真空断路器真空灭弧室现场检测方法分析

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、概述     　随着断路器技术的发展，真空断路器以其自身的优越特性在中压领域获得了广泛运用，特别是近年来断路器“无油化”改造工程的实施，真空断路器在电力系统中压领域的占有率越来越高。
    　真空断路器的核心部件是真空灭弧室(真空泡)，真空断路器在运行过程中其真空灭弧室会有不同程度的泄漏，有的甚至在预期使用寿命范围内就可能泄漏到无法正常工作的地步，在这种情况下进行操作就会造成严重的后果，真空断路器事故大多是由此原因引起。所以定期检测真空灭弧室的好坏成了一项十分重要的工作。
    2、现场检测真空灭弧室的方法
    　现场检测真空灭弧室常用的方法是工频耐压法，随着测试技术的发展，真空度测试法也在现场逐渐得到广泛运用。
    2.1 工频耐压法
    　工频耐压法是使真空断路器处于开断状态下，在动、静触头之间施加一定的工频电压(电压值按厂家技术标准，一般10kV等级加42kV)，检测泄漏电流的大小及观察灭弧室内的放电现象，真空灭弧室内部不应有持续的放电现象，否则应更换真空灭弧室口工频耐压法实际上是判断真空灭弧室真空度是否符合要求的一种间接方法。如果真空灭弧室有泄漏，真空灭弧室内气体压力升高到一定程度，触头间比较短的间隙就不能承受试验电压，甚至在升压过程中就会出现放电击穿现象。工频耐压法的优点是原理简单操作方便，能定性地检测真空灭弧室的好坏。交接试验时要注意，作工频耐压前要把真空断路器触头机械行程调整为要求值后再加压试验。
3 D# @. Z" j3 k0 t) }6 ?1 o* J    2.2 真空度测试法
    　(1) 真空度测试原理
    　真空度测试法直接测试真空灭弧室的真空度(此文中真空度表示的其实是灭弧室内气体的绝对压力，以Pa为单位，与一般的真空度含义不同)来判断真空灭弧室的好坏。现场使用的真空度测试仪大多为免拆卸型产品，仪器采用了先进的同步脉冲磁控放电及单片机技术。简要机理如下：稀薄气体分子被强电场激发出来的电子碰撞而发生电离，从而形成较大的可测量的离子电流。由于该离子电流与真空度的对数值基本成线性关系，只要测量离子电流就可以得到真空度值。加磁场的目的在于加长电子的行程增加与气体分子的碰撞机率，增大离子电流，从而降低对外加电场的强度要求。离子电流的测量范围与测量值与外加电场、磁场强度以及触头开距都有关系，但主要取决于外加电场和磁场的强度以及磁场的方向。要注意的是，真空断路器在施加电场和磁场的情况下，存在吸气和放气效应，为了准确测量口往往采用同步施加脉冲磁场和电场的方法，这就是脉冲磁控放电法的基本原理。
( h# z5 |/ H5 F" N/ u1 E" w    (2) 测试方法
/ A, E4 I# Q  l3 l    　将真空灭弧室动、静触头分开，施加脉冲高压，将电磁线圈绕于灭弧室外侧，向线圈通以大电流，从而在灭弧室内产生与高压电场同步的脉冲磁场，这样，在脉冲磁场的作用下，灭弧室中的电子作螺旋运动，并与残余气体分子发生碰撞电离，所产生的离子电流与残余气体密度即真空度近似成比例关系。对于直径不同的真空泡，同等真空度条件下，离子电流大小也不相同，通过实验可以标定出各种管型的真空度与离子电流的对应关系曲线，当测知离子电流后，就可以通过查询该管型的离子电流-真空度关系曲线获得该管型的真空度，这一过程由单片机自动完成。
; P9 J+ b8 W) v% O: C5 R3 P+ d    (3) 真空灭弧室真空度的标准
4 D) e0 z  ?4 G! J; V* v) @    　真空灭弧室的性能对真空断路器的安全运行有重要影响，而真空度又是真空灭弧室的关键参数，对此有关规程标准都作出明确要求。行业标准《10~35kV户内高压真空断路器订货技术条件(DL403-91)》规定，真空断路器灭弧室在有效期15～20年末，真空灭弧室真空度不得大于6.6×10-2Pa[l]行业标准《3.6~405KV户内交流高压真空断路器(JB3855-1996)》规定，用于装配真空断路器的真空灭弧室内的气体压力应低于1.33×10-3Pa[2]。
    3、工频耐压法及真空度测试法的优缺点
    3.1 真空灭弧室漏气故障
