馮世坤

摘 要：文章以我廠使用的ABB VD4真空斷路器為例，介紹了其工作原理，并對(duì)常見(jiàn)的故障現(xiàn)象與原因進(jìn)行了分析，探討了相應(yīng)的預(yù)防及處理措施，最后提出了減少10kv真空斷路器故障的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：真空斷路器；常見(jiàn)故障；斷路器維護(hù)

前言

VD4真空斷路器適用在以空氣為絕緣的戶內(nèi)式開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中。只要在正常的使用條件及斷路器的技術(shù)參數(shù)范圍內(nèi)，VD4真空斷路器就可以滿足電網(wǎng)在正?；蚴鹿薁顟B(tài)下的各種操作，包括關(guān)合和開(kāi)斷短路電流。

真空斷路器具有適合頻繁操作、防燃、防爆、運(yùn)行可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種很少需要維護(hù)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，但隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，故障的出現(xiàn)是不可避免的。

1 真空斷路器的主要工作原理

1.1 真空包內(nèi)的屏敞保護(hù)層

在真空包內(nèi)有一層用紫銅片制成的屏敞層，主要作用是防止觸頭在燃弧過(guò)程中生產(chǎn)的大量金屬蒸汽和液滴噴濺，污染絕緣外殼的內(nèi)壁，造成管內(nèi)絕緣強(qiáng)度下降，其次，可以改善管內(nèi)電場(chǎng)分布，也可吸收電弧能量，冷凝電弧生成物，提高真空弧室開(kāi)斷電流能力。

1.2 真空滅弧室工作原理

真空包內(nèi)的真空滅弧室是利用高真空工作絕緣滅弧介質(zhì)，靠密封在真空中的一對(duì)觸頭來(lái)實(shí)現(xiàn)電力電路的通斷功能的一種電真空器件。當(dāng)其斷開(kāi)一定數(shù)值的電流時(shí)，動(dòng)靜觸頭在分離的瞬間，電流收縮到觸頭剛分離的一點(diǎn)上，出現(xiàn)電極間電阻劇烈增大和溫度迅速提高，直至發(fā)生電極金屬的蒸發(fā)，同時(shí)形成極高的電場(chǎng)強(qiáng)度，導(dǎo)致極強(qiáng)烈的發(fā)射和間隙擊穿，產(chǎn)生真空電弧，當(dāng)工頻電流接近零時(shí)，同時(shí)也是觸頭開(kāi)距的增大，真空電弧的等離子體很快向四周擴(kuò)散，電弧電流過(guò)零后，觸頭間隙的介質(zhì)迅速由導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體，于是電流被分?jǐn)唷?/p>

由于滅弧室的靜態(tài)壓力極低，約10-2～10-6pa，所以只需很小的觸頭間隙就可達(dá)到很高的電介質(zhì)強(qiáng)度。分閘過(guò)程中的高溫產(chǎn)生了金屬蒸氣離子和電子組成的電弧等離子體，使電流將持續(xù)一段很短的時(shí)間。由于觸頭上形螺旋槽，電流曲折路徑效應(yīng)形成的磁場(chǎng)作用在電弧上，使電弧以每秒10～100米的速度在觸頭表面旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，直到電弧熄滅。這樣即使在切斷很大的電流時(shí)，也可避免觸頭表面的局部過(guò)熱與不均勻的灼燒。電弧在電流自然過(guò)零時(shí)熄滅，殘留的離子、電子和金屬蒸氣只需在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)即可復(fù)合或凝聚在觸頭表面屏蔽罩上，因此，滅弧室斷口的電介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)極快。對(duì)真空滅弧來(lái)說(shuō)，由于觸頭間隙小，金屬蒸氣產(chǎn)生的電弧等離子體導(dǎo)電率高，電弧電壓極低。加外，燃弧時(shí)間短，伴生的電弧能量極小，綜上各點(diǎn)都有利于觸頭壽命的增加，也有利于真空滅弧室性能的提高。[1]

2 真空斷路器的常見(jiàn)故障

真空斷路器的常見(jiàn)故障主要分電氣回路故障和機(jī)械故障兩個(gè)方面。主要表現(xiàn)為真空滅弧室的漏氣、絕緣故障、拒動(dòng)和誤動(dòng)等。

2.1 真空滅弧室的漏氣問(wèn)題

2.1.1 故障現(xiàn)象與原因

真空斷路器運(yùn)行時(shí)，正常情況下，其滅弧室的屏蔽罩顏色應(yīng)無(wú)異常變化，真空度正常。若運(yùn)行中或合閘之前（一端帶電壓）真空滅弧室出現(xiàn)紅色或乳白色輝光，說(shuō)明真空度下降，影響滅弧性能。

