10kV真空斷路器常見故障淺析

張耘溢 劉博

引言：真空斷路器以其高絕緣、滅弧性能，良好的操作特性以及運行可靠性在10kV及以下的配電網絡中得到了廣泛的應用。但是隨著其應用的增多，故障和缺陷情況也隨之凸顯出來，本文通過常見的ZN63A（VS1）型戶內高壓真空斷路器為例，詳細介紹其工作原理，并對運行過程中的常見故障進行分析，并提出相應的預防及處理措施。

一、ZN63A（VS1）型真空斷路器工作原理

1、滅弧原理：真空斷路器利用真空度約為10-4Pa（運行中不低于10-2Pa）的高真空作為內絕緣和滅弧介質。當滅弧室內被抽成10-4Pa的高真空時，其絕緣強度要比絕緣油、一個大氣壓力下的空氣的絕緣強度高很多。斷路器配用的真空滅弧室，具有極高的真空度，當動、靜觸頭在操動機構作用下帶電分閘時，在觸頭間就會產生真空電弧。同時由于觸頭的特殊結構，在觸頭間隙中產生適當的縱磁場，使真空電弧保持擴散型，并使電弧均勻的分布在觸頭表面燃燒，并維持低的電弧電壓。在電流自然過零時，殘留的離子、電子和金屬蒸汽在微秒數量級的時間內就可復合或凝聚在觸頭表面和屏蔽罩上，滅弧室斷口的介質絕緣強度很快被恢復，從而電弧被熄滅，達到分斷的目的，由于ZN63A（VS1）型真空斷路器采用縱向磁場控制真空電弧，因而具有強而穩定的開斷電流能力。

2、儲能動作原理：儲能電機輸出扭矩通過單向軸承經鏈傳動，帶動擋銷運動，推動儲能軸旋轉，驅動儲能軸上的掛簧拐臂轉動，從而拉長合閘彈簧，達到儲能目的，當合閘彈簧儲能完成后，能量由儲能保持掣子保持住，于此同時撥板帶動儲能微動開關動作，切斷儲能電機的電源，完成儲能動作。

3、分、合閘動作原理：

1）合閘動作：機構儲能后，若接到合閘信號，合閘電磁鐵的動鐵芯將被吸合向前運動，通過合閘軸帶動儲能保持掣子轉動，從而解除了儲能保持掣子對儲能軸的約束，合閘彈簧的能量釋放，使合閘凸輪作順時針方向轉動，通過二級四連桿傳動機構及絕緣拉桿帶動真空滅弧室的動導電桿向上運動，完成合閘操作。

2）分閘動作：合閘動作完成后，一旦接到分閘信號，分閘半軸在脫口力的作用下，做順時針方向轉動，半軸對分閘脫扣部分的約束解除，分閘脫扣部分在斷路器的觸頭壓力彈簧和碟簧的作用下，作順時針方向轉動，真空滅弧室的動導電桿在兩級四連桿機構及絕緣拉桿的帶動下向下運動，從而完成分閘操作。如下機構圖1：

圖1

二、故障原因分析及預防處理措施

真空斷路器的常見故障主要分電氣回路故障和機械故障兩個方面。主要表現為：真空滅弧室漏氣、儲能故障及拒分拒合故障等。

1、真空滅弧室漏氣：

1）故障現象與原因

真空斷路器是以在真空中熄弧為特點，但不是在任何真空度下都可以，而是在某一定真空度范圍內才具有良好的絕緣和滅弧性能。真空開關中的內部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa范圍內。真空滅弧室的不同、動靜觸頭結構的不同、屏蔽罩的封接不同、殼體材料的不同、波紋管材質和加工方法的不同等，都會影響真空滅弧室的性能。我國的真空技術已能保證真空開關需要的真空度，而且封接技術可保證不漏氣，保持真空度。真空斷路器的電壽命由真空滅弧室的電壽命決定。高壓真空斷路器應用或保管環境的污穢等級、濕度、鹽霧等選擇不夠合適，有害氣體、凝露造成波紋管點狀腐蝕，可導致波紋管和蓋板及封接面的漏氣。

隨著真空滅弧室使用時間的增長和開斷次數增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度將會影響它的開斷能力和耐壓水平。真空斷路器的觸頭多為對接式結構，在分合操作中可能產生不同程度的反彈現象不論分閘反彈還是合閘反彈都會給運行帶來危害。分合閘時的沖擊速度及沖擊力較大發生彈跳都可能產生觸頭和導電桿的變形，甚至產生裂紋，反彈可能導致波紋管經受強迫振動可能產生裂紋，使滅弧室漏氣。

真空斷路器在真空泡內開斷電流并進行滅弧，而真空斷路器本身沒有定性、定量監測真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，其危險程度遠遠大于顯性故障。真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力，并導致斷路器的使用壽命急劇下降，嚴重時會引起開關爆炸。

