真空開關在電廠中的應用

楊模昌

摘要：真空斷路器安裝、檢修方便，體積小，重量輕，同時還具備開斷能力強，開斷時間短，無噪聲、無污染，壽命長（機械壽命在10000次以上），不需經常檢修等優點。而合閘電流大，所產生的合閘力矩大，造成的開關震動大，所以許多電廠都將少油式斷路器更換為真空斷路器。文章對真空開關在電廠中的應用進行了探討。

關鍵詞：真空開關；電廠；真空斷路器；開斷能力；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM154 文章編號：1009-2374（2017）11-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.051

1 真空斷路器的使用改造現狀

在我國電力系統及水電廠中大部分采用油斷路器，油斷路器觸頭大多采用銅鎢合金，雖具一定耐電弧能力，但電氣壽命有限，一般開斷10次滿負荷電路或開斷6～7次短路電流觸頭即需打磨，檢修間隔周期短，平時維護量大，有噪聲，有爆炸危險，維護不當易釀成事故。例川西某電站10kV SN10少油開關平時未按規定進行維護、檢修工作，致使“開關觸頭熔焊在動觸頭上凝結成突起”未能及時發現，造成斷路器跳不開以致燒毀設備的事故。

2 真空斷路器性能

真空斷路器滅弧室中氣體壓力不高于1.3×10-2Pa，其絕緣強度比變壓器油及壓力為105Pa的SF6要高得多。同時，電觸頭分離時電極蒸發及觸頭表面微小突起所引起的電弧，其間離子、粒子比周圍真空壓力密度大得多，使離子、粒子極易向周圍擴散。電弧電流過零時其間離子、粒子在磁場作用下迅速擴散，密度迅速降低，使觸頭間的弧區很快恢復為真空間隙，具很高耐壓水平，得以承受較高的恢復電壓不致擊穿，最終完成開斷。而且很多真空斷路器滅弧室結構采用阿基米德螺旋槽跑弧面，當電弧電流流經跑弧面及觸頭間時，造成的磁場使真空電弧在觸頭表面快速移動，從而降低了觸頭表面的溫度，減少了觸頭的燒損，穩定了斷路器的開斷性能，提高了電氣壽命。

3 真空斷路器在電廠中的應用

2011年7月對發電總廠萬安電站將油斷路器換型改造為真空斷路器。

3.1 概況

萬安地處于砂溝河上，首臺機組在1996年5月于石羊變電站上網運行，總裝機容量為3×800kW，單臺機組出口開關為SN10-10Ι型號油開關。

3.2 開關現狀及存在的問題和歷年檢修故障分析

該站1、2、3號發電機出口型號為SN10-10Ι（611、612、613）油開關動作次數已超過2000次以上，機構靈活程度降低，在運行操作中常出現機構卡塞、滲油等故障，為了保證設備安全、可靠，電站通過性能數據對比，決定將611、612、613油開關包括主變兩側型號為SN10-10Ι（601、902）油開關更換，為真空開關。

3.3 改造的必要性、技術原則

油開關每年動作次數較多，傳動機構磨損嚴重，合閘電流增大，合閘電流達100A左右，合閘電磁力矩較大，使操作機構震動較大，造成銷子松脫，發生假合現象，增加維護時間，減少發電量。改造后真空開關開斷能力強，操作安全可靠，只需要很小的合閘電流（約2～5A），減少了維護時間，增加了發電量。

3.4 斷路器技改實施

組織措施：（1）檢修工作必須認真貫徹“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，切實抓好現場管理，杜絕“三違”現象，認真落實標準化流程檢修，保質保量地完成油開關改造任務；（2）在檢修工作過程中，精確測試、認真記錄，將拆卸出的材料統一歸放，并做好標準化現場，嚴格執行“兩票”及三措書制度中的要求，每天開工前列隊點名，安排當天的工作內容，交待所屬工作的安全措施和注意事項。每天收工核對點名總結當天工作，布置第二天工作。工作負責人開工前應核對安全措施，確認無誤后，方可開工，杜絕交叉作業，做到分工明確，責任清楚，強調每個環節的檢修質量，把好質量關、安全關，努力降低成本；（3）檢修工作中，要求每位檢修人員清楚工作中安全措施和注意事項，特別是危險點及其預控措施；（4）更換的真空開關型號是ZN63A-12型，其合閘回路采用的電機儲能，無電機時可采用手動旋轉進行儲能，在GG-1A開關柜內油斷路器下出線電流互感器穿墻隔板上焊接兩根63×40×1000槽鋼2根，兩端用角鋼50×5×1000控制槽鋼間距為0.36m，使兩根槽鋼上的4個孔，能可靠地固定真空開關，在GG-1A開關柜的面屏上，引出真空開關的跳、合閘信號，加裝機械跳閘頂桿，確保在開關距跳，直流消失時，能在GG-1A開關柜的面屏上手動跳開真空開關機械跳閘機構，確保設備安全。作為安全技術管理人員始終堅守在工作現場，及時發現和糾正員工的不安全行為，確保整個改造工作的順利開展，實現技改工作的全過程安全技術閉環管理。

3.5 改造后收到的初步效果

（1）縮短檢修時間，提高設備的年發電利用率；（2）工作中降低了合閘電流，減小合閘線路切面，降低合閘回路故障；（3）改造后可實現操動機構達到30000次機械壽命操作；（4）合閘彈跳和分閘反彈幅值得到改善，提高綜合穩定性；（5）減少了檢修時間，提高發電量。

