闡述了定性與定量檢測真空斷路器真空度的方法，并介紹了真空度檢測技術在天水電網(wǎng)的應用情況。

1、引言

　　6～35kV中壓真空斷路器以其結構簡單、使用壽命長、維護量小、適宜頻繁操作等獨特的優(yōu)勢在電網(wǎng)中得到了廣泛應用。真空斷路器的核心部件是真空滅弧室，滅弧室是以真空條件作為工作基礎的，因此其真空度是保證真空斷路器絕緣性能和滅弧性能的重要技術指標，直接影響到電網(wǎng)的運行安全性。受生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場使用環(huán)境方面的原因，真空斷路器在運行過程中可能會出現(xiàn)滅弧室不同程度的泄漏現(xiàn)象，造成真空度降低。真空斷路器運行維護中較突出的問題是真空滅弧室的真空度檢測問題，統(tǒng)計資料表明，真空斷路器事故絕大多數(shù)因真空度降低引起。真空度的檢測已經(jīng)成為真空斷路器狀態(tài)檢修和試驗的重要內容之一。

2、真空滅弧室基本結構和原理

　　真空斷路器的滅弧室每一只為不可拆卸的整體，動靜觸頭為分別焊在動靜導電桿上。靜導電桿焊在上法蘭盤上，動導電桿上焊一波紋管在導向套內運行。波紋管及導向套焊在下法蘭盤上，由瓷柱支撐的金屬圓筒屏罩在動靜觸頭外面，再與外殼形成密封的腔體。該腔體經(jīng)過抽真空，真空度一般在10^-6Pa以上。當合、分閘操作時，動導電桿上下波動，波紋管被壓縮或拉伸，使真空滅弧室內的真空度得到保持。當斷路器分閘時，觸頭間產(chǎn)生電弧，觸頭表面在高溫下?lián)]發(fā)出金屬蒸氣，由于觸頭設計為特殊形狀，在電流通過產(chǎn)生磁場，電弧在此磁場力的作用下沿觸頭表面切線方向快速運動，在金屬圓筒(即屏蔽罩)上凝結了部分金屬蒸氣，電弧在自然過零時就熄滅了，觸頭間的真空介電常數(shù)又迅速恢復起來。

3、真空斷路器真空度檢測方法

　　3.1、離線定性檢測

　　(1)觀察法

　　此法僅對外殼為玻璃的真空滅弧室可用，根據(jù)涂在玻璃內壁上的吸氣劑薄膜顏色或觀察開斷電流時的弧光。也有利用火花探測儀檢測根據(jù)發(fā)光的顏色來鑒定真空滅弧室的真空度。觀察法判只能依靠經(jīng)驗判斷不準確，通常作為參考使用。

　　(2)交流耐壓法

　�、贆z測原理

　　電介質物理學的理論及實踐經(jīng)驗都表明:在高真空和超高真空中，氣體間隙的擊穿電壓與真空度無關。而在10^-2Pa附近(真空滅弧室必須更換的界限)的中真空狀態(tài)，擊穿電壓與真空度是單值對應關系。氣體間隙的擊穿電壓隨壓強的變化曲線見圖1。由圖1可知真空度在10^-2Pa以上時，擊穿電壓不再隨壓強的下降而增大。因此，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。

圖1 氣體擊穿電壓與氣體壓強的關系曲線

　�、谠囼灧椒�

　　將真空斷路器置于分閘狀態(tài)下，在真空斷路器的動靜觸頭間施加交流電壓，根據(jù)電壓施加過程中相關參數(shù)的變化來判定真空度。如果真空滅弧室內發(fā)出連續(xù)擊穿或持續(xù)放電，表明真空度已嚴重降低，否則表明真空度符合要求。

　　交流耐壓法簡單易行是真空滅弧室的傳統(tǒng)判定真空度的方法，但只能為真空滅弧室的真空狀況提供一個粗略的定性判定，不能判斷真空度的變化趨勢，是一個定性的判斷方法。

