真空斷路器真空度檢測技術(shù)在天水電網(wǎng)的應用

　　闡述了定性與定量檢測真空斷路器真空度的方法，并介紹了真空度檢測技術(shù)在天水電網(wǎng)的應用情況。

1、引言

　　6～35kV中壓真空斷路器以其結構簡(jiǎn)單、使用壽命長(cháng)、維護量小、適宜頻繁操作等獨特的優(yōu)勢在電網(wǎng)中得到了廣泛應用。真空斷路器的核心部件是真空滅弧室，滅弧室是以真空條件作為工作基礎的，因此其真空度是保證真空斷路器絕緣性能和滅弧性能的重要技術(shù)指標，直接影響到電網(wǎng)的運行安全性。受生產(chǎn)工藝和現場(chǎng)使用環(huán)境方面的原因，真空斷路器在運行過(guò)程中可能會(huì )出現滅弧室不同程度的泄漏現象，造成真空度降低。真空斷路器運行維護中較突出的問(wèn)題是真空滅弧室的真空度檢測問(wèn)題，統計資料表明，真空斷路器事故絕大多數因真空度降低引起。真空度的檢測已經(jīng)成為真空斷路器狀態(tài)檢修和試驗的重要內容之一。

2、真空滅弧室基本結構和原理

　　真空斷路器的滅弧室每一只為不可拆卸的整體，動(dòng)靜觸頭為分別焊在動(dòng)靜導電桿上。靜導電桿焊在上法蘭盤(pán)上，動(dòng)導電桿上焊一波紋管在導向套內運行。波紋管及導向套焊在下法蘭盤(pán)上，由瓷柱支撐的金屬圓筒屏罩在動(dòng)靜觸頭外面，再與外殼形成密封的腔體。該腔體經(jīng)過(guò)抽真空，真空度一般在10^-6Pa以上。當合、分閘操作時(shí)，動(dòng)導電桿上下波動(dòng)，波紋管被壓縮或拉伸，使真空滅弧室內的真空度得到保持。當斷路器分閘時(shí)，觸頭間產(chǎn)生電弧，觸頭表面在高溫下?lián)]發(fā)出金屬蒸氣，由于觸頭設計為特殊形狀，在電流通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電弧在此磁場(chǎng)力的作用下沿觸頭表面切線(xiàn)方向快速運動(dòng)，在金屬圓筒(即屏蔽罩)上凝結了部分金屬蒸氣，電弧在自然過(guò)零時(shí)就熄滅了，觸頭間的真空介電常數又迅速恢復起來(lái)。

3、真空斷路器真空度檢測方法

　　3.1、離線(xiàn)定性檢測

　　(1)觀(guān)察法

　　此法僅對外殼為玻璃的真空滅弧室可用，根據涂在玻璃內壁上的吸氣劑薄膜顏色或觀(guān)察開(kāi)斷電流時(shí)的弧光。也有利用火花探測儀檢測根據發(fā)光的顏色來(lái)鑒定真空滅弧室的真空度。觀(guān)察法判只能依靠經(jīng)驗判斷不準確，通常作為參考使用。

　　(2)交流耐壓法

　�、贆z測原理

　　電介質(zhì)物理學(xué)的理論及實(shí)踐經(jīng)驗都表明:在高真空和超高真空中，氣體間隙的擊穿電壓與真空度無(wú)關(guān)。而在10^-2Pa附近(真空滅弧室必須更換的界限)的中真空狀態(tài)，擊穿電壓與真空度是單值對應關(guān)系。氣體間隙的擊穿電壓隨壓強的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。由圖1可知真空度在10^-2Pa以上時(shí)，擊穿電壓不再隨壓強的下降而增大。因此，用交流耐壓法檢測嚴重劣化的真空滅弧室的真空度是一種簡(jiǎn)便有效的方法。

圖1 氣體擊穿電壓與氣體壓強的關(guān)系曲線(xiàn)

　�、谠囼灧椒�

　　將真空斷路器置于分閘狀態(tài)下，在真空斷路器的動(dòng)靜觸頭間施加交流電壓，根據電壓施加過(guò)程中相關(guān)參數的變化來(lái)判定真空度。如果真空滅弧室內發(fā)出連續擊穿或持續放電，表明真空度已嚴重降低，否則表明真空度符合要求。

　　交流耐壓法簡(jiǎn)單易行是真空滅弧室的傳統判定真空度的方法，但只能為真空滅弧室的真空狀況提供一個(gè)粗略的定性判定，不能判斷真空度的變化趨勢，是一個(gè)定性的判斷方法。

