关于固封式真空断路器在固海大型泵站改造中的应用及维护

李帅

【摘 要】 VJ-12固封式真空断路器，具有开距小、体积小、结构简单、重量轻、寿命长、动作快、无噪音、维护量小，采用集成固封极柱结构，保护真空灭弧室和其它主回路零件免受碰撞、灰尘和凝露的影响，防燃、防爆和适用于频繁操作，环境条件较恶劣的场所。宁夏固海大型泵站改造中应用VJ-12型10kV真空断路器300多台，使用时间最长的已达4年，由于维护得当和开关本身的高性能，至今没有发生一起因真空断路器故障而引发的电力事故。为工程的可靠、安全运行奠定了基础。

【关键词】真空断路器；VJ-12型；应用；维护

1.固封式真空断路器应用

1.1 工程概况

固海扬水工程是宁夏最大的黄河水提灌工程。工程最早始建于1975年，现有泵站31座，装机244台套，总装机容量208381KW，设计总流量41.2 m3/s，现状灌溉面积105.8万亩。工程的建成后，为该地区二百万人口的生存、生活和经济社会发展、生态环境建设、提供了水资源保障。但由于工程建设受当时经济、技术条件制约，泵站工程存在机电设备磨损老化严重、特别是变配电设备大都属国家、行业命令禁止和淘汰产品，运行故障频发，工程安全运行存在很大隐患。

1.2 10KV断路器选择

2009年国家启动了大型灌排泵站更新改造工程项目，给这一老化失修工程带来了强大的福音。该工程早期建设的同心扬水、固海扬水两个系统的十六座泵站进行更新改造。其中，更新改造6-10KV高压开关柜300多面。经过调研论证，我们在设计上，选型了KYN28A-12型手车式中置柜型，配置了目前国内技术先进、操作安全可靠，且更加适宜西北地区高寒、风沙大等特点的VJ-12型固封式真空断路器。

2. VJ-12型固封式真空断路器维护

2.1 真空断路器的特点

2.1.1 灭弧过程是在密闭的真空容器中完成，电弧和炽热的金属蒸气不会向外界喷溅，因此不会污染环境。

2.1.2 真空间隙的绝缘强度比常温常压下的空气和六氟化硫的击穿电压高得多，因此真空断路器的触头行程（开距）很小，10kV真空断路器的开距只有8～12mm，其操动机构功率小，结构也比较简单。

2.1.3 金属蒸气型的电弧决定了真空断路器的电弧电压低，电弧的能量小，触头磨损小，因而分断次数多（一般在10000次以上），使用寿命长，且适合频繁操作。

2.1.4 除控制电路和操动机构需要定期保养和维护外，真空灭弧室在使用期限内不需要维修，维护工作量很小。

除以上主要特点外，真空断路器还有体积小、重量轻、无噪音、防燃、防爆、开断可靠和开断功能齐全等特点。

2.2 VJ-12型真空断路器维修

维修工作用来维持真空断路器的无故障运行并获得最长的工作寿命。真空断路器具有结构简单和耐用的特点，因而有很长的工作寿命，并且维护工作量很小。有的厂家甚至说是免维护，这种说法是不准确的。VJ-12型真空断路器采用了铜铬特殊合金触头材料，由于铬在开断中有较强的吸气作用，不会引起真空度下降，而且这种触头开断电流时不产生毛刺和龟裂现象，性能很稳定，因此VJ-12型真空断路器电寿命和机械操作寿命在10000次以上。真空灭弧室在频繁开断工作电流和开断短路电流后，真空度虽然不会降低，是不需维护的，但是操动机构因长期受力和运动等方面的影响，是需要定期检修和维护的。根据本人多年的工作经验，VJ-12型真空断路器主要从以下几个方面进行检查、维护和维修。

