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摘要： 文章介绍某台VD4型断路器灭弧室漏气故障发现、处理的全过程，分析了漏气的原因，提出了应采取的对策；通过对从断路器手车上拆下的灭弧室真空度试验情况分析，指出在现场用磁控法测真空度时应注意的事项。
关键词： 灭弧室；真空度；漏气；磁控放电法
0 引言
真空断路器具有绝缘强度高、灭弧能力强、适合频繁操作的特点，同时还有体积小、质量小、噪声低、无污染、可靠性高、维修简单等一系列优点，在35kV及以下电网中得到了十分广泛地应用［２］［４］。真空灭弧室是真空断路器的心脏，灭弧室的真空度直接影响着断路器的开断性能，只有当灭弧室的真空度在合适的范围内，且密封完好时，才能发挥出真空断路器的优良性能。否则，将会造成设备异常运行，若不能及时发现和处理灭弧室缺陷，甚至可能造成事故。
1 VD4型真空断路器漏气故障处理
三门峡市电业局某220 kV末端变电站，目前站里仅有一台三绕组的主变压器，其运行编号为紫1号主变压器。该主变压器10 kV侧开关采用VD4型真空断路器，运行编号为紫101。2004年2月17日，紫1号主变压器因有工作需停止运行， 在倒闸操作过程中，当运行人员断开紫101开关后，发现10 kV母线C相电压表仍指示有3 kV左右的电压，运行人员认为是C相开关触头未彻底分离所致。因此，在紫1号主变压器停运解备后，检修人员用指针式万用表的电阻档对开关的通断情况进行了检查，检查结果为三相开关分闸时电阻为无穷大，合闸时电阻为零，没 有发现断路器有什么问题。
2004年2月20日，紫1号主变压器工作结束，在将三侧开关恢复备用过程中，刚合上主变压器的高压侧开关，运行人员就又发现10 kV C相电压表即有3kV电压，其他两相电压表稍有一点指示值，而此时主变压器10 kV侧开关并没有合闸。现场听到紫101柜内有“吱吱”的放电声，由于是中置式开关柜，密封严实，看不见也听不清放电声来自哪个部位。与此同时，运行人员还发现，布置于紫101柜门下，接在开关母线侧的带电显示器C相指示灯也在闪烁。将以上情况汇报调度员后，运行人员把紫101开关手车退至备用位置，紫1号主变压器高、中压两侧开关加入运行。
为了及时恢复紫10kV母线供电，检修和试验人员对紫101开关进行了试验，试验项目和数据见表1。
表1 紫101开关现场试验数据
相 别
绝缘电阻/MΩ
接触电阻/μΩ
离子电流/A
工频耐压/kV·min-1
A
50 000
4
0.754×10-7
38
B
20 000
5
0.887×10-7
38
C
35 000
59
0.732×10-7
5(放电)
当时在现场测真空度时使用的是以磁控放电为原理的ZKY-2000微机型真空度测试仪。因为该仪器中预先未存储VD4型真空断路器经定标实验所确定的真空度—离子电流Pa(i)标准曲线，无法直接测量(显示)出其真空度，故用离子电流值来代表灭弧室的真空度。按仪器使用说明书的规定，离子电流值大于500μA时建议该真空管报废。
从现场试验情况和表1的试验数据看，紫101开关A、B两相真空灭弧室各项数据均为合格值。C相灭弧室的绝缘电阻和离子电流值从数值来看也是合格的；接触电阻值按厂家的技术说明书，要求不大于25μΩ，而实际为59μΩ；工频耐压试验时，C相断口电压只升到5kV，真空管就放电跳闸。显然，紫101开关C相真空灭弧室有缺陷，断路器不能再投入运行。
试验人员立即将开关故障现象和试验结果告知开关柜生产厂家，要求派人来处理。厂家技术服务人员赶到现场，再次对开关做了各种试验，证实C相开关确有问题，初步估计是灭弧室漏气。
2004年2月22日，厂家技术服务人员带来一相新的开关灭弧室。拆除了有故障的C相真空灭弧室，将新部件更换上，各项试验合格后，不到2h，紫101开关便投入了运行。新断路器的试验数据见表2。
2 VD4型真空断路器漏气原因分析
为了弄清真空灭弧室故障情况，在现场对拆下的VD4型C相真空灭弧室总成进行了解体。在拆去真空灭弧室两侧用于紧固、导电和传动的零部件后，把真空灭弧室从一圆筒状的环氧树脂外壳中卸了出来。这时，只要稍微用一点力，就可将灭弧室中的动、静触头从闭合位置拉开，动、静触头间已无因真空而形成的自闭力，或者说自闭力已经很小，这说明灭弧室的真空度因为漏气已大大下降。
表2 紫101开关更换后试验数据
相 别
绝缘电阻/MΩ
接触电阻/μΩ
离子电流/A
工频耐压/kV·1min-1
A
50 000
4
0.598×10-7
38
B
50 000
4
0.743×10-7
38
C
50 000
5
0.658×10-7
38
真空灭弧室漏气的原因，笔者认为主要是制造质量不良。这台断路器2000年6月出厂，2000年12月在该站投入运行。投入运行3年多以来，从未开断过故障电流。即使是正常的停送电操作，也极少进行，因为该站是单台主变压器，不轻易停电。从断路器手车上装设的动作计数器看，从出厂至今，仅操作过93次。笔者认为，这些操作主要是设备安装时调整试验和保护传动时所进行的动作。同时，据开关厂技术人员介绍，他们极少碰到VD4型真空断路器的灭弧室漏气的情况。一般情况下，真空灭弧室的真空寿命要求达到20年左右；真空断路器的机械寿命和开合负荷电流的次数都应达到10 000次以上［１］。VD4型真空断路器厂家资料也显示其机械寿命为30 000次。而从紫101开关运行时间、运行情况和动作次数来看，远小于真空断路器的真空寿命和机械寿命。因此，笔者认为真空灭弧室漏气的主要原因是制造质量不良。
