真空断略器的质量管理
摘要：该文叙述了真空断路器在订货、现场检修时怎样判别断路器的质量及运行中的注意事项，以充分发挥真空断路器的优越性，保障断路器设备安全运行，提高供电可靠性。
关键词：真空断路器；陶瓷泡；质量管理
10kv真空断路器作为新一代断路器，在电力系统从1994年开始使用以来，得到广泛应用。较之10kv油断路器，它具有开断容量大、灭弧性能好、机械寿命长、运行维护量小、检修周期长等特点。随着推行断路器无油化的改造，各供电公司正逐步更换原有的充油断路器。由于大量使用真空断路器，且订货、安装、检修存在一定的不严密性，造成在使用过程中出现了不少外部、内部缺陷及故障，主要表现在真空泡慢性漏气和机构受阻等方面，为了提高设备运行的可靠性，这就要求加强真空断路器在选型、安装、运行、检修等方面的质量管理工作。
1严把定货质量关
断路器的核心部件是灭弧室，而灭弧室的质量好坏主要决定于真空泡的质量，真空泡一般有陶瓷泡和玻璃泡两种。早期生产的真空泡均为玻璃泡，它的额定极限开断次数一般大于20次，随着新技术的发展，需要有较大的极限开断电流的断路器，便产生了新一代真空泡即陶瓷泡。陶瓷泡由于采用了先进的焊接技术，密封性能较好，机械强度高，爬距大，电寿命较长，开断容量大，极限开断次数一般大于30次，但陶瓷金属化的抗折强度是它的薄弱环节。通过对6000只陶瓷泡和玻璃泡的跟踪比较，对两者的优劣有一个全面了解，如表1所示。
从以上3000只真空泡跟踪运行分析，在今后的真空断路器选型中应首选新一代真空泡——陶瓷泡。
灭弧室要经过老练，老练工艺包括电压老练和电流老练。电压老练目的在于消除灭弧室内部和外部的毛刺，金属和非金属微粒、各种污秽物等。电流老练工艺专为真空灭弧室设定，电流老练用持续的扩散型电弧，在电极表面不断运动，以尽可能彻底地清除电极表面的毛刺、金属氧化物、金属和非金属微粒以及各种污秽物等有害物质，并通过燃弧中产生的电极材料的吸气作用，使灭弧室内部保持良好的真空度。电流的老练是去除触头表面的微片和微粒，使它形成一个细晶粒层，消除吸附剂气体和污染物，尤其是大电流老练，可有效地消除微片和微粒（因为很大的电弧能量可以直接将它熔化）。此外，细晶粒层可以降低冷焊力，增加材料韧性，而使触头材料更不易产生脱落现象。只经过高压火花老练过的电极表层材料的晶相观察，其晶格直径为几十个微米，而经过电流老练过的阴极表面晶粒直径在1微米以下。经过电流老练的真空室重燃率大大减小，所以选真空断路器一定要选经过电压和电流双重老练的灭弧室。
2加强运行巡视
真空断路器在运行中加强巡视管理，可及时发现一些缺陷，避免一些设备故障，造成停电事故。在操作中善于用眼和耳感觉器官，注意设备运行中有无异常现象，如在分闸操作中，开关断开后，检查电缆头的带电显示装置有无显示带电；拉开母线侧开关时，观察刀口有无火花和真空泡，有无闪光（玻璃泡）；在断开变压器低压侧进线断路器和母联断路器，10kv母线停电时，观察该段母线tv有无电压量输出等。2000年某变电站在进行10kv母线操作时就避免了一次断路器爆炸事故：当时10kvi母进行停电操作，在断开100、101断路器，未拉开101上隔离开关时，运行人员发现i段tva相带电显示灯亮，后经试验人员鉴定101断路器a相真空泡摇断口绝缘电阻为0，证实该相断路器严重漏气，从而避免了事故发生的可能。
3严把预试周期、交接试验关
真空断路器出问题的时间主要集中在设备投运0.5～2年之间，这时真空断路器的运行状态较不稳定，需加强运行检测。所以济源供电公司规定：对新投运断路器运行一年要对机构进行一次维护工作，重新测量断路器分、合闸线圈的动作电压值，断路器的机械及电气特性试验，如新测参数与投运参数相比较无明显变化时（特别是真空度的变化），可转入正常检修周期。有条件时半年后对新投运断路器进行一次全面电气特性试验，进行参数对比。
3.1绝缘测试
绝缘的定义是用电阻表示的，检测是使用承受的电压和泄漏的电流进行的。
有些用户包括供电公司经常采用摇表（兆欧表）测绝缘电阻的方法，单个灭弧室的电阻应在mω级。此种方法在一定范围内能反映一些问题，但有其局限性，测量数据受环境因素影响较大。
一般产品的绝缘裕度较大，但是在做耐压试验时由于外界因素，以及各相之间电场干扰，会降低绝缘水平，从而出现闪络击穿现象，遇到此类问题应对灭弧室及支撑绝缘件表面进行外绝缘处理，所以在没有外绝缘保护的情况下极易出现闪络击穿，严重的会造成灭弧室损坏。
3.2耐压试验
最常见、最直接的判断方法是工频耐压测试。原因是高压真空电器遵循巴申定律（就是电器内的气体压强与耐受电压能力的关系）。工频耐压法是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，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。其优点是原理简单，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。
3.3真空度测试判定
这种方法是建立在管内气体处于分子流条件下的测量方法，在有一定真空度情况下比较有效，但在完全漏气的情况下容易出现误判。它的测试原理与摇表比较相似，在断口间气体分子不是处于分子流条件下，被电离的气体分子不能被收集到，造成测量的真空度较高，所以测量真空度必须与工频耐压测试相结合进行。
3.4遵循行业标准