　　定性檢測法只是粗略判定真空度的好壞，最有效的方法還是定量檢測真空滅弧室的真空度。國家電網(wǎng)公司《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》(Q/GDW168-2008)中，對真空斷路器的試驗增加了“真空滅弧室的真空度進行測量”的項目。隨著電力檢測儀器技術的發(fā)展，真空度測試儀大量涌現(xiàn)，真空度測試儀不僅可以測量真空斷路器真空度是否在正常范圍內，更重要的是，對某些泄漏速度較快的真空斷路器，還可通過歷年測量結果相比較，可以大致推斷它的壽命，真正起到預防意外事故發(fā)生的目的。

　　3.2、離線定量檢測

　　目前離線定量檢測采用的主要方法為磁控放電法，市售真空度檢測儀多基于磁控放電原理的制成，它能更迅速、準確的測出真空度的具體數(shù)值。

　　(1)磁控放電原理

　　在1.33×10^-2Pa以下的低氣壓狀態(tài)，真空滅弧室內氣體分子數(shù)很少，在動、靜觸頭中間，游離電子與氣體分子碰撞及電離的幾率更小，電流極微弱。動、靜觸頭加磁場后，在電磁場的共同作用下，電子、離子受洛侖茲力F=qV×B的作用，在兩電極間做螺旋運動，運動路徑延長，與氣體分子碰撞的幾率太太增加，在動、靜觸頭間可以測到放電電流，電場磁場不變時，放電電流是由真空度惟一決定的，呈單值對應關系，放電電流經(jīng)電路處理，可測出真空度。

　　(2)檢測方法

　　將斷路器斷開位置，在其觸頭的兩極施加脈沖高壓，滅弧室外側用勵磁線圈纏繞，勵磁線圈通入大電流，滅弧室內產(chǎn)生與兩極高壓同步的脈沖磁場。滅弧室中的電子在磁場的作用下螺旋運動與滅弧室中的殘余氣體發(fā)生碰撞產(chǎn)生電離的離子電流(比沒有磁場時要大得多)，這時產(chǎn)生的離子電流與滅弧室的真空度近似成比例關系。通過實驗可以標定出不同管型(滅弧室)的真空度與離子電流的對應關系曲線。當測知離子電流后，就可以通過計算機查詢該管型的離子電流—真空度曲線得出真空度的數(shù)值。

　　(3)測試結果分析

　�、倥袚�(jù):出廠時的真空滅弧室內部氣體壓強不得大于1.33×10-2Pa;在允許儲存期末(20年))，真空滅弧室內部氣體壓強不得大于6.6×10-2Pa。

　�、跍y量數(shù)據(jù)應與前次(歷年)相比較(縱向比較)或與鄰近的其他設備相比較(橫向比較)，應無明顯變化或差別。當發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)異常時，應反復測試驗證，必要時縮短測試周期跟蹤分析。

　　(4)影響測量準確性的因素

　�、侪h(huán)境因素

　　測量儀器周圍不應有影響其正常工作的熱場、電場和磁場，否則會影響其測量的準確性。測量的環(huán)境溫度一般應在5℃～40℃之間。環(huán)境的相對濕度不應大于85%。

　�、跍缁∈易陨硪蛩�

　　應該注意滅弧室的內、外表面的污染而形成的漏電流對測量結果的準確性影響

　�、蹨y量儀器和方法

　　在現(xiàn)場的測量中，不同的測量儀，所配備的勵磁線圈設計也不同，測出來的結果也存在一定的差異。同時，由于試驗人員在試驗過程中，勵磁線圈纏繞的松緊、纏繞圈數(shù)的多少，也導致了檢測結果的差異。

　�、芄苄偷倪x取

　　應根據(jù)真空滅弧室的管徑正確按照試驗儀器說明書中對應的真空度直徑選管型正確選擇管型，如HZK200B真空度檢測儀管型的選取見表1。

表1 真空滅弧室直徑與管型對照表

　　3.3、在線檢測

　　在線監(jiān)測真空度技術尚不成熟，真空度檢測手段仍然以離線檢測為主，可通過運行監(jiān)視，結合運行斷路器位置，觀察帶電顯示器，從而間接判斷真空斷路器的真空度。

　　4、真空度檢測在天水電網(wǎng)應用情況

　　4.1、在運真空斷路器缺陷統(tǒng)計

　　天水主網(wǎng)投入運行的真空斷路器數(shù)量已經(jīng)達到328臺，其中10kV267臺，35kV59臺，2007～2012年，真空斷路器發(fā)現(xiàn)缺陷和發(fā)生事故的次數(shù)分別為12相次、6相次，缺陷率和故障率為0.138%和0.007%(表1)，曾出現(xiàn)了一些因真空滅弧室真空度下降而引發(fā)的真空斷路器故障。2008年我單位配備了檢測真空度的試驗設備，對具備停電條件的真空斷路器進行了檢測，廣泛開展真空度的定性和定性測量工作(表2)。

