介紹了真空斷路器真空度檢測方法, 包括傳統的觀察法、工頻交流耐壓法和目前主要應用的磁控放電法、在線檢測法等, 前者為定性方法, 后者為定量方法, 現場測量時應盡可能的選用定量測量方法準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行。

1、引言

　　隨著我國電力系統無油化改造的順利實施和電力設備制造技術的飛速發展, 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; 環境污染小; 開斷容量大; 滅弧性能好; 適合頻繁操作; 運行維護簡便、可靠性高; 機械和電壽命長等優點, 因此在6~35kV電壓等級斷路器中占有主導地位, 并大有完全替代油斷路器的趨勢。真空斷路器作為電力系統重要的控制和保護電器, 如其存在故障或缺陷不僅起不到保護和控制作用, 嚴重時還會影響其它設備的運行甚至釀成事故。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。國內統計資料表明, 真空斷路器事故絕大多數因真空泄漏引起。所以, 真空技術網(http://smsksx.com/)認為運用科學的手段對真空斷路器進行定期或不定期真空度檢測, 及時發現故障先兆對真空斷路器乃至整個系統的安全和可靠運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低于1 個標準大氣壓的氣體狀態。/真空0實質上是指在特定的空間內氣體稀薄程度的一種物理狀態, 并用真空度即氣體壓強來表示這種物理狀態, 所以真空度實質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

　　真空斷路器在運行一段時間后, 由于受制造質量、生產工藝、運輸、保管、安裝、運行過程和現場使用環境等諸多因素的影響, 真空滅弧室的真空度會逐漸降低,當其真空度降到一定數值時將會影響其開斷能力和耐壓水平, 主要原因歸納如下。

　　(1)斷路器本體結構上的缺陷如機械壽命到期、波紋管或滅弧室破裂造成微量漏氣, 這種漏氣平時檢測不到, 只有經過較長時間的積累, 降低一定程度才能被檢測到。

　　(2)滅弧室的制造材料含有一定的氣體雜質, 經過長期運行慢慢析出, 造成真空滅弧室壓力上升。

　　(3)在斷路器運行過程中, 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的, 真空度是決定真空斷路器工作性能(絕緣和開斷能力)的真空斷路器的重要技術指標。運行單位在使用中如不能及時判定和發現, 將直接影響真空斷路器的遮斷能力, 嚴重時可導致遮斷能力的完全失敗。因此, 檢測真空滅弧室的真空度, 尤其是檢測運行中的真空斷路器真空度。對真空斷路器的可靠運行是十分重要的保證。

4、真空度的檢測方法

4.1、定性檢測法

　　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。對于玻璃外殼真空滅弧室, 可以觀察涂在玻璃內壁上的吸氣劑薄膜顏色的變化和觀察開斷電流時的弧光來判斷真空度。

　　(1)觀察吸氣劑薄膜顏色

　　玻璃外殼真空滅弧室制造時將玻璃管內壁蒸散一層吸氣劑, 這種物質既可吸附管內殘余氣體, 維持高真空, 亦可指示真空度。真空度良好時, 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才能被發現。

　　(2)觀察開斷電流時的弧光

　　由于真空滅弧室內部真空度降低時常常伴隨著電弧顏色改變及內部零件氧化, 所以對玻璃外殼的真空滅弧室可以定期觀察。經常觀察真空滅弧室開斷電流時真空電弧的顏色, 如有懷疑應進行真空度檢查。正常的真空滅弧室弧光顏色為淡青色, 經屏蔽罩反射后, 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, 可與設備外觀檢查同時進行。

　　(3)火花計法

　　這種方法是利用火花探測儀檢測, 檢測時將火花探測儀沿著滅弧室表面移動, 由于高頻電場的作用; 真空滅弧室內部有不同的發光情況出現。根據發光的顏色來鑒定真空滅弧室的真空度。若管內有淡青色輝光, 則真空度良好; 若呈紅藍色光, 說明管子已經失效;若管內已處于大氣狀態, 則不會發光。

　　(4)小結

　　觀察法判斷并不容易且不準確, 只能依靠經驗判斷, 通常作為參考使用。此方法僅限于玻璃外殼真空滅弧室, 隨著制造技術發展, 陶瓷外殼的真空滅弧室應用越來越多, 用觀察法已不能對大量使用的非玻璃外殼滅弧室進行真空度的判斷。

　　4.1.2、交流耐壓法

　　(1)試驗原理

　　實踐表明, 采用交流耐壓法檢測嚴重劣化的真空滅弧室的真空度是一種簡便有效的方法。該方法是將滅弧室兩觸頭拉至額定開距, 即真空斷路器處于開斷狀態下, 在動靜觸頭之間施加額定試驗電壓, 如果真空滅弧室內發出連續擊穿或持續放電, 表明真空度已嚴重降低, 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、缺點

