探讨真空断路器检修维护及缺陷处理

林 星林 佳

1.2.国家广电总局东南广播电视维护中心 福建省 福州市 350001

前 言

真空断路器是一种室内配电装置，具有保护和控制电路设备的功能作用。相比SF6断路器，真空断路器对环境更加友好，不需要进行专门的废物处理，操作机构简单可靠。目前，除了部分台站使用SF6六氟化硫断路器，以及还有极少部分老旧的配电室或者变电站还存留着少量油断路器，10kV真空断路器是目前台站所使用的主流断路器。是各台站配电系统的重要组成部分。所以我们以10kV真空断路器为例，介绍如何有效预防真空断路器故障，做好检修维护及缺陷处理工作。

图1 10kV真空断路器的结构特点

1 10kV真空断路器的结构特点及工作原理

1.1 结构特点

10kV真空断路器主要用于高压电器设备中，能够对设备进行控制和保护。真空断路器由支架、操动机构、真空灭弧室、绝缘子等零部件组成，通过波纹管和屏蔽罩所组成的真空灭弧室能形成真空介质，其介质强度优异，具有良好的分断能力和熄弧能力，恢复速率高。与此同时，触头间隙介质有着良好的真空耐压强度。在真空断路器的长期工作运行过程中，触头电磨损小，能够延长其使用寿命。在真空介质中，燃弧时间往往低于半个周波，燃弧时间短、触头间隙电弧长度小，相比于SF6断路器，耗散在真空中的电弧能几乎是SF6断路器的十分之一。分断电路时，有金属液桥形成，位于触头间。受到高电流密度的影响，在高温的条件下，金属液桥发生蒸发后，形成金属蒸气电弧。电流过零熄灭时，金属微粒由弧隙间落到触头表面，凝结成金属层，可以避免触头发生严重的损耗。相比于空气电弧，在真空电弧中，负载电流对于触头的损耗显著更低。在满容量条件下，10kV真空断路器触头可以开断30-50次左右，在额定电流条件下，触头可以开断 5000 次左右［1］。另外，触头具有开距小的特点，能够缩短机械传动形成，操作功较小，进而减轻机械损耗。10KV真空断路器的结构特点如图1所示。

1.2 工作原理及运行分析

10kV真空度断路器的工作原理是利用气体分子间无非弹性碰撞的特点，在高压真空环境中，使电流流过零点，等离子体迅速扩散，将电弧熄灭，从而达到切断电流的目的。10kV真空断路器的工作运行，主要分为合闸、分闸和灭弧等环节。在合闸过程中，合闸线圈处于通电状态，合闸铁芯闭合，在断路器和拐臂运动的作用下，启动导电杆，进而执行合闸动作。分闸过程的基本原理与合闸相反，分闸线圈处于通电状态，分闸铁芯闭合，使锁扣释放。启动弹簧模块后，完成断路分离。而在灭弧过程汇总，在螺旋槽（动静触头）的作用下，形成横向磁场，所产生的磁力，使电弧旋转，避免接触触头，防止出现过热现象。

2 10kV真空断路器日常维护的要点

在10kV真空断路器的长期使用期间，其零部件难免会出现老化、损耗，进而导致故障问题的发生。而设计环节上的技术失误，也引发真空断路器故障的主要因素。针对10kV真空断路器的故障和缺陷，需要加强检修维护，妥善处理故障问题。

2.1 真空泡

在10kV真空断路器日常维护工作中，应该将真空泡检查作为要点之一，先后进行真空度定性检测、故障问题分析以及性能测试。在真空度定性检测环节，使用真空检测仪，对真空泡进行进行检测，根据测得的真空度数据，与设计和应用标准进行对比，确认真空泡是否符合使用要求（真空度标准：≤1.33×10-3Pa）。符合要求的真空泡，能够持续应用;不符合要求的真空泡，则需要及时予以更换;发生故障问题真空泡，则应该寻找故障原因，便于采取针对性的处理办法。

