介紹了真空斷路器真空度檢測(cè)方法, 包括傳統(tǒng)的觀察法、工頻交流耐壓法和目前主要應(yīng)用的磁控放電法、在線檢測(cè)法等, 前者為定性方法, 后者為定量方法, 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能的選用定量測(cè)量方法準(zhǔn)確的判斷出真空斷路器真空度, 以保證真空斷路器安全可靠的運(yùn)行。

1、引言

　　隨著我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)油化改造的順利實(shí)施和電力設(shè)備制造技術(shù)的飛速發(fā)展, 真空斷路器的使用日趨普及。真空斷路器具有體積小; 重量輕; 環(huán)境污染小; 開(kāi)斷容量大; 滅弧性能好; 適合頻繁操作; 運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、可靠性高; 機(jī)械和電壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn), 因此在6~35kV電壓等級(jí)斷路器中占有主導(dǎo)地位, 并大有完全替代油斷路器的趨勢(shì)。真空斷路器作為電力系統(tǒng)重要的控制和保護(hù)電器, 如其存在故障或缺陷不僅起不到保護(hù)和控制作用, 嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響其它設(shè)備的運(yùn)行甚至釀成事故。真空斷路器是以真空作為絕緣和滅弧手段的斷路器, 因此, 真空度直接影響真空斷路器的性能。國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)資料表明, 真空斷路器事故絕大多數(shù)因真空泄漏引起。所以, 真空技術(shù)網(wǎng)(http://lu714.com/)認(rèn)為運(yùn)用科學(xué)的手段對(duì)真空斷路器進(jìn)行定期或不定期真空度檢測(cè), 及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障先兆對(duì)真空斷路器乃至整個(gè)系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行都有十分重要的意義。

2、真空度的概念

　　真空是指在某一特定的空間內(nèi)低于1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣體狀態(tài)。/真空0實(shí)質(zhì)上是指在特定的空間內(nèi)氣體稀薄程度的一種物理狀態(tài), 并用真空度即氣體壓強(qiáng)來(lái)表示這種物理狀態(tài), 所以真空度實(shí)質(zhì)上與氣體壓力是同一物理概念。真空度越高, 氣體壓力越小,反之真空度越低, 即氣體壓力越大。

3、真空斷路器真空度降低的原因

　　真空斷路器在運(yùn)行一段時(shí)間后, 由于受制造質(zhì)量、生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸、保管、安裝、運(yùn)行過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境等諸多因素的影響, 真空滅弧室的真空度會(huì)逐漸降低,當(dāng)其真空度降到一定數(shù)值時(shí)將會(huì)影響其開(kāi)斷能力和耐壓水平, 主要原因歸納如下。

　　(1)斷路器本體結(jié)構(gòu)上的缺陷如機(jī)械壽命到期、波紋管或滅弧室破裂造成微量漏氣, 這種漏氣平時(shí)檢測(cè)不到, 只有經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的積累, 降低一定程度才能被檢測(cè)到。

　　(2)滅弧室的制造材料含有一定的氣體雜質(zhì), 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行慢慢析出, 造成真空滅弧室壓力上升。

　　(3)在斷路器運(yùn)行過(guò)程中, 由于外力造成滅弧室損壞, 從而引起真空斷路器真空度降低。

　　真空滅弧室是真空斷路器的核心部分, 它是以真空條件為工作基礎(chǔ)的, 真空度是決定真空斷路器工作性能(絕緣和開(kāi)斷能力)的真空斷路器的重要技術(shù)指標(biāo)。運(yùn)行單位在使用中如不能及時(shí)判定和發(fā)現(xiàn), 將直接影響真空斷路器的遮斷能力, 嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致遮斷能力的完全失敗。因此, 檢測(cè)真空滅弧室的真空度, 尤其是檢測(cè)運(yùn)行中的真空斷路器真空度。對(duì)真空斷路器的可靠運(yùn)行是十分重要的保證。

4、真空度的檢測(cè)方法

4.1、定性檢測(cè)法

　　4.1.1、觀察法

　　真空斷路器滅弧室有玻璃外殼和陶瓷外殼兩種。對(duì)于玻璃外殼真空滅弧室, 可以觀察涂在玻璃內(nèi)壁上的吸氣劑薄膜顏色的變化和觀察開(kāi)斷電流時(shí)的弧光來(lái)判斷真空度。

　　(1)觀察吸氣劑薄膜顏色

　　玻璃外殼真空滅弧室制造時(shí)將玻璃管內(nèi)壁蒸散一層吸氣劑, 這種物質(zhì)既可吸附管內(nèi)殘余氣體, 維持高真空, 亦可指示真空度。真空度良好時(shí), 吸氣劑的薄膜非常亮像鏡面; 如果真空度降低, 吸氣劑薄膜變成乳白色。該判斷方法只有在真空度降到很低時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。

