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摘 要：电力系统已基本实现断路器无油化改造，取而代之的是真空断路器和SF6断路器。状态检修已推行十年，状态检修依据设备状态评价的结果，考虑设备风险因素，动态制定设备的检修计划，而对一些长期过载运行的水、气、工业等一类负荷，设备运行环境相对恶劣，设备老化速度不在可考量范围，加上停电难度大，对于随机性、发展性、突发性的缺陷，真空断路器并不能像SF6断路器，可以实现告警闭锁功能，一旦发生恶化，基本就是断路器本体破坏性故障。文章针对现状，提出自己的看法。
关键词：状态检修；真空断路器
中图分类号：TB754+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0081-02
目前福建电网，10 kV及以下断路器，基本使用真空断路器。真空断路器核心部件是真空灭弧室，考虑到真空管的完好性，现有厂家均未设计破口，故它无法像SF6断路器那样，可以将气体压力异常信号作为报警和闭锁信号，避免扩大设备事故。由于无法对运行中的真空断路器实时在线监测断路器特性，加上福建电网现已全面推行状态检修，使得对健康状况良好的设备，预防性试验周期变长，设备老化的发展性的隐性缺陷无法及时发现，这种情况在状态检修后，反而给设备本体突发故障制造了条件。
1 真空断路器的常见结构
1.1 真空断路器的结构原理
常见真空断路器的结构示意图，如图1所示。
真空灭弧室的结构很象一个大型的真空电子管，外壳有玻璃和陶瓷两种构造，动触头的密封靠金属波纹管，在允许的弹性变形范围内伸缩，有足够高的机械寿命。在动、静触头的外周，装设了悬浮电位的金属屏蔽罩，它起冷凝吸收金属蒸汽、均匀电场分布、保护外壳等表面绝缘作用。
真空断路器的灭弧原理与其他种类断路器灭弧原理不同，其他断路器主要利用灭弧介质来达到熄灭电弧的目的。真空断路器是利用真空阻止电弧重燃来达到灭弧的目的。在真空条件下（一般指10～4至10～7 Torr），真空间隙的绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。因此，电流过零后能否重燃取决于弧隙介质强度的恢复。若恢复了，则能有效的阻止电弧的重燃，否则，电弧会继续燃烧直到下一个过零点，才有可能熄弧。
1.2 真空断路器特性参数
①三相不同期：指开关三相分（合）闸时间的最大及最小值的差值。
②弹跳时间：指开关的动静触头在合闸过程中发生的所有接触，分离（即弹跳）的累计时间值（即第一次接触到完全接触的时间）。
③分闸时间：处于合闸位置的断路器，从分闸脱扣带电时刻到所有各极触头分离时刻的时间间隔。
④合闸时间：处于分闸位置的断路器，从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔。
⑤开距：指开关从分状态开始到动触头与静触头刚接触的这一段距离。
⑥真空度：作为衡量真空水平的一种有效数据，从其本质上来说是一定空间内的真空压强值的体现，空间内气体含量越低其压强越小，则真空度越好，对于真空开关来说其使用性能、开断能力等主要指标水平越高。
⑦绝缘电阻：一般是合闸状态，三相用保险丝绕在一起测对地绝缘，分闸状态下，断口进线侧用保险丝绕在一起，出线侧用保险丝绕在一起测断口绝缘。
1.3 真空断路器的常见故障
1.3.1 机械故障
现有操动机构以弹簧机构为主，因工艺原材料不良，行程开距不在正常范围，开口销、挡卡断裂，导致四连杆机构无法在合闸位置保持，或者分闸无法脱扣。另外由于弹簧操作机构内部传动、轴承、连杆的润滑不足也会导致分合闸不到位，线圈烧毁等现象。
1.3.2 电气故障
电气回路故障可以通过保护测控装置，发出的告警信号，及时跟进处理。但是，真空断路器随着使用年限的增长，运行环境的变化，电气本体指标参数必然或多或少的产生变化，未及时检修，将直接威胁人身、电网、设备安全。
2 案例分析
某变电站，运维人员发现10 kV馈线631过流Ⅰ段动作开关跳闸，30分钟后，主变低后备保护复压过流I段动作，主变低压侧开关跳闸。监控收到火灾报警动作信号，随后运维人员到岗发现10 kV开关室浓烟弥漫无法进入，使用防毒面具进入后发现10 kV馈线631开关柜柜体烧毁，并立即汇报。
从信号动作情况分析以及现场631柜体特别是开关上触头的损毁程度和主变低后备保护的保护范围推测起火的可能性。当天地区雷雨，多条馈线无原因跳闸，初步断定为雷电的侵入，10 kV馈线631开关在短路电流作用下，虽已跳闸，但断路器主要器件的绝缘水平受到破坏，加上属主变近端短路，故障电流达到正常时的几十倍，而热量又和电流的平方成正比，使温度急剧上升，大大超过现有断路器绝缘部件的燃点甚至熔化触头金属，这点可以从被烧毁的动静触头看出，燃烧产生的烟尘使得真空断路器绝缘闪络，进而迅速发展为三相短路，造成主变低后备保护动作跳开主变低压侧开关，而强大的电动力也将绝缘杆折断。
