中压真空断路器常见故障分析及对策研究

2021-04-03陈东张强卢骚马高海刘大炜

中国设备工程 2021年14期

陈东，张强，卢骚，马高海，刘大炜

（国能浙江余姚燃气发电有限责任公司，浙江宁波 315400）

当遇到变电系统问题时，真空断路器能够起到保护作用，切断过负荷电流和短路电流，保障变电系统正常运行。人们应该加强对中压真空断路器的日常检查和维护，分析常见的故障原因并制定有效的处理措施，提升变电系统运行质量，从而创造更大的经济效益和社会效益。

1 真空断路器的结构

1.1 基本组成

真空断路器的基本组成组分一般包括操作机构、开断电流装置、电气控制、绝缘支撑以及基座等。真空断路器的操作结构可以分为电磁操作结构、弹簧操作结构、永磁操作结构、气动操作结构、以及液压操作结构等。真空断路器以操作机构和灭弧室的相对位置差异可以进行进一步的分类，主要包括综合式断路器、悬挂式断路器、全封闭组合式断路器、支架式断路器以及落地式真空断路器。

1.2 真空灭弧室

真空断路器的正常运作，离不开真空灭弧室。真空灭弧室由绝缘外壳屏蔽罩、波纹管、导电杆、动静触头以及端盖等构成，是真空断路器的核心部件。真空灭弧室需要保证一定的真空度，一般来讲，其内部压力可以代表真空灭弧室的真空度，规定其内部气体压力应小于1.33×10-²pa。目前，人们对真空断路器的真空灭弧室进行了一系列的改造和优化，在其材料、工艺、结构、大小以及性能等方面都取得了显著的成效。真空灭弧室的外壳材料有氧化铝陶瓷类以及玻璃类，两者相比较而言，陶瓷类外壳优势明显并且已经被广泛应用。在真空灭弧室的下面是动触头所在的位置，导电杆和外壳与动触头连接，同时为了保障动触头能够灵活且精确的上下运动，在它们之间还装有导向套。此外，人们为了观察触头磨损程度，在真空灭弧室外表面设置了一个圆点状标记。通过观察该标记到灭弧室下端相对位置的变化情况，人们可以初步估计磨损程度。

导电回路和断路的形成需要动、静触头以及相连的导电杆共同作用，真空电弧以及进行熄弧过程的弧腔正是在断口处产生的。真空断路器的金属部分需要依靠绝缘外壳的支撑作用。绝缘外壳可以与屏蔽罩、动触头、静触头等金属部件焊接在一起，维持真空灭弧室的真空度。屏蔽罩是由不锈钢制成的，其电位是悬浮的，一般位于触头的周围。屏蔽罩在真空断路器中也发挥了关键性的作用，在开断电流时真空电弧的金属蒸汽可以被屏蔽掉吸收，使金属蒸汽附着在屏蔽罩上，保障灭弧室内部的绝缘强度。

2 中压真空断路器的常见故障

2.1 真空度降低

中压真空断路器常会出现真空度降低的故障，这种故障相对来说较难发现且危害程度较高。对于真空断路器内的真空度检测一般缺乏定性或定量检测设备，这也给该故障的诊断带来了阻碍。真空断路器真空度的降低可能会缩短断路器的使用寿命，影响开断电流性能，严重时可能会引发爆炸。分析引发真空断路器真空度降低故障产生的原因，可以分成以下几个方面：开关的超行程、弹跳同期等工作特性与真空度下降的速率密切相关。在对真空断路器进行操作时，如果出现连杆的操纵距离过长等问题，便会引发真空度下降现象。此外，真空断路器的正常运行需要依赖于真空泡，如果真空泡在制作时由于工艺不精或材料质量差，将会引起真空泡内漏点的产生，进而降低真空度。与此同时，真空泡波纹管也可能会出现漏点，引发真空断路器故障。

2.2 绝缘故障

复合绝缘方式是很多真空断路器采用最多的绝缘方式，是通过将灭弧室保护在环氧树脂套筒内实现绝缘的目的。绝缘故障也是真空断路器的常见故障之一，由于环氧树脂套筒未能将高压带电部分全面包裹，因此很多环境因素都有可能给绝缘效果带来消极影响。例如，真空断路器运行的过程中会产生热量，对绝缘效果不利。

2.3 合闸触头弹跳时间过长、分合闸不同期

引发合闸触头弹跳时间过长以及分合闸不同期等问题的因素主要有：真空断路器的机械性能不符合标准、绝缘拉杆以及支架等部分性能不达标、触头平面和断路器中心轴垂直度不符合标准等，都有可能造成上述故障的产生。

2.4 弹簧储能不到位

真空断路器合闸后，可能会出现弹簧储能不达标的故障。例如，如果储能限位开关的限位较小，容易使得储能回路提前开断；或者在驱动过程中由于储能齿轮磨损较为严重而引发了打滑脱口现象；储能电机老化；或弹簧储能后拉力较大，储能轴不到位等原因都有可能引发真空断路器的弹簧储能不达标的问题。

2.5 误动、拒动故障

首先，真空断路器触头材料较软，且随着断路器分合闸操作次数的增加，触头变形现象严重，影响该相接头的正常接触，从而引发真空断路器断相问题。其次，当真空断路器的操动结构出现故障时可能引发断路器分闸失灵。例如分闸锁扣扣住过量、锁扣销子滑落、分闸电压不足以及辅助开关接触质量差等都是故障产生的源头。与此同时，真空断路器还可能出现合闸失灵的问题。合闸电压不足、辅助开关连板变形、分闸锁扣尺寸不合适、二次接线失误、辅助开关接触点接触不良等原因都有可能引发合闸失灵现象。

3 中压真空断路器的故障处理措施

3.1 真空度下降处理

为了保障真空断路器真空泡内的真空度符合标准，应该全面检查断路器真空泡。工作人员应该定期检查断路器真空泡是否存在放电问题，并采用真空测试仪测试真空度，或利用耐压试验对真空泡内的真空度进行定性测验，及时发现问题及时处理。例如，如果发现真空度降低，应该及时更换真空泡，随后再测试其行程、同期以及弹跳特性等，保障真空度复合断路器要求。

3.2 绝缘故障预防与处理

断路器灭弧室以及出线端可以用APG工艺进行处理，利用固封极柱技术进行绝缘，减少真空断路器绝缘故障的发生。固封极柱技术能够有效缩小灭弧室的尺寸，降低外界环境变化给断路器带来的不利影响。与此同时，工作人员还需要定期检测断路器的绝缘性能，用专用设备预测和评估绝缘装置的使用寿命。其次，为了降低因为工作人员操作失误带来的绝缘体损害问题，需要严格按照既定操作规范进行安装、调试和检修工作。需要注意的是，工作人员还需要对开关绝缘装置、绝缘拉杆等进行定期清扫和检查，避免灰尘影响设备正常运行。

3.3 合闸触头弹跳时间过长与分合闸不同期故障处理

工作人员可以在绝缘拉杆和传动拐臂之间放置一个平垫片，避免出现合闸触头弹跳时间过长的问题。之后，可以再对灭弧室触头端面进行垂直度的调整，降低弹跳问题的发生概率。此外，针对真空断路器分合闸不同期的故障，可以通过对分合闸机械特性进行测试，例如可以利用开关特性测试仪测试合闸触头弹跳时间、三相分合闸时间以及三相分合闸不同期时间等，在获得测试数据后，再在断路器触头开距标准和超行程标准的基础上，对绝缘拉杆的长度进行合理的调整，最终降低三相触头分合闸不同期的时间。