2.2 高压关联部分

高压关联部分是10kV真空断路器主要构件，包括上支架、上出线座、真空灭弧室、绝缘筒等零部件，是故障常见、多发环节，应该做好其日常维护工作，确保其长期、持久的稳定运行。在我们日常维护工作中，通过工频耐压和数字兆欧表对高压关联部分进行绝缘测试，将测试结果与实际应用需要进行对比，确保其在高压状态下安全稳定的运行。与此同时，考虑到高压带电部分工作运行时干扰因素，实施干扰检测，从中发现干扰行为，并妥善予以处理。

2.3 操作机构部分

操作机构的工作性能，在很大程度上决定着10kV真空断路器能否安全、稳定运行。在日常维护工作中，需要明确操作规范以及操作条件，检查操作机构的实际运行情况。如存在不规范操作，应该及时予以纠正。考虑到环境因素的影响，明确操作机构部分安全、稳定运行时的环境条件，检查周围温度、湿度，适度予以调节和控制。检查机械操作部分零部件的磨损、老化情况，检测摩擦阻力。更换已经发生老化、磨损的零部件，并对机械构件进行润滑处理。另外，我们在日常维护中发现与北方干燥环境不同，在南方的沿海以及山区台站，潮湿度高，在长期的工作过程，受到负载、环境温度及散热以及涡流的影响，触头出现发热情况。或者，触头质量差，设备安装工艺水平不足以及触头脏污等问题，会导致真空断路器触头氧化现象严重，从而导致接触电阻增加。通过直流电阻测试，得出的试验数值往往是参数标准的数倍。因此，台站在日常检修的时候要注意对触头的保养以及防氧化处理，建议使用电阻率低的触头材料，并在触头表面镀上锡、铅锡合金保护层或银保护层，可以有效预防氧化现象。从而改善触头接触不良而导致的发热现象，有效的避免分断电流过大而产生的电弧续燃，提高断路器的稳定性与可靠性。

3 常见的10kV真空断路器故障问题

3.1 分合闸操作失效

在日常维护过程中，经常会出现断路器分合闸操作失效的问题，通过处理发现，导致断路器分合闸操作失效的原因有很多，其中以电动机断相运行和操作机构出现运行故障为主。

电动机断相运行是一种常见的10kV真空断路器故障问题，尤其是在联通高压电动机时，该问题的发生风险较高。在断相运行状态下，电动机容易被烧毁，进而引起运行障碍，分合闸动作失效就有可能产生拒动和误动事故。电动机断相运行问题的发生，一方面受到触头对接方式的影响，另一方面则与材质有关。断相运行状态下，需要重复多次分、合闸操作。该过程中，材质比较软的触头就容易发生形变，进而影响到断路器的工作性能，导致故障问题的发生。

操作机构出现运行故障时，发生分闸锁扣销子脱落、分闸锁扣扣合过量、辅助开关行程过大以及触片变形等问题，导致分合闸操作失效，真空断路器无法正常工作。而合闸或分闸线圈断路的发生，或是辅助开关接触出现问题，导致电气故障的发生，进而引起分合闸操作失效。一旦出现分合闸操作失效问题，应该在操作机构或电气方面找寻问题，判断故障发生原因。

3.2 灭弧室真空度降低

在10kV真空断路器的工作运行中，还存在着诸多潜在的安全隐患，在日常维护工作中难以发现，但是其危害性不容忽视。灭弧室真空度降低是一种常见隐形故障，往往会增加断口燃烧、爆裂的风险。灭弧室真空度降低问题的形成，一方面与选材有关，由于真空泡材质不符合设计和应用标准，导致真空度低;另一方面则受到制作工艺的影响，由于制作工艺不精，真空泡密封较差，出现位置松动的情况，导致真空度不达标。另外，振动、连杆操作距离过长等问题的出现，同样也会引起灭弧室真空度的下降［2］。

3.3 绝缘老化

10kV真空断路器应用复合绝缘方式，使用环氧树脂材料，对于灭弧室产生防护作用。但是由于暴露在外，受到外部环境因素的影响，容易出现绝缘老化的情况。而在真空断路器的工作运行过程中，往往会产生一定的热量，绝缘老化，增加故障问题的发生风险。

4 10kV真空断路器的检修维护及缺陷处理措施

为了有效保障10kV真空断路器的安全、稳定运行，需要提升回路的可靠性，避免脏污和锈蚀，同时保障三相同步，并对合闸回路进行合理控制，有效防控各类故障问题的发生，进而采取有效的检修维护及缺陷处理措施。

