真空断路器在电力系统中的应用与分析

1概述

　　在电力系统中变电站上的变压器、线路等元件，由于检修改变运行方式发生故障的需将它们接入或退出，因而进行一些操作。例如，在正常情况下要能可靠地接通和开断电路，在改变运行方式时，要能灵活地进行切换操作，在电路发生故障情况下，能迅速切除故障电流，把事故限制在局部地区并使未故障部分继续运行，以提高电力系统的可靠性。在检修设备时停电和隔离带电部分，保证工作人员的安全等，为完成以上这些操作在电力系统变电站上必须装一些开关电器。它是电力系统的重要设备之一，其中断路器的任务最为重要、地位最重要，其结构也最为复杂，特别是高压断路器尤为重要。

　　高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电路且在故障情况下能自动迅速开断故障电流的开关设备。所以，对它的基本要求是：在各种情况下应具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以各种断路器都有不同结构的灭弧装置，它在很大程度上影响断路器的灭弧性能。根据断路器所采用的灭弧介质及作用原理，断路器可分为以下几种类型：油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、自产气断路器和磁吹断路器，其中真空断路器是近年来研制的一种新型断路器，在10KV变电设备中广泛应用着，真空断路器是以真空作为灭弧介质和绝缘介质，本文对真空断路器进行介绍和分析。

2真空断路器的工作原理和主要结构及特点

　　2.1真空断路器的工作原理

　　真空断路器的工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒(屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽，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。

　　2.2真空断路器的构成

　　真空断路器的主要结构由真空灭弧室、操作机构和绝缘支撑件基架等组成

　　2.2.1真空灭弧室

　　按照开关型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空灭弧室、中间封接杯状纵磁场小型化真空灭弧室、内封接式玻璃泡灭弧室，其基本结构如下：

　　①气密绝缘系统(外壳)

　　由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的气密绝缘筒、动端盖板、定端盖板、不锈钢波纹管组成的气密绝缘系统是一个真空密闭容器。为了保证气密性，除了在封接式要有严格的操作工艺，还要求材料本身透气性和内部放气量小。

　　②导电系统

　　由定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成。触头结构大致有三种：圆柱形触头、带有螺旋槽跑弧面的横向磁场触头、纵向磁场触头。目前采用纵磁场技术，此种灭弧室具有强而稳定的电弧开断能力。

　　③屏蔽系统

　　屏蔽罩是真空灭弧室中不可缺少的元件，并且有围绕触头的主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等多种。主屏蔽罩的作用是：a防止燃弧过程中电弧生成物喷溅到绝缘外壳的内壁，从而降低外壳的绝缘强度。b改善灭弧室内部电场分布的均匀性，有利于降低局部场强，促进真空灭弧室小型化。c冷凝电弧生成物，吸收一部分电弧能量，有助于弧后间隙介质强度的恢复。                                          

　　2.2.2断路器的操作机构

　　按照断路器型式不同，采用的操作机构不同。常用的操作机构有弹簧操作机构、CD10电磁操作机构、CD17电磁操作机构、CT19弹簧储能操作机构、CT8弹簧储能操作机构。

　　2.2.3其它部件：基座、绝缘支撑件、绝缘子等

　　　2.3真空断路器的特点有以下几种

　　①触头开距小，10KV真空断路器的触头开距只有10mm左右，操作机构的操作功就小，机械部分行程小，其机械寿命就长。

　　②燃弧时间短，且与开关电流大小无关，一般只有半周波。

　　③熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能较好。

　　④由于疏通在开断电流时磨损量较小，所以触头的电气寿命长，满容量开断达30-50次，额定电流开断达5000次以上，噪音小适于频繁操作。

　　⑤体积小、重量轻。

　　⑥适用于开断容性负荷电流。

　　由于其优点很多，所以广泛应用于变电站中，目前型号主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。

3真空断路器应用中常发生的故障及处理方法

　　真空断路器具有很多优点，所以在变电站上应用很多。由于采用了特殊的真空元件，随着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故障明显降低。真空灭弧室无需检修处理，当其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行中发生的故障以操作机构部分所占比重较大，其次为一次导电部分，触头导电杆等。下面对真空断路器常发生的故障进行分析和处理，有如下几个方面：

