趙小平，馬晟，馬小榮

（神木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西神木，719300）

1 10kV真空斷路器概述

通過10kV真空斷路器進行分解研究可知，真空滅弧室、操動機構(gòu)、支架及絕緣子部件是構(gòu)成該設(shè)備的主要部分?？紤]到其運行原理是利用真空作為滅弧以及絕緣介質(zhì)，因此該設(shè)備設(shè)計中將零部件安置在密封性良好哦的絕緣外殼內(nèi)部，這也是真空斷路器呈現(xiàn)出較好的安全性、環(huán)保性優(yōu)勢，同時結(jié)構(gòu)體積較小、觸頭間隙部分介質(zhì)恢復(fù)速度較高、燃弧時間相對較短且使用壽命較長等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備保護以及控制之中[1]。

圖1為10kV真空斷路器真空滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖，真空滅弧器是整個設(shè)備的核心部件，是斷路器功能實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。該斷路器在實際運作過程中，操動機構(gòu)動作會使得動靜觸頭進行帶電分閘動作，進而在間隙中形成真空電弧，受觸頭部分特殊結(jié)構(gòu)影響，觸頭間隙部分會產(chǎn)生縱向磁場，促使觸頭表面部分電弧燃燒呈現(xiàn)出均勻分布狀態(tài)，其目的在于維持最低限度的電弧電壓。在電流自然過零條件下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的金屬蒸汽以及殘留電子離子會在短時間凝聚在觸頭表面以及屏蔽罩內(nèi)，進而實現(xiàn)恢復(fù)觸頭間隙介質(zhì)絕緣性快速恢復(fù)，最終都市電弧熄滅，達成分段電流的目的。相較于油斷路器，真空斷路器在實際應(yīng)用過程中呈現(xiàn)更為顯著的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在滅弧性能更強、開斷容量更高、滿足操作頻繁場合操作需求。

圖1 10kV真空斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖

2 高壓真空斷路器檢測及診斷技術(shù)

2.1 機械特性測試

電力系統(tǒng)在實際應(yīng)用高壓真空斷路器之前，應(yīng)首先對機械特性進行檢測，具體檢測內(nèi)容涵蓋以下幾方面：第一，合、分閘線圈回路；第二，合、分閘線圈電流；第三，電壓；第四，斷路器動觸頭行程以及速度；第五，合閘彈簧狀態(tài)；第六，斷路器動作情況下機械振動以及斷路器操作次數(shù)。通過對上述內(nèi)容進行仔細檢查，確保斷路器不存在質(zhì)量隱患，進而最大限度地降低因設(shè)備質(zhì)量問題導(dǎo)致的故障情況發(fā)生[2]。

2.2 絕緣性能檢測

在高壓斷路器設(shè)備中，高壓開關(guān)柜是其中核心部件之一，如果其產(chǎn)生放電現(xiàn)象會導(dǎo)致電網(wǎng)受到極為嚴重的影響，任何絕緣部件缺陷或接觸不良情況均會導(dǎo)致供電不穩(wěn)情困高發(fā)生。因此，工作人員應(yīng)必須定期對高壓開關(guān)柜內(nèi)各部件進行絕緣檢測。從實際發(fā)展角度分析，在所有故障中，因絕緣缺陷或接觸不良引發(fā)故障的幾率最高，也最難被發(fā)現(xiàn)，技術(shù)人員在實際工作中可以利用其故障初期即產(chǎn)生放電現(xiàn)象的特點進行檢測，進而搜尋故障位置并做出相應(yīng)的處理。同時，技術(shù)人員還可以利用供電恢復(fù)之前的時間對高壓開關(guān)柜進行排查，重點應(yīng)集中在“高壓開關(guān)柜內(nèi)加裝絕緣隔板后的最小空氣絕緣凈距”和“帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙”中，針對不滿足規(guī)范要求的部分應(yīng)及時做出更換或其他相應(yīng)處理。在更換絕緣隔板時應(yīng)對其進行凝露試驗，同時更換所需材料應(yīng)采用用一次性澆筑且無尖角的優(yōu)質(zhì)材料[3]。

2.3 溫度在線監(jiān)測

考慮到高壓開關(guān)柜在運行過程中無法打開，因此其內(nèi)部溫度監(jiān)控精度難以得到有效保障。針對高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測內(nèi)容主要為母線連接處以及斷路器觸頭處[4]。在對母線連接部分進行溫度檢測中，需要利用傳感器設(shè)備進行，為切實保障其檢測精準(zhǔn)度，技術(shù)人員可以采用使用石英傳感器、光微薄溫度傳感器或是吸收型光纖溫度傳感器進行，此類設(shè)備主要由石英晶體、硅片以及玻璃構(gòu)成溫感元件作為原料，且通過光纖進行傳輸，進而實現(xiàn)規(guī)避電磁干擾，提升檢測精準(zhǔn)度目的。

