中壓真空斷路器常見故障分析及對策研究

陳東，張強，盧騷，馬高海，劉大煒

（國能浙江余姚燃氣發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315400）

當(dāng)遇到變電系統(tǒng)問題時，真空斷路器能夠起到保護作用，切斷過負荷電流和短路電流，保障變電系統(tǒng)正常運行。人們應(yīng)該加強對中壓真空斷路器的日常檢查和維護，分析常見的故障原因并制定有效的處理措施，提升變電系統(tǒng)運行質(zhì)量，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 真空斷路器的結(jié)構(gòu)

1.1 基本組成

真空斷路器的基本組成組分一般包括操作機構(gòu)、開斷電流裝置、電氣控制、絕緣支撐以及基座等。真空斷路器的操作結(jié)構(gòu)可以分為電磁操作結(jié)構(gòu)、彈簧操作結(jié)構(gòu)、永磁操作結(jié)構(gòu)、氣動操作結(jié)構(gòu)、以及液壓操作結(jié)構(gòu)等。真空斷路器以操作機構(gòu)和滅弧室的相對位置差異可以進行進一步的分類，主要包括綜合式斷路器、懸掛式斷路器、全封閉組合式斷路器、支架式斷路器以及落地式真空斷路器。

1.2 真空滅弧室

真空斷路器的正常運作，離不開真空滅弧室。真空滅弧室由絕緣外殼屏蔽罩、波紋管、導(dǎo)電桿、動靜觸頭以及端蓋等構(gòu)成，是真空斷路器的核心部件。真空滅弧室需要保證一定的真空度，一般來講，其內(nèi)部壓力可以代表真空滅弧室的真空度，規(guī)定其內(nèi)部氣體壓力應(yīng)小于1.33×10-2pa。目前，人們對真空斷路器的真空滅弧室進行了一系列的改造和優(yōu)化，在其材料、工藝、結(jié)構(gòu)、大小以及性能等方面都取得了顯著的成效。真空滅弧室的外殼材料有氧化鋁陶瓷類以及玻璃類，兩者相比較而言，陶瓷類外殼優(yōu)勢明顯并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在真空滅弧室的下面是動觸頭所在的位置，導(dǎo)電桿和外殼與動觸頭連接，同時為了保障動觸頭能夠靈活且精確的上下運動，在它們之間還裝有導(dǎo)向套。此外，人們?yōu)榱擞^察觸頭磨損程度，在真空滅弧室外表面設(shè)置了一個圓點狀標(biāo)記。通過觀察該標(biāo)記到滅弧室下端相對位置的變化情況，人們可以初步估計磨損程度。

導(dǎo)電回路和斷路的形成需要動、靜觸頭以及相連的導(dǎo)電桿共同作用，真空電弧以及進行熄弧過程的弧腔正是在斷口處產(chǎn)生的。真空斷路器的金屬部分需要依靠絕緣外殼的支撐作用。絕緣外殼可以與屏蔽罩、動觸頭、靜觸頭等金屬部件焊接在一起，維持真空滅弧室的真空度。屏蔽罩是由不銹鋼制成的，其電位是懸浮的，一般位于觸頭的周圍。屏蔽罩在真空斷路器中也發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用，在開斷電流時真空電弧的金屬蒸汽可以被屏蔽掉吸收，使金屬蒸汽附著在屏蔽罩上，保障滅弧室內(nèi)部的絕緣強度。

2 中壓真空斷路器的常見故障

2.1 真空度降低

中壓真空斷路器常會出現(xiàn)真空度降低的故障，這種故障相對來說較難發(fā)現(xiàn)且危害程度較高。對于真空斷路器內(nèi)的真空度檢測一般缺乏定性或定量檢測設(shè)備，這也給該故障的診斷帶來了阻礙。真空斷路器真空度的降低可能會縮短斷路器的使用壽命，影響開斷電流性能，嚴重時可能會引發(fā)爆炸。分析引發(fā)真空斷路器真空度降低故障產(chǎn)生的原因，可以分成以下幾個方面：開關(guān)的超行程、彈跳同期等工作特性與真空度下降的速率密切相關(guān)。在對真空斷路器進行操作時，如果出現(xiàn)連桿的操縱距離過長等問題，便會引發(fā)真空度下降現(xiàn)象。此外，真空斷路器的正常運行需要依賴于真空泡，如果真空泡在制作時由于工藝不精或材料質(zhì)量差，將會引起真空泡內(nèi)漏點的產(chǎn)生，進而降低真空度。與此同時，真空泡波紋管也可能會出現(xiàn)漏點，引發(fā)真空斷路器故障。

2.2 絕緣故障

復(fù)合絕緣方式是很多真空斷路器采用最多的絕緣方式，是通過將滅弧室保護在環(huán)氧樹脂套筒內(nèi)實現(xiàn)絕緣的目的。絕緣故障也是真空斷路器的常見故障之一，由于環(huán)氧樹脂套筒未能將高壓帶電部分全面包裹，因此很多環(huán)境因素都有可能給絕緣效果帶來消極影響。例如，真空斷路器運行的過程中會產(chǎn)生熱量，對絕緣效果不利。

2.3 合閘觸頭彈跳時間過長、分合閘不同期

引發(fā)合閘觸頭彈跳時間過長以及分合閘不同期等問題的因素主要有：真空斷路器的機械性能不符合標(biāo)準(zhǔn)、絕緣拉桿以及支架等部分性能不達標(biāo)、觸頭平面和斷路器中心軸垂直度不符合標(biāo)準(zhǔn)等，都有可能造成上述故障的產(chǎn)生。