6 X0 Z3 \  g$ G    　真空灭弧室漏气的故障可分为两种类型，一种为“硬故障”即外亮破裂、波纹管破损而进气，使灭弧室失去真空度，与周围大气相通；另一种为"软故障"即灭弧室并未与大气相通，而是由于制造工艺、运输、安装及使用维护等原因，使灭弧室内的气体压力高于允许值，灭弧室不能满足正常开断容量，存在潜伏性故障。传统的检测方法一工频耐压法，对真空灭弧室的“硬故障”比较有效，能定性的区分真空灭弧室的好坏；但对“软故障”就无能为力。因为当真空度在1×104Pa～1×10-3Pa之间时，工频耐压试验都能通过，不能分辨出其中的差别，真空度测试仪可以对1×10-lpa～1×10-5pa范围内的真空度进行准确测量掌握灭弧室真空度的变化情况，了解真空灭弧室的泄漏发展情况，使得对真空灭弧室的检测从定性上升到定量阶段，并且可以根据一定间隔时期内真空度的变化情况推算出真空灭弧室的使用寿命这对保障真空断路器运行的可靠性提供了一种技术手段。例如某变电站同一批10KV真空断路器，绝大多数真空灭弧室真空度压力低于6.60×10-4pa，但有一只真空度压力为3.12×10-3pa，虽然也在合格范围内，工频耐压试验也通过，但与同类灭弧室相比较，其真空度差一些，对这类型真空灭弧室应作重点监测，掌握其真空度的变换趋势。
, k- c* S* _& B. o    3.2 真空度测试
    　真空度测试仪受测试范围限制(1×10-1pa～l×10-5Pa)，超出测试范围，真空度测试仪所依赖的离子电流与残余气体密度即真空度近似成比例的关系有所变化，不能保证测试结果的准确性。特别是对于全漏(与大气相通)的“硬故障”，测试值刚好与真空度良好时的数值接近，容易引起错误判断。其原因可以用气体碰撞理论及仪器测试真空度的原理来解释：真空灭弧室气体压力增大，也可以同气体压力很小时一样在灭弧室断口间只流过很小的离子电流，因为气体压力大时，气体密度变大，电子的平均自由行程减小，这时虽然碰撞次数增多，但由于电子积累的动能较小引起气体分子电离的可能性反而降低，这就导致真空度测试仪错误的指示为真空度较好(压力小)口测试真空度前，我们不能准确判断灭弧室真空度是否在测试范围内，也就不能保证真空度测试仪所测真空度的准确性，因此在现场真空灭弧室检测工作中不能省掉工频耐压试验。如果真空灭弧室通过工频耐压试验，可以保证真空灭弧室的真空度在真空度测试仪的测试范围之内，再进行真空度测试，就能保证真空度测试的准确性。总之，真空度测试和工频耐压试验，两种方法应互相补充才能对真空灭弧室作出准确诊断。 现场工作中我们曾经遇到三起真空灭弧室有缺陷但真空度测试良好的例子:#1灭弧室玻璃罩己破碎，但真空度测试值却正常，当地海拔1700m，大气压8.4×104pa，；#3灭弧室断口间电压加至10KV时击穿，真空度测试值正常；#4灭弧室断口间绝缘仅2Mo，断口间刚刚升压，电流激增，真空度测试值正常。可见仅仅由真空度测试来判断真空灭弧室的好坏是不可靠的。
0 T% q, K* ^, s# J9 Y8 n    3.3 现场进行真空灭弧室工频耐压试验的困难
& ^. p/ B% K" F! N* n    　如果母线不停电真空灭弧室断口耐压试验不易实施。以10KV真空断路器为例，厂家要求在真空灭弧室断口两侧加工频电压42kV，由于10kV母线带电，不能从断路器上接线板加压(下接线板接地)，因断路器上侧隔离开关断口距离不能满足试验电压要求，尽管可以采取在隔离刀闸断口处加绝缘隔板的措施来解决，但风险太大，不易为现场试验人员采用；采取从断路器下接线板加压(上接线板接地)的加压方式，又因下接线板连接有干式CT及断路器绝缘拉杆等设备，它们的耐压标准是27kV，因此真空灭弧室断口也只能加27kV。试验电压偏低，会降低该项试验检测灭弧室缺陷的灵敏度。
% C" B! M( l+ [9 f    3.4 现场进行真空灭弧室真空度检测的困难
: H1 r8 \% |1 O& e" t" _) O    　对于手车式真空断路器做真空度测试比较方便；对固定柜式真空断路器现场进行真空度测试，拆接线比较麻烦费时。高压开关柜电缆室空间狭小，又接有高压电缆，有的断路器相间还装有隔弧板，试验人员在柜内活动空间小，接线不方便，测试时还要脱开高压出线电缆，断路器出线端装有避雷器或阻容吸收器的还得脱开，比较费时费力。
    4、结束语
/ y( C& R* Y3 ?  D! ^   　 (1)真空度测试的开展，使我们对真空灭弧室的检测从定性上升到定量阶段，能掌握真空灭弧室泄漏发展变化情况，并能估算其使用寿命。对手车式真空断路器，测试较方便，对固定柜式真空断路器，测试不是很方便。
" \3 t8 [3 r! B0 n/ N/ v    　(2)真空度测试不能取代传统的工频耐压试验。真空度测试由于受测试范围限制(1×10-1Pa×104Pa)，必须配合工频耐压试验才能对真空灭弧室作出准确的诊断。
# q  p$ |6 t8 V    　(3)测试前应先仔细检查真空灭弧室外观，如有破损不必做其他试验，应立即更换；真空度测试虽良好但工频耐压没通过的灭弧室必须更换；工频耐压通过但真空度不合格的灭弧室也必须更换:耐压通过，真空度合格，但真空度下降较快的要加强检测。