10KV真空断路器运行中漏气事故分析

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  真空断路器是近二十年兴起的一种新型、高性能的开关电器。目前在10KV及以下电压等级配电网络中,真空断路器已基本取代油断路器。真空断路器具有适合频繁操作、零件数少、检修维护工作量小、电寿命长、防燃、防爆、运行可靠性高等优点,是一种很少需要维护的开关设备,但在使用过程中也应注意预防故障,一旦发生故障应及时处理,使它的优越性得到充分发挥。

一、 真空断路器的概况

  真空断路器之所以得到广泛应用,是因为具有绝缘强度较高,电寿命与机械寿命较高的特点。真空断路器品种繁多,型号各异。从功能角度来说,有作为控制和分配电能用两种:从绝缘角度来说,有空气绝缘和复合绝缘:从结构角度来说,有断路器和机构一体式和分体式:从操动机构角度来说,有电磁机构和弹簧机构。本文以西林县水利电业有限公司35kv江南变电站应用的ZN28-12/630真空断路器为例,详细介绍了其工作原理,然后通过分析10KV真空断路器在实际使用过程中发生的漏气故障分析处理,探讨了相应的预防及处理措施。

1、真空断路器的主要部件的工作原理

  1.1、真空包内的屏敞保护层

  在真空泡内有一层用紫铜片制成的屏敞层,主要作用是防止触头在燃弧过程中生产的大量金属蒸汽和液滴喷溅,污染绝缘外壳的内壁,造成管内绝缘强度下降,其次,可以改善管内电场分布,也可吸收电弧能量,冷凝电弧生成物,提高真空弧室开断电流能力。

  1.2、真空灭弧室工作原理

  真空包内的真空灭弧室是利用高真空工作绝缘灭弧介质,靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路的通断功能的一种电真空器件。当其断开一定数值的电流时,动静触头在分离的瞬间,电流收缩到触头刚分离的一点上,出现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高,直至发生电极金属的蒸发,同时形成极高的电场强度,导致极强烈的发射和间隙击穿,产生真空电弧,当工频电流接近零时,同时也是触头开距的增大,真空电弧的等离子体很快向四周扩散,电弧电流过零后,触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体,于是电流被分断。由于触头的特殊构造,燃弧期间触头间隙会产适当的纵向磁场,这个磁场可使电弧均匀分布在触头表面,维持低的电弧电压,从而使真空灭弧室具有较高弧后介质强度恢复速度,小的电弧能量和小的腐蚀速率。这样,就提高了真空灭弧室开断电流的能力和使用寿命。

二、10 KV真空断路器漏气故障分析与处理

  1、故障基本情况

  西林县水利电业有限公司35千伏江南变电站在2010年12月28日对10KV三厂线环网线路转负荷的过程中,发现该线路断路器已断开、开环点未合上的情况下,10KV线路侧仍验有电。后经真空技术网真空断路器栏目(http://www.chvacuum.com/vacuum-circuit-breaker/)的有关专家仔细分析,发现该断路器在分闸操作步骤完成后,断路器未能真正断开。经停10KV母线,拉出断路器,发现断路器C相极柱有过热现象,现场初步判断C相真空泡有异常。而导流部位连接螺栓紧固力正常,接触面光洁,真空泡外导电连接系统未发现发热故障点,真空泡未发现裂纹与破损。经对机构进行进一步检查发现:机构合闸后,因断路器本体未完全合闸到位(此时开距:12mm),分闸弹簧未完全泄到位,分闸脱扣器未“咬合”导致无法分闸。对发热相极柱环氧浇铸筒及陶瓷真空胆进行解体检查发现以下情况:

  1.1 进一步对真空泡进行真空度试验,试验结果真空度为:1.54×10-1 Pa,证实真空泡已漏气。

  1.2 铜屏蔽罩已变色,动、静触头表面发热积碳较严重,未见烧损或熔焊点,据此并结合泡外导电系统的检查可判定是本极柱发热源。

  1.3 真空泡导向套已脆化、破碎,导向套与导流部分的接触部位有明显的烤焦迹象,破碎断口为全新断口,根据烤焦迹象可初步判定本极柱在最后一次分闸前已存在触头不良而发热的可能。

  1.4 波纹管偏移动触头中心,但未发现明显破损。

  2、故障原因

  从解体情况来看,事故的原因为:真空灭弧室漏气,导致维持触头可靠接触的压力降低,引起极柱长期发热,加速真空泡导向套老化,在分闸操作中真空泡导向套碎裂。在此次故障中,运行人员操作过程中认真负责,避免了带电误合接地刀闸、带电打开开关柜门等事故的发生。

  3、故障处理

  根据故障原因,更换了C相整体灭弧室附件(波纹管、动触杆、屏蔽罩、动触头、静触杆),调整操作机构,并试验合格后投入运行至今正常。

  4、预防及处理措施

  在真空断路器的运行维护中,平时一贯强调大小修及预防性试验,虽然工作做了,但在预防性试验中往往很难发现类似真空灭弧室的故障形式。因此,在现场运行管理中,应重视运行巡视、操作检查到位,运行人员借以巡视检查判断的有效技术措施应予以进一步完善。总结典型故障形式,应做好以下工作:

  4.1 断路器分闸操作后,运行人员应认真检查本体和机构分合闸指示器,条件允许时应检查拐臂、传动杆的位置,确认断路器分闸到位。

  4.2 断路器分闸操作后,检查馈电线路的电流表、功率表、计量表以及相关的电流回路也可作为判断是否带电的辅助措施。

  4.3 进一步完善开关柜的带电显示功能。目前大多数10KV开关柜均为封闭式开关柜,并带有完善的五防系统功能和接地刀闸,由于接地刀闸未合闸的情况下,开关柜门是无法打开的,此时无法进行正常验电。因此,开关柜上的显示装置将成为验电的重要手段,为避免带电显示装置的本身缺陷造成误判断,建议在10KV馈线线路侧装设两套要求整流回路与显示回路均独立的带电显示装置。断路器分闸操作后,应检查线路侧带电显示装置是否有带电显示。在负荷侧无反供电的情况下,可用于有效判断是否存在某相灭弧室未分开或真空泡漏气的情况。

三、结语

  10KV真空开关作为新一代的、先进的开关设备逐步得到广泛应用。但随着其应用增多,也不可避免出现了缺陷率和故障率升高的现象。目前真空断路器的故障多种多样,除了本文分析漏气故障以外,在日常使用中还可能会发生一些新问题,为了使真空断路器能可靠正常工作,运行人员应加强运行巡视,强化日常的维护检测,在操作中注意观察有无异常现象,发现隐患后及时消除缺陷,严格执行电气设备预防性试验规程要求,保证检修到位,确保修试质量,提高设备健康水平,绝不能对运行中的真空断路器掉以轻心,避免事故发生。

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