真空度定量技術檢測應用

馬海峰+曹玉蘭+王中明+于海躍+尤健佳+王鵬橙+唐斯旸+王昭濱

摘 要：真空開關體積小、重量輕、壽命長、無污染、維護簡單，為進一步提高真空開關的可靠性，應進行行之有效的過程監控。相對于工頻耐壓，定期定量檢測真空開關的真空度，在試驗或運行中發現真空滅弧室是否漏氣更為有效，能夠最大限度地避免由真空滅弧室失效而引發的事故。

關鍵詞：真空度測試 滅弧 脈沖電壓

真空開關因具有滅弧性能優異、斷口恢復強度高以及無火災等優點，而被廣泛年應用于中低壓供電系統，由于真空開關結構上的特點，使得真空開關真空滅弧室真空度的檢測就顯得非常重要.

1真空度定量檢測的重要性

特別是真空滅弧室，各廠間質量參差不齊。 而國內許多地方對真空開關的維護管理都不是很注重。特別是對真空滅弧室真空度的周期性定量檢測普遍不重視，更缺少檢測數據的積累，這使得許多運行中的設備存在著嚴重的安全隱患。用真空度檢測儀檢測，將檢測結果與出廠試驗和交接試驗時測得的值相比較，不應有顯著的變化。工頻耐壓法只能發現真空度嚴重下降的真空滅弧室，當真空滅弧室的真空度下降至10-2～10-1Pa時，工頻耐壓仍能通過。因此，新修訂的DL/T596—2006《電力設備預防性試驗規程》中，對真空開關的試驗增加了“在大修、小修后對真空滅弧室的真空度進行測量”的條件。

1.1真空滅弧室失效機理的分析

真空開關的絕緣和滅弧介質是真空。真空滅弧室內真空的程度用“真空度”來度量，用壓強值來表示。真空滅弧室成品出廠時滅弧室內壓強一般要求在10-5Pa以上。隨著存放和運行時間的增加，滅弧室內的壓強會逐漸增加，使滅弧室最終失效。因此，了解真空滅弧室內壓強升高的原因對判斷真空開關的運行性能有很重要的意義。真空滅弧室內壓強升高的原因：一方面是由于機械損壞導致波紋管破裂，使滅弧室內部與大氣相通；另一方面是由于材料放氣和滅弧室漏氣，這是大部分運行中的滅弧室失效的主要原因。

真空滅弧室的波紋管是保證動觸頭在一定范圍內運動和長期使滅弧室保持高真空的重要元件，要求有很高的機械壽命。波紋管本身存在的裝配、材料等方面的缺陷都會嚴重影響真空滅弧室的壽命。同時真空開關的工作條件、操作機構的安裝調整質量等都會影響波紋管的使用壽命。波紋管的損壞可以是瞬時機械性的破壞，使真空滅弧室徹底失效；也可以是一個時間較長的過程，使真空滅弧室漏氣加劇，最終導致滅弧室失效。材料放氣和滅弧室漏氣是使真空滅弧室內壓強升高的另一個原因。引起真空度發生變化的材料放氣包括材料表面吸附的氣體和觸頭材料中所含的氣體雜質。有研究表明，在經過有限次的分合后，氣體的析出與觸頭電弧蒸散生成物的吸氣可以達到平衡，不再影響滅弧室真空度的變化。同時氣體的滲透也會造成真空滅弧室壓強的升高。但由于滲透率較小，因此滲透現象對滅弧室壓強升高的影響并不明顯。而引起真空滅弧室壓強持續升高的最重要的原因是漏孔漏氣。

理想真空室的漏氣應為零，但在實際應用中是不可能的。但是如果要求真空滅弧室能達到使用壽命（一般為10～20年）那么由公式： Q=V（P2-P1）/T 公式中：Q—漏氣率， V—真空滅弧室的內部容積， P—真空滅弧室的內部真空壓力， T—時間可算出滅弧室的允許漏氣速率只能達到10～13數量級。而氣體滲透的速率已經接近這個允許值。因此1×10-11Torr.L/s的漏氣率對滅弧室的使用壽命仍有較大影響，而一些存在制造缺陷的真空滅弧室會在運行過程中因各種因素導致漏氣加劇，這更大大縮短了真空滅弧室的使用壽命。

