10 kV真空断路器故障判断及处理措施探讨

赵成柏

（珠海许继电气有限公司，广东 珠海 519000）

1 10 kV真空断路器概述

10 kV真空断路器一般包括真空灭弧室、操动机构、支架及绝缘子等部件，由于主要以真空作为灭弧和绝缘介质，零部件均处于密封的绝缘外壳内，所以安全无污染，且具有结构轻巧、触头间隙介质恢复快速、燃弧时间短、使用寿命长以及维修量少等优势，常被用于高压电气设备的控制与保护[1]。

10 kV真空断路器中，真空灭弧室是不可或缺的关键所在，内部结构如图1所示。当在操动机构的作用下动静触头进行带电分闸时，会在其间形成真空电弧，由于触头结构特殊，此时触头间隙会生成一定纵向磁场，促使表面均匀分布的电弧燃烧，用于维持较低的电弧电压，当电流自然过零时，在极短的时间内部分金属蒸汽和残留的电子离子凝聚于触头表面和屏蔽罩中，使得触头间隙介质绝缘能够快速恢复，从而电弧熄灭达到分断电流的目的。相比于10 kV油开关，真空断路器具备可靠的灭弧性能，且开断容量高、寿命长，适用于操作频繁的场合。此外，10 kV真空断路器的正常运作需要以灭弧室良好的真空度为基础。

2 10 kV真空断路器的故障判断与分析

10 kV真空断路器在电气设备稳定运行中发挥了重要保护作用，但也会发生故障，对设备和系统运行构成威胁，加之检修少，致使故障次数增多，亟需改善。

2.1 灭弧室真空度降低

灭弧室真空度降低是10 kV真空断路器的常见故障，而且作为一种隐形故障，难以在运行测试和日常检修中发现。若处于工作状态的真空断路器的真空度很低，不仅影响其使用性能，而且可能造成断口燃烧甚至爆炸情况，因此需要高度重视。该故障形成的原因可能是真空泡选材不当或制作工艺不精产生了许多细微漏电，导致真空度出厂时便不达标；也可能是不断振动导致真空泡密封位置松动降低了真空度；此外，连杆操动距离过长影响断路器特性，也容易降低灭弧室的真空度。

图1 10 kV真空断路器灭弧室内部结构

2.2 分合闸不同期故障

真空断路器分合闸不同期故障具体表现为合闸触头弹跳时间长、分合闸不同期时间长及分合闸速度过低或过高等。该类情况也属于隐性故障，必须借助特性测定仪方可得出数据，但无论为何种故障类型，均会降低10 kV真空断路器波纹管、触头等元件的使用寿命以及电流开断能力[2]。分析发现故障原因包括：机械性能的变化致使在频繁操作下改变了三相开距；分合闸速度不稳一般与储能弹簧的松紧和压力弹簧的压缩量有关；分合闸时间过长是由超行程和触头开距造成；触头弹跳主要与触头中心轴的垂直度和传动环节间隙有关。

2.3 断路器拒合与拒分

10 kV真空断路器拒绝合闸与分闸也较为常见。其中，拒绝合闸大多出现在合闸与重合闸过程中，通常与电压异常、熔丝熔断、触点接触不良及跳闸线圈断开等电气回路故障有关，同时还与连杆松脱滑落、跳闸脱扣、分闸锁钩未锁住及机构卡死等机械故障有关。拒绝分闸就是真空断路器拒动时往往会引发超级跳闸，进而造成大面积停电事故。造成该故障的原因可能是控制开关触点接触不良、继电保护器回路接触不良、熔断器熔断、液压机构压力不足、跳闸线圈异常、分闸弹簧失灵以及销子脱落等。

2.4 弹簧储能不足与绝缘故障

弹簧操作结构中的储能电机的工作状态会直接影响合闸储能回路状态，也是10 kV真空断路器分合闸动作的关键，故障多表现为储能电机损坏或运转不停，究其原因可能是行程开关由于位置偏上致使开关触点无法转换，或者行程开关与储能接点老化和损坏。绝缘故障大多是因为基于复合绝缘方式的真空断路器可能会因应力、热量及湿度等因素的影响下加快了绝缘老化速度。

