狀態(tài)檢修下的真空斷路器

范傳杰

摘 要：電力系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)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(tài)檢修已推行十年，狀態(tài)檢修依據(jù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的結(jié)果，考慮設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)因素，動(dòng)態(tài)制定設(shè)備的檢修計(jì)劃，而對(duì)一些長期過載運(yùn)行的水、氣、工業(yè)等一類負(fù)荷，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，設(shè)備老化速度不在可考量范圍，加上停電難度大，對(duì)于隨機(jī)性、發(fā)展性、突發(fā)性的缺陷，真空斷路器并不能像SF6斷路器，可以實(shí)現(xiàn)告警閉鎖功能，一旦發(fā)生惡化，基本就是斷路器本體破壞性故障。文章針對(duì)現(xiàn)狀，提出自己的看法。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)檢修；真空斷路器

中圖分類號(hào)：TB754+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0081-02

目前福建電網(wǎng)，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(xiàn)有廠家均未設(shè)計(jì)破口，故它無法像SF6斷路器那樣，可以將氣體壓力異常信號(hào)作為報(bào)警和閉鎖信號(hào)，避免擴(kuò)大設(shè)備事故。由于無法對(duì)運(yùn)行中的真空斷路器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測斷路器特性，加上福建電網(wǎng)現(xiàn)已全面推行狀態(tài)檢修，使得對(duì)健康狀況良好的設(shè)備，預(yù)防性試驗(yàn)周期變長，設(shè)備老化的發(fā)展性的隱性缺陷無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種情況在狀態(tài)檢修后，反而給設(shè)備本體突發(fā)故障制造了條件。

1 真空斷路器的常見結(jié)構(gòu)

1.1 真空斷路器的結(jié)構(gòu)原理

常見真空斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

真空滅弧室的結(jié)構(gòu)很象一個(gè)大型的真空電子管，外殼有玻璃和陶瓷兩種構(gòu)造，動(dòng)觸頭的密封靠金屬波紋管，在允許的彈性變形范圍內(nèi)伸縮，有足夠高的機(jī)械壽命。在動(dòng)、靜觸頭的外周，裝設(shè)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(hù)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(zhì)來達(dá)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(dá)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(qiáng)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(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)。若恢復(fù)了，則能有效的阻止電弧的重燃，否則，電弧會(huì)繼續(xù)燃燒直到下一個(gè)過零點(diǎn)，才有可能熄弧。

1.2 真空斷路器特性參數(shù)

①三相不同期：指開關(guān)三相分（合）閘時(shí)間的最大及最小值的差值。

②彈跳時(shí)間：指開關(guān)的動(dòng)靜觸頭在合閘過程中發(fā)生的所有接觸，分離（即彈跳）的累計(jì)時(shí)間值（即第一次接觸到完全接觸的時(shí)間）。

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

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

⑤開距：指開關(guān)從分狀態(tài)開始到動(dòng)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(shù)據(jù)，從其本質(zhì)上來說是一定空間內(nèi)的真空壓強(qiáng)值的體現(xiàn)，空間內(nèi)氣體含量越低其壓強(qiáng)越小，則真空度越好，對(duì)于真空開關(guān)來說其使用性能、開斷能力等主要指標(biāo)水平越高。

⑦絕緣電阻：一般是合閘狀態(tài)，三相用保險(xiǎn)絲繞在一起測對(duì)地絕緣，分閘狀態(tài)下，斷口進(jìn)線側(cè)用保險(xiǎn)絲繞在一起，出線側(cè)用保險(xiǎn)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(jī)械故障

現(xiàn)有操動(dòng)機(jī)構(gòu)以彈簧機(jī)構(gòu)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(dǎo)致四連桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)內(nèi)部傳動(dòng)、軸承、連桿的潤滑不足也會(huì)導(dǎo)致分合閘不到位，線圈燒毀等現(xiàn)象。

1.3.2 電氣故障

電氣回路故障可以通過保護(hù)測控裝置，發(fā)出的告警信號(hào)，及時(shí)跟進(jìn)處理。但是，真空斷路器隨著使用年限的增長，運(yùn)行環(huán)境的變化，電氣本體指標(biāo)參數(shù)必然或多或少的產(chǎn)生變化，未及時(shí)檢修，將直接威脅人身、電網(wǎng)、設(shè)備安全。