1.2真空開關真空度定量檢測的重要性

由上述分析可以看出，即使是一個質量完全合格的真空滅弧室，在運行過程中內部壓強也始終處于不斷變化之中。由于真空滅弧室壓強的升高是一個動態的過程，而每個滅弧室的內部壓強、漏氣率又有著很大的差異，因此要準確判斷滅弧室失效的時間十分困難。一般使用者只注意對真空滅弧室是否失效這一結果的判斷，而忽視對失效過程的了解，對運行中的真空滅弧室缺乏有效的監控，這對設備的安全運行是十分不利的。

目前許多地方仍采用工頻耐壓作為真空滅弧室真空度檢測的主要手段。根據機械工業行業要求，真空泡的出廠真空度值不低于1.33×10-3Pa，而運行中當內部壓強在6.6×10-2Pa以下時，擊穿電壓不再隨著真空度的變化而變化，如果用耐壓法檢驗，只能獲知內部壓強在6.6×10-2Pa以下，而得不到具體的數值。這種方法操作十分簡單，但是由于在10-2Pa以上，擊穿電壓不再隨著壓強的下降而增大，因此工頻耐壓只能定性的判斷滅弧室內真空度的上限。實際測量中，當真空滅弧室內壓強高于（10-1～10-2）Pa，甚至達到1 Pa時擊穿電壓也沒有實際下降。因此采用這種方法測量精確度很低，只能定性判斷出一些嚴重漏氣劣化的滅弧室，而對處于臨界狀態的滅弧室無能為力。因此，僅靠定性的真空度檢測方法是無法保證設備在試驗周期內的安全穩定運行。 因此在真空開關周期性試驗時采用定量檢測真空度的方法就十分必要。

在正常情況下，運行中每個真空滅弧室內的壓強升高與時間大致呈線性關系，但不同滅弧室間的變化曲線都不相同。因此使用者需要通過對檢測數據的積累和分析，對每個真空滅弧室內壓強變化的趨勢有一個一般性的判斷。隨著真空開關運行時間的增加，這種判斷就越來越顯得必要。如果檢測數據出現異常的波動，或者所測得的壓強值已接近臨界值時，就有必要縮短檢測周期，以最大限度避免在正常試驗周期內由于真空滅弧室失效而引發事故。

2013年鶴崗供電公司應用VC系列真空度測試儀，檢測東山變10KV真空開關真空度時，B相開關的真空度為：8.176×10-2Pa，但工頻耐壓38KV仍通過了試驗，說明用耐壓法檢驗不能準確檢出缺陷，給電網安全穩定運行帶來年隱患，因此定量檢測真空開關真空度非常重要。

2 儀器使用注意事項

a.開機和關機時，高壓輸出線不得觸及人體，測量時，不要觸及高壓線和磁控電流線，以防觸電。

b. 請不要破傷隨機所帶的線纜，以確保使用安全，一旦發現破損，請立即更換。

c. 若測試后顯示電流值為零，應檢查滅弧室表面是否不清潔，因為表面不潔可能使漏電電流的變化值大于電離電流值，這樣，測量值減去漏電后小于零而被儀器判為零。發生此種情況后，將滅弧室表面擦凈，再做測試。一般來說這樣得到的真空度值偏高。

d. 以第一次測量值為準，連續多次測量所得真空度會逐漸升高，高于滅弧室的實際真空度值。若必須進行多次測量，則每次測量之間的時間間隔一周左右。真空度測試儀的測量是用磁控放電原理，每次真空被擊穿后的電流扣除干擾電流再換算成真空計量單位就是要測的真空度。每一次擊穿都會使真空包內部組成發生變化（電離），因此再一次（時間相隔不久）的試驗所測的值與第一次所測的值肯定是不同的，建議第二次的測試時間應在一周以后，同時請不要頻繁的做測試。

f.線圈在纏繞滅弧室時，一定要盡量靠在滅弧室的中部。從測量精度考慮，降低高壓對磁場的干擾，也有利于磁線的集中分布，使滅弧室斷口處磁場更強，測量精度更好。

3 結論

由于真空開關滅弧室在運行過程中會因為各種原因造成失效，導致事故發生。因此對真空滅弧室有效的過程監控是必要的，而不能僅僅被動地等待失效的結果。真空開關滅弧室真空度的周期性定量檢測對于最大限度避免由真空滅弧室失效而引發的事故具有十分重要的作用。 VC系列真空度測試儀的測試技術，經多年的探索和積累，在曲線的采集和磁控原理上有了很大的突破。為真空滅弧室的真空度測量提供了更科學、準確的方法。