2、故障預防

真空斷路器在使用過程中必須定期檢查滅弧室管內的真空度。目前檢查方法有：

1）對玻璃外殼真空滅弧室可以定期目測巡視檢查，正常時內部的屏蔽罩等部件表面顏色應很明亮，在開斷電流時發出淺藍色弧光。當真空度下降很嚴重時， 內部顏色就會變得灰暗，開斷電流時將發出暗紅色弧光。

2）定期（3年左右）進行一次工頻耐壓試驗（42 KV）。當動靜觸頭保持額定開距條件下，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。如果在升壓過程中，真空滅弧室內部發生持續擊穿或輝光放電，則表明真空滅弧室真空度已嚴重下降，已不能繼續使用。

3）故障處理

保證高壓真空斷路器超行程、觸頭行程在規定范圍，合理的選擇使用和儲存環境，是解決真空滅弧室漏氣問題的重要措施。真空斷路器在安裝或檢修時，除了要嚴格地按照產品安裝說明書中要求調整測量觸頭超行程。真空滅弧室的觸頭接觸面在經過多次開斷電流后會逐漸被電磨損，觸頭行程增大，也就相當波紋管的工作行程增大，波紋管的壽命會迅速下降，通常允許觸頭電磨損最大值為3mm左右當累計磨損值達到或超過此值，真空滅弧室的開斷性能和導電性能都會下降，真空滅弧室的使用壽命已到。

為了能夠較準確地控制每個真空滅弧室觸頭的電磨損值，必須從滅弧室開始安裝使用時起，每次預防性試驗或維護時，就準確地測量開距和超行程并進行比較，當觸頭磨損后累計減小值就是觸頭累計電磨損值。新斷路器在投運前應測量分、合閘速度，因為它不僅可以建立原始技術資料， 同時也可以及時發現產品質量上的一些問題，以便及時采取措施。當真空度降低時，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。

2、儲能及分合閘故障

1）儲能故障現象與原因

機械部分：滑塊卡澀、儲能保持掣子位置不合適導致無法儲能，微動開關損壞，導致儲能電機運轉不停止而燒壞電機；

電氣部分：合上儲能電源，若電機電機轉動彈簧不儲能則是由于正負電接反，若電機不轉則可能是儲能電源及儲能回路異常以及儲能電機損壞。

2）合閘故障現象與原因

機械部分：合閘翻板卡澀導致儲能保持掣子與滾子無法脫扣，合閘保持掣子松動，無法保持合閘狀態；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下合閘按鈕若線圈不動作則說明合閘回路不通，或合閘線圈損壞。

3）分閘故障現象與原因

機械部分：分閘線圈電阻增加，分閘力降低；分閘頂桿變形，分閘時存在卡澀現象，分閘力降低； 分閘頂桿變形嚴重，分閘時卡死；合閘保持掣子與半軸扣接量不恰當，無法脫扣；

電氣部分：控制電源電壓異常、按下分閘按鈕若線圈不動作則說明合閘回路不通或分閘線圈損壞。

4）故障預防與處理

真空斷路器的儲能及拒分拒合故障基本上都是由操作機構及控制回路故障所引起， 其故障預防和處理應注意以下幾個方面：

4.1、防止松動與卡勁。機構在操作時會發生沖擊和振動，所有緊固處應有防松措施，一些受力較大的活銷，不能單用開銷定位， 防止由于操作時各連板上的力不平衡，造成活銷蹩勁，從而剪斷開口銷；

4.2、防止銹蝕和臟污。銹蝕和臟污會顯著降低機構操作可靠性，使操作系統的機械特性變壞，甚至釀成分合閘拒動事故。滑動軸承由于銹蝕和臟污，摩擦系數可以高達0.3，即使采用了滾柱和滾子軸承，銹蝕和臟污也會使它的摩擦系數增大到0.1，這比正常條件下的數值大一個數量級，將引起肘節和脫扣機構工作的不穩定。保持機構所處環境條件的清潔度，定期去除機構上（特別是旋轉、滑動配合）的臟污，經常注意潤滑，在軸和銷上噴涂的硫化鉬固體潤滑劑等可取得很好的效果；

4.3、防止機構受潮。機構的絕緣件受潮會加速金屬零件的銹蝕；

4.4、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后振動脫落絕緣件有足夠的絕緣；輔助開關固定要牢固，不因操作而變動或竄動，其聯動機構要調整到位；輔助開關的節點要防止銹蝕以保證可靠接觸。

三、結束語

為了使真空斷路器能可靠正常工作，運行人員應加強運行巡視，強化日常的維護檢測，在操作中注意觀察有無異常現象；檢修人員在發現隱患后及時消除缺陷，嚴格執行電氣設備預防性試驗規程要求，保證檢修到位，確保修試質量，提高設備健康水平，保證設備安全、可靠、經濟、合理的運行。

參考文獻

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[2]國家電網公司生產技能人員職業能力培訓專用教材 變電檢修[M].北京：中國電力出版社2010：112-118.

[3]高壓開關設備運行管理規范.國家電網公司 2005.3.

（作者單位：寧夏電力公司檢修公司）