3.6 真空斷路器運行5年后發現的問題

操動機構在真空斷路器機械結構中是最為復雜、精度要求最高的部分，機械參數的合理配置，直接關系到真空斷路器的技術性能和機械壽命。因此要認真做好機械參數的調試工作，嚴格機械參數指標要求，規范備品備件管理和儲存，保證備品備件的技術性能指標和質量的一致性、通用性和可靠性。嚴格控制真空斷路器的合、分閘速度，合閘速度過低時，會由于預擊穿時間加長，而增大觸頭的磨損量。又由于真空滅弧室一般采用銅焊工藝，機械強度不高，耐振性差。如果合閘速度過高會造成較大的振動，對波紋管產生較大的沖擊，降低波紋管壽命；真空斷路器斷路時的燃弧時間短，其最大燃弧時間不超過1.5個工頻半波，并要求電流第一次過零時，滅弧室要有足夠的絕緣強度，通常希望斷路時在工頻半波內觸頭的行程達到全行程的50%～80%，因此需要嚴格控制開關的分閘速度。要求真空斷路器的分閘緩沖器與合閘緩沖器有較好的特性，盡量減輕沖擊力，以保護真空滅弧室的使用壽命，嚴格控制觸頭行程和超程。要嚴格按照產品安裝說明書要求進行調整，在大修后一定要進行測試，并且與出廠記錄進行比較。不能誤以為開距大對滅弧有利，而隨意增加真空斷路器的觸頭行程。否則會使得斷路器合閘在波紋管產生過大的應力，引起波紋管損壞，破壞滅弧室密封，從而造成漏氣。因此，每次調整超過行程時必須進行記錄，當觸頭磨損量累計超過4mm時，應更換觸頭。觸頭磨損使動、靜觸頭接觸不良時，通過回路電阻的測試也可以發現問題。應仔細檢查觸頭彈簧，不應有變形損傷現象。定期檢查滅弧室的真空度。定期進行工頻耐壓試驗（42kV）。根據“電力設備預防性試驗規程”的規定，結合本單位的實際情況，制定真空斷路器的工頻耐壓試驗周期。經驗證明滅弧室由于工藝的缺欠出現泄漏的現象一般發生在使用第1～2年，因而在開始運行頭兩年根據電站的具體情況多加監視，最好在真空斷路器投運后0.5年、1年、1.5年、2年進行一次工頻耐壓試驗，2年后根據運行情況再決定一年一次還是一年兩次。目前，由于現場不拆卸測試真空度的儀器尚不夠完善，工頻耐壓還是檢測真空度較為有效的方法。有條件時可選用真空度現場測試儀，在不拆卸真空滅弧室的情況下檢測真空滅弧室的真空度。在進行工頻耐壓試驗的同時配合進行真空度檢測，作為輔助手段。合理安排真空斷路器的檢修周期。結合季節（年度）性預防性試驗對真空滅弧室斷口采用工頻耐壓方法檢驗真空度。在正常操作（合、分負荷電流）次數達到2000次，開斷額定電流10次后應檢查各部位的螺栓有無松動。檢查方法和要求按真空斷路器的維修檢查要求進行，若符合規定的技術參數，可繼續使用，注意安裝和維修。真空滅弧室允許儲存期限為15～20年，因此備品不宜過多，存放和使用環境中應無化學腐蝕性氣體存在。調試觸頭開距時，應控制波紋管的壓縮量，防止波紋管發生塑性變形，分閘緩沖器的回彈不應過大，過大會影響波紋管的壽命。裝調時如果發現螺紋配合不良，應查明原因后再處理，不要用很大力氣擰動真空滅弧室，防止波紋管受到損傷。二次回路的接線、輔助開關的接觸應完好，以免影響斷路器動作的可靠性。檢查測量每相主導電回路的電阻值。觸頭接觸電阻與觸頭間的壓力有關，在一定范圍內，壓力越大，接觸電阻越小越穩定。一般真空斷路器每相的接觸電阻不要大于80uΩ。檢查傳動部分的潤滑情況和緊固螺栓有無松動，保持清潔，按機械說明書進行各項操作。注意保護真空滅弧室不受任何外力碰撞。嚴格進行交接驗收。安裝完畢或大修理后，必須進行有關參數的測試和復核。主要復測的參數有：合閘彈跳，分閘同期，開距，壓縮行程，合、分閘速度，合、分閘時間，直流接觸電阻，斷口絕緣水平，傳動驗收試驗等，均應滿足真空斷路器的要求。

3.7 針對新問題及處理

（1）操作過電壓。真空斷路器在操作時往往會產生較高的截流過電壓和電弧重燃過電壓，在運行管理中，需從技術上防止和抑制過電壓，裝設性能較好的金屬氧化物避雷器或進行預防等；（2）真空開關跳合閘線圈更換困難，建議真空開關在設計制造時，跳合閘線圈以銏曹的形式，螺栓獨立閉鎖，置于面板側，這樣便于檢測和更換；（3）真空滅弧室的漏氣問題。隨著真空滅弧室使用時間的延長和開斷次數增多以及受外界因素的作用，其真空度會逐步下降，影響它的開斷能力和耐壓水平。目前，普遍使用縱向磁場滅弧原理和銅鉻觸頭材料，以減少觸頭燒損，提高電氣壽命。但如果導電桿同心度調整不當，將影響真空滅弧室的封接強度，導致漏氣。為了保證同心度的調整，合理地選擇使用和儲存環境，是解決真空滅弧室漏氣問題的重要措施。

4 結語

通過對真空斷路器性能的了解以及安裝運行維護掌握其優點和缺點，提出真空開關真空運行中出現泄漏，產生的危害和采取的措施，有效降低真空開關出現真空泄漏引起的開關操作爆炸及引發大面積停電的可能。

參考文獻

[1] 淡淑恒，李宏群，王季梅，等.真空斷路器觸頭新型處理方法的研究[J].高壓電器，1998，（4）.

（責任編輯：蔣建華）