3 真空灭弧室拆下后的试验和分析
为了测试从环氧树脂圆筒中拆出的灭弧室的真空度，试验人员用塑料带绑住真空灭弧室的动触头一侧，将灭弧室抬起来，利用静触头和灭弧室自身的质量，克服自闭力和波纹管的收缩力，使动、静触头分开，形成一定的开距。灭弧室外壳是不透明的乳白色玻璃陶瓷，无法看到其内部开距的大小。试验人员把磁控线圈直接缠绕在真空灭弧室的外侧，重新进行测试。这时测得的离子电流值为1814×10-7A。单从数值看，与原来的值相比，离子电流增加了一个数量级。若按真空度测试仪使用说明书的规定，该电流值仍在合格范围内。但笔者认为，此时测得的真空度与在断路器手车上的测试值已没有可比性。原因为：真空灭弧室放电电流与真空度之间的关系，不仅取决于磁场强度的大小、方向、开距，以及灭弧室在磁控线圈中的位置等参数，而且还受灭弧室结构和尺寸的影响［２］。两次测试，虽然同为C相灭弧室，但测试的前提条件有所不同，故测得的数据无法比较。
(1) 两次测试，灭弧室中动、静触头间开距大小不同。当真空灭弧室装在开关手车架上时，由于受传动机构零部件的约束，开距是一个固定的数值；而拆下后测试时，由工作人员抬起灭弧室的动触头一侧，利用静触头和灭弧室质量所形成的开距，其大小肯定和运行中分闸后的情况不同，而开距的大小对离子电流值是有影响的。
(2) 两次测试中，磁控线圈缠绕灭弧室的外径不同，也就是说灭弧室在磁控线圈中的位置不同。正常情况下，VD4型真空断路器的灭弧室固定在一个外径约195 mm的环氧树脂圆筒中，在手车上测试时只能把磁控线圈缠绕在该圆筒的外侧；当把灭弧室从圆筒中拆出后，其自身外径只有约110 mm。而磁控线圈缠绕直径对其中心的磁场强度也可以说是对离子电流的大小是有影响的。
基于以上两点，笔者认为，两次测试的前提条件不同，所以测出的真空度(离子电流)值无法进行比较。同时，鉴于C相灭弧室断口耐压试验未能通过，即使其测得的离子电流值是合格的，断路器也不能投入运行［３］。
2 停电操作中异常现象定性分析
紫101开关C相真空灭弧室因为漏气而使真空度下降后，其击穿电压降低。从工频耐压试验可知，当断口工频电压加至5 kV时，灭弧室中动、静触头击穿。在紫1号主变压器停运操作中，断开紫101开关后，开关断口两端电压为10 kV，母线对地电压约为6 kV，它大于C相真空灭弧室的击穿电压，因此C相开关击穿，在灭弧室内形成电弧。此时开关后所带负荷是10 kV C相电压互感器的一次绕组，其阻抗值较大，灭弧室内电弧电流是小电流，所以，这一电弧相当于一个阻抗，它和C相电压互感器的一次阻抗串联起来，按阻抗大小对10 kV母线对地电压进行分压，结果使C相电压互感器一次绕组两端约有3 kV左右的电压，从母线电压表上可以看出C相对地的电压约为3 kV。因放电形成的电弧不太稳定，所以电压表的指针在3 kV左右摆动，同时伴有“吱吱”的放电声和带电显示灯的闪烁。因10 kV母线电压互感器是三相五柱式，当只有C相一次绕组有电压时，通过电压互感器铁心的感应和二次回路的耦合，使A、B相电压表也少许有一点指示值。所有这些现象，都是由于C相真空灭弧室漏气使其断口击穿电压降低而造成的。
3 结论
(1) VD4型真空断路器灭弧室漏气故障是十分罕见的，从文中所述的紫101开关运行时间不长和操作次数不多的情况来看，漏气原因应为制造质量不良。因此，真空灭弧室生产厂家应进一步加强质量管理，提高产品合格率。
(2) 用磁控法测试灭弧室的真空度，测试数据与开关结构、尺寸和试验方法有较大关系。所以，在现场测试时，不要认为测试仪器中只要存有被测灭弧室的Pa(i)标准曲线，给出了其管型代码，就可以在设定管型代码后直接读取真空度值，而应当注意，只有当测试方法、被测开关结构和尺寸都与定标实验相一致时，才能测准其真空度，否则，测试数据的真实性要打折扣。
(3) 工频耐压法是定性判断灭弧室真空度行之有效的方法，对供电企业来说，十分适合在现场使用。一般来说，能够通过工频耐压试验的真空断路器，是可以放心地投入运行的。
(4) 在现场可以采用各种测试方法，综合判断真空灭弧室的性能，如绝缘电阻、接触电阻、真空度测试和工频耐压等，只有各项测试数据都合格，才能说明真空灭弧室的性能是良好的。
(5) 变电运行人员在倒闸操作中，必须做到认真负责、精益求精、一丝不苟，不放过任何一点设备异常的迹象，这样才有可能及早发现设备隐患和缺陷，及时进行查处，防止设备发生事故。
4 参考文献
［１］ 徐国政等.高压断路器原理和应用.北京：清华大学出版社，2000.
［２］ 王季梅.真空开关理论及其应用.西安：西安交通大学出版社，1986.
［３］ 方可行.断路器故障与监测.北京：中国电力出版社，2003.
［４］ 蒋乃俊.真空开关使用手册.西安：陕西科学技术出版社，1995.
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