楊模昌

摘要：真空斷路器安裝、檢修方便，體積小，重量輕，同時還具備開斷能力強(qiáng)，開斷時間短，無噪聲、無污染，壽命長（機(jī)械壽命在10000次以上），不需經(jīng)常檢修等優(yōu)點(diǎn)。而合閘電流大，所產(chǎn)生的合閘力矩大，造成的開關(guān)震動大，所以許多電廠都將少油式斷路器更換為真空斷路器。文章對真空開關(guān)在電廠中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：真空開關(guān)；電廠；真空斷路器；開斷能力；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM154 文章編號：1009-2374（2017）11-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.051

1 真空斷路器的使用改造現(xiàn)狀

在我國電力系統(tǒng)及水電廠中大部分采用油斷路器，油斷路器觸頭大多采用銅鎢合金，雖具一定耐電弧能力，但電氣壽命有限，一般開斷10次滿負(fù)荷電路或開斷6～7次短路電流觸頭即需打磨，檢修間隔周期短，平時維護(hù)量大，有噪聲，有爆炸危險，維護(hù)不當(dāng)易釀成事故。例川西某電站10kV SN10少油開關(guān)平時未按規(guī)定進(jìn)行維護(hù)、檢修工作，致使“開關(guān)觸頭熔焊在動觸頭上凝結(jié)成突起”未能及時發(fā)現(xiàn)，造成斷路器跳不開以致燒毀設(shè)備的事故。

2 真空斷路器性能

真空斷路器滅弧室中氣體壓力不高于1.3×10-2Pa，其絕緣強(qiáng)度比變壓器油及壓力為105Pa的SF6要高得多。同時，電觸頭分離時電極蒸發(fā)及觸頭表面微小突起所引起的電弧，其間離子、粒子比周圍真空壓力密度大得多，使離子、粒子極易向周圍擴(kuò)散。電弧電流過零時其間離子、粒子在磁場作用下迅速擴(kuò)散，密度迅速降低，使觸頭間的弧區(qū)很快恢復(fù)為真空間隙，具很高耐壓水平，得以承受較高的恢復(fù)電壓不致?lián)舸?，最終完成開斷。而且很多真空斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)采用阿基米德螺旋槽跑弧面，當(dāng)電弧電流流經(jīng)跑弧面及觸頭間時，造成的磁場使真空電弧在觸頭表面快速移動，從而降低了觸頭表面的溫度，減少了觸頭的燒損，穩(wěn)定了斷路器的開斷性能，提高了電氣壽命。

3 真空斷路器在電廠中的應(yīng)用

2011年7月對發(fā)電總廠萬安電站將油斷路器換型改造為真空斷路器。

3.1 概況

萬安地處于砂溝河上，首臺機(jī)組在1996年5月于石羊變電站上網(wǎng)運(yùn)行，總裝機(jī)容量為3×800kW，單臺機(jī)組出口開關(guān)為SN10-10Ι型號油開關(guān)。

3.2 開關(guān)現(xiàn)狀及存在的問題和歷年檢修故障分析

該站1、2、3號發(fā)電機(jī)出口型號為SN10-10Ι（611、612、613）油開關(guān)動作次數(shù)已超過2000次以上，機(jī)構(gòu)靈活程度降低，在運(yùn)行操作中常出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡塞、滲油等故障，為了保證設(shè)備安全、可靠，電站通過性能數(shù)據(jù)對比，決定將611、612、613油開關(guān)包括主變兩側(cè)型號為SN10-10Ι（601、902）油開關(guān)更換，為真空開關(guān)。

3.3 改造的必要性、技術(shù)原則

油開關(guān)每年動作次數(shù)較多，傳動機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重，合閘電流增大，合閘電流達(dá)100A左右，合閘電磁力矩較大，使操作機(jī)構(gòu)震動較大，造成銷子松脫，發(fā)生假合現(xiàn)象，增加維護(hù)時間，減少發(fā)電量。改造后真空開關(guān)開斷能力強(qiáng)，操作安全可靠，只需要很小的合閘電流（約2～5A），減少了維護(hù)時間，增加了發(fā)電量。