2 案例分析

某變電站，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)10 kV饋線631過流Ⅰ段動(dòng)作開關(guān)跳閘，30分鐘后，主變低后備保護(hù)復(fù)壓過流I段動(dòng)作，主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘。監(jiān)控收到火災(zāi)報(bào)警動(dòng)作信號(hào)，隨后運(yùn)維人員到崗發(fā)現(xiàn)10 kV開關(guān)室濃煙彌漫無法進(jìn)入，使用防毒面具進(jìn)入后發(fā)現(xiàn)10 kV饋線631開關(guān)柜柜體燒毀，并立即匯報(bào)。

從信號(hào)動(dòng)作情況分析以及現(xiàn)場631柜體特別是開關(guān)上觸頭的損毀程度和主變低后備保護(hù)的保護(hù)范圍推測起火的可能性。當(dāng)天地區(qū)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(guān)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(dá)到正常時(shí)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(xiàn)有斷路器絕緣部件的燃點(diǎn)甚至熔化觸頭金屬，這點(diǎn)可以從被燒毀的動(dòng)靜觸頭看出，燃燒產(chǎn)生的煙塵使得真空斷路器絕緣閃絡(luò)，進(jìn)而迅速發(fā)展為三相短路，造成主變低后備保護(hù)動(dòng)作跳開主變低壓側(cè)開關(guān)，而強(qiáng)大的電動(dòng)力也將絕緣桿折斷。

3 狀態(tài)檢修下的真空斷路器應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注

3.1 真空度指標(biāo)

真空度是否合格，直接影響真空斷路器開斷短路電流能力?，F(xiàn)階段，真空斷路器主要使用真空度測試儀和工頻耐壓法進(jìn)行檢測，但只對(duì)真空度嚴(yán)重化的滅弧室才有效。真空滅弧室不發(fā)生事故所允許的最大內(nèi)部壓強(qiáng)為1.33×10-2～1.33×10 Pa，即在高真空范圍內(nèi)，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(fù)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(nèi)部真空度的高低，當(dāng)其內(nèi)部真空度高于某一可允許的最大值時(shí)，即當(dāng)滅弧室內(nèi)氣體壓強(qiáng)高于這個(gè)范圍的時(shí)候，在觸頭分?jǐn)鄷r(shí)，由于較大的浪涌電壓使得觸頭間產(chǎn)生較強(qiáng)電場，增大了滅弧室內(nèi)氣體分子的動(dòng)能，進(jìn)而增大了氣體分子的碰撞電離幾率，容易造成觸頭間產(chǎn)生電弧無法熄滅甚至產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象無法分?jǐn)?，引起電網(wǎng)事故。

3.2 三相同期性

分合閘不同期，將使系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)處于非全相運(yùn)行，引起過電壓，尤其在先合一相情況比先合兩相嚴(yán)重。對(duì)雙側(cè)電源供電的變壓器，會(huì)嚴(yán)重威脅中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的分極絕緣變壓器中性點(diǎn)絕緣，可能引起中性點(diǎn)避雷器爆炸。

故障跳閘重合閘時(shí)，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(dá)數(shù)千攝氏度，輕則對(duì)滅弧室造成機(jī)械強(qiáng)沖擊，重則將產(chǎn)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(fā)生電氣擊穿，在電氣設(shè)備中，等同于相間短路，短路電流將提供強(qiáng)大的電動(dòng)力，對(duì)斷路器本體造成破壞。此外斷路器動(dòng)靜觸頭的回路電阻應(yīng)不大于4微歐，否則在大電流下，也容易引起過熱燒毀。

4 結(jié) 語

總之，狀態(tài)檢修下的真空斷路器除了著重對(duì)歷年數(shù)據(jù)的比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)展性缺陷，還應(yīng)關(guān)注設(shè)備運(yùn)行環(huán)境是否發(fā)生較大改變。通過對(duì)新技術(shù)新裝置的不斷投入與應(yīng)用，利用在線監(jiān)測技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備隱患，及時(shí)調(diào)整檢修策略，才能確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，真正達(dá)到設(shè)備運(yùn)維水平與經(jīng)濟(jì)效益的提升。以上只是個(gè)人的淺見，難免不足之處，望多批評(píng)指正。

（注：Torr，真空度單位，學(xué)名托，1Torr=133.322Pa）

參考文獻(xiàn)：

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