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

1、引言

　　6～35kV中壓真空斷路器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小、適宜頻繁操作等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)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(chǔ)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(biāo)，直接影響到電網(wǎng)的運(yùn)行安全性。受生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境方面的原因，真空斷路器在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)滅弧室不同程度的泄漏現(xiàn)象，造成真空度降低。真空斷路器運(yùn)行維護(hù)中較突出的問(wèn)題是真空滅弧室的真空度檢測(cè)問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)資料表明，真空斷路器事故絕大多數(shù)因真空度降低引起。真空度的檢測(cè)已經(jīng)成為真空斷路器狀態(tài)檢修和試驗(yàn)的重要內(nèi)容之一。

2、真空滅弧室基本結(jié)構(gòu)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(dǎo)電桿上。靜導(dǎo)電桿焊在上法蘭盤上，動(dòng)導(dǎo)電桿上焊一波紋管在導(dǎo)向套內(nèi)運(yùn)行。波紋管及導(dǎo)向套焊在下法蘭盤上，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(dāng)合、分閘操作時(shí)，動(dòng)導(dǎo)電桿上下波動(dòng)，波紋管被壓縮或拉伸，使真空滅弧室內(nèi)的真空度得到保持。當(dāng)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(shè)計(jì)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方向快速運(yùn)動(dòng)，在金屬圓筒(即屏蔽罩)上凝結(jié)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(shù)又迅速恢復(fù)起來(lái)。

3、真空斷路器真空度檢測(cè)方法

　　3.1、離線定性檢測(cè)

　　(1)觀察法

　　此法僅對(duì)外殼為玻璃的真空滅弧室可用，根據(jù)涂在玻璃內(nèi)壁上的吸氣劑薄膜顏色或觀察開(kāi)斷電流時(shí)的弧光。也有利用火花探測(cè)儀檢測(cè)根據(jù)發(fā)光的顏色來(lái)鑒定真空滅弧室的真空度。觀察法判只能依靠經(jīng)驗(yàn)判斷不準(zhǔn)確，通常作為參考使用。

　　(2)交流耐壓法

　�、贆z測(cè)原理

　　電介質(zhì)物理學(xué)的理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。氣體間隙的擊穿電壓隨壓強(qiáng)的變化曲線見(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(qiáng)的下降而增大。因此，用交流耐壓法檢測(cè)嚴(yán)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(qiáng)的關(guān)系曲線

　�、谠囼�(yàn)方法

　　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(jù)電壓施加過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的變化來(lái)判定真空度。如果真空滅弧室內(nèi)發(fā)出連續(xù)擊穿或持續(xù)放電，表明真空度已嚴(yán)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(tǒng)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(shì)，是一個(gè)定性的判斷方法。

　　定性檢測(cè)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(cè)真空滅弧室的真空度。國(guó)家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》(Q/GDW168-2008)中，對(duì)真空斷路器的試驗(yàn)增加了“真空滅弧室的真空度進(jìn)行測(cè)量”的項(xiàng)目。隨著電力檢測(cè)儀器技術(shù)的發(fā)展，真空度測(cè)試儀大量涌現(xiàn)，真空度測(cè)試儀不僅可以測(cè)量真空斷路器真空度是否在正常范圍內(nèi)，更重要的是，對(duì)某些泄漏速度較快的真空斷路器，還可通過(guò)歷年測(cè)量結(jié)果相比較，可以大致推斷它的壽命，真正起到預(yù)防意外事故發(fā)生的目的。

　　3.2、離線定量檢測(cè)

　　目前離線定量檢測(cè)采用的主要方法為磁控放電法，市售真空度檢測(cè)儀多基于磁控放電原理的制成，它能更迅速、準(zhǔn)確的測(cè)出真空度的具體數(shù)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(nèi)氣體分子數(shù)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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)路徑延長(zhǎng)，與氣體分子碰撞的幾率太太增加，在動(dòng)、靜觸頭間可以測(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，放電電流經(jīng)電路處理，可測(cè)出真空度。

　　(2)檢測(cè)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(cè)用勵(lì)磁線圈纏繞，勵(lì)磁線圈通入大電流，滅弧室內(nèi)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(yùn)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(yàn)可以標(biāo)定出不同管型(滅弧室)的真空度與離子電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。當(dāng)測(cè)知離子電流后，就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)查詢?cè)摴苄偷碾x子電流—真空度曲線得出真空度的數(shù)值。

　　(3)測(cè)試結(jié)果分析

　�、倥袚�(jù):出廠時(shí)的真空滅弧室內(nèi)部氣體壓強(qiáng)不得大于1.33×10-2Pa;在允許儲(chǔ)存期末(20年))，真空滅弧室內(nèi)部氣體壓強(qiáng)不得大于6.6×10-2Pa。

　　②測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)與前次(歷年)相比較(縱向比較)或與鄰近的其他設(shè)備相比較(橫向比較)，應(yīng)無(wú)明顯變化或差別。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證，必要時(shí)縮短測(cè)試周期跟蹤分析。

　　(4)影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素

　�、侪h(huán)境因素

　　測(cè)量?jī)x器周圍不應(yīng)有影響其正常工作的熱場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)，否則會(huì)影響其測(cè)量的準(zhǔn)確性。測(cè)量的環(huán)境溫度一般應(yīng)在5℃～40℃之間。環(huán)境的相對(duì)濕度不應(yīng)大于85%。