3.4 斷路器技改實(shí)施

組織措施：（1）檢修工作必須認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，切實(shí)抓好現(xiàn)場管理，杜絕“三違”現(xiàn)象，認(rèn)真落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化流程檢修，保質(zhì)保量地完成油開關(guān)改造任務(wù)；（2）在檢修工作過程中，精確測試、認(rèn)真記錄，將拆卸出的材料統(tǒng)一歸放，并做好標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場，嚴(yán)格執(zhí)行“兩票”及三措書制度中的要求，每天開工前列隊(duì)點(diǎn)名，安排當(dāng)天的工作內(nèi)容，交待所屬工作的安全措施和注意事項(xiàng)。每天收工核對點(diǎn)名總結(jié)當(dāng)天工作，布置第二天工作。工作負(fù)責(zé)人開工前應(yīng)核對安全措施，確認(rèn)無誤后，方可開工，杜絕交叉作業(yè)，做到分工明確，責(zé)任清楚，強(qiáng)調(diào)每個環(huán)節(jié)的檢修質(zhì)量，把好質(zhì)量關(guān)、安全關(guān)，努力降低成本；（3）檢修工作中，要求每位檢修人員清楚工作中安全措施和注意事項(xiàng)，特別是危險點(diǎn)及其預(yù)控措施；（4）更換的真空開關(guān)型號是ZN63A-12型，其合閘回路采用的電機(jī)儲能，無電機(jī)時可采用手動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行儲能，在GG-1A開關(guān)柜內(nèi)油斷路器下出線電流互感器穿墻隔板上焊接兩根63×40×1000槽鋼2根，兩端用角鋼50×5×1000控制槽鋼間距為0.36m，使兩根槽鋼上的4個孔，能可靠地固定真空開關(guān)，在GG-1A開關(guān)柜的面屏上，引出真空開關(guān)的跳、合閘信號，加裝機(jī)械跳閘頂桿，確保在開關(guān)距跳，直流消失時，能在GG-1A開關(guān)柜的面屏上手動跳開真空開關(guān)機(jī)械跳閘機(jī)構(gòu)，確保設(shè)備安全。作為安全技術(shù)管理人員始終堅(jiān)守在工作現(xiàn)場，及時發(fā)現(xiàn)和糾正員工的不安全行為，確保整個改造工作的順利開展，實(shí)現(xiàn)技改工作的全過程安全技術(shù)閉環(huán)管理。

3.5 改造后收到的初步效果

（1）縮短檢修時間，提高設(shè)備的年發(fā)電利用率；（2）工作中降低了合閘電流，減小合閘線路切面，降低合閘回路故障；（3）改造后可實(shí)現(xiàn)操動機(jī)構(gòu)達(dá)到30000次機(jī)械壽命操作；（4）合閘彈跳和分閘反彈幅值得到改善，提高綜合穩(wěn)定性；（5）減少了檢修時間，提高發(fā)電量。

