張?jiān)乓? 劉博

引言：真空斷路器以其高絕緣、滅弧性能，良好的操作特性以及運(yùn)行可靠性在10kV及以下的配電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著其應(yīng)用的增多，故障和缺陷情況也隨之凸顯出來，本文通過常見的ZN63A（VS1）型戶內(nèi)高壓真空斷路器為例，詳細(xì)介紹其工作原理，并對運(yùn)行過程中的常見故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防及處理措施。

一、ZN63A（VS1）型真空斷路器工作原理

1、滅弧原理：真空斷路器利用真空度約為10-4Pa（運(yùn)行中不低于10-2Pa）的高真空作為內(nèi)絕緣和滅弧介質(zhì)。當(dāng)滅弧室內(nèi)被抽成10-4Pa的高真空時，其絕緣強(qiáng)度要比絕緣油、一個大氣壓力下的空氣的絕緣強(qiáng)度高很多。斷路器配用的真空滅弧室，具有極高的真空度，當(dāng)動、靜觸頭在操動機(jī)構(gòu)作用下帶電分閘時，在觸頭間就會產(chǎn)生真空電弧。同時由于觸頭的特殊結(jié)構(gòu)，在觸頭間隙中產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目v磁場，使真空電弧保持?jǐn)U散型，并使電弧均勻的分布在觸頭表面燃燒，并維持低的電弧電壓。在電流自然過零時，殘留的離子、電子和金屬蒸汽在微秒數(shù)量級的時間內(nèi)就可復(fù)合或凝聚在觸頭表面和屏蔽罩上，滅弧室斷口的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度很快被恢復(fù)，從而電弧被熄滅，達(dá)到分?jǐn)嗟哪康?，由于ZN63A（VS1）型真空斷路器采用縱向磁場控制真空電弧，因而具有強(qiáng)而穩(wěn)定的開斷電流能力。

2、儲能動作原理：儲能電機(jī)輸出扭矩通過單向軸承經(jīng)鏈傳動，帶動擋銷運(yùn)動，推動儲能軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動儲能軸上的掛簧拐臂轉(zhuǎn)動，從而拉長合閘彈簧，達(dá)到儲能目的，當(dāng)合閘彈簧儲能完成后，能量由儲能保持掣子保持住，于此同時撥板帶動儲能微動開關(guān)動作，切斷儲能電機(jī)的電源，完成儲能動作。

3、分、合閘動作原理：

1）合閘動作：機(jī)構(gòu)儲能后，若接到合閘信號，合閘電磁鐵的動鐵芯將被吸合向前運(yùn)動，通過合閘軸帶動儲能保持掣子轉(zhuǎn)動，從而解除了儲能保持掣子對儲能軸的約束，合閘彈簧的能量釋放，使合閘凸輪作順時針方向轉(zhuǎn)動，通過二級四連桿傳動機(jī)構(gòu)及絕緣拉桿帶動真空滅弧室的動導(dǎo)電桿向上運(yùn)動，完成合閘操作。

2）分閘動作：合閘動作完成后，一旦接到分閘信號，分閘半軸在脫口力的作用下，做順時針方向轉(zhuǎn)動，半軸對分閘脫扣部分的約束解除，分閘脫扣部分在斷路器的觸頭壓力彈簧和碟簧的作用下，作順時針方向轉(zhuǎn)動，真空滅弧室的動導(dǎo)電桿在兩級四連桿機(jī)構(gòu)及絕緣拉桿的帶動下向下運(yùn)動，從而完成分閘操作。如下機(jī)構(gòu)圖1：

