真空度定量技术检测应用

马海峰+曹玉兰+王中明+于海跃+尤健佳+王鹏橙+唐斯旸+王昭滨

摘 要：真空开关体积小、重量轻、寿命长、无污染、维护简单，为进一步提高真空开关的可靠性，应进行行之有效的过程监控。相对于工频耐压，定期定量检测真空开关的真空度，在试验或运行中发现真空灭弧室是否漏气更为有效，能够最大限度地避免由真空灭弧室失效而引发的事故。

关键词：真空度测试 灭弧 脉冲电压

真空开关因具有灭弧性能优异、断口恢复强度高以及无火灾等优点，而被广泛年应用于中低压供电系统，由于真空开关结构上的特点，使得真空开关真空灭弧室真空度的检测就显得非常重要.

1真空度定量检测的重要性

特别是真空灭弧室，各厂间质量参差不齐。 而国内许多地方对真空开关的维护管理都不是很注重。特别是对真空灭弧室真空度的周期性定量检测普遍不重视，更缺少检测数据的积累，这使得许多运行中的设备存在着严重的安全隐患。用真空度检测仪检测，将检测结果与出厂试验和交接试验时测得的值相比较，不应有显著的变化。工频耐压法只能发现真空度严重下降的真空灭弧室，当真空灭弧室的真空度下降至10-2～10-1Pa时，工频耐压仍能通过。因此，新修订的DL/T596—2006《电力设备预防性试验规程》中，对真空开关的试验增加了“在大修、小修后对真空灭弧室的真空度进行测量”的条件。

1.1真空灭弧室失效机理的分析

真空开关的绝缘和灭弧介质是真空。真空灭弧室内真空的程度用“真空度”来度量，用压强值来表示。真空灭弧室成品出厂时灭弧室内压强一般要求在10-5Pa以上。随着存放和运行时间的增加，灭弧室内的压强会逐渐增加，使灭弧室最终失效。因此，了解真空灭弧室内压强升高的原因对判断真空开关的运行性能有很重要的意义。真空灭弧室内压强升高的原因：一方面是由于机械损坏导致波纹管破裂，使灭弧室内部与大气相通；另一方面是由于材料放气和灭弧室漏气，这是大部分运行中的灭弧室失效的主要原因。

真空灭弧室的波纹管是保证动触头在一定范围内运动和长期使灭弧室保持高真空的重要元件，要求有很高的机械寿命。波纹管本身存在的装配、材料等方面的缺陷都会严重影响真空灭弧室的寿命。同时真空开关的工作条件、操作机构的安装调整质量等都会影响波纹管的使用寿命。波纹管的损坏可以是瞬时机械性的破坏，使真空灭弧室彻底失效；也可以是一个时间较长的过程，使真空灭弧室漏气加剧，最终导致灭弧室失效。材料放气和灭弧室漏气是使真空灭弧室内压强升高的另一个原因。引起真空度发生变化的材料放气包括材料表面吸附的气体和触头材料中所含的气体杂质。有研究表明，在经过有限次的分合后，气体的析出与触头电弧蒸散生成物的吸气可以达到平衡，不再影响灭弧室真空度的变化。同时气体的渗透也会造成真空灭弧室压强的升高。但由于渗透率较小，因此渗透现象对灭弧室压强升高的影响并不明显。而引起真空灭弧室压强持续升高的最重要的原因是漏孔漏气。

理想真空室的漏气应为零，但在实际应用中是不可能的。但是如果要求真空灭弧室能达到使用寿命（一般为10～20年）那么由公式： Q=V（P2-P1）/T 公式中：Q—漏气率， V—真空灭弧室的内部容积， P—真空灭弧室的内部真空压力， T—时间可算出灭弧室的允许漏气速率只能达到10～13数量级。而气体渗透的速率已经接近这个允许值。因此1×10-11Torr.L/s的漏气率对灭弧室的使用寿命仍有较大影响，而一些存在制造缺陷的真空灭弧室会在运行过程中因各种因素导致漏气加剧，这更大大缩短了真空灭弧室的使用寿命。