真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開(kāi)斷過(guò)電流的能力，并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開(kāi)關(guān)爆炸。

真空滅弧室、動(dòng)靜觸頭結(jié)構(gòu)、屏蔽罩的封接、殼體材料、波紋管材質(zhì)和加工方法等都會(huì)影響真空滅弧室的性能。高壓真空斷路器應(yīng)用或保護(hù)環(huán)境的污穢等級(jí)、濕度、鹽霧等選擇不夠合適，有害氣體、凝露造成波紋管點(diǎn)狀腐蝕，可導(dǎo)致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

隨著真空滅弧室使用時(shí)間的增長(zhǎng)和開(kāi)斷次數(shù)增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度將會(huì)影響它的開(kāi)斷能力和耐壓水平。真空斷路器的觸頭多為對(duì)接式結(jié)構(gòu)，在分合操作中可能產(chǎn)生不同程度的反彈現(xiàn)象不論分閘反彈還是合閘反彈都會(huì)給運(yùn)行帶來(lái)危害。分合閘時(shí)的沖擊速度及沖擊力較大發(fā)生彈跳都可能產(chǎn)生觸頭和導(dǎo)電桿的變形，甚至產(chǎn)生裂紋，反彈導(dǎo)致波紋管經(jīng)受強(qiáng)迫振動(dòng)可能產(chǎn)生裂紋，使滅弧室漏氣。

2.1.2 故障預(yù)防

真空斷路器在使用過(guò)程中必須定期檢查滅弧室管內(nèi)的真空度。目前檢查方法有：（1）對(duì)玻璃外殼真空滅弧室可以定期目測(cè)巡視檢查，正常時(shí)內(nèi)部的屏蔽罩等部件表面顏色應(yīng)很明亮，在開(kāi)斷電流時(shí)發(fā)出淺藍(lán)色弧光。當(dāng)真空度下降很嚴(yán)重時(shí)，內(nèi)部顏色就會(huì)變得灰暗，開(kāi)斷電流時(shí)將發(fā)出暗紅色弧光。（2）定期（3年左右）進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn)。當(dāng)動(dòng)靜觸頭保持額定開(kāi)距條件下，如果工頻耐受電壓不低于額定工頻耐受電壓，則表明真空度滿足使用要求。如果在升壓過(guò)程中，真空滅弧室內(nèi)部發(fā)生持續(xù)擊穿或輝光放電，則表明真空滅弧室真空度已嚴(yán)重下降，已不能繼續(xù)使用。

2.1.3 故障處理

保證高壓真空斷路器超行程、觸頭行程在規(guī)定范圍，合理的選擇使用和儲(chǔ)存環(huán)境，是解決真空滅弧室漏氣問(wèn)題的重要措施。

當(dāng)發(fā)生斷路器真空度降低時(shí)，必須更換真空泡，或更換真空斷路器，并做好行程、同期、彈跳等特性試驗(yàn)。

2.2 絕緣故障

2.2.1 故障現(xiàn)象與原因

固封極柱技術(shù)，是真空斷路器技術(shù)的巨大進(jìn)步，真空斷路器的極柱絕緣經(jīng)歷了空氣絕緣-復(fù)合絕緣-固封絕緣。這就形成了三代真空斷路器。在第一代空氣絕緣中，帶電部分完全裸露在空氣中，它的絕緣水平隨著空氣中的濕度、灰塵以及運(yùn)輸過(guò)程的磕碰而變化，并易受小動(dòng)物等異物的影響。在第二代復(fù)合絕緣中，將滅弧室保護(hù)在環(huán)氧樹(shù)脂套筒內(nèi)。但這種套筒沒(méi)有完全把高壓帶電部分包起來(lái)，里面還會(huì)受灰塵、潮氣、昆蟲(chóng)等影響。第三代絕緣也就是固封極柱，它通過(guò)APG工藝，利用環(huán)氧樹(shù)脂將滅弧室及上下出線端全部包封。這樣做，不僅縮小了滅弧室尺寸，而且徹底不受外界環(huán)境（灰塵、潮氣等）的影響，提高了耐氣候性，此時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂不僅作為一次部分的主絕緣，而又是它的機(jī)械支撐，其電場(chǎng)分布和應(yīng)力分布優(yōu)于各種形狀的絕緣隔板結(jié)構(gòu)。endprint