　　(2)觀察開(kāi)斷電流時(shí)的弧光

　　由于真空滅弧室內(nèi)部真空度降低時(shí)常常伴隨著電弧顏色改變及內(nèi)部零件氧化, 所以對(duì)玻璃外殼的真空滅弧室可以定期觀察。經(jīng)常觀察真空滅弧室開(kāi)斷電流時(shí)真空電弧的顏色, 如有懷疑應(yīng)進(jìn)行真空度檢查。正常的真空滅弧室弧光顏色為淡青色, 經(jīng)屏蔽罩反射后, 呈黃綠色。若弧光顏色為紫紅色, 可能是真空滅弧室失效。此方法比較直觀易行, 可與設(shè)備外觀檢查同時(shí)進(jìn)行。

　　(3)火花計(jì)法

　　這種方法是利用火花探測(cè)儀檢測(cè), 檢測(cè)時(shí)將火花探測(cè)儀沿著滅弧室表面移動(dòng), 由于高頻電場(chǎng)的作用; 真空滅弧室內(nèi)部有不同的發(fā)光情況出現(xiàn)。根據(jù)發(fā)光的顏色來(lái)鑒定真空滅弧室的真空度。若管內(nèi)有淡青色輝光, 則真空度良好; 若呈紅藍(lán)色光, 說(shuō)明管子已經(jīng)失效;若管內(nèi)已處于大氣狀態(tài), 則不會(huì)發(fā)光。

　　(4)小結(jié)

　　觀察法判斷并不容易且不準(zhǔn)確, 只能依靠經(jīng)驗(yàn)判斷, 通常作為參考使用。此方法僅限于玻璃外殼真空滅弧室, 隨著制造技術(shù)發(fā)展, 陶瓷外殼的真空滅弧室應(yīng)用越來(lái)越多, 用觀察法已不能對(duì)大量使用的非玻璃外殼滅弧室進(jìn)行真空度的判斷。

　　4.1.2、交流耐壓法

　　(1)試驗(yàn)原理

　　實(shí)踐表明, 采用交流耐壓法檢測(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。該方法是將滅弧室兩觸頭拉至額定開(kāi)距, 即真空斷路器處于開(kāi)斷狀態(tài)下, 在動(dòng)靜觸頭之間施加額定試驗(yàn)電壓, 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。由此判斷真空滅弧室真空度是否劣化。

　　(2)優(yōu)、缺點(diǎn)

　　這種方法簡(jiǎn)單易行、現(xiàn)場(chǎng)使用方便。其缺點(diǎn)是, 只能粗略地判斷其真空度嚴(yán)重劣化的滅弧室。研究表明, 當(dāng)真空滅弧室內(nèi)壓強(qiáng)高于10^-2 ~ 10^-1 Pa, 甚至達(dá)1Pa時(shí), 擊穿電壓和重?fù)舸╇妷阂矝](méi)有顯著地下降, 此方法對(duì)真空度處于臨界狀態(tài)的真空滅弧室判斷可能就勉為其難了。所以無(wú)法合理地判斷真空度的變化趨勢(shì), 此外, 工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)斷路器絕緣尤其是復(fù)合有機(jī)絕緣有累積損壞效應(yīng), 不宜經(jīng)常采用。

　　(3)試驗(yàn)電壓

　　《規(guī)程》規(guī)定, 要定期對(duì)真空斷路器主回路對(duì)地、相間及斷口進(jìn)行交流耐壓。試驗(yàn)電壓值如表1所示。

表1 真空斷路器交流耐壓試驗(yàn)電壓值

4.2、定量檢測(cè)法

　　定性檢測(cè)法只是粗略判定真空度的好壞, 對(duì)真空斷路器的真空度無(wú)法進(jìn)行定量的檢測(cè), 很多事例證明,工頻耐壓通過(guò)的真空滅弧室并不等于不漏氣, 最有效的方法還是檢測(cè)真空度。現(xiàn)在已研制出了檢測(cè)滅弧室真空度的新型儀器, 可以對(duì)真空斷路器滅弧室的真空度進(jìn)行定量分析。