1.2真空开关真空度定量检测的重要性

由上述分析可以看出，即使是一个质量完全合格的真空灭弧室，在运行过程中内部压强也始终处于不断变化之中。由于真空灭弧室压强的升高是一个动态的过程，而每个灭弧室的内部压强、漏气率又有着很大的差异，因此要准确判断灭弧室失效的时间十分困难。一般使用者只注意对真空灭弧室是否失效这一结果的判断，而忽视对失效过程的了解，对运行中的真空灭弧室缺乏有效的监控，这对设备的安全运行是十分不利的。

目前许多地方仍采用工频耐压作为真空灭弧室真空度检测的主要手段。根据机械工业行业要求，真空泡的出厂真空度值不低于1.33×10-3Pa，而运行中当内部压强在6.6×10-2Pa以下时，击穿电压不再随着真空度的变化而变化，如果用耐压法检验，只能获知内部压强在6.6×10-2Pa以下，而得不到具体的数值。这种方法操作十分简单，但是由于在10-2Pa以上，击穿电压不再随着压强的下降而增大，因此工频耐压只能定性的判断灭弧室内真空度的上限。实际测量中，当真空灭弧室内压强高于（10-1～10-2）Pa，甚至达到1 Pa时击穿电压也没有实际下降。因此采用这种方法测量精确度很低，只能定性判断出一些严重漏气劣化的灭弧室，而对处于临界状态的灭弧室无能为力。因此，仅靠定性的真空度检测方法是无法保证设备在试验周期内的安全稳定运行。 因此在真空开关周期性试验时采用定量检测真空度的方法就十分必要。

在正常情况下，运行中每个真空灭弧室内的压强升高与时间大致呈线性关系，但不同灭弧室间的变化曲线都不相同。因此使用者需要通过对检测数据的积累和分析，对每个真空灭弧室内压强变化的趋势有一个一般性的判断。随着真空开关运行时间的增加，这种判断就越来越显得必要。如果检测数据出现异常的波动，或者所测得的压强值已接近临界值时，就有必要缩短检测周期，以最大限度避免在正常试验周期内由于真空灭弧室失效而引发事故。

2013年鹤岗供电公司应用VC系列真空度测试仪，检测东山变10KV真空开关真空度时，B相开关的真空度为：8.176×10-2Pa，但工频耐压38KV仍通过了试验，说明用耐压法检验不能准确检出缺陷，给电网安全稳定运行带来年隐患，因此定量检测真空开关真空度非常重要。

2 仪器使用注意事项

a.开机和关机时，高压输出线不得触及人体，测量时，不要触及高压线和磁控电流线，以防触电。

b. 请不要破伤随机所带的线缆，以确保使用安全，一旦发现破损，请立即更换。

c. 若测试后显示电流值为零，应检查灭弧室表面是否不清洁，因为表面不洁可能使漏电电流的变化值大于电离电流值，这样，测量值减去漏电后小于零而被仪器判为零。发生此种情况后，将灭弧室表面擦净，再做测试。一般来说这样得到的真空度值偏高。

d. 以第一次测量值为准，连续多次测量所得真空度会逐渐升高，高于灭弧室的实际真空度值。若必须进行多次测量，则每次测量之间的时间间隔一周左右。真空度测试仪的测量是用磁控放电原理，每次真空被击穿后的电流扣除干扰电流再换算成真空计量单位就是要测的真空度。每一次击穿都会使真空包内部组成发生变化（电离），因此再一次（时间相隔不久）的试验所测的值与第一次所测的值肯定是不同的，建议第二次的测试时间应在一周以后，同时请不要频繁的做测试。

f.线圈在缠绕灭弧室时，一定要尽量靠在灭弧室的中部。从测量精度考虑，降低高压对磁场的干扰，也有利于磁线的集中分布，使灭弧室断口处磁场更强，测量精度更好。

3 结论

由于真空开关灭弧室在运行过程中会因为各种原因造成失效，导致事故发生。因此对真空灭弧室有效的过程监控是必要的，而不能仅仅被动地等待失效的结果。真空开关灭弧室真空度的周期性定量检测对于最大限度避免由真空灭弧室失效而引发的事故具有十分重要的作用。 VC系列真空度测试仪的测试技术，经多年的探索和积累，在曲线的采集和磁控原理上有了很大的突破。為真空灭弧室的真空度测量提供了更科学、准确的方法。