真空滅弧室工頻高壓老煉工藝的研究

何媛媛

摘 要：在真空開(kāi)關(guān)的使用期內(nèi)，真空滅弧室除開(kāi)合工作電流和短路電流外，還承擔(dān)著斷口隔離的任務(wù)。為保證真空開(kāi)關(guān)在電力系統(tǒng)中安全可靠地運(yùn)行，真空滅弧室作為真空開(kāi)關(guān)的核心器件，其絕緣能力的保證至關(guān)重要。本文通過(guò)一系列老煉試驗(yàn)，以及老煉試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)真空滅弧室外絕緣的保護(hù)，為滅弧室生產(chǎn)過(guò)程提供一套提高真空滅弧室絕緣水平的有效途徑，并通過(guò)老煉試驗(yàn)的摸索，尋找出真空滅弧室雷電沖擊耐壓水平與老煉電壓的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：真空滅弧室;火花老煉;耐受電壓

中圖分類(lèi)號(hào)：TM561.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）04-0051-03

The Investigation of a Technology for the Spark

Conditioning of Vacuum Interrupter

HE Yuanyuan

（Liaoning Railway Vocational and Technical College，Jinzhou Liaoning 121000）

Abstract： During the service life of vacuum switch， vacuum interrupter not only opens and closes working current and short circuit current， but also undertakes the task of fracture isolation. In order to ensure the safe and reliable operation of vacuum switch in power system， vacuum interrupter as the core device of vacuum switch， its insulation ability is very important. In this paper， through a series of aging tests and the protection of vacuum interrupter insulation in the process of aging test， an effective way to improve the insulation level of vacuum interrupter was provided for the production process of vacuum interrupter. Through the exploration of aging test， the relationship between lightning impulse withstand voltage level of vacuum interrupter and aging voltage was found.

Keywords： vacuum interrupter;spark conditioning;withstand voltage

提高真空滅弧室的絕緣性能，設(shè)計(jì)和工藝是必不可少的兩個(gè)途徑。一是利用設(shè)計(jì)軟件的模擬作用，對(duì)真空滅弧室的內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);二是對(duì)已生產(chǎn)出來(lái)的真空滅弧室進(jìn)行工頻高壓老煉，以提高真空滅弧室的靜態(tài)絕緣性能。

表征真空滅弧室靜態(tài)絕緣水平的兩個(gè)指標(biāo)是短時(shí)工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓。

1 工頻高壓老煉試驗(yàn)的目的與依據(jù)

1.1 工頻高壓老煉的目的

工頻高壓老煉，又稱火花老煉，可以有效地提高真空滅弧室內(nèi)部的介質(zhì)強(qiáng)度?；鸹ɡ蠠捠侵冈陟o態(tài)情況下給真空滅弧室施加高壓工頻電壓，引起觸頭間以及觸頭（杯座）與屏蔽筒間強(qiáng)烈的火花放電，從而消除觸頭間、觸頭和屏蔽筒間的高β發(fā)射點(diǎn)[1]。

在進(jìn)行高壓老煉時(shí)，電極間的電壓逐步提高。隨著外加電壓的升高，電極表面不斷出現(xiàn)火花和閃絡(luò)，穩(wěn)定一段時(shí)間以后，火花和閃絡(luò)會(huì)逐漸消失;再增加電壓后，上述過(guò)程即再重復(fù)出現(xiàn)，直到達(dá)到所需的外施電壓為止。高壓老煉可以消除觸頭表面的毛刺、金屬和非金屬微粒、各種污染和有機(jī)夾雜物等，提高真空滅弧室的靜態(tài)絕緣水平。

對(duì)真空滅弧室而言，火花老煉法是提高真空滅弧室絕緣耐壓水平的唯一實(shí)用方法[2]。

1.2 檢驗(yàn)高壓工頻老煉效果的依據(jù)

對(duì)于真空滅弧室的生產(chǎn)廠家，雷電沖擊耐受電壓測(cè)試既考核真空滅弧室耐受短時(shí)高幅值脈沖電壓的能力，也作為衡量真空滅弧室高壓老煉質(zhì)量的依據(jù)。

實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，電氣設(shè)備絕緣水平由作用于絕緣上的最大工作電壓、雷電過(guò)電壓及操作過(guò)電壓三者中最嚴(yán)酷的一種所決定，在220kV及以下系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的絕緣水平由雷電過(guò)電壓決定。

因此，經(jīng)過(guò)高壓工頻老煉的產(chǎn)品如果能順利通過(guò)雷電沖擊耐壓的檢測(cè)，說(shuō)明已達(dá)到老煉效果。

2 老煉試驗(yàn)

2.1 老煉試驗(yàn)方式的選擇

在試驗(yàn)前期，首先考慮的是老煉方式，確定老煉方式的原則是：對(duì)于同一電壓等級(jí)、同一開(kāi)斷能力的產(chǎn)品，根據(jù)管型的直徑來(lái)選擇。

直徑比較大的，屏蔽筒與觸頭（杯座）邊緣距離較大，微小的毛刺對(duì)絕緣影響較小，可偏向于小開(kāi)距老煉，強(qiáng)化觸頭之間的老煉。

直徑比較小的，屏蔽筒與觸頭（杯座）邊緣距離較緊湊，可偏向于額定開(kāi)距老煉，兼顧觸頭之間、屏蔽筒與觸頭（杯座）邊緣間去毛刺。對(duì)于絕緣要求高的產(chǎn)品，也可組合老煉，即小開(kāi)距老煉和額定開(kāi)距老煉的組合。

