10kV真空断路器常见故障浅析

张耘溢 刘博

引言：真空断路器以其高绝缘、灭弧性能，良好的操作特性以及运行可靠性在10kV及以下的配电网络中得到了广泛的应用。但是随着其应用的增多，故障和缺陷情况也随之凸显出来，本文通过常见的ZN63A（VS1）型户内高压真空断路器为例，详细介绍其工作原理，并对运行过程中的常见故障进行分析，并提出相应的预防及处理措施。

一、ZN63A（VS1）型真空断路器工作原理

1、灭弧原理：真空断路器利用真空度约为10-4Pa（运行中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。当灭弧室内被抽成10-4Pa的高真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的空气的绝缘强度高很多。断路器配用的真空灭弧室，具有极高的真空度，当动、静触头在操动机构作用下带电分闸时，在触头间就会产生真空电弧。同时由于触头的特殊结构，在触头间隙中产生适当的纵磁场，使真空电弧保持扩散型，并使电弧均匀的分布在触头表面燃烧，并维持低的电弧电压。在电流自然过零时，残留的离子、电子和金属蒸汽在微秒数量级的时间内就可复合或凝聚在触头表面和屏蔽罩上，灭弧室断口的介质绝缘强度很快被恢复，从而电弧被熄灭，达到分断的目的，由于ZN63A（VS1）型真空断路器采用纵向磁场控制真空电弧，因而具有强而稳定的开断电流能力。

2、储能动作原理：储能电机输出扭矩通过单向轴承经链传动，带动挡销运动，推动储能轴旋转，驱动储能轴上的挂簧拐臂转动，从而拉长合闸弹簧，达到储能目的，当合闸弹簧储能完成后，能量由储能保持掣子保持住，于此同时拨板带动储能微动开关动作，切断储能电机的电源，完成储能动作。

3、分、合闸动作原理：

1）合闸动作：机构储能后，若接到合闸信号，合闸电磁铁的动铁芯将被吸合向前运动，通过合闸轴带动储能保持掣子转动，从而解除了储能保持掣子对储能轴的约束，合闸弹簧的能量释放，使合闸凸轮作顺时针方向转动，通过二级四连杆传动机构及绝缘拉杆带动真空灭弧室的动导电杆向上运动，完成合闸操作。

2）分闸动作：合闸动作完成后，一旦接到分闸信号，分闸半轴在脱口力的作用下，做顺时针方向转动，半轴对分闸脱扣部分的约束解除，分闸脱扣部分在断路器的触头压力弹簧和碟簧的作用下，作顺时针方向转动，真空灭弧室的动导电杆在两级四连杆机构及绝缘拉杆的带动下向下运动，从而完成分闸操作。如下机構图1：

图1

二、故障原因分析及预防处理措施

真空断路器的常见故障主要分电气回路故障和机械故障两个方面。主要表现为：真空灭弧室漏气、储能故障及拒分拒合故障等。

1、真空灭弧室漏气：

1）故障现象与原因

真空断路器是以在真空中熄弧为特点，但不是在任何真空度下都可以，而是在某一定真空度范围内才具有良好的绝缘和灭弧性能。真空开关中的内部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa范围内。真空灭弧室的不同、动静触头结构的不同、屏蔽罩的封接不同、壳体材料的不同、波纹管材质和加工方法的不同等，都会影响真空灭弧室的性能。我国的真空技术已能保证真空开关需要的真空度，而且封接技术可保证不漏气，保持真空度。真空断路器的电寿命由真空灭弧室的电寿命决定。高压真空断路器应用或保管环境的污秽等级、湿度、盐雾等选择不够合适，有害气体、凝露造成波纹管点状腐蚀，可导致波纹管和盖板及封接面的漏气。

随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度将会影响它的开断能力和耐压水平。真空断路器的触头多为对接式结构，在分合操作中可能产生不同程度的反弹现象不论分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害。分合闸时的冲击速度及冲击力较大发生弹跳都可能产生触头和导电杆的变形，甚至产生裂纹，反弹可能导致波纹管经受强迫振动可能产生裂纹，使灭弧室漏气。

真空断路器在真空泡内开断电流并进行灭弧，而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，所以真空度降低故障为隐性故障，其危险程度远远大于显性故障。真空度降低将严重影响真空断路器开断过电流的能力，并导致断路器的使用寿命急剧下降，严重时会引起开关爆炸。

2、故障预防

真空断路器在使用过程中必须定期检查灭弧室管内的真空度。目前检查方法有：

1）对玻璃外壳真空灭弧室可以定期目测巡视检查，正常时内部的屏蔽罩等部件表面颜色应很明亮，在开断电流时发出浅蓝色弧光。当真空度下降很严重时， 内部颜色就会变得灰暗，开断电流时将发出暗红色弧光。

