧室的結構很象一個大型的真空電子管，外殼有玻璃和陶瓷兩種構造，動觸頭的密封靠金屬波紋管，在允許的彈性變形范圍內伸縮，有足夠高的機械壽命。在動、靜觸頭的外周，裝設了懸浮電位的金屬屏蔽罩，它起冷凝吸收金屬蒸汽、均勻電場分布、保護外殼等表面絕緣作用。

真空斷路器的滅弧原理與其他種類斷路器滅弧原理不同，其他斷路器主要利用滅弧介質來達到熄滅電弧的目的。真空斷路器是利用真空阻止電弧重燃來達到滅弧的目的。在真空條件下（一般指10～4至10～7 Torr），真空間隙的絕緣強度很高，電弧很容易熄滅。因此，電流過零后能否重燃取決于弧隙介質強度的恢復。若恢復了，則能有效的阻止電弧的重燃，否則，電弧會繼續燃燒直到下一個過零點，才有可能熄弧。

1.2 真空斷路器特性參數

①三相不同期：指開關三相分（合）閘時間的最大及最小值的差值。

②彈跳時間：指開關的動靜觸頭在合閘過程中發生的所有接觸，分離（即彈跳）的累計時間值（即第一次接觸到完全接觸的時間）。

③分閘時間：處于合閘位置的斷路器，從分閘脫扣帶電時刻到所有各極觸頭分離時刻的時間間隔。

④合閘時間：處于分閘位置的斷路器，從合閘回路帶電時刻到所有極的觸頭都接觸時刻的時間間隔。

⑤開距：指開關從分狀態開始到動觸頭與靜觸頭剛接觸的這一段距離。

⑥真空度：作為衡量真空水平的一種有效數據，從其本質上來說是一定空間內的真空壓強值的體現，空間內氣體含量越低其壓強越小，則真空度越好，對于真空開關來說其使用性能、開斷能力等主要指標水平越高。

⑦絕緣電阻：一般是合閘狀態，三相用保險絲繞在一起測對地絕緣，分閘狀態下，斷口進線側用保險絲繞在一起，出線側用保險絲繞在一起測斷口絕緣。

1.3 真空斷路器的常見故障

1.3.1 機械故障

現有操動機構以彈簧機構為主，因工藝原材料不良，行程開距不在正常范圍，開口銷、擋卡斷裂，導致四連桿機構無法在合閘位置保持，或者分閘無法脫扣。另外由于彈簧操作機構內部傳動、軸承、連桿的潤滑不足也會導致分合閘不到位，線圈燒毀等現象。

1.3.2 電氣故障

電氣回路故障可以通過保護測控裝置，發出的告警信號，及時跟進處理。但是，真空斷路器隨著使用年限的增長，運行環境的變化，電氣本體指標參數必然或多或少的產生變化，未及時檢修，將直接威脅人身、電網、設備安全。

2 案例分析

某變電站，運維人員發現10 kV饋線631過流Ⅰ段動作開關跳閘，30分鐘后，主變低后備保護復壓過流I段動作，主變低壓側開關跳閘。監控收到火災報警動作信號，隨后運維人員到崗發現10 kV開關室濃煙彌漫無法進入，使用防毒面具進入后發現10 kV饋線631開關柜柜體燒毀，并立即匯報。

從信號動作情況分析以及現場631柜體特別是開關上觸頭的損毀程度和主變低后備保護的保護范圍推測起火的可能性。當天地區雷雨，多條饋線無原因跳閘，初步斷定為雷電的侵入，10 kV饋線631開關在短路電流作用下，雖已跳閘，但斷路器主要器件的絕緣水平受到破壞，加上屬主變近端短路，故障電流達到正常時的幾十倍，而熱量又和電流的平方成正比，使溫度急劇上升，大大超過現有斷路器絕緣部件的燃點甚至熔化觸頭金屬，這點可以從被燒毀的動靜觸頭看出，燃燒產生的煙塵使得真空斷路器絕緣閃絡，進而迅速發展為三相短路，造成主變低后備保護動作跳開主變低壓側開關，而強大的電動力也將絕緣桿折斷。

3 狀態檢修下的真空斷路器應重點關注

3.1 真空度指標

真空度是否合格，直接影響真空斷路器開斷短路電流能力。現階段，真空斷路器主要使用真空度測試儀和工頻耐壓法進行檢測，但只對真空度嚴重化的滅弧室才有效。真空滅弧室不發生事故所允許的最大內部壓強為1.33×10-2～1.33×10 Pa，即在高真空范圍內，由于氣體分子碰撞的幾率很小，因此兩觸頭的開斷能力和觸頭間的絕緣恢復性能較好，真空滅弧室均可正常工作。

滅弧室的性能和絕緣性能很大一部分因素取決于其內部真空度的高低，當其內部真空度高于某一可允許的最大值時，即當滅弧室內氣體壓強高于這個范圍的時候，在觸頭分斷時，由于較大的浪涌電壓使得觸頭間產生較強電場，增大了滅弧室內氣體分子的動能，進而增大了氣體分子的碰撞電離幾率，容易造成觸頭間產生電弧無法熄滅甚至產生擊穿現象無法分斷，引起電網事故。

3.2 三相同期性

分合閘不同期，將使系統在短時間內處于非全相運行，引起過電壓，尤其在先合一相情況比先合兩相嚴重。對雙側電源供電的變壓器，會嚴重威脅中性點不接地系統的分極絕緣變壓器中性點絕緣，可能引起中性點避雷器爆炸。

故障跳閘重合閘時，如果兩相先合，則使未合閘相的端電壓升高，電弧電壓其溫度高達數千攝氏度，輕則對滅弧室造成機械強沖擊，重則將產生爆炸。

3.3 絕緣電阻與回路電阻

真空斷路器本體上的絕緣子、絕緣套管等絕緣元件，如絕緣不足發生電氣擊穿，在電氣設備中，等同于相間短路，短路電流將提供強大的電動力，對斷路器本體造成破壞。此外斷路器動靜觸頭的回路電阻應不大于4微歐，否則在大電流下，也容易引起過熱燒毀。

4 結 語

總之，狀態檢修下的真空斷路器除了著重對歷年數據的比對，及時發現發展性缺陷，還應關注設備運行環境是否發生較大改變。通過對新技術新裝置的不斷投入與應用，利用在線監測技術及時發現運行中設備隱患，及時調整檢修策略，才能確保設備安全穩定運行，真正達到設備運維水平與經濟效益的提升。以上只是個人的淺見，難免不足之處，望多批評指正。

（注：Torr，真空度單位，學名托，1Torr=133.322Pa）

參考文獻：

[1] 福州天一同益電氣有限公司.ZN21高壓開關柜說明書.

[2] 西安開關廠.真空斷路器日常維護及常見問題檢修.

[3] （Q/GDW 612-2011），12（7.2）kV～40.5kV 交流金屬封閉開關設備狀 態檢修導則[S].