　　這種方法簡單易行、現場使用方便。其缺點是, 只能粗略地判斷其真空度嚴重劣化的滅弧室。研究表明, 當真空滅弧室內壓強高于10^-2 ~ 10^-1 Pa, 甚至達1Pa時, 擊穿電壓和重擊穿電壓也沒有顯著地下降, 此方法對真空度處于臨界狀態的真空滅弧室判斷可能就勉為其難了。所以無法合理地判斷真空度的變化趨勢, 此外, 工頻耐壓試驗對斷路器絕緣尤其是復合有機絕緣有累積損壞效應, 不宜經常采用。

　　(3)試驗電壓

　　《規程》規定, 要定期對真空斷路器主回路對地、相間及斷口進行交流耐壓。試驗電壓值如表1所示。

表1 真空斷路器交流耐壓試驗電壓值

4.2、定量檢測法

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

　　4.2.1、真空度測試儀測試法

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

　　(1)基本原理

圖1 磁控放電測量原理圖

　　圖1 為用磁控放電法進行真空度測量的原理圖。將真空滅弧室兩觸頭拉開一定的開距, 在真空中的兩電極間施加脈沖高壓, 將勵磁線圈繞于滅弧室外側, 向線圈通以大電流, 從而在滅弧室內產生與高壓同步的脈沖磁場。這樣, 在脈沖磁場的作用下, 滅弧室中的電子作螺旋運動, 并與殘余氣體分子發生碰撞電離, 所產生的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例關系。對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。通過實驗可以標定出不同管型的真空度與離子電流的對應關系曲線。當測知離子電流后, 就可以通過查詢該管型的離子電流- 真空度曲線得出真空度的數值, 這由計算機自動完成。

　　(2)判斷標準

　　根據電力行業標準真空度要滿足真空滅弧室的絕緣強度要求, 真空度不得大于6.6×10^-2 Pa, 出廠時的真空滅弧室內部氣體壓強不得大于1.33 ×10^-3 Pa。從目前現場試驗的情況看, 采用這種方法獲得的數據最為準確、有效, 它可以推算出真空斷路器真空度

　　的準確數值, 試驗可靠性較高。

　　4.2.2、運行監視法

　　目前10~ 35kV 系統多用封閉式組合斷路器柜。這種新型斷路器柜設計有帶電顯示器, 是從線路電流互感器引出。當真空斷路器在熱備用情況下, 帶電顯示器沒有顯示。如果出現真空斷路器真空度降低發生放電, 帶電顯示器就會顯示帶電。

　　4.2.3、在線檢測法

　　真空滅弧室從制造廠排氣系統上封離后, 其內部的真空狀態, 通常只能在非運行(離線)狀態下采取工頻耐壓法等才可監知是否還在允許范圍內。如何在真空斷路器處于帶電運行(在線)的狀態下隨時檢測其滅弧室內真空度的變化, 從而有利于開展狀態檢修,確保運行安全可靠, 這是用戶十分關心的問題, 是智能化高壓電器的發展方向, 也是目前國內外還沒有真正解決的技術難題 。

5、其它方法

　　測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、持續電流開斷法等。由于種種原因, 這些方法均不能滿足現場使用的要求(快速、簡便測定), 在此不再逐一贅述。

6、結束語

　　(1)運行單位應把好安裝、交接關。真空斷路器到現場以后, 首先進行開箱外觀檢查: 真空滅弧室有無漏氣、破裂、滅弧室內部無氧化現象, 然后用真空度測試儀檢測器真空度是否達標, 并輔以交流耐壓試驗驗證。

　　(2)加強運行監視, 對玻璃外殼真空滅弧室, 當內部部件表面顏色變暗或開斷電流時弧光為暗紅色時, 可以初步判斷真空已嚴重下降, 應馬上進行停電檢測。另外需加強帶電顯示裝置的監視。運行人員在巡視設備或處理事故時可以結合斷路器位置觀察帶電顯示器, 從而準確的判斷真空斷路器的情況、有效的處理事故。

　　(3)對真空斷路器應該每年進行一次停電檢查維護, 以保證正常運行。盡可能的利用停電機會對真空斷路器真空度進行檢測, 若懷疑真空度有下降趨勢, 應縮短周期檢測。通過運行(運行工況、運行年限)、檢修、試驗等情況對真空滅弧室的運行狀態作出綜合判斷。

　　(4)為確保測試的準確性, 防止誤判, 應該定期對測試儀器進行校驗。

　　(5)加強真空斷路器的技術管理工作, 建立運行中真空斷路器的技術檔案。譬如出廠報告、交接驗收報告、定期測試報告、帶電顯示裝置的運行記錄、斷路器動作情況等。