3 状态检修下的真空断路器应重点关注
3.1 真空度指标
真空度是否合格，直接影响真空断路器开断短路电流能力。现阶段，真空断路器主要使用真空度测试仪和工频耐压法进行检测，但只对真空度严重化的灭弧室才有效。真空灭弧室不发生事故所允许的最大内部压强为1.33×10-2～1.33×10 Pa，即在高真空范围内，由于气体分子碰撞的几率很小，因此两触头的开断能力和触头间的绝缘恢复性能较好，真空灭弧室均可正常工作。
灭弧室的性能和绝缘性能很大一部分因素取决于其内部真空度的高低，当其内部真空度高于某一可允许的最大值时，即当灭弧室内气体压强高于这个范围的时候，在触头分断时，由于较大的浪涌电压使得触头间产生较强电场，增大了灭弧室内气体分子的动能，进而增大了气体分子的碰撞电离几率，容易造成触头间产生电弧无法熄灭甚至产生击穿现象无法分断，引起电网事故。
3.2 三相同期性
分合闸不同期，将使系统在短时间内处于非全相运行，引起过电压，尤其在先合一相情况比先合两相严重。对双侧电源供电的变压器，会严重威胁中性点不接地系统的分极绝缘变压器中性点绝缘，可能引起中性点避雷器爆炸。
故障跳闸重合闸时，如果两相先合，则使未合闸相的端电压升高，电弧电压其温度高达数千摄氏度，轻则对灭弧室造成机械强冲击，重则将产生爆炸。
3.3 绝缘电阻与回路电阻
真空断路器本体上的绝缘子、绝缘套管等绝缘元件，如绝缘不足发生电气击穿，在电气设备中，等同于相间短路，短路电流将提供强大的电动力，对断路器本体造成破坏。此外断路器动静触头的回路电阻应不大于4微欧，否则在大电流下，也容易引起过热烧毁。
4 结 语
总之，状态检修下的真空断路器除了着重对历年数据的比对，及时发现发展性缺陷，还应关注设备运行环境是否发生较大改变。通过对新技术新装置的不断投入与应用，利用在线监测技术及时发现运行中设备隐患，及时调整检修策略，才能确保设备安全稳定运行，真正达到设备运维水平与经济效益的提升。以上只是个人的浅见，难免不足之处，望多批评指正。
（注：Torr，真空度单位，学名托，1Torr=133.322Pa）
参考文献：
[1] 福州天一同益电气有限公司.ZN21高压开关柜说明书.
[2] 西安开关厂.真空断路器日常维护及常见问题检修.
[3] （Q/GDW 612-2011），12（7.2）kV～40.5kV 交流金属封闭开关设备状 态检修导则[S].
关键词：状态检修；真空断路器
中图分类号：TB754+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0081-02
目前福建电网，10 kV及以下断路器，基本使用真空断路器。真空断路器核心部件是真空灭弧室，考虑到真空管的完好性，现有厂家均未设计破口，故它无法像SF6断路器那样，可以将气体压力异常信号作为报警和闭锁信号，避免扩大设备事故。由于无法对运行中的真空断路器实时在线监测断路器特性，加上福建电网现已全面推行状态检修，使得对健康状况良好的设备，预防性试验周期变长，设备老化的发展性的隐性缺陷无法及时发现，这种情况在状态检修后，反而给设备本体突发故障制造了条件。
1 真空断路器的常见结构
1.1 真空断路器的结构原理
常见真空断路器的结构示意图，如图1所示。
真空灭弧室的结构很象一个大型的真空电子管，外壳有玻璃和陶瓷两种构造，动触头的密封靠金属波纹管，在允许的弹性变形范围内伸缩，有足够高的机械寿命。在动、静触头的外周，装设了悬浮电位的金属屏蔽罩，它起冷凝吸收金属蒸汽、均匀电场分布、保护外壳等表面绝缘作用。
真空断路器的灭弧原理与其他种类断路器灭弧原理不同，其他断路器主要利用灭弧介质来达到熄灭电弧的目的。真空断路器是利用真空阻止电弧重燃来达到灭弧的目的。在真空条件下（一般指10～4至10～7 Torr），真空间隙的绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。因此，电流过零后能否重燃取决于弧隙介质强度的恢复。若恢复了，则能有效的阻止电弧的重燃，否则，电弧会继续燃烧直到下一个过零点，才有可能熄弧。
1.2 真空断路器特性参数
①三相不同期：指开关三相分（合）闸时间的最大及最小值的差值。
②弹跳时间：指开关的动静触头在合闸过程中发生的所有接触，分离（即弹跳）的累计时间值（即第一次接触到完全接触的时间）。
③分闸时间：处于合闸位置的断路器，从分闸脱扣带电时刻到所有各极触头分离时刻的时间间隔。
