本文分析了真空開(kāi)關(guān)交流耐壓試驗(yàn)和真空度測(cè)量的區(qū)別和聯(lián)系，二者要結(jié)合起來(lái)，互相補(bǔ)充，才能及早發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)真空度泄漏的缺陷，防止開(kāi)關(guān)爆炸事故。

引言

　　近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，真空斷路器在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，其滅弧和開(kāi)斷電流優(yōu)越性比油開(kāi)關(guān)強(qiáng)許多，運(yùn)行較穩(wěn)定，維護(hù)工作量很小，但真空斷路器的核心部件是真空滅弧室(真空泡)，真空斷路器在運(yùn)行過(guò)程中其真空滅弧室會(huì)有不同程度的泄漏，有的甚至在預(yù)期使用壽命范圍內(nèi)就可能泄漏到無(wú)法正常工作的地步，在這種情況下進(jìn)行操作就會(huì)造成嚴(yán)重的后果，真空斷路器事故大多是由此原因引起。所以定期檢測(cè)真空滅弧室的好壞成了一項(xiàng)十分重要的工作。

1、真空度與交流耐壓

　　1.1、真空滅弧室基本結(jié)構(gòu)和原理

　　真空斷路器的滅弧室每一只為不可拆卸的整體，動(dòng)、靜觸頭分別焊在動(dòng)、靜導(dǎo)電桿上。靜導(dǎo)電桿焊在上法蘭盤(pán)上，動(dòng)導(dǎo)電桿上焊一波紋管在導(dǎo)向套內(nèi)運(yùn)行。波紋管及導(dǎo)向套焊在下法蘭盤(pán)上，由瓷柱支撐的金屬圓筒屏罩在動(dòng)靜觸頭外面，再與玻璃外殼形成密封的腔體。該腔體經(jīng)過(guò)抽真空，真空度一般在10^-6 Pa以上。當(dāng)合、分閘操作時(shí)，動(dòng)導(dǎo)電桿上下波動(dòng)，波紋管被壓縮或拉伸，使真空滅弧室內(nèi)的真空度得到保持。在真空中由于氣體分子的平均自由行程很大，氣體不容量產(chǎn)生游離，真空的絕緣強(qiáng)度比大氣的絕緣強(qiáng)度要高得多。當(dāng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，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(shè)計(jì)為特殊形狀，在電流通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電弧在此磁場(chǎng)力的作用下沿觸頭表面切線方向快速運(yùn)動(dòng)，在金屬圓筒(即屏蔽罩)上凝結(jié)了部分金屬蒸氣，電弧在自然過(guò)零時(shí)就熄滅了，觸頭間的介質(zhì)強(qiáng)度又迅速恢復(fù)起來(lái)

　　1.2、真空滅弧室為什麼要測(cè)真空度?

　　滅弧室的壽命包括電壽命、機(jī)械壽命、真空壽命。其中電壽命是指電絕緣強(qiáng)度，觸頭容許的磨損厚度，觸頭多次分段生成金屬蒸氣，附在滅弧罩上，不過(guò)現(xiàn)在銅觸頭材料，性能非常好，抗磨損能力很強(qiáng)。機(jī)械壽命壽命是指波紋管的壽命10000—20000次。真空壽命國(guó)標(biāo)規(guī)定：1.33×10-3Pa，實(shí)際生產(chǎn)中按1.0×10^-4 Pa出廠，當(dāng)真空度降到6.6×10^-2 Pa就已經(jīng)不能運(yùn)行。

　　1.2.1、材料放氣(慢漏氣、滲漏氣)在真空壽命使用過(guò)程中是一個(gè)人為不可控制的自然現(xiàn)象。

　　1.2.2、真空只是一個(gè)相對(duì)的概念，絕對(duì)的真空是作不到的。

　　1.2.3、獲得一個(gè)真空很容易，維持它的真空卻很難。因此必須測(cè)量真空度判斷真空泡的使用壽命和安全度。

　　1.3、交流耐壓與真空之間的關(guān)系

　　1.3.1、潘寧放電在1×10-1至1×10-4Pa范圍內(nèi)有一個(gè)好的線性關(guān)系。

　　1.3.2、工頻耐壓在真空度低于1×10-1Pa時(shí)有效，真空度高于1×10-1Pa時(shí)無(wú)效。大氣絕緣較好但在斷開(kāi)時(shí)不能熄弧。

