交流耐壓法檢測真空斷路器真空度及一起缺陷案例分析

陳家榮 鐘榮富

摘要：真空滅弧室是真空斷路器（VCB）的核心部件，其真空度是決定真空斷路器工作性能是否優異的重要參數。從真空度現場檢測角度出發，本文介紹了用戶運用最多的交流耐壓法，闡述了真空斷路器斷口擊穿電壓與滅弧室內氣體壓強的原理關系，給出了現場運用交流耐壓法檢測真空斷路器真空度的操作流程，仔細分析了一起采用交流耐壓法發現真空斷路器真空度下降的缺陷案例。可得，交流耐壓法判斷真空斷路器滅弧室內真空度具有簡單易行、準確可靠，是一種可在變電站現場廣泛采用的方法。

關鍵詞：真空斷路器；交流耐壓法；真空度；缺陷

引言

根據理論推導、缺陷分析，提出交流耐壓法對于現場判斷真空斷路器性能優劣中起到重要作用，對深入研究現場檢測真空斷路器滅弧室內真空度具有重要意義。

1 滅弧室內電極間隙擊穿理論

根據大量實驗數據可得電極間隙的擊穿電壓隨氣體壓強的變化曲線[1-2]，見圖1。

圖1中，滅弧室內為高真空時（氣體壓強小于10-2Pa），因不存在氣體粒子的碰撞游離而具有很高的電氣擊穿強度，其擊穿電壓是標準大氣壓下的10倍以上，此過程主要是由場致發射電子引起，需很高的場強才能發生，并擊穿電壓幾乎不隨氣體壓強而變化。當真空度（氣體壓強大于10-2Pa）下降到一定程度時，擊穿電壓迅速下降。因此維持滅弧室內高真空對保證斷路器開斷電流及防止擊穿至關重要。要是采用比真空斷路器額定電壓大幾倍（一般6倍左右）電壓考驗真空斷路器斷口，斷口不發生放電擊穿，則其在額定電壓下必不擊穿，從而可判斷真空斷路器滅弧室內依然保持高真空，此方法即為交流耐壓法。

2 交流耐壓法

圖2為交流耐壓法接線原理圖，其中試驗裝置由接觸調壓器、電壓表、電流表以及試驗變壓器組成。

施加到真空斷路器電極上電壓以30kV/min的均勻速度遞增，直到到達真空斷路器預防性試驗規程要求的工頻耐壓值（10kV真空斷路器為33.6kV），如果電壓上升過程中電流表指針擺動，則將電壓降至零，再升壓，反復兩到三次，如果真空斷路器觸頭間能夠耐受試驗工頻電壓60s，則認為真空滅弧室內真空度滿足要求。如果隨著電壓的升高，電流值增大，發出放電聲音或未達到試驗預定電壓即發生跳閘，則認為真空度已下降到不合格。通過交流耐壓法，可定性檢測真空斷路器的真空度。

3 一起真空斷路器真空度下降的缺陷分析

3.1 缺陷發現

東莞供電局試驗研究所高壓試驗班按計劃對大龍變電站型號為VS15102PR的某10kV真空斷路器進行預防性試驗，試驗項目包括回路電阻測試、低電壓動作測試、機械特性測試、本體絕緣電阻測試、本體交流耐壓測試、斷口絕緣電阻測試和斷口交流耐壓測試共七項。試驗中前面六項測試數據均合格，只有斷口交流耐壓測試不通過。由于開關柜結構限制，加壓部位為真空斷路器的下斷口，上斷口接地。當電壓升至13kV時，測試儀器電流指針突然變為0，但儀器未跳閘，繼續升壓至15kV時，電流指針從1A至0之間反復跳動，且聽到輕微的“啪啪啪”聲響，但外表未觀察到有放電火花現象，從聲音來源初步估計放電點在滅弧室附近。

3.2 缺陷進一步排查

由于對真空斷路器耐壓測試為A、B、C三相同時進行，故不能確定放電源具體位置，為確定放電源，分步驟進行排查：首先，懷疑滅弧室內真空度下降、絕緣支撐受潮、絕緣拉桿受潮影響，再次對斷路器進行絕緣電阻測試及外觀檢查，絕緣電阻合格，外觀未發現異常，對真空斷路器陶瓷外表及絕緣支撐、絕緣拉桿進行清抹后，再次嘗試施加電壓，情況依舊存在，說明非受潮影響。其次，對真空斷路器進行逐相施加交流電壓，A、B相順利通過，對C相加壓時，現像再次出現，確認缺陷點在C相。再次，對C相進行檢查、表面清抹后施加電壓，放電聲依然存在，但真空斷路器表面未見放電火花，因此判定放電源在真空斷路器內部，即真空斷路器內觸頭間發生放電。最后，真空斷路器內部發生放電可能有兩個原因，一是觸頭間距不夠，另一是真空度不足，對真空斷路器的分閘行程進行測量，三相真空斷路器的分閘行程均為15mm，因此判定并非觸頭間距不夠，而是真空度不足。

3.3外觀及解體檢查

對更換下來的真空斷路器進行外觀檢查，陶瓷絕緣外殼上未見裂紋，表面光滑，再仔細檢查發現絕緣外殼與動端蓋板之間有燒焦痕跡，表面膠圈有融化跡象，能輕易將膠圈撕開，見圖3（a）。解體后，可看到動靜觸頭表面平滑，未發現燒傷痕跡，但動靜端蓋板、靜導電桿、屏蔽罩表面粗糙，有大片如雪花般的燒傷痕跡，見圖3（b），且屏蔽罩上下邊緣及動端蓋板處有燒融缺口，最大缺口長度達18mm，見圖3（c）。這些現象表明真空斷路器內曾發生過強烈的電弧放電，說明內部真空度已無法滿足絕緣要求，屬于真空度下降的典型案例。

3.4原因分析

引起真空度降低的原因主要有以下幾點：一是真空斷路器的材質或制作工藝存在問題，本身存在微小漏點；二是滅弧室內波紋管材質或制作工藝存在問題，多次操作后出現漏點；三是在操作真空斷路器時，由于操作連桿距離較大，影響了開關的同期、彈跳、超行程等特性，使真空度降低速度加快。

4 結論

本文的分析結果為真空斷路器滅弧室內真空度判定給出了理論依據，為交流耐壓法的現場運用提供了實施方法，提供了真空斷路器真空度不足的缺陷處理步驟，可為現場真空斷路器真空度的檢測及缺陷分析提供有益幫助。

參考文獻

[1]范興明，劉旭東，潘永成，等.真空斷路器真空度檢測方法探討[J].高壓電器，2011，47（8）：52-56.

[2]王季梅.真空開關的現狀及發展趨勢[J].電力設備，2005，6（2）：1-5.

作者簡介：陳家榮（1983-），男，高級技師，助理工程師，主要從事電氣設備試驗工作。

（作者單位：廣東電網公司東莞供電局）