2）定期（3年左右）进行一次工频耐压试验（42 KV）。当动静触头保持额定开距条件下，如果工频耐受电压不低于额定工频耐受电压，则表明真空度满足使用要求。如果在升压过程中，真空灭弧室内部发生持续击穿或辉光放电，则表明真空灭弧室真空度已严重下降，已不能继续使用。

3）故障处理

保证高压真空断路器超行程、触头行程在规定范围，合理的选择使用和储存环境，是解决真空灭弧室漏气问题的重要措施。真空断路器在安装或检修时，除了要严格地按照产品安装说明书中要求调整测量触头超行程。真空灭弧室的触头接触面在经过多次开断电流后会逐渐被电磨损，触头行程增大，也就相当波纹管的工作行程增大，波纹管的寿命会迅速下降，通常允许触头电磨损最大值为3mm左右当累计磨损值达到或超过此值，真空灭弧室的开断性能和导电性能都会下降，真空灭弧室的使用寿命已到。

为了能够较准确地控制每个真空灭弧室触头的电磨损值，必须从灭弧室开始安装使用时起，每次预防性试验或维护时，就准确地测量开距和超行程并进行比较，当触头磨损后累计减小值就是触头累计电磨损值。新断路器在投运前应测量分、合闸速度，因为它不仅可以建立原始技术资料， 同时也可以及时发现产品质量上的一些问题，以便及时采取措施。当真空度降低时，必须更换真空泡，或更换真空断路器，并做好行程、同期、弹跳等特性试验。

2、储能及分合闸故障

1）储能故障现象与原因

机械部分：滑块卡涩、储能保持掣子位置不合適导致无法储能，微动开关损坏，导致储能电机运转不停止而烧坏电机；

电气部分：合上储能电源，若电机电机转动弹簧不储能则是由于正负电接反，若电机不转则可能是储能电源及储能回路异常以及储能电机损坏。

2）合闸故障现象与原因

机械部分：合闸翻板卡涩导致储能保持掣子与滚子无法脱扣，合闸保持掣子松动，无法保持合闸状态；

电气部分：控制电源电压异常、按下合闸按钮若线圈不动作则说明合闸回路不通，或合闸线圈损坏。

3）分闸故障现象与原因

机械部分：分闸线圈电阻增加，分闸力降低；分闸顶杆变形，分闸时存在卡涩现象，分闸力降低； 分闸顶杆变形严重，分闸时卡死；合闸保持掣子与半轴扣接量不恰当，无法脱扣；

电气部分：控制电源电压异常、按下分闸按钮若线圈不动作则说明合闸回路不通或分闸线圈损坏。

4）故障预防与处理

真空断路器的储能及拒分拒合故障基本上都是由操作机构及控制回路故障所引起， 其故障预防和处理应注意以下几个方面：

4.1、防止松动与卡劲。机构在操作时会发生冲击和振动，所有紧固处应有防松措施，一些受力较大的活销，不能单用开销定位， 防止由于操作时各连板上的力不平衡，造成活销蹩劲，从而剪断开口销；

4.2、防止锈蚀和脏污。锈蚀和脏污会显著降低机构操作可靠性，使操作系统的机械特性变坏，甚至酿成分合闸拒动事故。滑动轴承由于锈蚀和脏污，摩擦系数可以高达0.3，即使采用了滚柱和滚子轴承，锈蚀和脏污也会使它的摩擦系数增大到0.1，这比正常条件下的数值大一个数量级，将引起肘节和脱扣机构工作的不稳定。保持机构所处环境条件的清洁度，定期去除机构上（特别是旋转、滑动配合）的脏污，经常注意润滑，在轴和销上喷涂的硫化钼固体润滑剂等可取得很好的效果；

4.3、防止机构受潮。机构的绝缘件受潮会加速金属零件的锈蚀；

4.4、提高控制回路的可靠性。要保持接线可靠，不致因操作一定次数后振动脱落绝缘件有足够的绝缘；辅助开关固定要牢固，不因操作而变动或窜动，其联动机构要调整到位；辅助开关的节点要防止锈蚀以保证可靠接触。

三、结束语

为了使真空断路器能可靠正常工作，运行人员应加强运行巡视，强化日常的维护检测，在操作中注意观察有无异常现象；检修人员在发现隐患后及时消除缺陷，严格执行电气设备预防性试验规程要求，保证检修到位，确保修试质量，提高设备健康水平，保证设备安全、可靠、经济、合理的运行。

参考文献

[1] ZN63A-12系列（VS1）户内高压真空断路器安装使用说明书-陕开.

[2]国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材 变电检修[M].北京：中国电力出版社2010：112-118.

[3]高压开关设备运行管理规范.国家电网公司 2005.3.

（作者单位：宁夏电力公司检修公司）