3.6 真空斷路器運(yùn)行5年后發(fā)現(xiàn)的問題

操動機(jī)構(gòu)在真空斷路器機(jī)械結(jié)構(gòu)中是最為復(fù)雜、精度要求最高的部分，機(jī)械參數(shù)的合理配置，直接關(guān)系到真空斷路器的技術(shù)性能和機(jī)械壽命。因此要認(rèn)真做好機(jī)械參數(shù)的調(diào)試工作，嚴(yán)格機(jī)械參數(shù)指標(biāo)要求，規(guī)范備品備件管理和儲存，保證備品備件的技術(shù)性能指標(biāo)和質(zhì)量的一致性、通用性和可靠性。嚴(yán)格控制真空斷路器的合、分閘速度，合閘速度過低時，會由于預(yù)擊穿時間加長，而增大觸頭的磨損量。又由于真空滅弧室一般采用銅焊工藝，機(jī)械強(qiáng)度不高，耐振性差。如果合閘速度過高會造成較大的振動，對波紋管產(chǎn)生較大的沖擊，降低波紋管壽命；真空斷路器斷路時的燃弧時間短，其最大燃弧時間不超過1.5個工頻半波，并要求電流第一次過零時，滅弧室要有足夠的絕緣強(qiáng)度，通常希望斷路時在工頻半波內(nèi)觸頭的行程達(dá)到全行程的50%～80%，因此需要嚴(yán)格控制開關(guān)的分閘速度。要求真空斷路器的分閘緩沖器與合閘緩沖器有較好的特性，盡量減輕沖擊力，以保護(hù)真空滅弧室的使用壽命，嚴(yán)格控制觸頭行程和超程。要嚴(yán)格按照產(chǎn)品安裝說明書要求進(jìn)行調(diào)整，在大修后一定要進(jìn)行測試，并且與出廠記錄進(jìn)行比較。不能誤以為開距大對滅弧有利，而隨意增加真空斷路器的觸頭行程。否則會使得斷路器合閘在波紋管產(chǎn)生過大的應(yīng)力，引起波紋管損壞，破壞滅弧室密封，從而造成漏氣。因此，每次調(diào)整超過行程時必須進(jìn)行記錄，當(dāng)觸頭磨損量累計(jì)超過4mm時，應(yīng)更換觸頭。觸頭磨損使動、靜觸頭接觸不良時，通過回路電阻的測試也可以發(fā)現(xiàn)問題。應(yīng)仔細(xì)檢查觸頭彈簧，不應(yīng)有變形損傷現(xiàn)象。定期檢查滅弧室的真空度。定期進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)（42kV）。根據(jù)“電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程”的規(guī)定，結(jié)合本單位的實(shí)際情況，制定真空斷路器的工頻耐壓試驗(yàn)周期。經(jīng)驗(yàn)證明滅弧室由于工藝的缺欠出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象一般發(fā)生在使用第1～2年，因而在開始運(yùn)行頭兩年根據(jù)電站的具體情況多加監(jiān)視，最好在真空斷路器投運(yùn)后0.5年、1年、1.5年、2年進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn)，2年后根據(jù)運(yùn)行情況再決定一年一次還是一年兩次。目前，由于現(xiàn)場不拆卸測試真空度的儀器尚不夠完善，工頻耐壓還是檢測真空度較為有效的方法。有條件時可選用真空度現(xiàn)場測試儀，在不拆卸真空滅弧室的情況下檢測真空滅弧室的真空度。在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)的同時配合進(jìn)行真空度檢測，作為輔助手段。合理安排真空斷路器的檢修周期。結(jié)合季節(jié)（年度）性預(yù)防性試驗(yàn)對真空滅弧室斷口采用工頻耐壓方法檢驗(yàn)真空度。在正常操作（合、分負(fù)荷電流）次數(shù)達(dá)到2000次，開斷額定電流10次后應(yīng)檢查各部位的螺栓有無松動。檢查方法和要求按真空斷路器的維修檢查要求進(jìn)行，若符合規(guī)定的技術(shù)參數(shù)，可繼續(xù)使用，注意安裝和維修。真空滅弧室允許儲存期限為15～20年，因此備品不宜過多，存放和使用環(huán)境中應(yīng)無化學(xué)腐蝕性氣體存在。調(diào)試觸頭開距時，應(yīng)控制波紋管的壓縮量，防止波紋管發(fā)生塑性變形，分閘緩沖器的回彈不應(yīng)過大，過大會影響波紋管的壽命。裝調(diào)時如果發(fā)現(xiàn)螺紋配合不良，應(yīng)查明原因后再處理，不要用很大力氣擰動真空滅弧室，防止波紋管受到損傷。二次回路的接線、輔助開關(guān)的接觸應(yīng)完好，以免影響斷路器動作的可靠性。檢查測量每相主導(dǎo)電回路的電阻值。觸頭接觸電阻與觸頭間的壓力有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，壓力越大，接觸電阻越小越穩(wěn)定。一般真空斷路器每相的接觸電阻不要大于80uΩ。檢查傳動部分的潤滑情況和緊固螺栓有無松動，保持清潔，按機(jī)械說明書進(jìn)行各項(xiàng)操作。注意保護(hù)真空滅弧室不受任何外力碰撞。嚴(yán)格進(jìn)行交接驗(yàn)收。安裝完畢或大修理后，必須進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測試和復(fù)核。主要復(fù)測的參數(shù)有：合閘彈跳，分閘同期，開距，壓縮行程，合、分閘速度，合、分閘時間，直流接觸電阻，斷口絕緣水平，傳動驗(yàn)收試驗(yàn)等，均應(yīng)滿足真空斷路器的要求。

3.7 針對新問題及處理

（1）操作過電壓。真空斷路器在操作時往往會產(chǎn)生較高的截流過電壓和電弧重燃過電壓，在運(yùn)行管理中，需從技術(shù)上防止和抑制過電壓，裝設(shè)性能較好的金屬氧化物避雷器或進(jìn)行預(yù)防等；（2）真空開關(guān)跳合閘線圈更換困難，建議真空開關(guān)在設(shè)計(jì)制造時，跳合閘線圈以銏曹的形式，螺栓獨(dú)立閉鎖，置于面板側(cè)，這樣便于檢測和更換；（3）真空滅弧室的漏氣問題。隨著真空滅弧室使用時間的延長和開斷次數(shù)增多以及受外界因素的作用，其真空度會逐步下降，影響它的開斷能力和耐壓水平。目前，普遍使用縱向磁場滅弧原理和銅鉻觸頭材料，以減少觸頭燒損，提高電氣壽命。但如果導(dǎo)電桿同心度調(diào)整不當(dāng)，將影響真空滅弧室的封接強(qiáng)度，導(dǎo)致漏氣。為了保證同心度的調(diào)整，合理地選擇使用和儲存環(huán)境，是解決真空滅弧室漏氣問題的重要措施。

4 結(jié)語

通過對真空斷路器性能的了解以及安裝運(yùn)行維護(hù)掌握其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出真空開關(guān)真空運(yùn)行中出現(xiàn)泄漏，產(chǎn)生的危害和采取的措施，有效降低真空開關(guān)出現(xiàn)真空泄漏引起的開關(guān)操作爆炸及引發(fā)大面積停電的可能。

參考文獻(xiàn)

[1] 淡淑恒，李宏群，王季梅，等.真空斷路器觸頭新型處理方法的研究[J].高壓電器，1998，（4）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）