真空开关在电厂中的应用

杨模昌

摘要：真空断路器安装、检修方便，体积小，重量轻，同时还具备开断能力强，开断时间短，无噪声、无污染，寿命长（机械寿命在10000次以上），不需经常检修等优点。而合闸电流大，所产生的合闸力矩大，造成的开关震动大，所以许多电厂都将少油式断路器更换为真空断路器。文章对真空开关在电厂中的应用进行了探讨。

关键词：真空开关；电厂；真空断路器；开断能力；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM154 文章编号：1009-2374（2017）11-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.051

1 真空断路器的使用改造现状

在我国电力系统及水电厂中大部分采用油断路器，油断路器触头大多采用铜钨合金，虽具一定耐电弧能力，但电气寿命有限，一般开断10次满负荷电路或开断6～7次短路电流触头即需打磨，检修间隔周期短，平时维护量大，有噪声，有爆炸危险，维护不当易酿成事故。例川西某电站10kV SN10少油开关平时未按规定进行维护、检修工作，致使“开关触头熔焊在动触头上凝结成突起”未能及时发现，造成断路器跳不开以致烧毁设备的事故。

2 真空断路器性能

真空断路器灭弧室中气体压力不高于1.3×10-2Pa，其绝缘强度比变压器油及压力为105Pa的SF6要高得多。同时，电触头分离时电极蒸发及触头表面微小突起所引起的电弧，其间离子、粒子比周围真空压力密度大得多，使离子、粒子极易向周围扩散。电弧电流过零时其间离子、粒子在磁场作用下迅速扩散，密度迅速降低，使触头间的弧区很快恢复为真空间隙，具很高耐压水平，得以承受较高的恢复电压不致击穿，最终完成开断。而且很多真空断路器灭弧室结构采用阿基米德螺旋槽跑弧面，当电弧电流流经跑弧面及触头间时，造成的磁场使真空电弧在触头表面快速移动，从而降低了触头表面的温度，减少了触头的烧损，稳定了断路器的开断性能，提高了电气寿命。

3 真空断路器在电厂中的应用

2011年7月对发电总厂万安电站将油断路器换型改造为真空断路器。

3.1 概况

万安地处于砂沟河上，首台机组在1996年5月于石羊变电站上网运行，总装机容量为3×800kW，单台机组出口开关为SN10-10Ι型号油开关。

3.2 开关现状及存在的问题和历年检修故障分析

该站1、2、3號发电机出口型号为SN10-10Ι（611、612、613）油开关动作次数已超过2000次以上，机构灵活程度降低，在运行操作中常出现机构卡塞、渗油等故障，为了保证设备安全、可靠，电站通过性能数据对比，决定将611、612、613油开关包括主变两侧型号为SN10-10Ι（601、902）油开关更换，为真空开关。

3.3 改造的必要性、技术原则

油开关每年动作次数较多，传动机构磨损严重，合闸电流增大，合闸电流达100A左右，合闸电磁力矩较大，使操作机构震动较大，造成销子松脱，发生假合现象，增加维护时间，减少发电量。改造后真空开关开断能力强，操作安全可靠，只需要很小的合闸电流（约2～5A），减少了维护时间，增加了发电量。

3.4 断路器技改实施

组织措施：（1）检修工作必须认真贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，切实抓好现场管理，杜绝“三违”现象，认真落实标准化流程检修，保质保量地完成油开关改造任务；（2）在检修工作过程中，精确测试、认真记录，将拆卸出的材料统一归放，并做好标准化现场，严格执行“两票”及三措书制度中的要求，每天开工前列队点名，安排当天的工作内容，交待所属工作的安全措施和注意事项。每天收工核对点名总结当天工作，布置第二天工作。工作负责人开工前应核对安全措施，确认无误后，方可开工，杜绝交叉作业，做到分工明确，责任清楚，强调每个环节的检修质量，把好质量关、安全关，努力降低成本；（3）检修工作中，要求每位检修人员清楚工作中安全措施和注意事项，特别是危险点及其预控措施；（4）更换的真空开关型号是ZN63A-12型，其合闸回路采用的电机储能，无电机时可采用手动旋转进行储能，在GG-1A开关柜内油断路器下出线电流互感器穿墙隔板上焊接两根63×40×1000槽钢2根，两端用角钢50×5×1000控制槽钢间距为0.36m，使两根槽钢上的4个孔，能可靠地固定真空开关，在GG-1A开关柜的面屏上，引出真空开关的跳、合闸信号，加装机械跳闸顶杆，确保在开关距跳，直流消失时，能在GG-1A开关柜的面屏上手动跳开真空开关机械跳闸机构，确保设备安全。作为安全技术管理人员始终坚守在工作现场，及时发现和纠正员工的不安全行为，确保整个改造工作的顺利开展，实现技改工作的全过程安全技术闭环管理。

3.5 改造后收到的初步效果

（1）缩短检修时间，提高设备的年发电利用率；（2）工作中降低了合闸电流，减小合闸线路切面，降低合闸回路故障；（3）改造后可实现操动机构达到30000次机械寿命操作；（4）合闸弹跳和分闸反弹幅值得到改善，提高综合稳定性；（5）减少了检修时间，提高发电量。

