10 kV真空斷路器的合閘過量分析

孫 哲 倪惠浩 李健明

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引言

在我國電力行業發展的進程中，10 kV真空斷路器作為電力系統中重要設備，其技術研究及發展歷史相對較短，造成在系統運行中的10 kV真空斷路器故障率會高于其他電力設備。本文通過對運行中發生故障的10 kV真空斷路器進行故障分析，探討VS1型10 kV真空斷路器的開距和超程異常的故障原因及改進方法。

1 10 kV真空斷路器簡介

額定開距是指真空斷路器在分閘位置時，斷路器的動觸頭與靜觸頭之間的最短距離。斷路器開合電流能力及機械使用壽命由額定開距的大小決定。在一些需要頻繁開合電流的場合，斷路器的額定開距會相對偏小，例如需配合頻繁投切電容器組的斷路器，但絕緣強度會因此而降低；需要絕緣強度大、能開斷短路電流、承受瞬態恢復電壓的場合，真空斷路器開距宜選擇得大一點，但根據巴申定律過大的開距并不會顯著增強真空滅弧室的絕緣強度，相反，只會增加操作機構的操作功以及對波紋管的沖擊力，從而造成機械壽命的縮短[1]。

額定超程是指真空斷路器達到剛合狀態后，壓力彈簧繼續壓緊動觸頭而動作的壓縮行程。適配的超程能保證斷路器的動觸頭與靜觸頭在運行時擁有符合運行要求的接觸壓力，降低設備運行風險；同時也能減小合閘彈跳，減少斷路器在關合電流時產生的觸頭損傷；能使分閘彈簧更早地參與分閘運動，提高剛分速度，加快真空泡內部的燃弧，提高短路電流開斷能力[1]。如超程偏小，合閘時動靜觸頭的接觸壓力就會不夠，容易出現合閘彈跳且造成觸頭損傷，從而影響設備的使用壽命；過大的超程則會增加斷路器在合閘時觸頭之間的碰撞力度，從而影響合閘的穩定性。

10 kV真空斷路器采用平面布置的彈簧操動機構，該操動機構置于滅弧室前的機箱內，機箱被4塊中間隔板分成5個裝配空間，其間分別裝有操動部分、儲能部分、傳動部分、脫扣部分和緩沖部分[2-3]。

2 10 kV真空斷路器開距及超程測量

2020年9月29日，某變電站#1電容器組571DR斷路器（森源VS1機構）出現合閘過量現象，測量數據如表1所示，對該斷路器進行故障排查及分析檢修。

表1 森源VS1真空斷路器參數 單位：mm

3 合閘過量故障排查

（1）檢查真空泡上樁連接導體是否存在變形現象，檢查上導體和絕緣筒連接是否可靠，固定位置是否存在虛接，暫無發現，可排除。

（2）針對絕緣拉桿壓力進行測試，不排除絕緣拉桿長時間使用后發生變化，也可能存在質量問題導致絕緣拉桿內部彈簧壓力不足等等，故將返白云電器的斷路器絕緣子拉桿拆出進行壓力測試，如表2所示。1 250/3.15 kA壓力范圍值為（3 100±200）N，經測試可排除絕緣拉桿問題。

表2 森源VS1真空斷路器絕緣拉桿壓力檢測表

（3）檢查機構傳動主軸拐臂、連板、連接拉桿拐臂的連接配合是否庫存虛位或間隙過大，暫無發現，可排除。

4 合閘過量故障分析

早期VS1斷路器機構的設計幾乎全國統一，差異并不大。早期的VS1斷路器機構均沒有合閘限位，后期的產品普遍都有增加（圖1）。機構調試到最佳狀態范圍值內，機構其他部件不出現異常的情況下，可以考慮不加合閘限位。

圖1 VS1機構早期與后期對比圖

本文所述發生合閘過量現象的10 kV真空斷路器沒有合閘限位，如有合閘限位可能就不會出現過量現象。現判斷故障點是機構傳動主軸拐臂、連板、連接拉桿拐臂之間的配合存在問題，如圖2所示。

圖2 主軸拐臂和連板之間結構圖

結合森源提供的主軸拐臂、連接拉桿拐臂圖紙進行模擬，并以白云VS1產品圖紙進行對比，計算出主軸拐臂和連板之間的角度差，如表3所示。

表3 主軸拐臂和連板之間角度差值對比表

根據以上數據對比分析，主軸拐臂孔距36 mm，比國產少2 mm，連接拉桿拐臂103.5 mm，比國產多3.5 mm，主軸拐臂和連板角度僅12°，比國產少4°，導致主軸拐臂和連板接近呈直線，無法形成較大的角度；加上機構合閘沒有限位裝置，當機構傳動合閘時儲能釋放能量較大，分閘彈簧拉開產生拉力，最終導致合閘時容易出現過沖現象。

5 合閘過量解決方法

主軸拐臂孔距36 mm不作更改（避免拆裝機構主軸），連板孔距53 mm不作更改，將連接拉桿拐臂原103.5 mm孔距改為100 mm，增大主軸拐臂和連板之間的角度，原12°改為15°，如圖3所示。

圖3 更改前后對比結構圖

增加合閘限位裝置，避免機構出現合閘過量現象。在斷路器框架外部做增加較為方便，也有利于調節限位量，如圖4所示。現有機構內部鉆孔增加限位裝置，較難實現可調節限位，還可能存在鉆孔偏差大的問題，定位鉆孔時需將絕緣筒拆下才能進行。

圖4 外部限位裝置方案圖

6 結語

本文通過對VS1型10 kV真空斷路器的合閘過量問題進行分析，提出兩種因開距和超程異常造成故障的解決方案，在10 kV真空斷路器大修的情況下可以適當考慮。該思路通用于不同型號的10 kV真空斷路器，可避免同類型問題造成斷路器無法正常開合電流的情況發生，對于確保10 kV真空斷路器健康穩定運行，保證生產和生活供電可靠性具有重大意義。