真空斷略器的質(zhì)量管理
摘要：該文敘述了真空斷路器在訂貨、現(xiàn)場檢修時(shí)怎樣判別斷路器的質(zhì)量及運(yùn)行中的注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮真空斷路器的優(yōu)越性，保障斷路器設(shè)備安全運(yùn)行，提高供電可靠性。
關(guān)鍵詞：真空斷路器；陶瓷泡；質(zhì)量管理
10kv真空斷路器作為新一代斷路器，在電力系統(tǒng)從1994年開始使用以來，得到廣泛應(yīng)用。較之10kv油斷路器，它具有開斷容量大、滅弧性能好、機(jī)械壽命長、運(yùn)行維護(hù)量小、檢修周期長等特點(diǎn)。隨著推行斷路器無油化的改造，各供電公司正逐步更換原有的充油斷路器。由于大量使用真空斷路器，且訂貨、安裝、檢修存在一定的不嚴(yán)密性，造成在使用過程中出現(xiàn)了不少外部、內(nèi)部缺陷及故障，主要表現(xiàn)在真空泡慢性漏氣和機(jī)構(gòu)受阻等方面，為了提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，這就要求加強(qiáng)真空斷路器在選型、安裝、運(yùn)行、檢修等方面的質(zhì)量管理工作。
1嚴(yán)把定貨質(zhì)量關(guān)
斷路器的核心部件是滅弧室，而滅弧室的質(zhì)量好壞主要決定于真空泡的質(zhì)量，真空泡一般有陶瓷泡和玻璃泡兩種。早期生產(chǎn)的真空泡均為玻璃泡，它的額定極限開斷次數(shù)一般大于20次，隨著新技術(shù)的發(fā)展，需要有較大的極限開斷電流的斷路器，便產(chǎn)生了新一代真空泡即陶瓷泡。陶瓷泡由于采用了先進(jìn)的焊接技術(shù)，密封性能較好，機(jī)械強(qiáng)度高，爬距大，電壽命較長，開斷容量大，極限開斷次數(shù)一般大于30次，但陶瓷金屬化的抗折強(qiáng)度是它的薄弱環(huán)節(jié)。通過對(duì)6000只陶瓷泡和玻璃泡的跟蹤比較，對(duì)兩者的優(yōu)劣有一個(gè)全面了解，如表1所示。
從以上3000只真空泡跟蹤運(yùn)行分析，在今后的真空斷路器選型中應(yīng)首選新一代真空泡——陶瓷泡。
滅弧室要經(jīng)過老練，老練工藝包括電壓老練和電流老練。電壓老練目的在于消除滅弧室內(nèi)部和外部的毛刺，金屬和非金屬微粒、各種污穢物等。電流老練工藝專為真空滅弧室設(shè)定，電流老練用持續(xù)的擴(kuò)散型電弧，在電極表面不斷運(yùn)動(dòng)，以盡可能徹底地清除電極表面的毛刺、金屬氧化物、金屬和非金屬微粒以及各種污穢物等有害物質(zhì)，并通過燃弧中產(chǎn)生的電極材料的吸氣作用，使滅弧室內(nèi)部保持良好的真空度。電流的老練是去除觸頭表面的微片和微粒，使它形成一個(gè)細(xì)晶粒層，消除吸附劑氣體和污染物，尤其是大電流老練，可有效地消除微片和微粒（因?yàn)楹艽蟮碾娀∧芰靠梢灾苯訉⑺刍４送?，?xì)晶粒層可以降低冷焊力，增加材料韌性，而使觸頭材料更不易產(chǎn)生脫落現(xiàn)象。只經(jīng)過高壓火花老練過的電極表層材料的晶相觀察，其晶格直徑為幾十個(gè)微米，而經(jīng)過電流老練過的陰極表面晶粒直徑在1微米以下。經(jīng)過電流老練的真空室重燃率大大減小，所以選真空斷路器一定要選經(jīng)過電壓和電流雙重老練的滅弧室。
2加強(qiáng)運(yùn)行巡視
真空斷路器在運(yùn)行中加強(qiáng)巡視管理，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些缺陷，避免一些設(shè)備故障，造成停電事故。在操作中善于用眼和耳感覺器官，注意設(shè)備運(yùn)行中有無異常現(xiàn)象，如在分閘操作中，開關(guān)斷開后，檢查電纜頭的帶電顯示裝置有無顯示帶電；拉開母線側(cè)開關(guān)時(shí)，觀察刀口有無火花和真空泡，有無閃光（玻璃泡）；在斷開變壓器低壓側(cè)進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器，10kv母線停電時(shí)，觀察該段母線tv有無電壓量輸出等。2000年某變電站在進(jìn)行10kv母線操作時(shí)就避免了一次斷路器爆炸事故：當(dāng)時(shí)10kvi母進(jìn)行停電操作，在斷開100、101斷路器，未拉開101上隔離開關(guān)時(shí)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)i段tva相帶電顯示燈亮，后經(jīng)試驗(yàn)人員鑒定101斷路器a相真空泡搖斷口絕緣電阻為0，證實(shí)該相斷路器嚴(yán)重漏氣，從而避免了事故發(fā)生的可能。