　　定性檢測法只是粗略判定真空度的好壞，最有效的方法還是定量檢測真空滅弧室的真空度。國家電網(wǎng)公司《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規程》(Q/GDW168-2008)中，對真空斷路器的試驗增加了“真空滅弧室的真空度進(jìn)行測量”的項目。隨著(zhù)電力檢測儀器技術(shù)的發(fā)展，真空度測試儀大量涌現，真空度測試儀不僅可以測量真空斷路器真空度是否在正常范圍內，更重要的是，對某些泄漏速度較快的真空斷路器，還可通過(guò)歷年測量結果相比較，可以大致推斷它的壽命，真正起到預防意外事故發(fā)生的目的。

　　3.2、離線(xiàn)定量檢測

　　目前離線(xiàn)定量檢測采用的主要方法為磁控放電法，市售真空度檢測儀多基于磁控放電原理的制成，它能更迅速、準確的測出真空度的具體數值。

　　(1)磁控放電原理

　　在1.33×10^-2Pa以下的低氣壓狀態(tài)，真空滅弧室內氣體分子數很少，在動(dòng)、靜觸頭中間，游離電子與氣體分子碰撞及電離的幾率更小，電流極微弱。動(dòng)、靜觸頭加磁場(chǎng)后，在電磁場(chǎng)的共同作用下，電子、離子受洛侖茲力F=qV×B的作用，在兩電極間做螺旋運動(dòng)，運動(dòng)路徑延長(cháng)，與氣體分子碰撞的幾率太太增加，在動(dòng)、靜觸頭間可以測到放電電流，電場(chǎng)磁場(chǎng)不變時(shí)，放電電流是由真空度惟一決定的，呈單值對應關(guān)系，放電電流經(jīng)電路處理，可測出真空度。

　　(2)檢測方法

　　將斷路器斷開(kāi)位置，在其觸頭的兩極施加脈沖高壓，滅弧室外側用勵磁線(xiàn)圈纏繞，勵磁線(xiàn)圈通入大電流，滅弧室內產(chǎn)生與兩極高壓同步的脈沖磁場(chǎng)。滅弧室中的電子在磁場(chǎng)的作用下螺旋運動(dòng)與滅弧室中的殘余氣體發(fā)生碰撞產(chǎn)生電離的離子電流(比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)要大得多)，這時(shí)產(chǎn)生的離子電流與滅弧室的真空度近似成比例關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗可以標定出不同管型(滅弧室)的真空度與離子電流的對應關(guān)系曲線(xiàn)。當測知離子電流后，就可以通過(guò)計算機查詢(xún)該管型的離子電流—真空度曲線(xiàn)得出真空度的數值。

　　(3)測試結果分析

　�、倥袚�:出廠(chǎng)時(shí)的真空滅弧室內部氣體壓強不得大于1.33×10-2Pa;在允許儲存期末(20年))，真空滅弧室內部氣體壓強不得大于6.6×10-2Pa。

　�、跍y量數據應與前次(歷年)相比較(縱向比較)或與鄰近的其他設備相比較(橫向比較)，應無(wú)明顯變化或差別。當發(fā)現測試數據異常時(shí)，應反復測試驗證，必要時(shí)縮短測試周期跟蹤分析。

　　(4)影響測量準確性的因素

　�、侪h(huán)境因素

　　測量?jì)x器周?chē)�不應有影響其正常工作的熱�?chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)，否則會(huì )影響其測量的準確性。測量的環(huán)境溫度一般應在5℃～40℃之間。環(huán)境的相對濕度不應大于85%。

　�、跍缁∈易陨硪蛩�

　　應該注意滅弧室的內、外表面的污染而形成的漏電流對測量結果的準確性影響

　�、蹨y量?jì)x器和方法

　　在現場(chǎng)的測量中，不同的測量?jì)x，所配備的勵磁線(xiàn)圈設計也不同，測出來(lái)的結果也存在一定的差異。同時(shí)，由于試驗人員在試驗過(guò)程中，勵磁線(xiàn)圈纏繞的松緊、纏繞圈數的多少，也導致了檢測結果的差異。

　�、芄苄偷倪x取

　　應根據真空滅弧室的管徑正確按照試驗儀器說(shuō)明書(shū)中對應的真空度直徑選管型正確選擇管型，如HZK200B真空度檢測儀管型的選取見(jiàn)表1。

表1 真空滅弧室直徑與管型對照表

　　3.3、在線(xiàn)檢測

　　在線(xiàn)監測真空度技術(shù)尚不成熟，真空度檢測手段仍然以離線(xiàn)檢測為主，可通過(guò)運行監視，結合運行斷路器位置，觀(guān)察帶電顯示器，從而間接判斷真空斷路器的真空度。