圖1

二、故障原因分析及預(yù)防處理措施

真空斷路器的常見故障主要分電氣回路故障和機(jī)械故障兩個方面。主要表現(xiàn)為：真空滅弧室漏氣、儲能故障及拒分拒合故障等。

1、真空滅弧室漏氣：

1）故障現(xiàn)象與原因

真空斷路器是以在真空中熄弧為特點(diǎn)，但不是在任何真空度下都可以，而是在某一定真空度范圍內(nèi)才具有良好的絕緣和滅弧性能。真空開關(guān)中的內(nèi)部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa范圍內(nèi)。真空滅弧室的不同、動靜觸頭結(jié)構(gòu)的不同、屏蔽罩的封接不同、殼體材料的不同、波紋管材質(zhì)和加工方法的不同等，都會影響真空滅弧室的性能。我國的真空技術(shù)已能保證真空開關(guān)需要的真空度，而且封接技術(shù)可保證不漏氣，保持真空度。真空斷路器的電壽命由真空滅弧室的電壽命決定。高壓真空斷路器應(yīng)用或保管環(huán)境的污穢等級、濕度、鹽霧等選擇不夠合適，有害氣體、凝露造成波紋管點(diǎn)狀腐蝕，可導(dǎo)致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

隨著真空滅弧室使用時間的增長和開斷次數(shù)增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度將會影響它的開斷能力和耐壓水平。真空斷路器的觸頭多為對接式結(jié)構(gòu)，在分合操作中可能產(chǎn)生不同程度的反彈現(xiàn)象不論分閘反彈還是合閘反彈都會給運(yùn)行帶來危害。分合閘時的沖擊速度及沖擊力較大發(fā)生彈跳都可能產(chǎn)生觸頭和導(dǎo)電桿的變形，甚至產(chǎn)生裂紋，反彈可能導(dǎo)致波紋管經(jīng)受強(qiáng)迫振動可能產(chǎn)生裂紋，使滅弧室漏氣。

真空斷路器在真空泡內(nèi)開斷電流并進(jìn)行滅弧，而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，其危險程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯性故障。真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開斷過電流的能力，并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降，嚴(yán)重時會引起開關(guān)爆炸。

2、故障預(yù)防

真空斷路器在使用過程中必須定期檢查滅弧室管內(nèi)的真空度。目前檢查方法有：

1）對玻璃外殼真空滅弧室可以定期目測巡視檢查，正常時內(nèi)部的屏蔽罩等部件表面顏色應(yīng)很明亮，在開斷電流時發(fā)出淺藍(lán)色弧光。當(dāng)真空度下降很嚴(yán)重時， 內(nèi)部顏色就會變得灰暗，開斷電流時將發(fā)出暗紅色弧光。

2）定期（3年左右）進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn)（42 KV）。當(dāng)動靜觸頭保持額定開距條件下，如果工頻耐受電壓不低于額定工頻耐受電壓，則表明真空度滿足使用要求。如果在升壓過程中，真空滅弧室內(nèi)部發(fā)生持續(xù)擊穿或輝光放電，則表明真空滅弧室真空度已嚴(yán)重下降，已不能繼續(xù)使用。

3）故障處理

保證高壓真空斷路器超行程、觸頭行程在規(guī)定范圍，合理的選擇使用和儲存環(huán)境，是解決真空滅弧室漏氣問題的重要措施。真空斷路器在安裝或檢修時，除了要嚴(yán)格地按照產(chǎn)品安裝說明書中要求調(diào)整測量觸頭超行程。真空滅弧室的觸頭接觸面在經(jīng)過多次開斷電流后會逐漸被電磨損，觸頭行程增大，也就相當(dāng)波紋管的工作行程增大，波紋管的壽命會迅速下降，通常允許觸頭電磨損最大值為3mm左右當(dāng)累計(jì)磨損值達(dá)到或超過此值，真空滅弧室的開斷性能和導(dǎo)電性能都會下降，真空滅弧室的使用壽命已到。

為了能夠較準(zhǔn)確地控制每個真空滅弧室觸頭的電磨損值，必須從滅弧室開始安裝使用時起，每次預(yù)防性試驗(yàn)或維護(hù)時，就準(zhǔn)確地測量開距和超行程并進(jìn)行比較，當(dāng)觸頭磨損后累計(jì)減小值就是觸頭累計(jì)電磨損值。新斷路器在投運(yùn)前應(yīng)測量分、合閘速度，因?yàn)樗粌H可以建立原始技術(shù)資料， 同時也可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量上的一些問題，以便及時采取措施。當(dāng)真空度降低時，必須更換真空泡，或更換真空斷路器，并做好行程、同期、彈跳等特性試驗(yàn)。