　　②滅弧室自身因素

　　應(yīng)該注意滅弧室的內(nèi)、外表面的污染而形成的漏電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響

　�、蹨y(cè)量?jī)x器和方法

　　在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量中，不同的測(cè)量?jī)x，所配備的勵(lì)磁線圈設(shè)計(jì)也不同，測(cè)出來(lái)的結(jié)果也存在一定的差異。同時(shí)，由于試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過(guò)程中，勵(lì)磁線圈纏繞的松緊、纏繞圈數(shù)的多少，也導(dǎo)致了檢測(cè)結(jié)果的差異。

　�、芄苄偷倪x取

　　應(yīng)根據(jù)真空滅弧室的管徑正確按照試驗(yàn)儀器說(shuō)明書中對(duì)應(yīng)的真空度直徑選管型正確選擇管型，如HZK200B真空度檢測(cè)儀管型的選取見(jiàn)表1。

表1 真空滅弧室直徑與管型對(duì)照表

　　3.3、在線檢測(cè)

　　在線監(jiān)測(cè)真空度技術(shù)尚不成熟，真空度檢測(cè)手段仍然以離線檢測(cè)為主，可通過(guò)運(yùn)行監(jiān)視，結(jié)合運(yùn)行斷路器位置，觀察帶電顯示器，從而間接判斷真空斷路器的真空度。

　　4、真空度檢測(cè)在天水電網(wǎng)應(yīng)用情況

　　4.1、在運(yùn)真空斷路器缺陷統(tǒng)計(jì)

　　天水主網(wǎng)投入運(yùn)行的真空斷路器數(shù)量已經(jīng)達(dá)到328臺(tái)，其中10kV267臺(tái)，35kV59臺(tái)，2007～2012年，真空斷路器發(fā)現(xiàn)缺陷和發(fā)生事故的次數(shù)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(xiàn)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(cè)真空度的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)具備停電條件的真空斷路器進(jìn)行了檢測(cè)，廣泛開(kāi)展真空度的定性和定性測(cè)量工作(表2)。

表2 天水主網(wǎng)真空斷路器故障統(tǒng)計(jì)

表3 部分真空度檢測(cè)數(shù)據(jù)

　　4.2真空度失效故障案例

　　某變電站電容器間隔具備投運(yùn)條件后需投入運(yùn)行。運(yùn)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(nèi)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(nèi)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(dǎo)通情況，A相導(dǎo)電回路導(dǎo)通，B、C相不導(dǎo)通，說(shuō)明A相并未在分閘位置，據(jù)此判斷A相斷口絕緣損壞。進(jìn)一步對(duì)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(yàn)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(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了A相真空滅弧室存在嚴(yán)重漏氣。后又定量檢測(cè)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(yán)重超標(biāo)，A相滅弧室真空度嚴(yán)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(yàn)并不能完全真正檢測(cè)到真空斷路器真空度。因此有必要進(jìn)行定量檢測(cè)分析。

5、真空度檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)管理

　　(1)檢測(cè)結(jié)果管理

　　真空度檢測(cè)結(jié)果的分析，特別是真空度接近臨界值時(shí)的分析應(yīng)結(jié)合真空度變化的歷史過(guò)程來(lái)分析，因此應(yīng)做好真空度檢測(cè)記錄的管理工作。在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)應(yīng)建立真空度檢測(cè)檔案，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)分析真空度的實(shí)際運(yùn)行情況。

　　(2)檢測(cè)周期

　　一般在下列情況下應(yīng)進(jìn)行真空度檢測(cè):

　�、傩略O(shè)備投運(yùn)前。

　　②在例行試驗(yàn)過(guò)程中(懷疑真空度降低時(shí))。

　　③真空斷路器開(kāi)斷規(guī)定的故障電流次數(shù)之后。

　�、芡瓿梢�(guī)定的開(kāi)斷負(fù)荷電流次數(shù)和機(jī)械壽命之后。

　�、葸\(yùn)行中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)。

　　真空斷路器出現(xiàn)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(yùn)行狀態(tài)較不穩(wěn)定，需加強(qiáng)運(yùn)行檢測(cè)。另外隨著真空斷路器使用年限的加長(zhǎng)，真空斷路器難免存在真空滲漏的情況，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累，真空度會(huì)有所下降，所以對(duì)使用年限較長(zhǎng)的真空斷路器要加強(qiáng)定期對(duì)真空度進(jìn)行檢測(cè)必要時(shí)可考慮適當(dāng)縮短測(cè)試周期。

6、結(jié)束語(yǔ)

　　現(xiàn)場(chǎng)真空度的檢測(cè)對(duì)于真空斷路器的安全運(yùn)行有著極其重要的意義，這就要求我們切實(shí)加強(qiáng)真空斷路器在選型、安裝、運(yùn)行、檢修等方面的全過(guò)程質(zhì)量管理工作。設(shè)備運(yùn)維工作中應(yīng)重視真空度的檢測(cè)工作。真空度定量檢測(cè)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(yīng)綜合分析判斷確保斷路器的安全運(yùn)行。離線檢測(cè)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(shè)備利用率的要求下，如何在線監(jiān)測(cè)真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度的變化，從而有利于開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修，確保運(yùn)行安全可靠，這是運(yùn)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。相信隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，不遠(yuǎn)的將來(lái)真空斷路器真空度在線檢測(cè)將成為主要檢測(cè)手段。