目前，真空開(kāi)關(guān)的使用狀況是三代真空斷路器共存。其中， 由于第三代固封極柱真空斷路器的極柱固封技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，在國(guó)外也只有極少制造公司掌握這種技術(shù)，如ABB公司在1997年用固封極柱開(kāi)發(fā)出VMl型免維護(hù)真空斷路器。2003年，我國(guó)同時(shí)研制出兩種固封極柱真空斷路器：VEP型和VSM型。第三代固封極柱真空斷路器在市場(chǎng)的占有量還有限，大部分真空斷路器是第二代復(fù)合絕緣，受外界環(huán)境影響較大。運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量和電場(chǎng)應(yīng)力都會(huì)使絕緣產(chǎn)生老化。絕緣故障在真空開(kāi)關(guān)設(shè)備中仍居多，其威脅是不言而喻的。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，1998年至2008年我國(guó)運(yùn)行的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備共發(fā)生絕緣故障398次，其中6～35kv絕緣故障共300次，占總絕緣故障的75.4%。而6～35kv高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備絕緣故障中，真空開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣故障共138次，占絕緣故障的46%，仍然居多。[2]

2.2.2 故障預(yù)防

（1）選擇真空斷路器時(shí)就考慮使用環(huán)境和平時(shí)維護(hù)檢修的條件，選擇質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。

（2）在安裝、調(diào)試、檢修過(guò)程中工裝工藝到位，防止操作過(guò)程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)絕緣體的外力破壞。

（3）在運(yùn)行時(shí)的環(huán)境得到充分保證，減少灰塵、潮氣等對(duì)設(shè)備的影響；減小維護(hù)周期，定期對(duì)開(kāi)關(guān)的絕緣部分包括絕緣拉桿進(jìn)行必要的清掃和外觀檢查。

（4）定期按規(guī)程規(guī)范對(duì)絕緣進(jìn)行檢測(cè)。另外，加強(qiáng)絕緣壽命預(yù)測(cè)對(duì)減少絕緣事故有著重要的意義。[3]

2.2.3 故障處理

一旦發(fā)生絕緣事故，找準(zhǔn)事故原因采取相應(yīng)對(duì)策的原則，對(duì)損壞的絕緣器件進(jìn)行更換，并進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。

2.3 拒動(dòng)、誤動(dòng)故障

2.3.1 故障現(xiàn)象及原因

（1）真空斷路器合閘失靈

電氣方面的故障主要有：合閘電壓過(guò)低（操作電壓低于0.85額定電壓）或合閘電源整流部分故障；合閘電源容量不夠；合閘線圈斷線或合閘線圈匝間短路二次接線接錯(cuò)等。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障主要有：合閘過(guò)程中分閘鎖扣未扣住，分閘鎖扣的尺寸不對(duì)；輔助開(kāi)關(guān)的行程調(diào)得過(guò)大，使觸片變形彎曲，接觸不良。

（2）真空斷路器分閘失靈

電氣方面的故障主要有：分閘電壓過(guò)低（操作電壓低于0.85額定電壓）；分閘線圈斷線；輔助開(kāi)關(guān)接觸不良。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障主要有：分閘鐵芯的行程調(diào)整不當(dāng)；分閘鎖扣扣住過(guò)量；分閘鎖扣銷子脫落。

（3）VD4真空斷路器只能合分閘一次

只要將VD4真空斷路器中的防跳繼電器KO線圈回路切斷，VD4真空斷路器就能恢復(fù)正常操作了。

切斷防跳繼電器KO線圈回路有兩種方法：一種是拆除防跳繼電器KO線圈回路A或B端，并將拆除后的線頭包扎好。另一種方法是將CSL216B線路保護(hù)裝置的合閘出口#7線改接在VD4真空斷路器的CZ12端子上，使防跳繼電器KO沒(méi)有工作電源而失去作用。因?yàn)镃SL216B線路保護(hù)裝置中還有防跳繼電器TBJ，取消VD4真空斷路中的防跳繼電器KO不會(huì)給線路保護(hù)和斷路器造成影響。

（4）真空斷路器運(yùn)行中斷相

真空斷路器接通高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷相，使電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行而燒壞電動(dòng)機(jī)。真空斷路器出現(xiàn)合閘斷相的可能原因如下：

斷路器超行程（觸頭彈簧被壓縮的數(shù)值）不滿足要求，影響該相觸頭的正常接觸。這可通過(guò)調(diào)節(jié)絕緣拉桿的長(zhǎng)度，并重復(fù)測(cè)量多次，才能保證其超行程的正確性和接觸的穩(wěn)定性。

斷路器行程不滿足要求。在保證超行程的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)分閘定位件的墊片，使三相行程均滿足要求，并三相同步。

由于真空斷路器的觸頭為對(duì)接式，觸頭材料較軟，在分、合閘數(shù)百次后觸頭易變形，使斷路器超行程變化，影響觸頭的正常接觸。

（5）真空斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)合閘儲(chǔ)能回路故障

儲(chǔ)能不正常是真空斷路器較常見(jiàn)的故障之一，特別是棘輪、棘爪驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，故障幾率較高。儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)要完成儲(chǔ)能動(dòng)作，主要取決于儲(chǔ)能電機(jī)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、定位件這3個(gè)環(huán)節(jié)。緊緊抓住這3個(gè)環(huán)節(jié)，很容易找出故障的癥結(jié)。