3嚴(yán)把預(yù)試周期、交接試驗(yàn)關(guān)
真空斷路器出問題的時(shí)間主要集中在設(shè)備投運(yùn)0.5～2年之間，這時(shí)真空斷路器的運(yùn)行狀態(tài)較不穩(wěn)定，需加強(qiáng)運(yùn)行檢測。所以濟(jì)源供電公司規(guī)定：對(duì)新投運(yùn)斷路器運(yùn)行一年要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行一次維護(hù)工作，重新測量斷路器分、合閘線圈的動(dòng)作電壓值，斷路器的機(jī)械及電氣特性試驗(yàn)，如新測參數(shù)與投運(yùn)參數(shù)相比較無明顯變化時(shí)（特別是真空度的變化），可轉(zhuǎn)入正常檢修周期。有條件時(shí)半年后對(duì)新投運(yùn)斷路器進(jìn)行一次全面電氣特性試驗(yàn)，進(jìn)行參數(shù)對(duì)比。
3.1絕緣測試
絕緣的定義是用電阻表示的，檢測是使用承受的電壓和泄漏的電流進(jìn)行的。
有些用戶包括供電公司經(jīng)常采用搖表（兆歐表）測絕緣電阻的方法，單個(gè)滅弧室的電阻應(yīng)在mω級(jí)。此種方法在一定范圍內(nèi)能反映一些問題，但有其局限性，測量數(shù)據(jù)受環(huán)境因素影響較大。
一般產(chǎn)品的絕緣裕度較大，但是在做耐壓試驗(yàn)時(shí)由于外界因素，以及各相之間電場干擾，會(huì)降低絕緣水平，從而出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象，遇到此類問題應(yīng)對(duì)滅弧室及支撐絕緣件表面進(jìn)行外絕緣處理，所以在沒有外絕緣保護(hù)的情況下極易出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿，嚴(yán)重的會(huì)造成滅弧室損壞。
3.2耐壓試驗(yàn)
最常見、最直接的判斷方法是工頻耐壓測試。原因是高壓真空電器遵循巴申定律（就是電器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)與耐受電壓能力的關(guān)系）。工頻耐壓法是真空斷路器處于開斷狀態(tài)下，在動(dòng)、靜觸頭之間施加一定的工頻電壓，檢測泄漏電流的大小及觀察滅弧室內(nèi)的放電現(xiàn)象，真空滅弧室內(nèi)部不應(yīng)有持續(xù)的放電現(xiàn)象，否則應(yīng)更換真空滅弧室。其優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，操作方便，能定性地檢測真空滅弧室的好壞。交接試驗(yàn)時(shí)要注意，作工頻耐壓前，要把真空斷路器觸頭機(jī)械行程調(diào)整為要求值后，再加壓試驗(yàn)。
3.3真空度測試判定
這種方法是建立在管內(nèi)氣體處于分子流條件下的測量方法，在有一定真空度情況下比較有效，但在完全漏氣的情況下容易出現(xiàn)誤判。它的測試原理與搖表比較相似，在斷口間氣體分子不是處于分子流條件下，被電離的氣體分子不能被收集到，造成測量的真空度較高，所以測量真空度必須與工頻耐壓測試相結(jié)合進(jìn)行。
3.4遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《10～35kv戶內(nèi)高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件（dl430—1991）》規(guī)定，真空斷路器滅弧室在有效期15～20年，真空滅弧室真空度不得大于6.6×10-2pa；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《3.6～40.5kv戶內(nèi)交流高壓真空斷路器（tb3855-1996）》規(guī)定，用于裝配真空斷路器的真空滅弧室內(nèi)的氣體壓力應(yīng)低于1.33×10-3pa。
