10kv真空断路器故障分析及处理意见

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河北省东光县供电有限责任公司 作者:徐嘉麟

  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,但在使用过程中也应注意预防故障。本文对常见的故障与原因进行了分析,提出了处理意见。

  近年来,真空开关发现缺陷和发生事故的次数有所增多,主要表现为真空泡慢性、漏气机构卡阻等方面,这就要求切实加强真空开关在选型、安装、运行、检修等方面的全过程质量管理工作。真空断路器主要由真空灭弧室、操作机构及支撑部分组成。其灭弧原理是:在真空中由于气体分子的平均自由行程很大,气体不容易产生游离,真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高的多。当开关分闸时,触头间产生电弧。触头表面在高温下挥发出金属蒸气,由于触头设计为特殊形式,在电流通过时产生一磁场,电弧在此磁力的作用下沿触头表面切线方向快速运动,在屏蔽罩上凝结了部分金属蒸气,电弧在自然过零时就熄灭了,触头间的介质强度又迅速恢复起来。真空断路器的常见故障较多,这里真空技术网(http://www.chvacuum.com/)选取真空灭弧室的漏气、绝缘故障进行分析。

一、真空灭弧室的漏气问题

1、故障现象与原因

  真空断路器是以在真空中熄弧为特点,但不是在任何真空度下都可以,而是在某一定真空度范围内才具有良好的绝缘和灭弧性能。真空开关中的内部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa 范围内。真空灭弧室的不同、动静触头结构的不同、屏蔽罩的封接不同、壳体材料的不同、波纹管材质和加工方法的不同等,都会影响真空灭弧室的性能。我国的真空技术已能保证真空开关需要的真空度,而且封接技术可保证不漏气,保持真空度。真空断路器的电寿命由真空灭弧室的电寿命决定。高压真空断路器应用或保管环境的污秽等级、湿度、盐雾等选择不够合适,有害气体、凝露造成波纹管点状腐蚀,可导致波纹管和盖板及封接面的漏气。随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数增多,其真空度也可逐步下降,下降到一定程度将会影响它的开断能力和耐压水平。真空断路器的触头多为对接式结构,在分合操作中可能产生不同程度的反弹现象,不论分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害。分合闸时的冲击速度及冲击力较大发生弹跳都可能产生触头和导电杆的变形,甚至产生裂纹。反弹可能导致波纹管经受强迫振动可能产生裂纹,使灭弧室漏气。真空断路器在真空泡内开断电流并进行灭弧,而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置,所以真空度降低故障为隐性故障,其危险程度远远大于显性故障。真空度降低将严重影响真空断路器开断过电流的能力,并导致断路器的使用寿命急剧下降,严重时会引起开关爆炸。

2、故障处理

  保证高压真空断路器超行程、触头行程在规定范围,合理的选择使用和储存环境,是解决真空灭弧室漏气问题的重要措施。真空断路器在安装或检修时,除了要严格地按照产品安装说明书中要求调整测量触头超行程。真空灭弧室的触头接触面在经过多次开断电流后会逐渐被电磨损,触头行程增大,也就相当波纹管的工作行程增大,波纹管的寿命会迅速下降,通常允许触头电磨损最大值为3mm 左右当累计磨损值达到或超过此值,真空灭弧室的开断性能和导电性能都会下降,真空灭弧室的使用寿命已到。

  为了能够较准确地控制每个真空灭弧室触头的电磨损值,必须从灭弧室开始安装使用时起,每次预防性试验或维护时,就准确地测量开距和超行程并进行比较,当触头磨损后累计减小值就是触头累计电磨损值。新断路器在投运前应测量分、合闸速度,因为它不仅可以建立原始技术资料,同时也可以及时发现产品质量上的一些问题,以便及时采取措施。当真空度降低时,必须更换真空泡或更换真空断路器,并做好行程、同期、弹跳等特性试验。

二、绝缘故障

1、故障现象与原因

  真空断路器之所以如此辉煌,这与真空断路器技术的不断进步是分不开的。固封极注技术,就是真空断路器技术巨大进步的体现。真空断路器的极柱绝缘经历了空气绝缘- 复合绝缘- 固封绝缘。这就形成了三代真空断路器。在第一代空气绝缘中,带电部分完全裸露在空气中,它的绝缘水平随着空气中的湿度、灰尘以及运输过程的磕碰而变化,并易受小动物等异物的影响。在第二代复合绝缘中,将灭弧室保护在环氧树脂套筒内。但这种套筒没有完全把高压带电部分包起来,里面还会灰尘、潮气、昆虫等影响。第三代绝缘也就是固封极柱,通过APG 工艺,利用环氧树脂将灭弧室及上下出线端全部包封。这样做不仅缩小了灭弧室尺寸,而且彻底不受外界环境(灰尘、潮气等)的影响,提高了耐气候性,此时环氧树脂不仅作为一次部分的主绝缘,而又是它的机械支撑,其电场分布和应力分布优于各种形状的绝缘隔板结构。

  目前,真空开关的使用状况是三代真空断路器共存。其中,由于第三代固封极柱真空断路器的极柱固封技术是一种崭新的技术,在国外也只有极少制造公司掌握这种技术。2003 年,我国同时研制出两种固封极柱真空断路器:VEP 型和VSM型。第三代固封极柱真空断路器在市场的占有量还有限,大部分真空断路器是第二代复合绝缘,受外界环境影响较大。运行中产生的热量和电场应力都会使绝缘产生老化。绝缘故障在真空开关设备中仍居多,其威胁是不言而喻。

2、故障预防与处理

  绝缘事故的预防主要从以下方面着手,一是从选择真空断路器时就考虑使用环境和平时维护检修的条件,选择质量可靠的产品。二是在安装、调试、检修过程中工装工艺到位,防止操作过程中机构运动对绝缘体的外力破坏。三是在运行时的环境得到充分保证减少灰尘、潮气等对设备的影响。减小维护周期,定期对开关的绝缘部分包括绝缘拉杆进行必要的清扫和外观检查。四是定期按规程规范对绝缘进行检测。另外,加强绝缘寿命预测对减少绝缘事故有着重要的意义。一旦发生绝缘事故,其处理遵循找准事故原因采取相应对策的原则,对损坏的绝缘器件进行更换,并进行绝缘试验。

三、一些建议

  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。总结以上典型故障形式,应做好以下工作

  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。

  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。

  3、完善开关小车示温贴片的设置和检查制度。可增设开关极柱上接线端子处(打开防尘罩后可见)的示温贴片。并结合停电进行检查,发现异常及时处理。

  真空断路器的故障多种多样,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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