2.4 彈簧儲能不到位

真空斷路器合閘后，可能會出現(xiàn)彈簧儲能不達標(biāo)的故障。例如，如果儲能限位開關(guān)的限位較小，容易使得儲能回路提前開斷；或者在驅(qū)動過程中由于儲能齒輪磨損較為嚴重而引發(fā)了打滑脫口現(xiàn)象；儲能電機老化；或彈簧儲能后拉力較大，儲能軸不到位等原因都有可能引發(fā)真空斷路器的彈簧儲能不達標(biāo)的問題。

2.5 誤動、拒動故障

首先，真空斷路器觸頭材料較軟，且隨著斷路器分合閘操作次數(shù)的增加，觸頭變形現(xiàn)象嚴重，影響該相接頭的正常接觸，從而引發(fā)真空斷路器斷相問題。其次，當(dāng)真空斷路器的操動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時可能引發(fā)斷路器分閘失靈。例如分閘鎖扣扣住過量、鎖扣銷子滑落、分閘電壓不足以及輔助開關(guān)接觸質(zhì)量差等都是故障產(chǎn)生的源頭。與此同時，真空斷路器還可能出現(xiàn)合閘失靈的問題。合閘電壓不足、輔助開關(guān)連板變形、分閘鎖扣尺寸不合適、二次接線失誤、輔助開關(guān)接觸點接觸不良等原因都有可能引發(fā)合閘失靈現(xiàn)象。

3 中壓真空斷路器的故障處理措施

3.1 真空度下降處理

為了保障真空斷路器真空泡內(nèi)的真空度符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該全面檢查斷路器真空泡。工作人員應(yīng)該定期檢查斷路器真空泡是否存在放電問題，并采用真空測試儀測試真空度，或利用耐壓試驗對真空泡內(nèi)的真空度進行定性測驗，及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。例如，如果發(fā)現(xiàn)真空度降低，應(yīng)該及時更換真空泡，隨后再測試其行程、同期以及彈跳特性等，保障真空度復(fù)合斷路器要求。

3.2 絕緣故障預(yù)防與處理

斷路器滅弧室以及出線端可以用APG工藝進行處理，利用固封極柱技術(shù)進行絕緣，減少真空斷路器絕緣故障的發(fā)生。固封極柱技術(shù)能夠有效縮小滅弧室的尺寸，降低外界環(huán)境變化給斷路器帶來的不利影響。與此同時，工作人員還需要定期檢測斷路器的絕緣性能，用專用設(shè)備預(yù)測和評估絕緣裝置的使用壽命。其次，為了降低因為工作人員操作失誤帶來的絕緣體損害問題，需要嚴格按照既定操作規(guī)范進行安裝、調(diào)試和檢修工作。需要注意的是，工作人員還需要對開關(guān)絕緣裝置、絕緣拉桿等進行定期清掃和檢查，避免灰塵影響設(shè)備正常運行。

3.3 合閘觸頭彈跳時間過長與分合閘不同期故障處理

工作人員可以在絕緣拉桿和傳動拐臂之間放置一個平墊片，避免出現(xiàn)合閘觸頭彈跳時間過長的問題。之后，可以再對滅弧室觸頭端面進行垂直度的調(diào)整，降低彈跳問題的發(fā)生概率。此外，針對真空斷路器分合閘不同期的故障，可以通過對分合閘機械特性進行測試，例如可以利用開關(guān)特性測試儀測試合閘觸頭彈跳時間、三相分合閘時間以及三相分合閘不同期時間等，在獲得測試數(shù)據(jù)后，再在斷路器觸頭開距標(biāo)準(zhǔn)和超行程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對絕緣拉桿的長度進行合理的調(diào)整，最終降低三相觸頭分合閘不同期的時間。

3.4 彈簧儲能不到位處理

很多因素都有可能引發(fā)彈簧儲能不標(biāo)準(zhǔn)的問題。例如，針對儲能機老化的問題，需要工作人員及時進行電機更換；針對儲能機構(gòu)提早脫扣的問題，工作人員需要對脫扣連鎖部件的裝配質(zhì)量和精度進行優(yōu)化；提升儲能齒輪的熱處理性能。

3.5 誤動、拒動故障預(yù)防與處理

針對誤動、拒動故障的預(yù)防和處理工作，工作人員應(yīng)該重視提升回路工作的可靠性、避免臟污和銹蝕，利用萬用表對二次插頭狀況進行檢測等。

首先，為了改善控制回路工作的可靠性，工作人員需要在輔助開關(guān)節(jié)點做好防腐處理。合理調(diào)整聯(lián)動機構(gòu)，避免出現(xiàn)變形或竄動問題，確保接線的可靠性。與此同時，操作機構(gòu)作用的發(fā)揮會收到銹蝕和臟污的影響，進而引發(fā)分合閘拒動故障。工作人員應(yīng)該保證操作機構(gòu)運行環(huán)境的清潔度，并做好潤滑處理。此外，

針對合閘控制回路故障，工作人員應(yīng)該判斷底盤輔助開關(guān)的基本情況，利用萬用表檢測二次插頭接通情況。如果二次插頭經(jīng)過檢測證明其處于斷開狀態(tài)，則應(yīng)該繼續(xù)測試輔助開關(guān)內(nèi)部接線端子和二次插頭之間的連通狀況，從而判斷故障源頭。

4 結(jié)語

綜上所述，針對真空斷路器的故障，相關(guān)企業(yè)和工作人員應(yīng)該針對常見故障的引發(fā)原因進行調(diào)整，做好故障預(yù)防和處理工作，從而減少誤動和拒動故障、彈簧儲能不到位的故障、真空度下降以及合閘觸頭彈跳時間過長與分合閘不同期等故障。