表2 天水主網(wǎng)真空斷路器故障統(tǒng)計

表3 部分真空度檢測數(shù)據(jù)

　　4.2真空度失效故障案例

　　某變電站電容器間隔具備投運條件后需投入運行。運行人員在操作該間隔斷路器過程中，聽到開關柜內發(fā)出“砰”的聲響，立即停止操作，分開斷路器檢查，電容器間隔A相帶電顯示裝置顯示異常。斷路器A相真空滅弧室內部發(fā)黑且有灼傷面，初步懷疑A相真空滅弧室存在漏氣。用萬用表分別檢查斷路器三相導通情況，A相導電回路導通，B、C相不導通，說明A相并未在分閘位置，據(jù)此判斷A相斷口絕緣損壞。進一步對斷路器進行絕緣檢查，A相滅弧室斷口絕緣電阻0MΩ，B、C兩相合格;A相斷口在試驗電壓升至2.4kV時擊穿，B、C相兩相均能通過42kV、lmin的交流耐壓試驗，進一步驗證了A相真空滅弧室存在嚴重漏氣。后又定量檢測該斷路器真空度，斷路器A、B、C三相真空度分別為20.5Pa、1.95×10-5Pa、2.14×10-5Pa，A相滅弧室真空度嚴重超標，A相滅弧室真空度嚴重失效。

　　這起斷路器真空度失效故障系真空滅弧室本身質量問題引起。通過該案例可看出真空斷路器雖然已通過交流工頻耐壓，然而還會發(fā)生因真空度失效引發(fā)的故障，用交流耐壓試驗并不能完全真正檢測到真空斷路器真空度。因此有必要進行定量檢測分析。

5、真空度檢測的現(xiàn)場管理

　　(1)檢測結果管理

　　真空度檢測結果的分析，特別是真空度接近臨界值時的分析應結合真空度變化的歷史過程來分析，因此應做好真空度檢測記錄的管理工作。在現(xiàn)場使用時應建立真空度檢測檔案，通過歷史數(shù)據(jù)對比來分析真空度的實際運行情況。

　　(2)檢測周期

　　一般在下列情況下應進行真空度檢測:

　�、傩略O備投運前。

　�、谠诶�行試驗過程中(懷疑真空度降低時)。

　�、壅婵諗嗦菲鏖_斷規(guī)定的故障電流次數(shù)之后。

　�、芡瓿梢�(guī)定的開斷負荷電流次數(shù)和機械壽命之后。

　�、葸\行中發(fā)現(xiàn)異常情況時。

　　真空斷路器出現(xiàn)問題的時間主要集中在投產(chǎn)半年至2年這段時間，這時真空斷路器的運行狀態(tài)較不穩(wěn)定，需加強運行檢測。另外隨著真空斷路器使用年限的加長，真空斷路器難免存在真空滲漏的情況，經(jīng)過長時間的積累，真空度會有所下降，所以對使用年限較長的真空斷路器要加強定期對真空度進行檢測必要時可考慮適當縮短測試周期。

6、結束語

　　現(xiàn)場真空度的檢測對于真空斷路器的安全運行有著極其重要的意義，這就要求我們切實加強真空斷路器在選型、安裝、運行、檢修等方面的全過程質量管理工作。設備運維工作中應重視真空度的檢測工作。真空度定量檢測靈敏度高于定性的靈敏度，但也不能忽視定性判斷的輔助作用，應綜合分析判斷確保斷路器的安全運行。離線檢測真空度只能在停電狀態(tài)下進行，在不斷提高供電可靠性和設備利用率的要求下，如何在線監(jiān)測真空斷路器滅弧室內真空度的變化，從而有利于開展狀態(tài)檢修，確保運行安全可靠，這是運維人員十分關心的問題，是智能化高壓電器的發(fā)展方向。相信隨著新技術的不斷出現(xiàn)，不遠的將來真空斷路器真空度在線檢測將成為主要檢測手段。