2.2.1 真空灭弧室维修

VJ-12型真空断路器灭弧室的构造示意图如图2-1所示。真空灭弧室的外壳是陶瓷的，不能承受较大力的撞击，它是真空断路器中最娇嫩的部件，在投入运行前、每操作2000次后都要进行检查。检查外壳有无裂缝及损伤，有裂缝或外观损伤的应更换灭弧室。用工频42kV电压加于动静触头之间1分钟，观察有无击穿的现象，如果有击穿或放电现象，证明真空度下降，已不能使用。真空中的绝缘强度与真空度有密切的关系，当真空度大于1.33×10-1Pa时，绝缘击穿强度有显著的变化，而低于1.33×10-1Pa时，绝缘强度差不多保持不变。因此，一般对真空灭弧室的真空度只要低于1.33×10-2Pa就认为已满足要求。真空灭弧室的真空度会随着使用年限或储存年限有缓慢的泄露，压强增加。所以，真空灭弧室在正常使用20年后应用真空度测试仪测量真空度。真空灭弧室随同真空断路器出厂时的真空灭弧室内部气体压强不得大于1.33×10-3Pa，使用中真空灭弧室内部气体压强最高不得大于6.6×10-2Pa。当真空度或耐压值不符合要求时，均应更换灭弧室。

真空断路器合闸后，动触头受灭弧室自闭力和合闸杠杆压缩弹簧的势能作用与静触头紧密接触，此压力弹簧应被压缩3mm（触头弹簧压缩超行程），当压缩量小于1mm时，证明触头磨损量超过2mm。当触头磨损量过大时，合闸所需机构行程增加，灭弧室的波纹管伸缩量也增加，这样会减少波纹管的寿命。同时压力弹簧的压力减小，触头接触电阻增大，发热量增加。灭弧室的磨损，一般来说，三相都一样，所以这时应同时更换三相灭弧室。

2.2.2 一次回路维修

一次回路电阻是产生温升的主要热源，而灭弧室的回路电阻通常要占一次回路电阻的50%以上。触头与外壳之间的真空形成了热绝缘，因而产生的热量只能通过动、静导电杆向外部散热。真空灭弧室静端直接与静支架（静导电棒）相连，动端则通过动导电杆的滑动导电夹与动支架（动导电棒）相连。因动端连接环节较多，导热路径较长，所以温升的最高点多集中于动导电杆与导电夹搭接部位。

每运行1年后，真空灭弧室的动导电杆与导电夹搭接部位，在脱扣之后，需用布清洁电极并涂润滑脂。一次回路导电棒也会因为发热氧化和受力等原因使导电铜棒的插头的弹簧变形或失去刚性，使插头的接触片变色及烧蚀等，应即时检查、清洗或更换。然后用直流双臂电桥或伏安法测量主电路的电阻。电流为630A和1250A的真空断路器主回路电阻应分别小于40?Ω和30?Ω。不符合要求时，应更换或维修相应的器件。

2.2.3 操动机构维修

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。操动机构中的旋转部件、滑动部件、插销及其他活动部件要加注润滑油。检查合闸弹簧和分闸弹簧有无腐蚀变形和损伤，各螺丝有无松动，弹簧垫圈有无失效。

分闸弹簧的拉力直接作用在绝缘拉杆上，使真空灭弧室的动静触头分离，它的状态影响着分闸的速度和触头位移曲线。真空断路器分断电路时的燃弧时间短，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。试验表明，初始分闸速度越高，电弧重燃的机率越小，图2-2为真空灭弧室触头最佳分闸位移曲线。

图中，L3为触头开距12mm，t1为一次燃弧时间2ms，L1为3mm，则初始分闸速度为：

分闸弹簧的弹力要求在一定的范围内不能太高，也不能太低。弹力过高会产生过高的冲击力，增加断路器的磨损程度，同时合闸时所需的功率就越大；弹力太低了，会导致电弧不能可靠分断或是产生重燃。

合闸弹簧、压力弹簧状态对动触头的合闸和分闸位移曲线有很大的影响。合闸时，因合闸弹簧的强大作用力使动触头撞向静触头，碰撞时，产生合闸弹跳，一般要求合闸弹跳不大于2ms。

鉴于上述原因，每年要检查合闸弹簧、分闸弹簧和压力弹簧，检查其外观有无裂纹，有没有生锈等缺陷。

为保证VJ-12型真空断路器的技术性能还需要每年测量以下几个间隙或距离。关合状态检查合闸凸轮与从动轮的间隙应在0.5～1.0mm之间，操动杆与分闸限位螺栓的距离应为12.5～13.5mm。分断状态检查分闸电磁铁铁芯与从动齿轮之间的距离应为27.5～28.5mm。