筆者選擇試驗(yàn)的產(chǎn)品是25kA的一種產(chǎn)品，如圖1所示。考慮到杯座與屏蔽筒之間已達(dá)到6.5mm的最小絕緣距離，再考慮觸頭開(kāi)距8mm，確定老煉方式為額定開(kāi)距老煉，兼顧觸頭之間、觸頭和屏蔽筒之間的老煉效果。

2.2 高壓工頻老煉的外絕緣保證

高壓老煉是針對(duì)真空滅弧室的內(nèi)絕緣而言的。為達(dá)到良好的老煉效果，老煉電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的真空滅弧室應(yīng)承受的工頻電壓。因而，老煉時(shí)，真空滅弧室是放入絕緣強(qiáng)度高于空氣的絕緣油（或干燥的高壓空氣、干燥氮?dú)狻F6氣體以及混合氣體）中進(jìn)行的，其目的是對(duì)真空滅弧室的外絕緣進(jìn)行保護(hù)。

老煉用的絕緣油為輕質(zhì)絕緣油或其他絕緣油。日常使用中，其擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)滿足25～50kV/mm。

試驗(yàn)過(guò)程中，保證絕緣油的絕緣強(qiáng)度是非常重要的，必須對(duì)絕緣油進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法需要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，包括試樣杯體積在350～600mL;電極浸入絕緣油試樣的深度應(yīng)至少為40mm;電極任一部分離杯壁12mm;電極間距為2.5mm±0.05mm;加壓方式需要做到第一次加壓是在裝好試樣并檢查完電極間無(wú)可見(jiàn)氣泡5min之后進(jìn)行的，記錄擊穿電壓值，達(dá)到擊穿電壓至少暫停2min后，再進(jìn)行加壓，重復(fù)6次，計(jì)算平均值作為最終的絕緣強(qiáng)度值[3]。試驗(yàn)樣杯如圖2所示。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

為確保試驗(yàn)結(jié)果具有一定程度的代表性，筆者在生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取該型號(hào)管型18只，每6只一組進(jìn)行并聯(lián)高壓老煉。老煉電壓從一較低電壓開(kāi)始按一定步長(zhǎng)逐級(jí)提高，逐漸加大真空滅弧室的老煉放電電流。

老煉穩(wěn)定電壓根據(jù)日常老煉經(jīng)驗(yàn)從75kV開(kāi)始每增加5kV作為一個(gè)雷電沖擊測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)穩(wěn)定10min。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》（GB 311.1—2012）推薦四種沖擊耐壓測(cè)試方式可供選擇。

筆者選擇的3/9方式，其規(guī)定為：對(duì)被試設(shè)備絕緣施加3次額定沖擊耐受電壓，若在非自恢復(fù)絕緣中未出現(xiàn)破壞性放電，而在自恢復(fù)絕緣中出現(xiàn)1次破壞性放電，則再追加9次沖擊;若不再發(fā)生破壞性放電，則認(rèn)為通過(guò)了試驗(yàn)。

對(duì)三組產(chǎn)品分別進(jìn)行老煉，老煉電壓逐級(jí)提高，在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別對(duì)6只真空滅弧進(jìn)行雷電沖擊耐壓測(cè)試，計(jì)算出平均值，得出老煉電壓與雷電沖擊耐受電壓的對(duì)應(yīng)曲線，如圖3所示。

從圖中的三組曲線可以看出：①雷電沖擊耐壓水平與老煉電壓密切相關(guān)，老煉電壓越高，雷電沖擊耐壓水平越高;②雷電沖擊耐壓水平的提高并不是完全與老煉電壓呈線性關(guān)系，而是老煉電壓提高到一定水平后，雷電沖擊耐壓的提高程度顯著上升，存在一個(gè)“拐點(diǎn)”;②對(duì)于12kV的該管型（固定的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、觸頭材料和形狀、開(kāi)距、屏蔽筒的材質(zhì)和與杯座邊緣的距離等），老煉電壓只有達(dá)到90kV以上時(shí)，雷電沖擊才能滿足85kV的要求。

3 結(jié)論

在高壓老煉過(guò)程中，隨著電壓的不斷提高，以及觸頭與觸頭之間、觸頭與屏蔽筒之間舊的擊穿弱點(diǎn)（毛刺）的消除，會(huì)有新的擊穿弱點(diǎn)（更小毛刺）產(chǎn)生，當(dāng)新的擊穿弱點(diǎn)和老煉電壓值達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)，雷電沖擊耐壓水平也趨于穩(wěn)定。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，根據(jù)對(duì)高壓老煉與雷電沖擊研究的結(jié)論，針對(duì)不同電壓等級(jí)、不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行摸底試驗(yàn)，找到對(duì)雷電沖擊耐壓水平有顯著提高所對(duì)應(yīng)的老煉“拐點(diǎn)”電壓，據(jù)此制定出合適的老煉工藝，既可達(dá)到老煉效果，又不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生“過(guò)度”老煉。

參考文獻(xiàn)：

[1]王繼梅.真空開(kāi)關(guān)[M].北京：北京機(jī)械出版社，1983.

[2]何俊佳，鄒積巖，程禮椿.真空滅弧室的火花老煉[J].高壓電器，1994（1）：18-21.

[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).絕緣油擊穿電壓測(cè)定法：GB/T 507—2002[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.