10 kV真空斷路器故障判斷及處理措施探討

趙成柏

（珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海 519000）

1 10 kV真空斷路器概述

10 kV真空斷路器一般包括真空滅弧室、操動機構、支架及絕緣子等部件，由于主要以真空作為滅弧和絕緣介質，零部件均處于密封的絕緣外殼內，所以安全無污染，且具有結構輕巧、觸頭間隙介質恢復快速、燃弧時間短、使用壽命長以及維修量少等優勢，常被用于高壓電氣設備的控制與保護[1]。

10 kV真空斷路器中，真空滅弧室是不可或缺的關鍵所在，內部結構如圖1所示。當在操動機構的作用下動靜觸頭進行帶電分閘時，會在其間形成真空電弧，由于觸頭結構特殊，此時觸頭間隙會生成一定縱向磁場，促使表面均勻分布的電弧燃燒，用于維持較低的電弧電壓，當電流自然過零時，在極短的時間內部分金屬蒸汽和殘留的電子離子凝聚于觸頭表面和屏蔽罩中，使得觸頭間隙介質絕緣能夠快速恢復，從而電弧熄滅達到分斷電流的目的。相比于10 kV油開關，真空斷路器具備可靠的滅弧性能，且開斷容量高、壽命長，適用于操作頻繁的場合。此外，10 kV真空斷路器的正常運作需要以滅弧室良好的真空度為基礎。

2 10 kV真空斷路器的故障判斷與分析

10 kV真空斷路器在電氣設備穩定運行中發揮了重要保護作用，但也會發生故障，對設備和系統運行構成威脅，加之檢修少，致使故障次數增多，亟需改善。

2.1 滅弧室真空度降低

滅弧室真空度降低是10 kV真空斷路器的常見故障，而且作為一種隱形故障，難以在運行測試和日常檢修中發現。若處于工作狀態的真空斷路器的真空度很低，不僅影響其使用性能，而且可能造成斷口燃燒甚至爆炸情況，因此需要高度重視。該故障形成的原因可能是真空泡選材不當或制作工藝不精產生了許多細微漏電，導致真空度出廠時便不達標；也可能是不斷振動導致真空泡密封位置松動降低了真空度；此外，連桿操動距離過長影響斷路器特性，也容易降低滅弧室的真空度。

圖1 10 kV真空斷路器滅弧室內部結構

2.2 分合閘不同期故障

真空斷路器分合閘不同期故障具體表現為合閘觸頭彈跳時間長、分合閘不同期時間長及分合閘速度過低或過高等。該類情況也屬于隱性故障，必須借助特性測定儀方可得出數據，但無論為何種故障類型，均會降低10 kV真空斷路器波紋管、觸頭等元件的使用壽命以及電流開斷能力[2]。分析發現故障原因包括：機械性能的變化致使在頻繁操作下改變了三相開距；分合閘速度不穩一般與儲能彈簧的松緊和壓力彈簧的壓縮量有關；分合閘時間過長是由超行程和觸頭開距造成；觸頭彈跳主要與觸頭中心軸的垂直度和傳動環節間隙有關。

2.3 斷路器拒合與拒分

10 kV真空斷路器拒絕合閘與分閘也較為常見。其中，拒絕合閘大多出現在合閘與重合閘過程中，通常與電壓異常、熔絲熔斷、觸點接觸不良及跳閘線圈斷開等電氣回路故障有關，同時還與連桿松脫滑落、跳閘脫扣、分閘鎖鉤未鎖住及機構卡死等機械故障有關。拒絕分閘就是真空斷路器拒動時往往會引發超級跳閘，進而造成大面積停電事故。造成該故障的原因可能是控制開關觸點接觸不良、繼電保護器回路接觸不良、熔斷器熔斷、液壓機構壓力不足、跳閘線圈異常、分閘彈簧失靈以及銷子脫落等。

2.4 彈簧儲能不足與絕緣故障

彈簧操作結構中的儲能電機的工作狀態會直接影響合閘儲能回路狀態，也是10 kV真空斷路器分合閘動作的關鍵，故障多表現為儲能電機損壞或運轉不停，究其原因可能是行程開關由于位置偏上致使開關觸點無法轉換，或者行程開關與儲能接點老化和損壞。絕緣故障大多是因為基于復合絕緣方式的真空斷路器可能會因應力、熱量及濕度等因素的影響下加快了絕緣老化速度。

