林 星林 佳

1.2.國(guó)家廣電總局東南廣播電視維護(hù)中心 福建省 福州市 350001

前 言

真空斷路器是一種室內(nèi)配電裝置，具有保護(hù)和控制電路設(shè)備的功能作用。相比SF6斷路器，真空斷路器對(duì)環(huán)境更加友好，不需要進(jìn)行專門的廢物處理，操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。目前，除了部分臺(tái)站使用SF6六氟化硫斷路器，以及還有極少部分老舊的配電室或者變電站還存留著少量油斷路器，10kV真空斷路器是目前臺(tái)站所使用的主流斷路器。是各臺(tái)站配電系統(tǒng)的重要組成部分。所以我們以10kV真空斷路器為例，介紹如何有效預(yù)防真空斷路器故障，做好檢修維護(hù)及缺陷處理工作。

圖1 10kV真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1 10kV真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

10kV真空斷路器主要用于高壓電器設(shè)備中，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)。真空斷路器由支架、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、真空滅弧室、絕緣子等零部件組成，通過波紋管和屏蔽罩所組成的真空滅弧室能形成真空介質(zhì)，其介質(zhì)強(qiáng)度優(yōu)異，具有良好的分?jǐn)嗄芰拖ɑ∧芰?，恢?fù)速率高。與此同時(shí)，觸頭間隙介質(zhì)有著良好的真空耐壓強(qiáng)度。在真空斷路器的長(zhǎng)期工作運(yùn)行過程中，觸頭電磨損小，能夠延長(zhǎng)其使用壽命。在真空介質(zhì)中，燃弧時(shí)間往往低于半個(gè)周波，燃弧時(shí)間短、觸頭間隙電弧長(zhǎng)度小，相比于SF6斷路器，耗散在真空中的電弧能幾乎是SF6斷路器的十分之一。分?jǐn)嚯娐窌r(shí)，有金屬液橋形成，位于觸頭間。受到高電流密度的影響，在高溫的條件下，金屬液橋發(fā)生蒸發(fā)后，形成金屬蒸氣電弧。電流過零熄滅時(shí)，金屬微粒由弧隙間落到觸頭表面，凝結(jié)成金屬層，可以避免觸頭發(fā)生嚴(yán)重的損耗。相比于空氣電弧，在真空電弧中，負(fù)載電流對(duì)于觸頭的損耗顯著更低。在滿容量條件下，10kV真空斷路器觸頭可以開斷30-50次左右，在額定電流條件下，觸頭可以開斷 5000 次左右［1］。另外，觸頭具有開距小的特點(diǎn)，能夠縮短機(jī)械傳動(dòng)形成，操作功較小，進(jìn)而減輕機(jī)械損耗。10KV真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1所示。

1.2 工作原理及運(yùn)行分析

10kV真空度斷路器的工作原理是利用氣體分子間無非彈性碰撞的特點(diǎn)，在高壓真空環(huán)境中，使電流流過零點(diǎn)，等離子體迅速擴(kuò)散，將電弧熄滅，從而達(dá)到切斷電流的目的。10kV真空斷路器的工作運(yùn)行，主要分為合閘、分閘和滅弧等環(huán)節(jié)。在合閘過程中，合閘線圈處于通電狀態(tài)，合閘鐵芯閉合，在斷路器和拐臂運(yùn)動(dòng)的作用下，啟動(dòng)導(dǎo)電桿，進(jìn)而執(zhí)行合閘動(dòng)作。分閘過程的基本原理與合閘相反，分閘線圈處于通電狀態(tài)，分閘鐵芯閉合，使鎖扣釋放。啟動(dòng)彈簧模塊后，完成斷路分離。而在滅弧過程匯總，在螺旋槽（動(dòng)靜觸頭）的作用下，形成橫向磁場(chǎng)，所產(chǎn)生的磁力，使電弧旋轉(zhuǎn)，避免接觸觸頭，防止出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

2 10kV真空斷路器日常維護(hù)的要點(diǎn)

在10kV真空斷路器的長(zhǎng)期使用期間，其零部件難免會(huì)出現(xiàn)老化、損耗，進(jìn)而導(dǎo)致故障問題的發(fā)生。而設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上的技術(shù)失誤，也引發(fā)真空斷路器故障的主要因素。針對(duì)10kV真空斷路器的故障和缺陷，需要加強(qiáng)檢修維護(hù)，妥善處理故障問題。