2、儲能及分合閘故障

1）儲能故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：滑塊卡澀、儲能保持掣子位置不合適導(dǎo)致無法儲能，微動開關(guān)損壞，導(dǎo)致儲能電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不停止而燒壞電機(jī)；

電氣部分：合上儲能電源，若電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動彈簧不儲能則是由于正負(fù)電接反，若電機(jī)不轉(zhuǎn)則可能是儲能電源及儲能回路異常以及儲能電機(jī)損壞。

2）合閘故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：合閘翻板卡澀導(dǎo)致儲能保持掣子與滾子無法脫扣，合閘保持掣子松動，無法保持合閘狀態(tài)；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下合閘按鈕若線圈不動作則說明合閘回路不通，或合閘線圈損壞。

3）分閘故障現(xiàn)象與原因

機(jī)械部分：分閘線圈電阻增加，分閘力降低；分閘頂桿變形，分閘時存在卡澀現(xiàn)象，分閘力降低； 分閘頂桿變形嚴(yán)重，分閘時卡死；合閘保持掣子與半軸扣接量不恰當(dāng)，無法脫扣；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下分閘按鈕若線圈不動作則說明合閘回路不通或分閘線圈損壞。

4）故障預(yù)防與處理

真空斷路器的儲能及拒分拒合故障基本上都是由操作機(jī)構(gòu)及控制回路故障所引起， 其故障預(yù)防和處理應(yīng)注意以下幾個方面：

4.1、防止松動與卡勁。機(jī)構(gòu)在操作時會發(fā)生沖擊和振動，所有緊固處應(yīng)有防松措施，一些受力較大的活銷，不能單用開銷定位， 防止由于操作時各連板上的力不平衡，造成活銷蹩勁，從而剪斷開口銷；

4.2、防止銹蝕和臟污。銹蝕和臟污會顯著降低機(jī)構(gòu)操作可靠性，使操作系統(tǒng)的機(jī)械特性變壞，甚至釀成分合閘拒動事故?；瑒虞S承由于銹蝕和臟污，摩擦系數(shù)可以高達(dá)0.3，即使采用了滾柱和滾子軸承，銹蝕和臟污也會使它的摩擦系數(shù)增大到0.1，這比正常條件下的數(shù)值大一個數(shù)量級，將引起肘節(jié)和脫扣機(jī)構(gòu)工作的不穩(wěn)定。保持機(jī)構(gòu)所處環(huán)境條件的清潔度，定期去除機(jī)構(gòu)上（特別是旋轉(zhuǎn)、滑動配合）的臟污，經(jīng)常注意潤滑，在軸和銷上噴涂的硫化鉬固體潤滑劑等可取得很好的效果；

4.3、防止機(jī)構(gòu)受潮。機(jī)構(gòu)的絕緣件受潮會加速金屬零件的銹蝕；

4.4、提高控制回路的可靠性。要保持接線可靠，不致因操作一定次數(shù)后振動脫落絕緣件有足夠的絕緣；輔助開關(guān)固定要牢固，不因操作而變動或竄動，其聯(lián)動機(jī)構(gòu)要調(diào)整到位；輔助開關(guān)的節(jié)點(diǎn)要防止銹蝕以保證可靠接觸。

三、結(jié)束語

為了使真空斷路器能可靠正常工作，運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行巡視，強(qiáng)化日常的維護(hù)檢測，在操作中注意觀察有無異?，F(xiàn)象；檢修人員在發(fā)現(xiàn)隱患后及時消除缺陷，嚴(yán)格執(zhí)行電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求，保證檢修到位，確保修試質(zhì)量，提高設(shè)備健康水平，保證設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行。

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（作者單位：寧夏電力公司檢修公司）