真空断路器灭弧室真空度检测浅析

真空断路器灭弧室真空度检测浅析真空断路器灭弧室真空度检测浅析 摘 要 随着我国配电系统 无油化 改造工作的实施 真空断路器的应 用越来越广泛 真空断路器是以真空灭弧室的真空度条件作为工作基础的 因 此 其真空度将直接影响到电力系统的运行安全性 本文简要分析了国产真空 度检测仪的工作原理及在电力系统的应用 关键词 真空泡 真空度测试原理 脉冲电压 励磁电流 离子电流 序序 言言 真空断路器是近二十年来兴起的一种新型 高性能的开关电器 特别是近几年我国配电系统 无油化 改造的顺利实施 真空断路器的应 用越来越广泛 真空断路器的核心部分是灭弧室 由于灭弧室是以真空条件作 为其工作基础的 所以它不象油开关 SF6 开关那样容易检查其介质量 有些 真空开关在运行过程中其真空灭弧室含有不同程度的泄露 有的在寿命范围内 就可能泄露到无法正常开断的地步 在这种情况下进行开断就会出现开不断的 现象而造成严重的后果 国内真空开关事故均是由于此原因引起的 传统上 真空断路器用户判断灭弧室真空度的方法是工频耐压法 既真空开关处于开断 状态下 在动静触头之间施加一定的电压 检测泄露电流的大小或观察灭弧室 内的放电现象 由此推断真空度的好坏 这种方法的优点是方法简单 其缺点 是 只能定性检测真空度的好坏 而且由于施加的电压不高 真空度在 10 5 0 3Pa 之间 无法分辨 即耐压法的实验结果基本是一样的 所以无法合理 地判断发展性泄露 即同一个真空开关和上次相比有多大程度的泄露 这种 方法只能粗略地判断其真空度严重劣化的灭弧室 株洲电厂 1994 年 2 125MW 机组投产以来 截至 2002 年底已基本上将原 6KV 厂用电油开关改为真空开关 真空开关较之油开关而言 它具有开断容量 大 灭弧性能好 机械寿命长 运行维护量小 检修量小 检修周期长等特点 虽然真空开关缺陷率和故障率较低 但较突出的问题是真空泡真空泡的真空度 检测问题 系统中有报道称 因真空泡真空度达不到要求 而引起开关爆炸 造成三相短路 酿成重大事故等 因此 对真空泡真空度的检测必须引起高度 重视 1 1 真空灭弧室基本结构和原理真空灭弧室基本结构和原理 真空断路器的灭弧室每一只为一不可拆卸的整体 动 静能为分别焊在动 静导电杆上 静导电杆焊在上法兰盘上 动导电杆上焊一波纹管在导向套内运 动 波纹管及导向套焊在下法兰盘上 由瓷柱支撑的金属圆筒屏蔽罩在动静触 头外面 再与玻璃外壳形成一密封的腔体 该腔体经过抽真空 真空度一般在 10 6Pa 以上 当合 分闸操作时 动导电杆上下运动 波纹管被压缩或拉伸 使真空灭弧室内的真空度得到保持 在真空中由于气体分子的平均自由行程很大 气体不容易产生游离 真空的绝 缘强度比大气的绝缘强度要高得多 当开关分闸时 触头间产生电弧 触头表 面在高温下挥发出金属蒸气 由于触头设计为特殊形状 在电流通过产生一磁 场 电弧在此磁场力的作用下沿触头表面切线方向快速运动 在金属圆筒 即 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 基本测试方法基本测试方法 以往对于真空断路器灭弧室真空度的检测通常采用工频耐压法 但是这种 方法只能粗略地估计灭弧室是否报废 属定质检测 由于真空灭弧室是一个装 在开关机构上的密封结构 它的检测较为困难 特别是较短的检修期内完成检 测工作 就必须实现真空度的不拆卸测量 针对这一特点 国内市场根据励磁 放电原理研制的真空度测试仪应运而生 实现了真空度的高精度不拆卸测量 解决了电力行业真空度测试的技术难题 