真空断路器真空度检测方法综述
介绍了真空断路器真空度检测方法, 包括传统的观察法、工频交流耐压法和目前主要应用的磁控放电法、在线检测法等, 前者为定性方法, 后者为定量方法, 现场测量时应尽可能的选用定量测量方法准确的判断出真空断路器真空度, 以保证真空断路器安全可靠的运行。
1、引言
随着我国电力系统无油化改造的顺利实施和电力设备制造技术的飞速发展, 真空断路器的使用日趋普及。真空断路器具有体积小; 重量轻; 环境污染小; 开断容量大; 灭弧性能好; 适合频繁操作; 运行维护简便、可靠性高; 机械和电寿命长等优点, 因此在6~35kV电压等级断路器中占有主导地位, 并大有完全替代油断路器的趋势。真空断路器作为电力系统重要的控制和保护电器, 如其存在故障或缺陷不仅起不到保护和控制作用, 严重时还会影响其它设备的运行甚至酿成事故。真空断路器是以真空作为绝缘和灭弧手段的断路器, 因此, 真空度直接影响真空断路器的性能。国内统计资料表明, 真空断路器事故绝大多数因真空泄漏引起。所以, 真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为运用科学的手段对真空断路器进行定期或不定期真空度检测, 及时发现故障先兆对真空断路器乃至整个系统的安全和可靠运行都有十分重要的意义。
2、真空度的概念
真空是指在某一特定的空间内低于1 个标准大气压的气体状态。/真空0实质上是指在特定的空间内气体稀薄程度的一种物理状态, 并用真空度即气体压强来表示这种物理状态, 所以真空度实质上与气体压力是同一物理概念。真空度越高, 气体压力越小,反之真空度越低, 即气体压力越大。
3、真空断路器真空度降低的原因
真空断路器在运行一段时间后, 由于受制造质量、生产工艺、运输、保管、安装、运行过程和现场使用环境等诸多因素的影响, 真空灭弧室的真空度会逐渐降低,当其真空度降到一定数值时将会影响其开断能力和耐压水平, 主要原因归纳如下。
(1)断路器本体结构上的缺陷如机械寿命到期、波纹管或灭弧室破裂造成微量漏气, 这种漏气平时检测不到, 只有经过较长时间的积累, 降低一定程度才能被检测到。
(2)灭弧室的制造材料含有一定的气体杂质, 经过长期运行慢慢析出, 造成真空灭弧室压力上升。
(3)在断路器运行过程中, 由于外力造成灭弧室损坏, 从而引起真空断路器真空度降低。
真空灭弧室是真空断路器的核心部分, 它是以真空条件为工作基础的, 真空度是决定真空断路器工作性能(绝缘和开断能力)的真空断路器的重要技术指标。运行单位在使用中如不能及时判定和发现, 将直接影响真空断路器的遮断能力, 严重时可导致遮断能力的完全失败。因此, 检测真空灭弧室的真空度, 尤其是检测运行中的真空断路器真空度。对真空断路器的可靠运行是十分重要的保证。
4、真空度的检测方法
4.1、定性检测法
4.1.1、观察法
真空断路器灭弧室有玻璃外壳和陶瓷外壳两种。对于玻璃外壳真空灭弧室, 可以观察涂在玻璃内壁上的吸气剂薄膜颜色的变化和观察开断电流时的弧光来判断真空度。
(1)观察吸气剂薄膜颜色
玻璃外壳真空灭弧室制造时将玻璃管内壁蒸散一层吸气剂, 这种物质既可吸附管内残余气体, 维持高真空, 亦可指示真空度。真空度良好时, 吸气剂的薄膜非常亮像镜面; 如果真空度降低, 吸气剂薄膜变成乳白色。该判断方法只有在真空度降到很低时才能被发现。
(2)观察开断电流时的弧光
由于真空灭弧室内部真空度降低时常常伴随着电弧颜色改变及内部零件氧化, 所以对玻璃外壳的真空灭弧室可以定期观察。经常观察真空灭弧室开断电流时真空电弧的颜色, 如有怀疑应进行真空度检查。正常的真空灭弧室弧光颜色为淡青色, 经屏蔽罩反射后, 呈黄绿色。若弧光颜色为紫红色, 可能是真空灭弧室失效。此方法比较直观易行, 可与设备外观检查同时进行。
(3)火花计法
这种方法是利用火花探测仪检测, 检测时将火花探测仪沿着灭弧室表面移动, 由于高频电场的作用; 真空灭弧室内部有不同的发光情况出现。根据发光的颜色来鉴定真空灭弧室的真空度。若管内有淡青色辉光, 则真空度良好; 若呈红蓝色光, 说明管子已经失效;若管内已处于大气状态, 则不会发光。
(4)小结
观察法判断并不容易且不准确, 只能依靠经验判断, 通常作为参考使用。此方法仅限于玻璃外壳真空灭弧室, 随着制造技术发展, 陶瓷外壳的真空灭弧室应用越来越多, 用观察法已不能对大量使用的非玻璃外壳灭弧室进行真空度的判断。
4.1.2、交流耐压法
(1)试验原理