3.6 真空断路器运行5年后发现的问题

操动机构在真空断路器机械结构中是最为复杂、精度要求最高的部分，机械参数的合理配置，直接关系到真空断路器的技术性能和机械寿命。因此要认真做好机械参数的调试工作，严格机械参数指标要求，规范备品备件管理和储存，保证备品备件的技术性能指标和质量的一致性、通用性和可靠性。严格控制真空断路器的合、分闸速度，合闸速度过低时，会由于预击穿时间加长，而增大触头的磨损量。又由于真空灭弧室一般采用铜焊工艺，机械强度不高，耐振性差。如果合闸速度过高会造成较大的振动，对波纹管产生较大的冲击，降低波纹管寿命；真空断路器断路时的燃弧时间短，其最大燃弧时间不超过1.5个工频半波，并要求电流第一次过零时，灭弧室要有足够的绝缘强度，通常希望断路时在工频半波内触头的行程达到全行程的50%～80%，因此需要严格控制开关的分闸速度。要求真空断路器的分闸缓冲器与合闸缓冲器有较好的特性，尽量减轻冲击力，以保护真空灭弧室的使用寿命，严格控制触头行程和超程。要严格按照产品安装说明书要求进行调整，在大修后一定要进行测试，并且与出厂记录进行比较。不能误以为开距大对灭弧有利，而随意增加真空断路器的触头行程。否则会使得断路器合闸在波纹管产生过大的应力，引起波纹管损坏，破坏灭弧室密封，从而造成漏气。因此，每次调整超过行程时必须进行记录，当触头磨损量累计超过4mm时，应更换触头。触头磨损使动、静触头接触不良时，通过回路电阻的测试也可以发现问题。应仔细检查触头弹簧，不应有变形损伤现象。定期检查灭弧室的真空度。定期进行工频耐压试验（42kV）。根据“电力设备预防性试验规程”的规定，结合本单位的实际情况，制定真空断路器的工频耐压试验周期。经验证明灭弧室由于工艺的缺欠出现泄漏的现象一般发生在使用第1～2年，因而在开始运行头两年根据电站的具体情况多加监视，最好在真空断路器投运后0.5年、1年、1.5年、2年进行一次工频耐压试验，2年后根据运行情况再决定一年一次还是一年两次。目前，由于现场不拆卸测试真空度的仪器尚不够完善，工频耐压还是检测真空度较为有效的方法。有条件时可选用真空度现场测试仪，在不拆卸真空灭弧室的情况下检测真空灭弧室的真空度。在进行工频耐压试验的同时配合进行真空度检测，作为辅助手段。合理安排真空断路器的检修周期。结合季节（年度）性预防性试验对真空灭弧室断口采用工频耐压方法检验真空度。在正常操作（合、分负荷电流）次数达到2000次，开断额定电流10次后应检查各部位的螺栓有无松动。检查方法和要求按真空断路器的维修检查要求进行，若符合规定的技术参数，可继续使用，注意安装和维修。真空灭弧室允许储存期限为15～20年，因此备品不宜过多，存放和使用环境中应无化学腐蚀性气体存在。调试触头开距时，应控制波纹管的压缩量，防止波纹管发生塑性变形，分闸缓冲器的回弹不应过大，过大会影响波纹管的寿命。装调时如果发现螺纹配合不良，应查明原因后再处理，不要用很大力气拧动真空灭弧室，防止波纹管受到损伤。二次回路的接线、辅助开关的接触应完好，以免影响断路器动作的可靠性。检查测量每相主导电回路的电阻值。触头接触电阻与触头间的压力有关，在一定范围内，压力越大，接触电阻越小越稳定。一般真空断路器每相的接触电阻不要大于80uΩ。检查传动部分的润滑情况和紧固螺栓有无松动，保持清洁，按机械说明书进行各项操作。注意保护真空灭弧室不受任何外力碰撞。严格进行交接验收。安装完毕或大修理后，必须进行有关参数的测试和复核。主要复测的参数有：合闸弹跳，分闸同期，开距，压缩行程，合、分闸速度，合、分闸时间，直流接触电阻，断口绝缘水平，传动验收试验等，均应满足真空断路器的要求。

3.7 针对新问题及处理

（1）操作过电压。真空断路器在操作时往往会产生较高的截流过电压和电弧重燃过电压，在运行管理中，需从技术上防止和抑制过电压，装设性能较好的金属氧化物避雷器或进行预防等；（2）真空开关跳合闸线圈更换困难，建议真空开关在设计制造时，跳合闸线圈以銏曹的形式，螺栓独立闭锁，置于面板侧，这样便于检测和更换；（3）真空灭弧室的漏气问题。随着真空灭弧室使用时间的延长和开断次数增多以及受外界因素的作用，其真空度会逐步下降，影响它的开断能力和耐压水平。目前，普遍使用纵向磁场灭弧原理和铜铬触头材料，以减少触头烧损，提高电气寿命。但如果导电杆同心度调整不当，将影响真空灭弧室的封接强度，导致漏气。为了保证同心度的调整，合理地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。

4 结语

通过对真空断路器性能的了解以及安装运行维护掌握其优点和缺点，提出真空开关真空运行中出现泄漏，产生的危害和采取的措施，有效降低真空开关出现真空泄漏引起的开关操作爆炸及引发大面积停电的可能。

参考文献

[1] 淡淑恒，李宏群，王季梅，等.真空断路器触头新型处理方法的研究[J].高压电器，1998，（4）.

（责任编辑：蒋建华）