以手动和电动方式进行数次的储能，闭合和脱扣操作，断路器的操动应正常。每年应检查和维护一次。注意：手动合闸仅限用于机械调试和实验中。

2.2.4 绝缘部件维修

每运行1年用干净的布擦拭绝缘板、灭弧室的陶瓷外壳、绝缘杆等绝缘部件，用2500V的兆欧表测试主电极的绝缘电阻，应大于500兆欧。支撑真空灭弧室的绝缘支架受力是比较大的，所用的材料是绝缘强度和机械强度都很高的材料，不能随便替换。有裂纹和机械损伤时，应更换原厂生产的绝缘件。

2.2.5 操作电路维修

操作电路每3年应检查一次，操作电压应在DC220V±10%之间，其电源由独立的电瓶或直流源供电，不能间断。检查各接线端子有没有金属屑或线短接，接触器和继电器的触点有无粘接和接触不良的情况。用500V兆欧表测量操作电路对地的绝缘电阻，应大于2兆欧。检查分闸电磁铁和合闸电磁铁有没有断线和过热烧黑的现象，分闸电磁铁加60%的操作电压应能可靠动作，合闸电磁铁加75%的操作电压应能动作。

2.2.6 联锁功能检查

VJ-12型真空断路器与开关柜具有严密的联锁功能，用以防止电气误操作（五防）。在真空断路器投运前和停电大修时应检查其联锁功能。

这些联锁功能是：

2.2.6.1 手车进入工作位置锁定以后，真空断路器才能合闸；

2.2.6.2 真空断路器合闸后，手车位置联锁已经闭锁，手车不能移动；

2.2.6.3 二次回路插头与手车插座连接后，手车才能进入工作位置；

2.2.6.4 手车在工作位置时，二次回路插头不能拆离；

2.2.6.5 当真空断路器分闸，将手车拉出柜外之后，才可以操作接地刀闸；

2.2.6.6 接地刀闸合闸之后，真空断路器不能进入柜内工作位置；

2.2.6.7 弹簧储能未完成，真空断路器不能合闸。

2.2.7 操作次数检查

VJ-12型真空断路器额定使用环境和条件下的操作寿命如表2-3所示，当达到表中的操作次数时，应即时更换新的断路器，以保证电力系统的安全可靠性。

一般在巡视时，就检查操作次数，每次短路电流分断时都应该记录操作次数和短路分断电流。

表2-3 VJ-12型真空断路器的工作寿命表

操作项目（机械/电） 操作寿命

机械操作次数 10000次

电操作次数 额定负载电流分断 10000次

额定遮断电流分断 30次

3.结束语

自20世纪50年代末，出现真空和SF6两种性能优异的灭弧介质和绝缘介质，并被成功地应用到断路器领域。从此后，真空断路器和SF6断路器逐渐树立起高压断路器市场的主流产品地位，并占领了整个高压断路器领域。当前真空断路器被限制在10kV和35kV电压等级的范围，而SF6断路器应用在72.5kV及以上的高电压等级，但不久发现SF6气体经过电弧的高温分解作用后可产生剧毒的分解物，更重要的是从环境保护角度看，SF6气体是一种温室效应气体，它对地球温暖化系数是CO2的24900倍，而且SF6的气体的分子结构非常稳定，其寿命长达3200年。

从全球环境保护出发，1997年在日本京都会议上提出了决议，即《联合国气候变化框架公约京都议定书》，到2030年将禁止SF6气体的使用。采用环保型的断路器，如真空断路器，是今后高压和超高压断路器发展的重要途径。

由此可见，真空断路器将向着高电压等级、大分断电流和低操作过电压等方向发展，其发展前景非常广阔，我们学会正确使用和维修真空断路器显得非常必要。

本文从真空断路器运行中出现的一些不正常状态着手，阐述一些故障分析和处理方法，是在工作中对真空断路器方面的技术积累。在今后工作中还需不断学习，不断创新，使电力提灌扬水系统中电气设备始终处于良好的运行状态，为安全优质供水作出贡献。

参考文献：

[1]王季梅.真空开关技术与应用.北京：机械工业出版社，2007.

[2]刘介才.工厂供电（第4版）.北京：机械工业出版社，2004.

[3]林莘.永磁机构与真空断路器.北京：机械工业出版社，2007.