真空开关测试中发现的几个关键质量问题

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1、真空开关测试中发现的几个关键质量问题真空开关测试中发现的几个关键质量问题来源：输配电设备网 时间：2007-09-05 责任编辑：文品摘要：随着城市建设的发展，需要高压直接送电进入市区的负荷中心，因而要求大量使用占地面积小、安全可靠且无油的高压开关。本文描述了目前在我国中高压配电领域大量使用的真空开关的技术特点，针对真空开关检测中发现的不合格情况，重点介绍在应用和调试真空开关时如何更好地解决真空室漏气、操动机构配合、预防过电压和温升等关键性质量问题。 主题词：真空开关 测试 质量 随着城市高楼大厦的崛起，生活小区的形成以及生产的集团化和规模化，为减少线路损耗，提高供电质量，需要高压送电直接进入

2、市区的负荷中心，因而要求大量使用占地面积小、安全可靠且无油的高压开关。 真空开关是一种以气体分子极为稀少，分子间的平均自由行程很大，电子与分子相碰撞的机会极少,缘强度很高的真空空间为熄弧介质的新型开关。其触头是在密封的真空腔内分、合电路的，切断电流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力，并且不产生高压气体及有毒气体。因此具有：体积小，重量轻，动作快，开断容量大，置合频繁操作，火灾及爆炸危险，不污染环境，寿命长，维修工作量少，等优点。 真空开关的工艺水平适合我国企业的制造现

3、状，价格相对较低，非常适合我国的国情，因此得到了普遍的应用。据统计，我国目前在 10kV 级断路器中，真空开关占到 80以上。在 35kV 级，近几年也占到 40以上。但是，由于真空开关依赖真空实现快速灭弧开断，在检测中也较多出现真空室漏气、机械特性失调、过电压和温升过高等不合格现象，因此在应用和调试真空开关时必须处理好真空室漏气、操动机构配合、预防过电压和温升等关键问题。 1 真空室漏气 1.1 真空灭弧室是真空开关的关键部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有动、静触头和屏蔽罩，室内有负压，真空度 10-410-6Pa，保证其开断时的灭弧性能和绝缘水平。随着真空灭弧室使用时间的增长和开

4、断次数的增多，以及受外界因素的作用，其真空度逐步下降，其开断性能也随之降低，当真空度低于 1.3 10-2Pa 时，将导致开断和关合能力的不稳定。因此应注意下列几点： 1、真空灭弧室出厂时的真空度应不低于 1.310-5Pa。 2、出厂前真空开关应经过严格的平行度检查和装配，维修时应紧固灭弧室的各螺栓，以保证其受力均匀。 3、保证导电杆同心度的调整。新一代高压真空开关普遍使用纵向磁场灭弧原理和铜铬触头材料，以减少触头烧损和提高电气使用寿命。所以如果导电杆同心度调整不当，将使纵向气线、陶瓷、可伐金属封接强度不够稳定，致使真空灭弧室漏气。 4、不得用任何外力碰撞真空灭弧室，严禁敲击、手拍打，搬动及

5、维护时不得受力。禁止把任何东西放在真空开关上，以防止落下时打坏真空灭弧室。 5、装调时如果发现螺纹配合不良，应查原因后再处理，不要用很大力气去拧动真空灭弧室，防止波纹管受到损伤。 6、严格控制触头行程。不能误以为开距大对灭弧有利，而随意增加真空开关的触头行程。因为真空开关的行程比较短。一般额定电压为 1015kV 的真空开关触头行程仅为812mm，触头超行程仅为 23mm。如果过多地增加触头的行程，会使开关合闸后，在波纹管上产生过大的应力，引起波纹管损坏，破坏开关密封外壳内的真空。 7、调试触头开距时，应控制波纹管的压缩量，防止波纹管发生塑性变形，分闸缓冲器的回弹不应过大，过大会影响波纹管的寿

