交流耐压法检测真空断路器真空度及一起缺陷案例分析

陈家荣 钟荣富

摘要：真空灭弧室是真空断路器（VCB）的核心部件，其真空度是决定真空断路器工作性能是否优异的重要参数。从真空度现场检测角度出发，本文介绍了用户运用最多的交流耐压法，阐述了真空断路器断口击穿电压与灭弧室内气体压强的原理关系，给出了现场运用交流耐压法检测真空断路器真空度的操作流程，仔细分析了一起采用交流耐压法发现真空断路器真空度下降的缺陷案例。可得，交流耐压法判断真空断路器灭弧室内真空度具有简单易行、准确可靠，是一种可在变电站现场广泛采用的方法。

关键词：真空断路器；交流耐压法；真空度；缺陷

引言

根据理论推导、缺陷分析，提出交流耐压法对于现场判断真空断路器性能优劣中起到重要作用，对深入研究现场检测真空断路器灭弧室内真空度具有重要意义。

1 灭弧室内电极间隙击穿理论

根据大量实验数据可得电极间隙的击穿电压随气体压强的变化曲线[1-2]，见图1。

图1中，灭弧室内为高真空时（气体压强小于10-2Pa），因不存在气体粒子的碰撞游离而具有很高的电气击穿强度，其击穿电压是标准大气压下的10倍以上，此过程主要是由场致发射电子引起，需很高的场强才能发生，并击穿电压几乎不随气体压强而变化。当真空度（气体压强大于10-2Pa）下降到一定程度时，击穿电压迅速下降。因此维持灭弧室内高真空对保证断路器开断电流及防止击穿至关重要。要是采用比真空断路器额定电压大几倍（一般6倍左右）电压考验真空断路器断口，断口不发生放电击穿，则其在额定电压下必不击穿，从而可判断真空断路器灭弧室内依然保持高真空，此方法即为交流耐压法。

2 交流耐压法

图2为交流耐压法接线原理图，其中试验装置由接触调压器、电压表、电流表以及试验变压器组成。

施加到真空断路器电极上电压以30kV/min的均匀速度递增，直到到达真空断路器预防性试验规程要求的工频耐压值（10kV真空断路器为33.6kV），如果电压上升过程中电流表指针摆动，则将电压降至零，再升压，反复两到三次，如果真空断路器触头间能够耐受试验工频电压60s，则认为真空灭弧室内真空度满足要求。如果随着电压的升高，电流值增大，发出放电声音或未达到试验预定电压即发生跳闸，则认为真空度已下降到不合格。通过交流耐压法，可定性检测真空断路器的真空度。

3 一起真空断路器真空度下降的缺陷分析

3.1 缺陷发现

东莞供电局试验研究所高压试验班按计划对大龙变电站型号为VS15102PR的某10kV真空断路器进行预防性试验，试验项目包括回路电阻测试、低电压动作测试、机械特性测试、本体绝缘电阻测试、本体交流耐压测试、断口绝缘电阻测试和断口交流耐压测试共七项。试验中前面六项测试数据均合格，只有断口交流耐压测试不通过。由于开关柜结构限制，加压部位为真空断路器的下断口，上断口接地。当电压升至13kV时，测试仪器电流指针突然变为0，但仪器未跳闸，继续升压至15kV时，电流指针从1A至0之间反复跳动，且听到轻微的“啪啪啪”声响，但外表未观察到有放电火花现象，从声音来源初步估计放电点在灭弧室附近。

3.2 缺陷进一步排查

由于对真空断路器耐压测试为A、B、C三相同时进行，故不能确定放电源具体位置，为确定放电源，分步骤进行排查：首先，怀疑灭弧室内真空度下降、绝缘支撑受潮、绝缘拉杆受潮影响，再次对断路器进行绝缘电阻测试及外观检查，绝缘电阻合格，外观未发现异常，对真空断路器陶瓷外表及绝缘支撑、绝缘拉杆进行清抹后，再次尝试施加电压，情况依旧存在，说明非受潮影响。其次，对真空断路器进行逐相施加交流电压，A、B相顺利通过，对C相加压时，现像再次出现，确认缺陷点在C相。再次，对C相进行检查、表面清抹后施加电压，放电声依然存在，但真空断路器表面未见放电火花，因此判定放电源在真空断路器内部，即真空断路器内触头间发生放电。最后，真空断路器内部发生放电可能有两个原因，一是触头间距不够，另一是真空度不足，对真空断路器的分闸行程进行测量，三相真空断路器的分闸行程均为15mm，因此判定并非触头间距不够，而是真空度不足。

3.3外观及解体检查

对更换下来的真空断路器进行外观检查，陶瓷绝缘外壳上未见裂纹，表面光滑，再仔细检查发现绝缘外壳与动端盖板之间有烧焦痕迹，表面胶圈有融化迹象，能轻易将胶圈撕开，见图3（a）。解体后，可看到动静触头表面平滑，未发现烧伤痕迹，但动静端盖板、静导电杆、屏蔽罩表面粗糙，有大片如雪花般的烧伤痕迹，见图3（b），且屏蔽罩上下边缘及动端盖板处有烧融缺口，最大缺口长度达18mm，见图3（c）。这些现象表明真空断路器内曾发生过强烈的电弧放电，说明内部真空度已无法满足绝缘要求，属于真空度下降的典型案例。

3.4原因分析

引起真空度降低的原因主要有以下几点：一是真空断路器的材质或制作工艺存在问题，本身存在微小漏点；二是灭弧室内波纹管材质或制作工艺存在問题，多次操作后出现漏点；三是在操作真空断路器时，由于操作连杆距离较大，影响了开关的同期、弹跳、超行程等特性，使真空度降低速度加快。

4 结论

本文的分析结果为真空断路器灭弧室内真空度判定给出了理论依据，为交流耐压法的现场运用提供了实施方法，提供了真空断路器真空度不足的缺陷处理步骤，可为现场真空断路器真空度的检测及缺陷分析提供有益帮助。

参考文献

[1]范兴明，刘旭东，潘永成，等.真空断路器真空度检测方法探讨[J].高压电器，2011，47（8）：52-56.

[2]王季梅.真空开关的现状及发展趋势[J].电力设备，2005，6（2）：1-5.

作者简介：陈家荣（1983-），男，高级技师，助理工程师，主要从事电气设备试验工作。

（作者单位：广东电网公司东莞供电局）