3.5工頻耐壓法、真空度測試法及其優(yōu)缺點(diǎn)
真空滅弧室漏氣的故障分兩種，硬故障即外殼破裂、波紋管破損而進(jìn)氣，使滅弧室失去真空度，與周圍大氣相通；軟故障即滅弧室并未與大氣相通，而是由于制造工藝、運(yùn)輸、安裝及使用維護(hù)等原因，使滅弧室內(nèi)的氣體壓力高于允許值，滅弧室不能滿足正常開斷容量，存在潛伏性故障。傳統(tǒng)的檢測方法——工頻耐壓法，對(duì)真空滅弧室的“硬故障”比較有效，能定性的區(qū)分真空滅弧室的好壞。但對(duì)“軟故障”就無能為力，因?yàn)楫?dāng)真空度在1×10-4～1×10-3pa之間時(shí)，工頻耐壓試驗(yàn)都能通過，不能分辨出其中的差別，真空度測試儀可以對(duì)1×10-1～1×10-5pa范圍內(nèi)的真空度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，掌握滅弧室真空度的變化情況，了解真空滅弧室的泄漏發(fā)展情況，使得對(duì)真空滅弧室的檢測從定性上升到定量階段，并且可以根據(jù)一定間隔時(shí)期內(nèi)真空度的變化情況推算出真空滅弧室的使用壽命，這對(duì)保障真空斷路器運(yùn)行的可靠性提供了一種技術(shù)手段。
真空度測試儀受測試范圍限制（1×10-1pa～1×10-5pa），超過測試范圍，真空度測試儀所依賴的離子電流與殘余氣體密度，即真空度近似成比例的關(guān)系有所變化，不能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。特別是對(duì)于全漏（與大氣相通）的“硬故障”，測試值剛好與真空度良好時(shí)數(shù)值接近，容易引起錯(cuò)誤判斷，因此在現(xiàn)場真空滅弧室檢測中不能省掉工頻耐壓試驗(yàn)?？傊婵斩葴y試和工頻耐壓試驗(yàn)，兩種方法應(yīng)互相補(bǔ)充，才能對(duì)真空滅弧室作出準(zhǔn)確診斷。
3.6回路電阻測試
一般有兩種方法：電橋法和大電流壓降法。電橋法測量誤差較大，原則上不使用這種方法；專用回路電阻測試儀就是使用大電流壓降法。
4嚴(yán)把維護(hù)檢修質(zhì)量關(guān)
真空斷路器的檢修主要針對(duì)機(jī)械檢修，斷路器本體不能檢修，但機(jī)構(gòu)大修周期不應(yīng)超過4年，不能以臨修代替大修。
4.1漏氣判定
較簡單的方法是靠肉眼觀察、靠聽覺聽等手段，如玻璃滅弧室屏蔽筒顏色變化，帶電時(shí)滅弧室內(nèi)部是否有持續(xù)弧光，或斷口擊穿新發(fā)出的放電聲，這些現(xiàn)象一般發(fā)生在斷路器運(yùn)行多年的現(xiàn)場。其次是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做出判定。
一般對(duì)漏氣的滅弧室應(yīng)盡早更換。滅弧室產(chǎn)品制造原因：產(chǎn)品外觀無異常變化如磕碰痕跡、外力挫傷、拉動(dòng)滅弧室動(dòng)桿波紋管等，在整機(jī)安裝過程中，滅弧室由于某種原因受到拆力，對(duì)于陶瓷滅弧室，陶瓷金屬化的抗折強(qiáng)度就是它的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)于玻璃滅弧室外殼有明顯撞擊痕跡或玻殼有縱向（沿玻殼軸線方向）痕跡，則說明滅弧室受到過外力撞擊，造成玻殼亮線或破裂。靜端螺紋孔是否完好，需檢查靜端蓋板是否被螺絲頂傷、拉動(dòng)滅弧室動(dòng)導(dǎo)桿波紋管是否被扭傷。由于斷路器的使用場所存在一定的腐蝕性氣體，空氣濕度太大或產(chǎn)品在存放過程中有淋雨現(xiàn)象，造成滅弧室波紋管銹蝕漏氣，需進(jìn)行更換。
4.2機(jī)構(gòu)彈跳檢修
斷路器合閘彈跳是不可避免的，絕對(duì)無彈跳的產(chǎn)品是只可遇不可求的，所以說只是大小的區(qū)別。零彈跳只是小到斷路器特性測試儀沒有檢測出來的彈跳。