2.1 真空泡

在10kV真空斷路器日常維護(hù)工作中，應(yīng)該將真空泡檢查作為要點(diǎn)之一，先后進(jìn)行真空度定性檢測(cè)、故障問題分析以及性能測(cè)試。在真空度定性檢測(cè)環(huán)節(jié)，使用真空檢測(cè)儀，對(duì)真空泡進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)測(cè)得的真空度數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)真空泡是否符合使用要求（真空度標(biāo)準(zhǔn)：≤1.33×10-3Pa）。符合要求的真空泡，能夠持續(xù)應(yīng)用;不符合要求的真空泡，則需要及時(shí)予以更換;發(fā)生故障問題真空泡，則應(yīng)該尋找故障原因，便于采取針對(duì)性的處理辦法。

2.2 高壓關(guān)聯(lián)部分

高壓關(guān)聯(lián)部分是10kV真空斷路器主要構(gòu)件，包括上支架、上出線座、真空滅弧室、絕緣筒等零部件，是故障常見、多發(fā)環(huán)節(jié)，應(yīng)該做好其日常維護(hù)工作，確保其長(zhǎng)期、持久的穩(wěn)定運(yùn)行。在我們?nèi)粘＞S護(hù)工作中，通過工頻耐壓和數(shù)字兆歐表對(duì)高壓關(guān)聯(lián)部分進(jìn)行絕緣測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行對(duì)比，確保其在高壓狀態(tài)下安全穩(wěn)定的運(yùn)行。與此同時(shí)，考慮到高壓帶電部分工作運(yùn)行時(shí)干擾因素，實(shí)施干擾檢測(cè)，從中發(fā)現(xiàn)干擾行為，并妥善予以處理。

2.3 操作機(jī)構(gòu)部分

操作機(jī)構(gòu)的工作性能，在很大程度上決定著10kV真空斷路器能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在日常維護(hù)工作中，需要明確操作規(guī)范以及操作條件，檢查操作機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行情況。如存在不規(guī)范操作，應(yīng)該及時(shí)予以糾正?？紤]到環(huán)境因素的影響，明確操作機(jī)構(gòu)部分安全、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的環(huán)境條件，檢查周圍溫度、濕度，適度予以調(diào)節(jié)和控制。檢查機(jī)械操作部分零部件的磨損、老化情況，檢測(cè)摩擦阻力。更換已經(jīng)發(fā)生老化、磨損的零部件，并對(duì)機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行潤(rùn)滑處理。另外，我們?cè)谌粘＞S護(hù)中發(fā)現(xiàn)與北方干燥環(huán)境不同，在南方的沿海以及山區(qū)臺(tái)站，潮濕度高，在長(zhǎng)期的工作過程，受到負(fù)載、環(huán)境溫度及散熱以及渦流的影響，觸頭出現(xiàn)發(fā)熱情況?；蛘撸|頭質(zhì)量差，設(shè)備安裝工藝水平不足以及觸頭臟污等問題，會(huì)導(dǎo)致真空斷路器觸頭氧化現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致接觸電阻增加。通過直流電阻測(cè)試，得出的試驗(yàn)數(shù)值往往是參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)倍。因此，臺(tái)站在日常檢修的時(shí)候要注意對(duì)觸頭的保養(yǎng)以及防氧化處理，建議使用電阻率低的觸頭材料，并在觸頭表面鍍上錫、鉛錫合金保護(hù)層或銀保護(hù)層，可以有效預(yù)防氧化現(xiàn)象。從而改善觸頭接觸不良而導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象，有效的避免分?jǐn)嚯娏鬟^大而產(chǎn)生的電弧續(xù)燃，提高斷路器的穩(wěn)定性與可靠性。

3 常見的10kV真空斷路器故障問題

3.1 分合閘操作失效

在日常維護(hù)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷路器分合閘操作失效的問題，通過處理發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致斷路器分合閘操作失效的原因有很多，其中以電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行和操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)運(yùn)行故障為主。