2.3.2 故障預(yù)防

真空斷路器的拒動(dòng)和誤動(dòng)故障基本上都是由操作機(jī)構(gòu)及控制回路故障所引起， 其故障預(yù)防和處理應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

（1）防止松動(dòng)與蹩勁。機(jī)構(gòu)在操作時(shí)會(huì)發(fā)生沖擊和振動(dòng)，所有緊固處應(yīng)有防松措施，一些受力較大的活銷，不能單用開(kāi)銷定位，防止由于操作時(shí)各連板上的力不平衡，造成活銷蹩勁，從而剪斷開(kāi)口銷。

（2）防止銹蝕和臟污。銹蝕和臟污會(huì)顯著降低機(jī)構(gòu)操作可靠性，使操作系統(tǒng)的機(jī)械特性變壞，甚至釀成分合閘拒動(dòng)事故。滑動(dòng)軸承由于銹蝕和臟污，摩擦系數(shù)可以高達(dá)0.3，即使采用了滾柱和滾子軸承，銹蝕和臟污也會(huì)使它的摩擦系數(shù)增大到0.1，這比正常條件下的數(shù)值大一個(gè)數(shù)量級(jí)，將引起肘節(jié)和脫扣機(jī)構(gòu)工作的不穩(wěn)定。保持機(jī)構(gòu)所處環(huán)境條件的清潔度，定期去除機(jī)構(gòu)上（特別是旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)配合）的臟污，經(jīng)常注意潤(rùn)滑，在軸和銷上噴涂的硫化鉬固體潤(rùn)滑劑等可取得很好的效果。

（3）防止機(jī)構(gòu)進(jìn)水。進(jìn)水會(huì)使機(jī)構(gòu)的絕緣件受潮，加速金屬零件的銹蝕。

（4）提高控制回路的可靠性。要保持接線可靠，不致因操作一定次數(shù)后振動(dòng)脫落絕緣件有足夠的絕緣；輔助開(kāi)關(guān)固定要牢固，不因操作而變動(dòng)或竄動(dòng)，其聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)要調(diào)整到位，并防止變動(dòng)；輔助開(kāi)關(guān)的節(jié)點(diǎn)要防止銹蝕。

2.3.3 故障處理

斷路器的基本操作過(guò)程可以簡(jiǎn)單地描述為：儲(chǔ)能→合閘準(zhǔn)備→合閘→合閘保持（鎖扣）→完成合閘動(dòng)作→分閘→（脫扣）→完成分閘動(dòng)作。

上述任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都將影響斷路器的合、分操作。因此，分析故障點(diǎn)時(shí)，首先要分清各功能塊，再采取分步排除法，逐個(gè)排查。

在此需強(qiáng)調(diào)指出，在斷路器發(fā)生拒動(dòng)、空合等情況時(shí)于分析檢修斷路器主體之前，要充分判斷一下原因是否出在控制及二次元件如輔助開(kāi)關(guān)、端子排等方面，然后再進(jìn)行斷路器的分析診斷。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)真空斷路器在運(yùn)行中所出現(xiàn)故障的分析，結(jié)合真空電弧理論知識(shí)和運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）最好選用外殼由兩個(gè)高氧化鋁陶瓷管組成、屏蔽罩固定于2個(gè)陶瓷管之間、屏蔽罩與動(dòng)靜觸頭間的分布電容要求完全相等、內(nèi)部電場(chǎng)均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的真空滅弧室結(jié)構(gòu)。

（2）觸頭材料要求含氣量低、開(kāi)斷能力大、抗熔焊、截流電流小、電磨損速率小、接觸電阻小。銅鉻觸頭最適合。

（3）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)真空斷路器的合閘彈跳和分閘反彈的監(jiān)督力度。

（4）加強(qiáng)對(duì)真空斷路器的開(kāi)距、超行程、剛分、剛合速度等特性測(cè)試。斷路器在選型時(shí)，盡量選擇機(jī)構(gòu)布局簡(jiǎn)單、易于拆裝、工藝性好、互換性強(qiáng)的產(chǎn)品。

（5）今后在設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)特別加強(qiáng)對(duì)制造工藝的要求和對(duì)其它輔助設(shè)備的技術(shù)要求。

（6）按產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范對(duì)真空斷路器定期維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]廈門ABB開(kāi)關(guān)有限公司. VD4真空開(kāi)關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)[Z].

[2]GB/T 11022-2011.高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求[S].

[3]GB 17701-2008.設(shè)備用斷路器[S].endprint