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真空アーキャマーチャンバーの点検およびメンテナンスが真空遮断器の信頼性向上に及ぼす影響の分析

Oliver Watts
Oliver Watts
フィールド: 点検と試験
China

真空断路器在配电网络中被广泛使用。作为供电设备的核心组件,其性能取决于真空灭弧室的能力和断路器的机械特性(触头开距、行程、压力、平均分合速度、合闸反弹时间、分合不同步性、操作次数以及触头累计允许磨损量)。这两者对于可靠运行至关重要。真空灭弧室是断路器的“心脏”;没有高性能且可靠的灭弧室,高可靠性运行是不可能的。因此,通过定性和定量性能评估对灭弧室进行定期检测和维护,对于确保断路器的安全稳定运行至关重要。

1 真空灭弧室的性能指标

真空灭弧室由密封绝缘系统(外壳)、导电系统和屏蔽系统组成。其性能以绝缘水平(1分钟工频耐受电压、1.2/50冲击耐受电压)、真空度和主回路直流电阻为特征。准确检测和评估需要对这些指标进行全面测试和分析。

现场绝缘测试通常采用工频耐受电压法。随着测试技术的进步,真空度测试的应用越来越广泛。然而,一些省份的《电气设备交接与预防性试验规程》对真空度检测重视不足,甚至建议“当检测不可行时,可以使用断裂耐压代替”。这造成了理论和实践上的误解,存在管理和技术事故的风险。我建议及时修订规程,改进灭弧室性能评价体系,确保配电网设备安全运行。

1.2 真空灭弧室的故障类型

作为现场检测的参与者,发现真空灭弧室的故障分为两类:

  • 显性故障表现为外壳破裂或波纹管损坏,导致空气进入,灭弧室内失去真空并与大气相通。

  • 隐性故障是指真空度逐渐下降。尽管灭弧室未与大气相通,但由于制造过程、运输、安装或维护因素,内部气压超过允许值,导致灭弧室无法满足正常开断能力。这种潜在故障的危害远高于显性故障。真空度下降将严重影响真空断路器的过电流开断能力,急剧缩短断路器的使用寿命,在极端情况下可能导致开关爆炸。

1.3 工频耐受电压和真空度测试的局限性分析

从现场实践经验的角度来看:

  • 工频耐受电压测试对于检测显性故障非常有效,可以定性判断灭弧室的状态。但对于隐性故障存在检测盲区:当真空度在1×10⁻²Pa到1×10⁻³Pa范围内时,工频耐受电压测试仍可合格。此时,真空度已经低于1.66×10⁻²Pa的安全阈值,细微差异无法区分。

  • 真空度测试仪可以在1×10⁻¹Pa到1×10⁻⁵Pa范围内实现精确测量,将灭弧室的检测从定性分析提升到定量阶段。还可以根据一段时间内真空度的变化推断真空灭弧室的使用寿命,为设备可靠性评价提供技术支持。但这种方法在测试范围上有局限性:当超过1×10⁻¹Pa到1×10⁻⁵Pa范围时,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)之间的比例关系会发生变化,测试结果的准确性无法保证。特别是对于完全泄漏(与大气相通)的显性故障,测试值往往接近正常状态,容易造成误判。原因可以通过气体碰撞理论解释:当气体压力增加时,分子密度增加,导致电子的平均自由程变短。虽然碰撞次数增加,但电子动能积累不足,减少了气体分子电离的概率,导致仪器误判真空度良好。

基于现场检测实践,应特别注意的是,检测过程中不能省略工频耐受电压测试。只有当灭弧室通过工频耐受电压测试后,才能确保真空度在测试仪的有效范围内,后续的真空度测试结果才可靠。因此,必须结合使用真空度测试和工频耐受电压测试。两种方法互补,仅依靠其中任何一种方法来判断灭弧室状态都有局限性。

1.4 主回路电阻测试

在现场检测中,采用直流电压降法进行主回路电阻测试,使用电流不小于100A的测试仪。交接和大修后的电阻值应符合制造商的规定,运行中不得超过出厂值的1.2倍。当真空灭弧室的触头磨损导致接触不良时,可以通过电路电阻测试发现问题。如果主回路电阻长期不合格,可能会导致灭弧室过热,引起相关部件绝缘性能下降,甚至发生短路爆炸。

2 提高真空灭弧室可靠性的措施

  • 定期进行真空度测试(结合42kV工频耐受电压测试)以判断灭弧室状态。当真空度下降时,必须更换真空泡(大多数产品要求如果一相不合格则需同时更换三相),并完成行程、同步性和反弹等特性测试。

  • 根据电气设备预防性试验规程和单位实际情况制定检测周期。投运后前两年增加监测频率;建议在投运后半年、1年、1.5年和2年分别进行工频耐受电压和真空度测试,2年后根据运行情况调整频率。

  • 合理规划维护周期,并结合年度预防性试验检查灭弧室。经过2000次正常操作或10次额定电流开断后,检查所有部件和参数;如果螺栓未松动且技术参数符合标准,则继续使用。

  • 定期测试灭弧室两端与主回路端子之间的接触电阻,确保不超过规定值。

  • 条件允许时,通过观察孔对导电回路进行红外成像测温,跟踪温度趋势。不合格的主回路电阻、接触不良、绝缘缺陷或不合理设计导致的散热梯度不足都可能引起导电和绝缘部件温度升高,引发事故。

  • 运行人员应定期巡视断路器,注意真空泡外部是否有放电现象(放电通常表明真空度测试不合格,需要及时停电更换)。维护要点:

    • 检查外观并擦拭污垢

    • 如果动静触头累计磨损厚度超过3mm,则更换真空管

    • 定期检查和调整触头开距、压缩行程和三相同步性

3 结论

  • 真空灭弧室的工频耐受电压、真空度和主回路直流电阻是表征其性能的重要指标,在掌握泄漏趋势和估计使用寿命方面起着关键作用。

  • 真空度测试和工频耐受电压测试各有局限性,需要结合使用才能准确诊断灭弧室的可靠性。

  • 这两种测试不能互相替代;测试不合格的灭弧室必须更换,建议及时修订相关行业测试规程。

  • 提高可靠性应从定期进行真空度、工频耐受电压和主回路电阻测试开始,加强运行维护人员的技术培训,认真巡检、红外测温,并科学规划检测维护周期,避免断路器运行或负荷切换过程中因非电气误操作引起的爆炸等事故。

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