3 10 kV真空断路器故障的处理措施探讨

3.1 重视灭弧室真空度的测定

针对10 kV真空断路器真空度降低的问题，一方面需要在停电检修时借助真空测试仪定性测试真空灭弧室，掌握其实际真空度，若确实降低则必须规范更换优质的真空泡，并在此基础上严格进行同期、行程及弹跳等特性试验；另一方面则要采取预防措施，如优先选用性价比高、信誉良好厂家的10 kV真空断路器产品，尽量保证其本体与操作机构为一体。由于真空度降低是一个缓慢而持续的过程，故建议引入真空度在线监测装置，以期在真空度开始下降时便能通过检测到的数据予以及时应对、消除隐患。例如，基于电磁波检测的在线真空度监测装置，可在非接触式传感器的作用下对真空度降低时的放电信号进行实时捕捉，并及时作出提醒进行处理[3]。

3.2 进行专业的机械特性测定

10 kV真空断路器虽然检修工作量小，但是机械测试环节是必要的。这是保证真空断路器性能发挥的基础条件，如VS1型真空断路器只有达到表1所示的技术参数，才能进行正常的开断电流，反之便可能降低保护功能和使用寿命。当其出现分合闸故障时，需要在测定行程和超行程满足技术要求的前提下对三相绝缘拉杆的长度进行适当调整，若调整后弹跳、同期测试数据依旧不合格，则要更换其中不合格相的真空泡，然后再次调整数据至符合要求。绝缘拉杆调整过程中，可基于断路器的分闸状态拔出销钉，随后转动拉杆对触头开距加以调节；为防止触头弹跳时间过长，可增设平垫片于销钉间隙，并注意改善触头垂直度。

3.3 强化电气回路与机械检修

对于10 kV真空断路器拒合故障的处理，应先重新合一次控制开关，确定是否为操作不当造成的，然后检查电气回路，包括合闸控制电源、合闸熔断器及回路熔丝等元件。若控制开关处于合闸状态下的铁芯能够正常动作，表示电气回路不是故障所在，此时基本可以判定为机械故障，需要予以停用安排检修，并针对具体故障进行处理，如更换失灵的分闸弹簧、传动元件等。拒分故障的处理应首先检查电气回路，确定跳闸电源电压是否过低，若铁芯正常动作拒合故障依旧存在，表示故障出在机械方面；若电源正常，铁芯卡涩、动作无力，多半是电气与机械同时异常；若电压正常铁芯不动作，则基本与电气故障有关。确定故障点后采取针对性措施，如测试跳闸回路元件接触情况且进行可靠连接，必要时可更换老化元件。若经万用表监测二次插头发现电路联通，可更换底盘的辅助开关。对于机械卡涩可予以润滑，对于销子脱落可重新更换安装，同时还要对轴和销等关键部位定期进行清理和旋转。

表1 技术参数

3.4 优化设备装置和技术措施

当10 kV真空断路器因弹簧储能不足时，可用细砂纸打磨齿轮，确保储能电机既能满足储能要求又具备高于储能时间的延时性。若电机老化严重或损坏，则要及时重新更换。对于电能空转，可根据实际情况对行程开关的位置进行调整，确保其能够准确断电。用于处理绝缘问题的技术方法有多种。例如，固封极柱技术，在APG工艺的基础上配合环氧树脂封堵真空灭弧室，既防止潮气、灰尘等杂质的进入，又能实现灭弧室尺寸的降低和耐气候性的提升[4]。此外，需要加强绝缘装置的寿命管理与分析，并结合定期检测减少绝缘故障的发生。

4 结 论

10 kV真空断路器故障是无法彻底规避的，因此需采取措施将其故障风险和影响降至最低。需研究真空断路器的故障成因，提高处理措施的针对性和实用性，结合技术优化与创新，切实提高真空断路的性能可靠性和使用寿命，从而保障电气设备更好的运行。