行业标准《10～35kv户内高压真空断路器订货技术条件（dl430—1991）》规定，真空断路器灭弧室在有效期15～20年，真空灭弧室真空度不得大于6.6×10-2pa；行业标准《3.6～40.5kv户内交流高压真空断路器（tb3855-1996）》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。
3.5工频耐压法、真空度测试法及其优缺点
真空灭弧室漏气的故障分两种，硬故障即外壳破裂、波纹管破损而进气，使灭弧室失去真空度，与周围大气相通；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——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1×10-4～1×10-3pa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1×10-1～1×10-5pa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。
真空度测试仪受测试范围限制（1×10-1pa～1×10-5pa），超过测试范围，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数值接近，容易引起错误判断，因此在现场真空灭弧室检测中不能省掉工频耐压试验。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。
3.6回路电阻测试
一般有两种方法：电桥法和大电流压降法。电桥法测量误差较大，原则上不使用这种方法；专用回路电阻测试仪就是使用大电流压降法。
4严把维护检修质量关
真空断路器的检修主要针对机械检修，断路器本体不能检修，但机构大修周期不应超过4年，不能以临修代替大修。
4.1漏气判定
较简单的方法是靠肉眼观察、靠听觉听等手段，如玻璃灭弧室屏蔽筒颜色变化，带电时灭弧室内部是否有持续弧光，或断口击穿新发出的放电声，这些现象一般发生在断路器运行多年的现场。其次是根据试验数据做出判定。
一般对漏气的灭弧室应尽早更换。灭弧室产品制造原因：产品外观无异常变化如磕碰痕迹、外力挫伤、拉动灭弧室动杆波纹管等，在整机安装过程中，灭弧室由于某种原因受到拆力，对于陶瓷灭弧室，陶瓷金属化的抗折强度就是它的薄弱环节。对于玻璃灭弧室外壳有明显撞击痕迹或玻壳有纵向（沿玻壳轴线方向）痕迹，则说明灭弧室受到过外力撞击，造成玻壳亮线或破裂。静端螺纹孔是否完好，需检查静端盖板是否被螺丝顶伤、拉动灭弧室动导杆波纹管是否被扭伤。由于断路器的使用场所存在一定的腐蚀性气体，空气湿度太大或产品在存放过程中有淋雨现象，造成灭弧室波纹管锈蚀漏气，需进行更换。
4.2机构弹跳检修
断路器合闸弹跳是不可避免的，绝对无弹跳的产品是只可遇不可求的，所以说只是大小的区别。零弹跳只是小到断路器特性测试仪没有检测出来的弹跳。
引起弹跳的因素包括两方面：灭弧室方面，根据产品多年的使用、安装和调试的情况分析，可以发现，灭弧室的电极结构、触头平面状态、运动部分质量等均是影响弹跳的因素，必要时进行更换。断路器机构方面，机构连接件之间配合间隙、合闸速度、机构运动同轴性等因素也影响弹跳。速度过大易产生弹跳或弹振，开断速度过大还将使弹簧力加大，操作机构负担过重，首开断相开断后，后两相熄弧距离长，触头烧损严重，易产生重燃或击穿，同时使开断运动特性变坏，不易开断短路电流，因此应充分重视关合与开断运动特性。
弹跳对电路的影响：对触头烧损有一定影响，但从真空断路器发展来看，还未发现由于因真空断路器弹跳而造成触头熔焊。现在采用的cu-cr触头材料，其触头烧损基本不影响其断路器寿命。根据真空断路器开断试验报告，燃弧时间，短的8ms，长的达20ms，表明燃弧时间（电弧能量）在很大范围都未影响开断成功。波纹管经过强迫震动有可能产生裂纹，造成灭弧室漏气，降低灭弧室使用寿命。
4.3导向套熔化检修
导向套的软化温度一般在150℃以上，导向套在受热后熔化。使导向套受热的原因主要是导电杆温度升高，而造成导电杆温度升高的原因主要是电边接触部位，如导电夹松动接触电阻增大或触头压力减小、触头间接触电阻增大，也有可能是较长时间通过超过灭弧室标准要求的电流，使导电杆温度升高。触头间隙对大电流开断后的触头表面变化的影响很大，因为在触头分离小，开距时电弧比较集中，这将损坏电极表面，在电极表面的熔桥将明显上升，这一熔桥将触头间连接起来，然后被气化形成真空电弧，此时一般需更换灭弧室。
4.4静端倾斜检修
静端盖板变形，螺钉板倾斜。出现这种现象一般有两种可能：
一是新投运设备，入厂检验时发现，这种情况主要发生在体积较大的灭弧室上，问题在于运输中的野蛮装卸，需返厂。
另一种情况是安装过程中用错螺丝，螺丝过长或安装方法不当，致使静端盖板变形，能够发现明显螺丝顶伤痕迹，需更换。
4.5导电杆弯曲检修
导电杆受力折弯。主要是由于装配中没有保证导电杆的同轴度或运行过程中合闸功过大造成，需更换。
5结束语
基于上述断路器的质量分析，为了使真空断路器设备能够在额定寿命内安全可靠无事故运行，必须加强质量管理：设备订货时严把选厂、验收质量关。尽量选专业厂、大型生产厂家生产的陶瓷泡灭弧室，且产品必须经过电压、电流双重老练检测；断路器尽量选机构一体化断路器，大修、改造时要首先选机构一体化断路器，如现场不允许选用一体化断路器，应对老机构进行更换；加强运行巡视工作，让缺陷处在萌芽阶段就被消除；严格按周期对机构进行检修维护，对断路器按“逢停必动”原则进行维护；严格按设备预试周期对断路器机械特性、电气特性进行试验，特别是耐压与真空度测试必须相互补充进行。