真空度测试仪是测量真空开关真空度的一种专用仪器 对它的可靠性 可首先 采用模拟现场测试来评价 将真空开关连接到真空装置上 使得真空开关内部 的真空度和真空装置的真空度一致 故真空开关内部的真空度就可以用副标准 电离真空计测量 同时真空度测试仪也进行测量 将副标准电离真空计所读取 的数据与真空度测试仪读取的数据进行比较 相对误差 P 间 标 max p 标 100 一 般不大于 5 从而得到真空度测试相对标准电离真空计的精度 通过比较可 看出测试仪测量时间短 操作方便 抗干扰能力强 测量精度高 重复性好 为用户详细掌握真空灭弧室的状态提供了依据 3 3 测试原理测试原理 将灭弧室两触头拉开一定的距离 施加脉冲高压 将电磁线圈置于灭弧室 外侧 向线圈通以大电流 从而在灭弧室内产生与高压同步的脉冲磁场 这样 在脉冲强磁场和强电场的作用下 灭弧室中的电子作螺旋运动 并与残余气体 分子发生碰撞电离 能产生的离子电流与残余气体密度 即真空度 近似成比 例关系 对于不同的真空管型号 管型 由于其结构不同 在同等触头开距 同等真空度 同等电场与磁场的条件下 离子电流的大小也不相同 通过试验 可以标定出各种管型的真空度与离子电流间的对应关系曲线 当测知离子电流 后 就可以通过查询该管型的离子电流真空度曲线就得该管型的真空度 这一 过程由微计算机自动完成 4 4 工作过程工作过程 将断路器处于分闸状态 高压输出端接于灭弧室静触头 离子电流输出端 接于灭弧室动触头 升压器次级的高电压输出加到灭弧室的触头上 其波形如 图 2 中的曲线 V 所示 励磁线圈中的脉冲电流如图 2 中的曲线 B 所示 当励磁线圈产生的磁场达到某一临界值 Bm 时 灭弧室开始放电 产生离子电流 I 如 图 2 中的曲线 I 所示 该电流经取样回路输入微机 测试时电场电压与磁场电 压的充电设置为自动程序 仪器最后显示的数据依次为离子电流最大值 次最大 值 稳定值 平均值 并根据离子电流平均值查校准曲线后给出灭弧室真空度测 试值 微机根据采集到的离子电流数据分析处理 再根据管型查表求出真空度 以上结果由显示器显示或打印输出 一般情况下 真空度的测量范围为 10 1 10 4 根据国家标准真空度在 6 6 10 2Pa 以下 属不合格范围 应予以淘汰 依据 高压断路器定货技术条件 99 对于运行中的真空断路器其真空 灭弧室的真空度不得大于 6 6 10 2Pa 和电力部颁标准 1 33 10 2Pa 当真空 度大于 10 2Pa 时建议该真空管报废 真空开关管的有效期 包括储存期和使用年限 一般在 15 20 年左右 在 允许期之未 真空度不得大于 6 6 10 2Pa 对于储存期的真空管也应在规定 的使用有效期内进行检查 其真空度也不得大于 6 6 10 2Pa 可由下式计算 储存期 T 6 6 10 2Pa Pn Pn 1 Pn tn 365 Pn 真空度测量值 Pn 1 静止后真空度复测值 tn 不少于 7 天 根据真空开关使用单位经验 建议投产后 3 个月 6 个月 1 年各进行一次 预防性试验 然后再按正常的预试周期进行预试 从而达到在真空开关不稳定 期间内加强对其运行检测的目的 通过测量试验和统计对真空泡的运行状态作 出综合的判断 5 5 结束语结束语 真空开关作为我国电力行业日趋普及的高压电器 其内部的真空度直接影 响着开断性能 关系着电力系统运行的安全性 因此灭弧室的真空度检测是非 常必要的 采用真空度测试仪 实现了真空灭弧室不拆卸条件下的真空度量测量 由 微计算机零时控制数据采集处理 自动完成整个测试过程 可直