電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行是一種常見的10kV真空斷路器故障問題，尤其是在聯(lián)通高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，該問題的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高。在斷相運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)容易被燒毀，進(jìn)而引起運(yùn)行障礙，分合閘動(dòng)作失效就有可能產(chǎn)生拒動(dòng)和誤動(dòng)事故。電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行問題的發(fā)生，一方面受到觸頭對(duì)接方式的影響，另一方面則與材質(zhì)有關(guān)。斷相運(yùn)行狀態(tài)下，需要重復(fù)多次分、合閘操作。該過程中，材質(zhì)比較軟的觸頭就容易發(fā)生形變，進(jìn)而影響到斷路器的工作性能，導(dǎo)致故障問題的發(fā)生。

操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，發(fā)生分閘鎖扣銷子脫落、分閘鎖扣扣合過量、輔助開關(guān)行程過大以及觸片變形等問題，導(dǎo)致分合閘操作失效，真空斷路器無法正常工作。而合閘或分閘線圈斷路的發(fā)生，或是輔助開關(guān)接觸出現(xiàn)問題，導(dǎo)致電氣故障的發(fā)生，進(jìn)而引起分合閘操作失效。一旦出現(xiàn)分合閘操作失效問題，應(yīng)該在操作機(jī)構(gòu)或電氣方面找尋問題，判斷故障發(fā)生原因。

3.2 滅弧室真空度降低

在10kV真空斷路器的工作運(yùn)行中，還存在著諸多潛在的安全隱患，在日常維護(hù)工作中難以發(fā)現(xiàn)，但是其危害性不容忽視。滅弧室真空度降低是一種常見隱形故障，往往會(huì)增加斷口燃燒、爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。滅弧室真空度降低問題的形成，一方面與選材有關(guān)，由于真空泡材質(zhì)不符合設(shè)計(jì)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致真空度低;另一方面則受到制作工藝的影響，由于制作工藝不精，真空泡密封較差，出現(xiàn)位置松動(dòng)的情況，導(dǎo)致真空度不達(dá)標(biāo)。另外，振動(dòng)、連桿操作距離過長(zhǎng)等問題的出現(xiàn)，同樣也會(huì)引起滅弧室真空度的下降［2］。

3.3 絕緣老化

10kV真空斷路器應(yīng)用復(fù)合絕緣方式，使用環(huán)氧樹脂材料，對(duì)于滅弧室產(chǎn)生防護(hù)作用。但是由于暴露在外，受到外部環(huán)境因素的影響，容易出現(xiàn)絕緣老化的情況。而在真空斷路器的工作運(yùn)行過程中，往往會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，絕緣老化，增加故障問題的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

4 10kV真空斷路器的檢修維護(hù)及缺陷處理措施

為了有效保障10kV真空斷路器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要提升回路的可靠性，避免臟污和銹蝕，同時(shí)保障三相同步，并對(duì)合閘回路進(jìn)行合理控制，有效防控各類故障問題的發(fā)生，進(jìn)而采取有效的檢修維護(hù)及缺陷處理措施。

4.1 加強(qiáng)對(duì)機(jī)械、電氣的檢修與維護(hù)

在10kV真空斷路器的檢修工作中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械測(cè)試環(huán)節(jié)。以10kV真空斷路器VS1-12（額定電壓12kV、三相交流50Hz）為例，通過開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試，測(cè)試三相分合閘平均速度、三相不同期性等數(shù)值，比較各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，檢測(cè)其數(shù)值是否符合標(biāo)準(zhǔn)。觸頭開柜為（11±1）mm，超行程（觸頭彈簧壓縮長(zhǎng)度）為（3±0.5）mm，額定電壓下的分閘時(shí)間為20～50ms，額定電壓下的合閘時(shí)間為35～70ms，觸頭合閘彈跳時(shí)間≤2ms，三相分、合閘不同期性≤2ms，平局分閘速度為0.9～1.2m/s，平局合閘速度為0.6～0.8m/s。在各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，才能保證開斷電流的正常，維護(hù)真空斷路器的功能，進(jìn)而延長(zhǎng)其使用壽命。在處理分、合閘故障時(shí)，則需要對(duì)于行程和超行程進(jìn)行測(cè)定。如滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)三相絕緣拉桿長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。然后根據(jù)彈跳、同期測(cè)試數(shù)據(jù)，判斷其調(diào)試效果，并對(duì)真空泡予以更換，消除不合格相，進(jìn)而保障三相同步。同時(shí)也要注意三相不同期性，如果三相不同期性超過標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)時(shí)，會(huì)在二次中產(chǎn)生零序電流，斷路器一側(cè)是電源進(jìn)線，一側(cè)是負(fù)荷。如果合閘不同期性過高，就可能會(huì)使某相帶上負(fù)荷，零序電流保護(hù)就有可能發(fā)生誤動(dòng)，對(duì)發(fā)射機(jī)的安全運(yùn)行增加隱患。