实践表明, 采用交流耐压法检测严重劣化的真空灭弧室的真空度是一种简便有效的方法。该方法是将灭弧室两触头拉至额定开距, 即真空断路器处于开断状态下, 在动静触头之间施加额定试验电压, 如果真空灭弧室内发出连续击穿或持续放电, 表明真空度已严重降低, 否则表明真空度符合要求。由此判断真空灭弧室真空度是否劣化。
(2)优、缺点
这种方法简单易行、现场使用方便。其缺点是, 只能粗略地判断其真空度严重劣化的灭弧室。研究表明, 当真空灭弧室内压强高于10-2 ~ 10-1 Pa, 甚至达1Pa时, 击穿电压和重击穿电压也没有显著地下降, 此方法对真空度处于临界状态的真空灭弧室判断可能就勉为其难了。所以无法合理地判断真空度的变化趋势, 此外, 工频耐压试验对断路器绝缘尤其是复合有机绝缘有累积损坏效应, 不宜经常采用。
(3)试验电压
《规程》规定, 要定期对真空断路器主回路对地、相间及断口进行交流耐压。试验电压值如表1所示。
表1 真空断路器交流耐压试验电压值
4.2、定量检测法
定性检测法只是粗略判定真空度的好坏, 对真空断路器的真空度无法进行定量的检测, 很多事例证明,工频耐压通过的真空灭弧室并不等于不漏气, 最有效的方法还是检测真空度。现在已研制出了检测灭弧室真空度的新型仪器, 可以对真空断路器灭弧室的真空度进行定量分析。
4.2.1、真空度测试仪测试法
这是一种比较准确的检查方法, 它能迅速准确地测量灭弧室内真空度高低。目前真空度测试仪大多采用磁控放电法。
(1)基本原理
图1 磁控放电测量原理图
图1 为用磁控放电法进行真空度测量的原理图。将真空灭弧室两触头拉开一定的开距, 在真空中的两电极间施加脉冲高压, 将励磁线圈绕于灭弧室外侧, 向线圈通以大电流, 从而在灭弧室内产生与高压同步的脉冲磁场。这样, 在脉冲磁场的作用下, 灭弧室中的电子作螺旋运动, 并与残余气体分子发生碰撞电离, 所产生的离子电流与残余气体密度即真空度近似成比例关系。对于直径不同的真空管, 同等真空度条件下, 离子电流的大小也不相同。通过实验可以标定出不同管型的真空度与离子电流的对应关系曲线。当测知离子电流后, 就可以通过查询该管型的离子电流- 真空度曲线得出真空度的数值, 这由计算机自动完成。
(2)判断标准
根据电力行业标准真空度要满足真空灭弧室的绝缘强度要求, 真空度不得大于6.6×10-2 Pa, 出厂时的真空灭弧室内部气体压强不得大于1.33 ×10-3 Pa。从目前现场试验的情况看, 采用这种方法获得的数据最为准确、有效, 它可以推算出真空断路器真空度
的准确数值, 试验可靠性较高。
4.2.2、运行监视法
目前10~ 35kV 系统多用封闭式组合断路器柜。这种新型断路器柜设计有带电显示器, 是从线路电流互感器引出。当真空断路器在热备用情况下, 带电显示器没有显示。如果出现真空断路器真空度降低发生放电, 带电显示器就会显示带电。
4.2.3、在线检测法
真空灭弧室从制造厂排气系统上封离后, 其内部的真空状态, 通常只能在非运行(离线)状态下采取工频耐压法等才可监知是否还在允许范围内。如何在真空断路器处于带电运行(在线)的状态下随时检测其灭弧室内真空度的变化, 从而有利于开展状态检修,确保运行安全可靠, 这是用户十分关心的问题, 是智能化高压电器的发展方向, 也是目前国内外还没有真正解决的技术难题 。
5、其它方法
测试真空度还有其它一些方法, 如高频电流法、特斯拉线圈法、绝缘电阻法、持续电流开断法等。由于种种原因, 这些方法均不能满足现场使用的要求(快速、简便测定), 在此不再逐一赘述。
6、结束语
(1)运行单位应把好安装、交接关。真空断路器到现场以后, 首先进行开箱外观检查: 真空灭弧室有无漏气、破裂、灭弧室内部无氧化现象, 然后用真空度测试仪检测器真空度是否达标, 并辅以交流耐压试验验证。
(2)加强运行监视, 对玻璃外壳真空灭弧室, 当内部部件表面颜色变暗或开断电流时弧光为暗红色时, 可以初步判断真空已严重下降, 应马上进行停电检测。另外需加强带电显示装置的监视。运行人员在巡视设备或处理事故时可以结合断路器位置观察带电显示器, 从而准确的判断真空断路器的情况、有效的处理事故。
(3)对真空断路器应该每年进行一次停电检查维护, 以保证正常运行。尽可能的利用停电机会对真空断路器真空度进行检测, 若怀疑真空度有下降趋势, 应缩短周期检测。通过运行(运行工况、运行年限)、检修、试验等情况对真空灭弧室的运行状态作出综合判断。
(4)为确保测试的准确性, 防止误判, 应该定期对测试仪器进行校验。
(5)加强真空断路器的技术管理工作, 建立运行中真空断路器的技术档案。譬如出厂报告、交接验收报告、定期测试报告、带电显示装置的运行记录、断路器动作情况等。