4.1 加强对机械、电气的检修与维护

在10kV真空断路器的检修工作中，应该重点关注机械测试环节。以10kV真空断路器VS1-12（额定电压12kV、三相交流50Hz）为例，通过开关动特性测试，测试三相分合闸平均速度、三相不同期性等数值，比较各项技术参数，检测其数值是否符合标准。触头开柜为（11±1）mm，超行程（触头弹簧压缩长度）为（3±0.5）mm，额定电压下的分闸时间为20～50ms，额定电压下的合闸时间为35～70ms，触头合闸弹跳时间≤2ms，三相分、合闸不同期性≤2ms，平局分闸速度为0.9～1.2m/s，平局合闸速度为0.6～0.8m/s。在各项参数指标符合标准的情况下，才能保证开断电流的正常，维护真空断路器的功能，进而延长其使用寿命。在处理分、合闸故障时，则需要对于行程和超行程进行测定。如满足技术标准，需要对三相绝缘拉杆长度进行适当调整。然后根据弹跳、同期测试数据，判断其调试效果，并对真空泡予以更换，消除不合格相，进而保障三相同步。同时也要注意三相不同期性，如果三相不同期性超过标准参数时，会在二次中产生零序电流，断路器一侧是电源进线，一侧是负荷。如果合闸不同期性过高，就可能会使某相带上负荷，零序电流保护就有可能发生误动，对发射机的安全运行增加隐患。

在机械和电气回路检修的过程中，针对分合闸操作失效问题，分析去原因。重合控制开关，判断故障是否与操作不当有关。在合闸状态下，观察铁芯动作是否正常，进而判断故障是否出在电气回路，更换老化或破损的元器件，如合闸控制电源、合闸熔断器，如果问题不在电气回路，则发生于机械部分，应对分闸弹簧、传动元件进行检查。对于机械卡涩问题，进行润滑处理。针对分闸锁扣脱落问题，应重新予以安装，同时对轴、销等部位进行清理［3］。

4.2 机械可靠性的检测与评估

检测真空断路器中关键零件机械的可靠性，应用应力-强度可靠度计算模型，按照，结合强度（δ）、应力随机变量（s） 以及函数 f（δ）、f（s），计算机械结构的可靠度R（t）。同时应用疲劳寿命可靠度计算模型为随机变量lnN的均值，σ为标准差，疲劳寿命为N，计算R（N1），进而判断10kV真空断路器的机械可靠性。

4.3 真空度的测定

在停电检修的过程中，应用真空测试仪进行测试，同时进行同期、行程、弹跳试验，综合分析灭弧室真空度。发生真空度下降的灭弧室，需要更换真空泡。为了有效防控真空度低问题的发生，应该从问题的源头入手，采取有效的预防措施。采购真空泡时，选择信誉良好的厂家，并在使用前进行严格的检验。而在使用的过程中，为了掌握真空度降低的动态变化，安装在线监测装置，同时利用非接触式传感器进行感知、探查，关注真空度动态变化的同时对其使用寿命进行预估，并且对检修周期及时做出提醒，进而迅速、有效的予以预防、处理，解决故障和缺陷问题［4］。

4.4 绝缘装置的优化

为了解决绝缘老化问题，可以应用固封极柱技术。基于APG工艺，使用环氧树脂，提高真空灭弧室的封闭程度，阻挡潮湿气体、灰尘及其他杂质，减少环境因素的影响，保护绝缘装置的性能，延缓绝缘老化。定期进行检测，及时排查故障问题。

结 论

综上所述，10kV真空断路器检修维护及缺陷处理，应该具体了解真空断路器的结构特点及工作原理，重点加强对真空泡、高压带电部分以及操作机构部分的防护。针对电动机断相运行、分合闸操作失效、灭弧室真空度降低以及绝缘老化等问题，采取有效的检修维护及缺陷处理措施。检测与评估零部件的机械可靠性，加强对机械、电气的检修与维护，优化绝缘装置，有效降低10kV真空断路器的故障发生风险，才能够充分发挥其在配电网中的作用，为台站供用电安全提供保障，更好的为广播的安全播出提供服务。