④合闸时间：处于分闸位置的断路器，从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔。
⑤开距：指开关从分状态开始到动触头与静触头刚接触的这一段距离。
⑥真空度：作为衡量真空水平的一种有效数据，从其本质上来说是一定空间内的真空压强值的体现，空间内气体含量越低其压强越小，则真空度越好，对于真空开关来说其使用性能、开断能力等主要指标水平越高。
⑦绝缘电阻：一般是合闸状态，三相用保险丝绕在一起测对地绝缘，分闸状态下，断口进线侧用保险丝绕在一起，出线侧用保险丝绕在一起测断口绝缘。
1.3 真空断路器的常见故障
1.3.1 机械故障
现有操动机构以弹簧机构为主，因工艺原材料不良，行程开距不在正常范围，开口销、挡卡断裂，导致四连杆机构无法在合闸位置保持，或者分闸无法脱扣。另外由于弹簧操作机构内部传动、轴承、连杆的润滑不足也会导致分合闸不到位，线圈烧毁等现象。
1.3.2 电气故障
电气回路故障可以通过保护测控装置，发出的告警信号，及时跟进处理。但是，真空断路器随着使用年限的增长，运行环境的变化，电气本体指标参数必然或多或少的产生变化，未及时检修，将直接威胁人身、电网、设备安全。
2 案例分析
某变电站，运维人员发现10 kV馈线631过流Ⅰ段动作开关跳闸，30分钟后，主变低后备保护复压过流I段动作，主变低压侧开关跳闸。监控收到火灾报警动作信号，随后运维人员到岗发现10 kV开关室浓烟弥漫无法进入，使用防毒面具进入后发现10 kV馈线631开关柜柜体烧毁，并立即汇报。
从信号动作情况分析以及现场631柜体特别是开关上触头的损毁程度和主变低后备保护的保护范围推测起火的可能性。当天地区雷雨，多条馈线无原因跳闸，初步断定为雷电的侵入，10 kV馈线631开关在短路电流作用下，虽已跳闸，但断路器主要器件的绝缘水平受到破坏，加上属主变近端短路，故障电流达到正常时的几十倍，而热量又和电流的平方成正比，使温度急剧上升，大大超过现有断路器绝缘部件的燃点甚至熔化触头金属，这点可以从被烧毁的动静触头看出，燃烧产生的烟尘使得真空断路器绝缘闪络，进而迅速发展为三相短路，造成主变低后备保护动作跳开主变低压侧开关，而强大的电动力也将绝缘杆折断。
3 状态检修下的真空断路器应重点关注
3.1 真空度指标
真空度是否合格，直接影响真空断路器开断短路电流能力。现阶段，真空断路器主要使用真空度测试仪和工频耐压法进行检测，但只对真空度严重化的灭弧室才有效。真空灭弧室不发生事故所允许的最大内部压强为1.33×10-2～1.33×10 Pa，即在高真空范围内，由于气体分子碰撞的几率很小，因此两触头的开断能力和触头间的绝缘恢复性能较好，真空灭弧室均可正常工作。
灭弧室的性能和绝缘性能很大一部分因素取决于其内部真空度的高低，当其内部真空度高于某一可允许的最大值时，即当灭弧室内气体压强高于这个范围的时候，在触头分断时，由于较大的浪涌电压使得触头间产生较强电场，增大了灭弧室内气体分子的动能，进而增大了气体分子的碰撞电离几率，容易造成触头间产生电弧无法熄灭甚至产生击穿现象无法分断，引起电网事故。
3.2 三相同期性
分合闸不同期，将使系统在短时间内处于非全相运行，引起过电压，尤其在先合一相情况比先合两相严重。对双侧电源供电的变压器，会严重威胁中性点不接地系统的分极绝缘变压器中性点绝缘，可能引起中性点避雷器爆炸。
故障跳闸重合闸时，如果两相先合，则使未合闸相的端电压升高，电弧电压其温度高达数千摄氏度，轻则对灭弧室造成机械强冲击，重则将产生爆炸。
3.3 绝缘电阻与回路电阻
真空断路器本体上的绝缘子、绝缘套管等绝缘元件，如绝缘不足发生电气击穿，在电气设备中，等同于相间短路，短路电流将提供强大的电动力，对断路器本体造成破坏。此外断路器动静触头的回路电阻应不大于4微欧，否则在大电流下，也容易引起过热烧毁。
4 结 语
总之，状态检修下的真空断路器除了着重对历年数据的比对，及时发现发展性缺陷，还应关注设备运行环境是否发生较大改变。通过对新技术新装置的不断投入与应用，利用在线监测技术及时发现运行中设备隐患，及时调整检修策略，才能确保设备安全稳定运行，真正达到设备运维水平与经济效益的提升。以上只是个人的浅见，难免不足之处，望多批评指正。
（注：Torr，真空度单位，学名托，1Torr=133.322Pa）
参考文献：
[1] 福州天一同益电气有限公司.ZN21高压开关柜说明书.
[2] 西安开关厂.真空断路器日常维护及常见问题检修.
[3] （Q/GDW 612-2011），12（7.2）kV～40.5kV 交流金属封闭开关设备状 态检修导则[S].