引起彈跳的因素包括兩方面：滅弧室方面，根據(jù)產(chǎn)品多年的使用、安裝和調(diào)試的情況分析，可以發(fā)現(xiàn)，滅弧室的電極結(jié)構(gòu)、觸頭平面狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量等均是影響彈跳的因素，必要時(shí)進(jìn)行更換。斷路器機(jī)構(gòu)方面，機(jī)構(gòu)連接件之間配合間隙、合閘速度、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)同軸性等因素也影響彈跳。速度過大易產(chǎn)生彈跳或彈振，開斷速度過大還將使彈簧力加大，操作機(jī)構(gòu)負(fù)擔(dān)過重，首開斷相開斷后，后兩相熄弧距離長，觸頭燒損嚴(yán)重，易產(chǎn)生重燃或擊穿，同時(shí)使開斷運(yùn)動(dòng)特性變壞，不易開斷短路電流，因此應(yīng)充分重視關(guān)合與開斷運(yùn)動(dòng)特性。
彈跳對(duì)電路的影響：對(duì)觸頭燒損有一定影響，但從真空斷路器發(fā)展來看，還未發(fā)現(xiàn)由于因真空斷路器彈跳而造成觸頭熔焊?，F(xiàn)在采用的cu-cr觸頭材料，其觸頭燒損基本不影響其斷路器壽命。根據(jù)真空斷路器開斷試驗(yàn)報(bào)告，燃弧時(shí)間，短的8ms，長的達(dá)20ms，表明燃弧時(shí)間（電弧能量）在很大范圍都未影響開斷成功。波紋管經(jīng)過強(qiáng)迫震動(dòng)有可能產(chǎn)生裂紋，造成滅弧室漏氣，降低滅弧室使用壽命。
4.3導(dǎo)向套熔化檢修
導(dǎo)向套的軟化溫度一般在150℃以上，導(dǎo)向套在受熱后熔化。使導(dǎo)向套受熱的原因主要是導(dǎo)電桿溫度升高，而造成導(dǎo)電桿溫度升高的原因主要是電邊接觸部位，如導(dǎo)電夾松動(dòng)接觸電阻增大或觸頭壓力減小、觸頭間接觸電阻增大，也有可能是較長時(shí)間通過超過滅弧室標(biāo)準(zhǔn)要求的電流，使導(dǎo)電桿溫度升高。觸頭間隙對(duì)大電流開斷后的觸頭表面變化的影響很大，因?yàn)樵谟|頭分離小，開距時(shí)電弧比較集中，這將損壞電極表面，在電極表面的熔橋?qū)⒚黠@上升，這一熔橋?qū)⒂|頭間連接起來，然后被氣化形成真空電弧，此時(shí)一般需更換滅弧室。
4.4靜端傾斜檢修
靜端蓋板變形，螺釘板傾斜。出現(xiàn)這種現(xiàn)象一般有兩種可能：
一是新投運(yùn)設(shè)備，入廠檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種情況主要發(fā)生在體積較大的滅弧室上，問題在于運(yùn)輸中的野蠻裝卸，需返廠。
另一種情況是安裝過程中用錯(cuò)螺絲，螺絲過長或安裝方法不當(dāng)，致使靜端蓋板變形，能夠發(fā)現(xiàn)明顯螺絲頂傷痕跡，需更換。
4.5導(dǎo)電桿彎曲檢修
導(dǎo)電桿受力折彎。主要是由于裝配中沒有保證導(dǎo)電桿的同軸度或運(yùn)行過程中合閘功過大造成，需更換。
5結(jié)束語
基于上述斷路器的質(zhì)量分析，為了使真空斷路器設(shè)備能夠在額定壽命內(nèi)安全可靠無事故運(yùn)行，必須加強(qiáng)質(zhì)量管理：設(shè)備訂貨時(shí)嚴(yán)把選廠、驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)。盡量選專業(yè)廠、大型生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的陶瓷泡滅弧室，且產(chǎn)品必須經(jīng)過電壓、電流雙重老練檢測；斷路器盡量選機(jī)構(gòu)一體化斷路器，大修、改造時(shí)要首先選機(jī)構(gòu)一體化斷路器，如現(xiàn)場不允許選用一體化斷路器，應(yīng)對(duì)老機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換；加強(qiáng)運(yùn)行巡視工作，讓缺陷處在萌芽階段就被消除；嚴(yán)格按周期對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修維護(hù)，對(duì)斷路器按“逢停必動(dòng)”原則進(jìn)行維護(hù)；嚴(yán)格按設(shè)備預(yù)試周期對(duì)斷路器機(jī)械特性、電氣特性進(jìn)行試驗(yàn)，特別是耐壓與真空度測試必須相互補(bǔ)充進(jìn)行。