2.4 電氣性能檢測

滅弧室的真空度是電器性能監(jiān)測最主要的目標(biāo)，對于真空度檢測的方法還有很多，目前，國內(nèi)外真空滅弧室真空度的在線檢測方法主要是安裝旋轉(zhuǎn)式電場探頭，這種方法的優(yōu)點在于它極高的靈敏度，對于真空度的測量很準(zhǔn)確。

3 真空短路其常見故障及排除方法

3.1 合閘失敗原因及排除方法

通過對真空斷路器故障情況進行梳理與總結(jié)可知，合閘失敗是發(fā)生率最高的故障的情況，而導(dǎo)致其產(chǎn)生的原因也相對較多，具體包括以下幾方面：第一，由于斷路器內(nèi)部觸點數(shù)量較多，而任意一個觸點產(chǎn)生接觸不良情況即會導(dǎo)致兩觸點之間電壓出現(xiàn)降低情況，進而導(dǎo)致合閘失敗情況產(chǎn)生，而在觸點數(shù)量大情況影響下，合閘失敗率也隨之提升；第二，設(shè)備內(nèi)觸點出現(xiàn)燒毀或接觸不良情況下，會導(dǎo)致設(shè)備控制功能喪失，進而導(dǎo)致合閘失敗情況發(fā)生；第三，受機械故障影響，合閘動作會產(chǎn)生卡澀情況，使得斷路器雖然對電路故障做出反應(yīng)，但是合閘失敗。

針對上述問題，技術(shù)人員在實際工作中可以采用如下措施：第一，定期開展真空斷路器內(nèi)部除塵工作，并在此過程中對其運行狀態(tài)進行評測；第二，定期對真空斷路器合閘電磁體進行檢查，確保其阻值處于規(guī)定范圍內(nèi)。一旦發(fā)現(xiàn)阻值出現(xiàn)異常情況，應(yīng)對問題斷路器進行更換處理；第三，針對機械故障問題，技術(shù)人員用在斷路器使用之前對其質(zhì)量進行檢驗，從源頭上降低機械故障發(fā)生幾率。針對已發(fā)生機械故障的斷路器，技術(shù)人員應(yīng)對卡殼部分進行除塵操作，并涂抹潤滑油，提升其光滑性。在后續(xù)使用過程中，定期對其進行檢測，更換其中磨損嚴重的部件，確保斷路器始終處于平穩(wěn)運行狀態(tài)[5]。

3.2 真空度不飽和原因及排除方法

真空斷路器在實際運轉(zhuǎn)過程中，關(guān)斷及開合作用均會導(dǎo)致電流產(chǎn)生，并在真空室內(nèi)接受滅弧處理。然而需要認識到的一點是，滅弧操作中，電弧會產(chǎn)生大量帶電金屬離子，使得真空室內(nèi)真空度下降，而真空室內(nèi)并未安裝真空檢測裝置，這就使得隱形故障產(chǎn)生，一旦該隱患爆發(fā)會對電網(wǎng)運行狀態(tài)產(chǎn)生較大負面影響。導(dǎo)致真空室真空度降低的原因主要包括以下兩方面：第一，受制作工藝以及質(zhì)量不合格影響，真空室密封性并為達到規(guī)定要求，同時不合格材料會導(dǎo)致氣泡、漏點產(chǎn)生，進而導(dǎo)致真空度下降；第二，真空斷路器結(jié)構(gòu)設(shè)計存在一定不合理之處，真空室設(shè)置在結(jié)構(gòu)外部，這就使得其工作過程中極易受到碰撞影響，進而導(dǎo)致密封裝置受損，同時引發(fā)合閘失敗情況。

真空斷路器真空度下降會導(dǎo)致設(shè)備分斷電流性能以及使用壽命大幅降低，由此，運維人員在實際工作中應(yīng)定期利用裝也的真空檢測儀對設(shè)備真空室進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)其真空度下降情況，并對故障部件進行更換處理[6]。同時管理部門應(yīng)注意積極反應(yīng)相關(guān)問題，促使制造工作、材料質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)性提升，從源頭層面降低真空斷路器真空度不飽和問題發(fā)生。

3.3 電機失靈原因及排除方法

真空斷路器在實際運作過程中，其檢測到故障發(fā)生后，斷路器自動合閘，設(shè)置在設(shè)備的儲能電機開始儲能，當(dāng)能量達到額定值后發(fā)出信號彈開彈簧，并引發(fā)跳閘動作。在此過程中，斷路器的機械臂就會在儲能電機的作用下發(fā)生動作，把行程開關(guān)的一對觸點彈開，儲能電機停止儲能，線路也會停止供電。如果此時電機發(fā)生故障無法儲能，行程開關(guān)彈開動作無法執(zhí)行，進而導(dǎo)致故障問題出現(xiàn)。

針對此故障問題，運維人員在實際工作過程中應(yīng)對行程開關(guān)進行檢查，明確是否出現(xiàn)異常，如果是則對其進行修理。如果不是則需要對儲能電機進行檢查，及時更換故障電機。依照實際情況層面分析，此類故障原因主要為行程開關(guān)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致儲能電機失靈。因此，運維人員在實際工作過程中應(yīng)注意定期開展檢測工作，確保真空斷路器各部件滿足設(shè)備運行實際需求。