　　4.2.1、真空度測(cè)試儀測(cè)試法

　　這是一種比較準(zhǔn)確的檢查方法, 它能迅速準(zhǔn)確地測(cè)量滅弧室內(nèi)真空度高低。目前真空度測(cè)試儀大多采用磁控放電法。

　　(1)基本原理

圖1 磁控放電測(cè)量原理圖

　　圖1 為用磁控放電法進(jìn)行真空度測(cè)量的原理圖。將真空滅弧室兩觸頭拉開(kāi)一定的開(kāi)距, 在真空中的兩電極間施加脈沖高壓, 將勵(lì)磁線圈繞于滅弧室外側(cè), 向線圈通以大電流, 從而在滅弧室內(nèi)產(chǎn)生與高壓同步的脈沖磁場(chǎng)。這樣, 在脈沖磁場(chǎng)的作用下, 滅弧室中的電子作螺旋運(yùn)動(dòng), 并與殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離, 所產(chǎn)生的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例關(guān)系。對(duì)于直徑不同的真空管, 同等真空度條件下, 離子電流的大小也不相同。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以標(biāo)定出不同管型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)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, 這由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。

　　(2)判斷標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)真空度要滿足真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度要求, 真空度不得大于6.6×10^-2 Pa, 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^-3 Pa。從目前現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的情況看, 采用這種方法獲得的數(shù)據(jù)最為準(zhǔn)確、有效, 它可以推算出真空斷路器真空度

　　的準(zhǔn)確數(shù)值, 試驗(yàn)可靠性較高。

　　4.2.2、運(yùn)行監(jiān)視法

　　目前10~ 35kV 系統(tǒng)多用封閉式組合斷路器柜。這種新型斷路器柜設(shè)計(jì)有帶電顯示器, 是從線路電流互感器引出。當(dāng)真空斷路器在熱備用情況下, 帶電顯示器沒(méi)有顯示。如果出現(xiàn)真空斷路器真空度降低發(fā)生放電, 帶電顯示器就會(huì)顯示帶電。

　　4.2.3、在線檢測(cè)法

　　真空滅弧室從制造廠排氣系統(tǒng)上封離后, 其內(nèi)部的真空狀態(tài), 通常只能在非運(yùn)行(離線)狀態(tài)下采取工頻耐壓法等才可監(jiān)知是否還在允許范圍內(nèi)。如何在真空斷路器處于帶電運(yùn)行(在線)的狀態(tài)下隨時(shí)檢測(cè)其滅弧室內(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, 這是用戶十分關(guān)心的問(wèn)題, 是智能化高壓電器的發(fā)展方向, 也是目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有真正解決的技術(shù)難題 。

5、其它方法

　　測(cè)試真空度還有其它一些方法, 如高頻電流法、特斯拉線圈法、絕緣電阻法、持續(xù)電流開(kāi)斷法等。由于種種原因, 這些方法均不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求(快速、簡(jiǎn)便測(cè)定), 在此不再逐一贅述。

6、結(jié)束語(yǔ)

　　(1)運(yùn)行單位應(yīng)把好安裝、交接關(guān)。真空斷路器到現(xiàn)場(chǎng)以后, 首先進(jìn)行開(kāi)箱外觀檢查: 真空滅弧室有無(wú)漏氣、破裂、滅弧室內(nèi)部無(wú)氧化現(xiàn)象, 然后用真空度測(cè)試儀檢測(cè)器真空度是否達(dá)標(biāo), 并輔以交流耐壓試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　(2)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視, 對(duì)玻璃外殼真空滅弧室, 當(dāng)內(nèi)部部件表面顏色變暗或開(kāi)斷電流時(shí)弧光為暗紅色時(shí), 可以初步判斷真空已嚴(yán)重下降, 應(yīng)馬上進(jìn)行停電檢測(cè)。另外需加強(qiáng)帶電顯示裝置的監(jiān)視。運(yùn)行人員在巡視設(shè)備或處理事故時(shí)可以結(jié)合斷路器位置觀察帶電顯示器, 從而準(zhǔn)確的判斷真空斷路器的情況、有效的處理事故。

　　(3)對(duì)真空斷路器應(yīng)該每年進(jìn)行一次停電檢查維護(hù), 以保證正常運(yùn)行。盡可能的利用停電機(jī)會(huì)對(duì)真空斷路器真空度進(jìn)行檢測(cè), 若懷疑真空度有下降趨勢(shì), 應(yīng)縮短周期檢測(cè)。通過(guò)運(yùn)行(運(yùn)行工況、運(yùn)行年限)、檢修、試驗(yàn)等情況對(duì)真空滅弧室的運(yùn)行狀態(tài)作出綜合判斷。

　　(4)為確保測(cè)試的準(zhǔn)確性, 防止誤判, 應(yīng)該定期對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行校驗(yàn)。

　　(5)加強(qiáng)真空斷路器的技術(shù)管理工作, 建立運(yùn)行中真空斷路器的技術(shù)檔案。譬如出廠報(bào)告、交接驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、定期測(cè)試報(bào)告、帶電顯示裝置的運(yùn)行記錄、斷路器動(dòng)作情況等。