6、命。 8、合理的选择使用和储存环境，真空灭弧室的存放和使用环境中应无化学腐蚀性气体存在。真空灭弧室的波纹管绝大多数都是采用 0.15mm 厚度的不锈钢油压成型的。高压真空开关应用环境的污秽等级、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，导致波纹管和盖板及封接面的漏气。 9、定期进行 42kV 采工频耐压试验。新装后和运行中应结合验收和季节或年度性预防性试验对真空灭弧室断口进行工频耐压试验以检验其真空度。而当真空开关停运、储运达20 年后，应检查其真空度，达不到要求应予以更换。 10、定期巡视。特别对玻璃外壳真空灭弧室，当内部部件表面颜色变暗或开断电流时弧光为暗红色时，可以初步

7、判断真空已严重下降，应马上进行停电检测。 11、监控触头磨损值，当动静触头的总磨损量达到制造厂规定值时应更换真空灭弧室。真空灭弧室的触头接触面在经过多次开断电流后会逐渐磨损，触头行程增大，也就相当波纹管的工作行程增大，因而波纹管的寿命会迅速下降，通常允许触头磨损最大值为 3mm 左右。为了能够准确地控制每个真空灭弧室触头的磨损值，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程并进行比较，当触头磨损后累计减小值就是触头累计磨损值。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即已到期。 2 操动机构配合 开关的分、合动作是通

8、过操动机构来实现的，操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压开关的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。真空开关由于其真空灭弧性能的优异，使其开断速度和电寿命大大增加。因此，与其配合的操动机构的机械动作性能及可靠性就成了较为突出的问题。 在实际安装和调试过程中应做到： 1、严格进行交接验收。真空开关出厂前已经过严格的验收，但在运往现场安装完毕后，必须进行有关参数的测试和复核。以防止设备在运输中的变化及机构整后出现的不配套现象，特别是操动机构与真空开关连接后的问题。主要复测的参数有：合闸弹跳，分闸同期，开距，压缩行程，合、分闸速度，合、分闸时间，直流接触电阻，断口绝缘水平，传动验收试验等均应满足真空

9、开关的要求。 2、重视缓冲特性的调整。操动机构在高压真空开关机械结构中是最为复杂、精度要求最高的部分,数制造厂生产条件是难以满足加工精度要求的。为了保证高压真空开关的可靠性，我国对高压真空开关采取了分装式结构，即将操动机构与开关主体二者分开，由生产条件比较好的工厂集中生产操动机构，然后再将机构的输出轴与开关合而为一，所以机械参数的合理配置与调整，直接关系到高压真空开关的技术性能和机械寿命。满意的缓冲特性应该是运动部件接触缓冲瞬间,缓冲器提供较小的反力，随着缓冲距离的增加，缓冲特性迅速变陡，最大可能地吸收分离能量，达到限制分闸反弹和分闸行程的目的。 3、严格控制真空开关的合、分闸速度。真空开关的

10、合闸速度过低时，会由于预击穿时间加长，而增大触头的磨损量。又由于真空开关灭弧室一般采用铜焊工艺，并且经高温下去气处理，所以它的机械强度不高，耐振性差。如果开关合闸速度过高会造成较大的振动，还会对波纹管产生较大冲击，降低波纹管寿命。通常真空开关的合闸速度为 0.62ms,对一定结构的真空开关有着最佳合闸速度。真空开关断路时的燃弧时间短，其最大燃弧时间不超过 1.5 个工频半波，并要求电流第一次过零时，灭弧室要有足够的绝缘强度，通常希望断路时在工频半波内触头的行程达到全行程的 5080，这此需要严格控制开关的分闸速度。此外，要求真空开关的分闸缓冲器与合闸缓冲器有较好的特性，尽量减轻分闸或合闸时的冲

11、击力，以保护真空灭弧室的使用寿命。 3 过电压防护 真空开关具有快速良好的开断性能，在开断感性负载时，回路电流的急骤变化会在电感两端产生很高的过电压，特别是在开断小电感电流时，尤其容易发生截流过电压及电弧重燃过电压。 对变压器而言，不同结构的变压器有所区别。油浸变压器不仅耐冲击电压值较高，而且杂散电容也大，不需要专门加装保护，对于耐冲击电压值不高的干式变压器，最好加装保护，例如安装氧化锌避雷器，或采用电缆的分布电容及装设电容等措施。 对出线保护用真空开关，由于线路较长，杂散电容也较大，加上有多种设备连接在线路上，是不会产生很高的载流过电压的，使用中一般不需采取特别的保护措施。 对电容器组，现场