　　3.1真空度降低

　　运行中真空断路器灭弧室的真空度低于6.6x10-2pa，新出厂的真空灭弧室低于7.5x10-4pa，即为不合格，造成真空度降低的原因有：真空灭弧室漏气，主要是焊缝不严密或密封部位存在微小漏孔造成。

　　真空灭弧室内部金属材料含气释放，这种情况是在真空灭弧室最初几次放电过程中使真空度在一段时间内下降，微量气体排尽后，真空度就维持在一定水平上。

　　常用检查真空度的方法：

　　①火花计法：这种方法简单，只可做定性检查，让火花计触丝在开关管表面移动，观察管内发光情况，若是淡青色，可判定真空度合格，若为红蓝色，可判断灭弧室已失效，此种方法不适用于陶瓷外壳灭弧室。

　　②观察开断电流时的弧光，正常应为淡青色，若弧光为紫红色可判断灭弧室已失效。

　　③工频耐压法：对于10KV真空开关管在断口加42KV1min工频电压应合格。

　　④真空度测试仪法处理方法：真空度降低后应更换真空灭弧室。                                         

　　3.2灭弧室触头电磨损

　　真空灭弧室触头接触面经过多次开断电流后，会逐渐被磨损烧灼(通常称为电磨损)，触头厚度减小波纹管行程变大，接触电阻增大，这对开关的灭弧性能和导电性能会产生不利影响，在检修中开关超行程的变化就是触头的电磨损。当电磨损值达到厂家规定时，灭弧室就不能继续使用。电磨损可用检查灭弧室动导电杆伸出导相板长度的变化情况，如果变化量超出了3mm，即磨损严重，也可用定性的方法即测量接触电阻，一般要求测量值不大于出厂值的1.2倍。处理方法：触头电磨损严重，达到或超过规定值时，必须更换真空管，并三相一同更换。如未超规定或接触电阻明显增大但未超规定值时，可对触头间隙进行调整后继续使用。但应测灭弧室的真空度，如灭弧室不满足要求，也应该更换。

　　3.3真空断路器拒分的原因及查找方法

　　3.3.1电气回路故障

　　①直流电压过低；②操作保险及掉闸回路元件接触不良或短线；

　　③掉闸线圈断线；④开关低电压不合格；⑤小车或开关连锁接点接触不良。

　　3.3.2机械回路故障

　　①三连板三点过低；②掉闸顶杆卡劲或脱落；③合闸缓冲偏移、滚轮及缓冲杆卡劲。查找方法：电动掉闸失灵时，应先判断是电气回路故障还是机械回路故障，当顶杆铁心不动，则说明是掉闸回路，否则是机械回路故障，然后再进一步找出原因。当发现开关掉闸失灵时应以手动托开。

　　3.4真空断路器拒合且出现跳跃的原因及处理方法

　　3.4.1电磁操作机构的合闸铁心顶杆长度不够，应调整铁心顶杆长度使其滚轮和托架之间间隙符合2±0.5mm的要求。

　　3.4.2辅助开关断开过早，此时调整辅助开关拉杆长度使其在断路器触头闭合之后再断开。

　　3.4.3弹簧储能操作机构合闸弹簧限位不可靠、合闸不到位，合闸弹簧储能结束，但电机电位不能切断。

　　3.5弹簧储能开关合不上闸

　　3.5.1合闸簧功率不够，更换合闸簧。

　　3.5.2开关合闸时处于半分半合状态，调整凸轮与滚轮间隙使之增大，调整超程使之减小。

4 结束语

　　本文分析了真空断路器的特性和主要结构，由于真空断路器具有分断能力高、熄弧能力强、寿命长、结构简单维修方便的优点，所以在电力系统中应用非常广泛，显示了其巨大的优越性，在10KV电压等级的高压断路器中真空断路器占绝对优势，我们的变电站中都采用此种开关。但从本文介绍中知道，真空断路器还易出现一些故障，检修人员应掌握这些处理方法，以保证安全生产、可靠供电。