3 10 kV真空斷路器故障的處理措施探討

3.1 重視滅弧室真空度的測定

針對10 kV真空斷路器真空度降低的問題，一方面需要在停電檢修時借助真空測試儀定性測試真空滅弧室，掌握其實際真空度，若確實降低則必須規范更換優質的真空泡，并在此基礎上嚴格進行同期、行程及彈跳等特性試驗；另一方面則要采取預防措施，如優先選用性價比高、信譽良好廠家的10 kV真空斷路器產品，盡量保證其本體與操作機構為一體。由于真空度降低是一個緩慢而持續的過程，故建議引入真空度在線監測裝置，以期在真空度開始下降時便能通過檢測到的數據予以及時應對、消除隱患。例如，基于電磁波檢測的在線真空度監測裝置，可在非接觸式傳感器的作用下對真空度降低時的放電信號進行實時捕捉，并及時作出提醒進行處理[3]。

3.2 進行專業的機械特性測定

10 kV真空斷路器雖然檢修工作量小，但是機械測試環節是必要的。這是保證真空斷路器性能發揮的基礎條件，如VS1型真空斷路器只有達到表1所示的技術參數，才能進行正常的開斷電流，反之便可能降低保護功能和使用壽命。當其出現分合閘故障時，需要在測定行程和超行程滿足技術要求的前提下對三相絕緣拉桿的長度進行適當調整，若調整后彈跳、同期測試數據依舊不合格，則要更換其中不合格相的真空泡，然后再次調整數據至符合要求。絕緣拉桿調整過程中，可基于斷路器的分閘狀態拔出銷釘，隨后轉動拉桿對觸頭開距加以調節；為防止觸頭彈跳時間過長，可增設平墊片于銷釘間隙，并注意改善觸頭垂直度。

3.3 強化電氣回路與機械檢修

對于10 kV真空斷路器拒合故障的處理，應先重新合一次控制開關，確定是否為操作不當造成的，然后檢查電氣回路，包括合閘控制電源、合閘熔斷器及回路熔絲等元件。若控制開關處于合閘狀態下的鐵芯能夠正常動作，表示電氣回路不是故障所在，此時基本可以判定為機械故障，需要予以停用安排檢修，并針對具體故障進行處理，如更換失靈的分閘彈簧、傳動元件等。拒分故障的處理應首先檢查電氣回路，確定跳閘電源電壓是否過低，若鐵芯正常動作拒合故障依舊存在，表示故障出在機械方面；若電源正常，鐵芯卡澀、動作無力，多半是電氣與機械同時異常；若電壓正常鐵芯不動作，則基本與電氣故障有關。確定故障點后采取針對性措施，如測試跳閘回路元件接觸情況且進行可靠連接，必要時可更換老化元件。若經萬用表監測二次插頭發現電路聯通，可更換底盤的輔助開關。對于機械卡澀可予以潤滑，對于銷子脫落可重新更換安裝，同時還要對軸和銷等關鍵部位定期進行清理和旋轉。

表1 技術參數

3.4 優化設備裝置和技術措施

當10 kV真空斷路器因彈簧儲能不足時，可用細砂紙打磨齒輪，確保儲能電機既能滿足儲能要求又具備高于儲能時間的延時性。若電機老化嚴重或損壞，則要及時重新更換。對于電能空轉，可根據實際情況對行程開關的位置進行調整，確保其能夠準確斷電。用于處理絕緣問題的技術方法有多種。例如，固封極柱技術，在APG工藝的基礎上配合環氧樹脂封堵真空滅弧室，既防止潮氣、灰塵等雜質的進入，又能實現滅弧室尺寸的降低和耐氣候性的提升[4]。此外，需要加強絕緣裝置的壽命管理與分析，并結合定期檢測減少絕緣故障的發生。

4 結 論

10 kV真空斷路器故障是無法徹底規避的，因此需采取措施將其故障風險和影響降至最低。需研究真空斷路器的故障成因，提高處理措施的針對性和實用性，結合技術優化與創新，切實提高真空斷路的性能可靠性和使用壽命，從而保障電氣設備更好的運行。