12、试验证明真空开关关合产生过电压一般不超过两倍。在我国，并联电容器一般用于 60kV 以下,这些电压等级设备绝缘水平较高，关合电容器组的过电压一般不会给设备造成危害。但是性能不好的真空开关，由于开合时触点振动持续时间过长，可引起高的过电压。 由于截流值越大，电感越大，电容越小，过电压就越高，而截流值的大小还与触头材料有关，因此常用的防护措施有： 1、降低截流值，从根本上降低截流过电压。适当加大触头开距，以抑制电弧重燃过电压。 2、装设 RC 吸收器。若电阻及电容参数选择合适，既可降低过电压幅值，又可减缓过电压的上升陡度。一般每相电容值取 0.10.2F，电阻值耳 100200，功率不小于 20W

13、。 3、设置 RL 保护器。将电阻 R 与铁心电感 L 并联后串接于开关与电缆之间。正常时铁心饱和电感值较小，压降及损耗都很低，不影响负载的工作。当发生电弧重燃振荡时，高频电流使铁心电抗增大，抑制过电压，电阻则起阻尼及限流作用。 4、采用氧化锌避雷器 MOA。MOA 实际上是一个非线性压敏电阻，在工作电压下呈极大电阻，漏电流为微安级，不影响电网运行。过电压时，其阻值剧降并呈稳压特性，一般可将过电压限制在 2 倍相电压以下，且阀片间有一定电容量，对残压的突变有抑制作用。 5、在开断小容量电动机时起动电流较大，应采取降低起动电流的措施。 4 温升 高压真空开关的回路电阻是影响温升的主要热源，而灭弧

14、室的回路电阻通常要占高压真空开关回路电阻的 50以上。触头间隙接触电阻是真空灭弧室回路电阻的主要组成部分，因为触头系统密封于真空灭弧室内，触头与外壳之间的真空形成了热绝缘，所以触头和导电杆上的热量只能通过动、静导电杆向外部传导散热。 真空灭弧室静端直接与静支架相连，动端则通过导电夹、软连接与动支架相连。虽然动端向上运动有利于动端散热，但因动端连接环节较多，导热路径较长，所以高压真空开关温升的最高点多集中于动导电杆与导电夹搭接部位。在实际应用中，有效的利用静端有利于散热的元件，迫使触头间隙热量比较多的从静端导出，分流动端的热量，是解决高压真空开关温升偏高的有效措施。同时，由于真空开关过载能力差，

15、为确保真空开关运行温度不超过允许值，必须严格限制它的工作电流，使其低于额定电流。 5 电气寿命 新一代真空灭弧室采用了纵向磁场电极和铜铬触头材料。纵向磁场电极成倍的降低了短路开断电流作用下的电弧电压(电弧能量)，并使电弧在触头表面均匀分布，铜铬触头材料降低了单位电弧能量所造成的触头烧损量。这两者的有机结合，使得高压真空开关的电气寿命有了突破性的提高。 当前，我国高压真空开关再开断、关合能力等方面的性能是比较高的也是比较稳定的。 我国早期高压真空开关电气寿命只有 30 次，运行最长的已有 20 余年，在电力系统至今还没有发现高压真空开关因为短路开断电流的电气寿命问题而退役也没有发现因为短路开断电流的电气寿命短导致事故发生，这就充分说明这些高压真空开关基本上能够满足电力系统对于短路开断电流电气寿命的要求。所以，高压真空开关的短路开断电流电气寿命并不是越高越好。 结论：真空开关优越的技术应用特性，得到了广大电力部门的普遍认可，随着经济建设的持续稳步增长，今后将得到越来越广泛的应用。在实际工作中使用和调试真空开关时应认真解决真空室漏气、操动机构配合、预防过电压、温升和电气寿命等关键性质量问题寸能充分发挥真空开关的技术优势，促进我国电网整体装备水平的大幅提高。