3.4 彈跳時間異常原因及排除方法

從真空斷路器運行角度分析，靈敏度及跳閘反應(yīng)時間成反比關(guān)系，跳閘反應(yīng)時間會隨著靈敏度提升的縮短，進而確保電力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，一旦跳閘反應(yīng)時間過長，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)陷入崩潰狀態(tài)。根據(jù)實際檢測結(jié)果顯示，當(dāng)電路中的串接電阻值發(fā)生變化時，斷路器的反應(yīng)跳閘時間會發(fā)生很大的變化，當(dāng)電阻值變大時，反應(yīng)時間將變長，靈敏度降低，這將很大程度上影響電力系統(tǒng)的有效工作，然而，串接電阻經(jīng)常會因為溫度過高或者使用時間過長發(fā)生變化，同時長時間的高電流高電壓下工作，難免會使串接電阻發(fā)生變化，最終導(dǎo)致整個高壓斷路器的反應(yīng)時間變長，靈敏度變低。

針對此故障問題，運維人員在實際工作過程中應(yīng)注意提升回路中串接電阻質(zhì)量，進而實現(xiàn)最大限度地降低溫度變化引發(fā)的影響，同時，在設(shè)備內(nèi)增設(shè)冷卻裝置，確保相應(yīng)部件始終保持在規(guī)范要求溫度范圍內(nèi)，并在部件使用壽命耗盡前對回路中的電阻進行換新處理，切實保障斷路器靈敏性始終保持在有效范圍內(nèi)，進而實現(xiàn)確保電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行狀態(tài)[7]。

4 優(yōu)化10kV真空斷路器運行狀態(tài)建議

4.1 開展專業(yè)的機械特性測定

運維人員在實際工作中應(yīng)認識到的雖然10kV真空斷路器檢修工作量較小，但是為避免故障隱患累計產(chǎn)生惡性事故，必須對設(shè)備進行機械特性測試，此環(huán)節(jié)為確保真空斷路器性能最大化的重要基礎(chǔ)保障。以VS1型真空斷路器為例，運維人員應(yīng)確保其各技術(shù)參數(shù)滿足表1中所示要求，進而確保其電流開斷功能得以有效發(fā)揮，如果未能達到表中參數(shù)要求，會導(dǎo)致其保護功能以及使用壽命大幅降低。

表1 技術(shù)參數(shù)

運維人員在實際工作過程中應(yīng)定期對設(shè)備進行相應(yīng)檢測，并依照測定行程以及超行程對三項絕緣拉桿長度進行相應(yīng)的調(diào)整，最大限度地避免分合閘故障出現(xiàn)，如果在調(diào)整后依舊出現(xiàn)彈跳、同期測試數(shù)據(jù)不合格等情況，則應(yīng)用對真空泡進行檢驗并替換其中異常部件，隨后再次對數(shù)據(jù)進行調(diào)整，直至其滿足相關(guān)要求。運維人員在實際進行絕緣拉桿長度調(diào)整過程中，可基于斷路器的分閘狀態(tài)拔出銷釘，隨后轉(zhuǎn)動拉桿對觸頭開距加以調(diào)節(jié)；為防止觸頭彈跳時間過長，可增設(shè)平墊片于銷釘間隙，并注意改善觸頭垂直度[8]。

4.2 強化電氣回路及機械檢修

考慮到10kV真空斷路器在實際運行過程中存在距合故障風(fēng)險，因此，運維人員在實際工作中應(yīng)定期對電氣回路進行檢查，具體內(nèi)容涵蓋合閘控制電源、合閘熔斷器等。如果故障發(fā)生時，記錄顯示上述因素未出現(xiàn)異常情況，技術(shù)人員應(yīng)重新開合控制開關(guān)，明確是否為操作不當(dāng)引發(fā)的故障。在明確非操作失誤引發(fā)的故障后，運維人員可以通過如下手段判斷故障位置：在開關(guān)合閘狀態(tài)下，若鐵芯可以正常動作，則說明故障位置不在電氣回路，可判定為機械故障，應(yīng)對故障設(shè)備做停用維修處理，在對其進行更加深入的檢查后更滑分閘彈簧、傳動元件等故障部件。

若電源正常，鐵芯卡澀、動作無力，多半是電氣與機械同時異常；若電壓正常鐵芯不動作，則基本與電氣故障有關(guān)。確定故障點后采取針對性措施，如測試跳閘回路元件接觸情況且進行可靠連接，必要時可更換老化元件。若經(jīng)萬用表監(jiān)測二次插頭發(fā)現(xiàn)電路聯(lián)通，可更換底盤的輔助開關(guān)。對于機械卡澀可予以潤滑，對于銷子脫落可重新更換安裝，同時還要對軸和銷等關(guān)鍵部位定期進行清理和旋轉(zhuǎn)。通過上述措施可以快速實現(xiàn)排除故障，推動設(shè)備正常運行目的。