在機(jī)械和電氣回路檢修的過程中，針對(duì)分合閘操作失效問題，分析去原因。重合控制開關(guān)，判斷故障是否與操作不當(dāng)有關(guān)。在合閘狀態(tài)下，觀察鐵芯動(dòng)作是否正常，進(jìn)而判斷故障是否出在電氣回路，更換老化或破損的元器件，如合閘控制電源、合閘熔斷器，如果問題不在電氣回路，則發(fā)生于機(jī)械部分，應(yīng)對(duì)分閘彈簧、傳動(dòng)元件進(jìn)行檢查。對(duì)于機(jī)械卡澀問題，進(jìn)行潤(rùn)滑處理。針對(duì)分閘鎖扣脫落問題，應(yīng)重新予以安裝，同時(shí)對(duì)軸、銷等部位進(jìn)行清理［3］。

4.2 機(jī)械可靠性的檢測(cè)與評(píng)估

檢測(cè)真空斷路器中關(guān)鍵零件機(jī)械的可靠性，應(yīng)用應(yīng)力-強(qiáng)度可靠度計(jì)算模型，按照，結(jié)合強(qiáng)度（δ）、應(yīng)力隨機(jī)變量（s） 以及函數(shù) f（δ）、f（s），計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠度R（t）。同時(shí)應(yīng)用疲勞壽命可靠度計(jì)算模型為隨機(jī)變量lnN的均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，疲勞壽命為N，計(jì)算R（N1），進(jìn)而判斷10kV真空斷路器的機(jī)械可靠性。

4.3 真空度的測(cè)定

在停電檢修的過程中，應(yīng)用真空測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行同期、行程、彈跳試驗(yàn)，綜合分析滅弧室真空度。發(fā)生真空度下降的滅弧室，需要更換真空泡。為了有效防控真空度低問題的發(fā)生，應(yīng)該從問題的源頭入手，采取有效的預(yù)防措施。采購真空泡時(shí)，選擇信譽(yù)良好的廠家，并在使用前進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。而在使用的過程中，為了掌握真空度降低的動(dòng)態(tài)變化，安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)利用非接觸式傳感器進(jìn)行感知、探查，關(guān)注真空度動(dòng)態(tài)變化的同時(shí)對(duì)其使用壽命進(jìn)行預(yù)估，并且對(duì)檢修周期及時(shí)做出提醒，進(jìn)而迅速、有效的予以預(yù)防、處理，解決故障和缺陷問題［4］。

4.4 絕緣裝置的優(yōu)化

為了解決絕緣老化問題，可以應(yīng)用固封極柱技術(shù)?；贏PG工藝，使用環(huán)氧樹脂，提高真空滅弧室的封閉程度，阻擋潮濕氣體、灰塵及其他雜質(zhì)，減少環(huán)境因素的影響，保護(hù)絕緣裝置的性能，延緩絕緣老化。定期進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)排查故障問題。

結(jié) 論

綜上所述，10kV真空斷路器檢修維護(hù)及缺陷處理，應(yīng)該具體了解真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)真空泡、高壓帶電部分以及操作機(jī)構(gòu)部分的防護(hù)。針對(duì)電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行、分合閘操作失效、滅弧室真空度降低以及絕緣老化等問題，采取有效的檢修維護(hù)及缺陷處理措施。檢測(cè)與評(píng)估零部件的機(jī)械可靠性，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械、電氣的檢修與維護(hù)，優(yōu)化絕緣裝置，有效降低10kV真空斷路器的故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，才能夠充分發(fā)揮其在配電網(wǎng)中的作用，為臺(tái)站供用電安全提供保障，更好的為廣播的安全播出提供服務(wù)。