　　4、真空度檢測在天水電網(wǎng)應用情況

　　4.1、在運真空斷路器缺陷統計

　　天水主網(wǎng)投入運行的真空斷路器數量已經(jīng)達到328臺，其中10kV267臺，35kV59臺，2007～2012年，真空斷路器發(fā)現缺陷和發(fā)生事故的次數分別為12相次、6相次，缺陷率和故障率為0.138%和0.007%(表1)，曾出現了一些因真空滅弧室真空度下降而引發(fā)的真空斷路器故障。2008年我單位配備了檢測真空度的試驗設備，對具備停電條件的真空斷路器進(jìn)行了檢測，廣泛開(kāi)展真空度的定性和定性測量工作(表2)。

表2 天水主網(wǎng)真空斷路器故障統計

表3 部分真空度檢測數據

　　4.2真空度失效故障案例

　　某變電站電容器間隔具備投運條件后需投入運行。運行人員在操作該間隔斷路器過(guò)程中，聽(tīng)到開(kāi)關(guān)柜內發(fā)出“砰”的聲響，立即停止操作，分開(kāi)斷路器檢查，電容器間隔A相帶電顯示裝置顯示異常。斷路器A相真空滅弧室內部發(fā)黑且有灼傷面，初步懷疑A相真空滅弧室存在漏氣。用萬(wàn)用表分別檢查斷路器三相導通情況，A相導電回路導通，B、C相不導通，說(shuō)明A相并未在分閘位置，據此判斷A相斷口絕緣損壞。進(jìn)一步對斷路器進(jìn)行絕緣檢查，A相滅弧室斷口絕緣電阻0MΩ，B、C兩相合格;A相斷口在試驗電壓升至2.4kV時(shí)擊穿，B、C相兩相均能通過(guò)42kV、lmin的交流耐壓試驗，進(jìn)一步驗證了A相真空滅弧室存在嚴重漏氣。后又定量檢測該斷路器真空度，斷路器A、B、C三相真空度分別為20.5Pa、1.95×10-5Pa、2.14×10-5Pa，A相滅弧室真空度嚴重超標，A相滅弧室真空度嚴重失效。

　　這起斷路器真空度失效故障系真空滅弧室本身質(zhì)量問(wèn)題引起。通過(guò)該案例可看出真空斷路器雖然已通過(guò)交流工頻耐壓，然而還會(huì )發(fā)生因真空度失效引發(fā)的故障，用交流耐壓試驗并不能完全真正檢測到真空斷路器真空度。因此有必要進(jìn)行定量檢測分析。

5、真空度檢測的現場(chǎng)管理

　　(1)檢測結果管理

　　真空度檢測結果的分析，特別是真空度接近臨界值時(shí)的分析應結合真空度變化的歷史過(guò)程來(lái)分析，因此應做好真空度檢測記錄的管理工作。在現場(chǎng)使用時(shí)應建立真空度檢測檔案，通過(guò)歷史數據對比來(lái)分析真空度的實(shí)際運行情況。

　　(2)檢測周期

　　一般在下列情況下應進(jìn)行真空度檢測:

　�、傩略O備投運前。

　�、谠诶�行試驗過(guò)程中(懷疑真空度降低時(shí))。

　�、壅婵諗嗦菲鏖_(kāi)斷規定的故障電流次數之后。

　�、芡瓿梢幎ǖ拈_(kāi)斷負荷電流次數和機械壽命之后。

　�、葸\行中發(fā)現異常情況時(shí)。

　　真空斷路器出現問(wèn)題的時(shí)間主要集中在投產(chǎn)半年至2年這段時(shí)間，這時(shí)真空斷路器的運行狀態(tài)較不穩定，需加強運行檢測。另外隨著(zhù)真空斷路器使用年限的加長(cháng)，真空斷路器難免存在真空滲漏的情況，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的積累，真空度會(huì )有所下降，所以對使用年限較長(cháng)的真空斷路器要加強定期對真空度進(jìn)行檢測必要時(shí)可考慮適當縮短測試周期。

6、結束語(yǔ)

　　現場(chǎng)真空度的檢測對于真空斷路器的安全運行有著(zhù)極其重要的意義，這就要求我們切實(shí)加強真空斷路器在選型、安裝、運行、檢修等方面的全過(guò)程質(zhì)量管理工作。設備運維工作中應重視真空度的檢測工作。真空度定量檢測靈敏度高于定性的靈敏度，但也不能忽視定性判斷的輔助作用，應綜合分析判斷確保斷路器的安全運行。離線(xiàn)檢測真空度只能在停電狀態(tài)下進(jìn)行，在不斷提高供電可靠性和設備利用率的要求下，如何在線(xiàn)監測真空斷路器滅弧室內真空度的變化，從而有利于開(kāi)展狀態(tài)檢修，確保運行安全可靠，這是運維人員十分關(guān)心的問(wèn)題，是智能化高壓電器的發(fā)展方向。相信隨著(zhù)新技術(shù)的不斷出現，不遠的將來(lái)真空斷路器真空度在線(xiàn)檢測將成為主要檢測手段。