　　1.3.3、目前，檢查真空泡是否漏氣的方法是工頻耐壓法，但很多事例證明，工頻耐壓通過(guò)的真空泡并不等于不漏氣，最有效的方法還是檢測(cè)真空度。真空度下降至1×10³ Pa，還能經(jīng)受起42kV1min的斷口耐壓試驗(yàn)，可知當(dāng)真空開(kāi)關(guān)耐壓試驗(yàn)不能通過(guò)42kV，1min的斷口耐壓試驗(yàn)時(shí)，漏氣已相當(dāng)嚴(yán)重，而能夠經(jīng)受起42kV，1min斷口耐壓試驗(yàn)的真空泡，不能證明真空泡沒(méi)有漏氣。檢測(cè)真空度能更準(zhǔn)確地反映真空泡的運(yùn)行狀況。真空度的大小直接影響真空開(kāi)關(guān)滅弧性能的好壞，真空度下降會(huì)給真空開(kāi)關(guān)的運(yùn)行造成不良后果。

2、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)真空滅弧室的方法

　　現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)真空滅弧室常用的方法是工頻耐壓法，隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，真空度測(cè)試法也在現(xiàn)場(chǎng)逐漸得到廣泛運(yùn)用。

　　2.1、工頻耐壓法

　　工頻耐壓法是使真空斷路器處于開(kāi)斷狀態(tài)下，在動(dòng)、靜觸頭之間施加一定的工頻電壓(電壓值按廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般10kV等級(jí)加42kV)，檢測(cè)泄漏電流的大小及觀察滅弧室內(nèi)的放電現(xiàn)象，真空滅弧室內(nèi)部不應(yīng)有持續(xù)的放電現(xiàn)象，否則應(yīng)更換真空滅弧室，工頻耐壓法實(shí)際上是判斷真空滅弧室真空度是否符合要求的一種間接方法。如果真空滅弧室有泄漏，真空滅弧室內(nèi)氣體壓力升高到一定程度，觸頭間比較短的間隙就不能承受試驗(yàn)電壓，甚至在升壓過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)放電擊穿現(xiàn)象。工頻耐壓法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單操作方便，能定性地檢測(cè)真空滅弧室的好壞。交接試驗(yàn)時(shí)要注意，作工頻耐壓前要把真空斷路器觸頭機(jī)械行程調(diào)整為要求值后再加壓試驗(yàn)。

　　2.2、真空度測(cè)試法

　　將滅弧室兩觸頭拉開(kāi)一定的開(kāi)距，施加脈沖高壓，將電磁線圈繞于滅弧室外側(cè)，向線圈通以大電流，從而在滅弧室內(nèi)產(chǎn)生與高壓同步的脈沖磁場(chǎng)，這樣在脈沖磁場(chǎng)的作用下，滅弧室中的電子作螺旋運(yùn)動(dòng)，并與殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離，所產(chǎn)生的離子電流與殘余氣體密度即真空近似成比例關(guān)系。對(duì)于直徑不同的真空管，同等真空度條件下，離子電流的大小也不相同，當(dāng)測(cè)知離子電流后，通過(guò)離子電流──真空度曲線，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成真空度的計(jì)算，顯示真空度值。

　　真空度測(cè)試法直接測(cè)試真空滅弧室的真空度(此文中真空度表示的其實(shí)是滅弧室內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力，以Pa為單位，與一般的真空度含義不同)來(lái)判斷真空滅弧室的好壞。現(xiàn)場(chǎng)使用的真空度測(cè)試儀大多為免拆卸型產(chǎn)品，儀器采用了先進(jìn)的同步脈沖磁控放電及單片機(jī)技術(shù)。簡(jiǎn)要機(jī)理如下：稀薄氣體分子被強(qiáng)電場(chǎng)激發(fā)出來(lái)的電子碰撞而發(fā)生電離，從而形成較大的可測(cè)量的離子電流。由于該離子電流與真空度的對(duì)數(shù)值基本成線性關(guān)系，只要測(cè)量離子電流就可以得到真空度值。加磁場(chǎng)的目的在于加長(zhǎng)電子的行程增加與氣體分子的碰撞機(jī)率，增大離子電流，從而降低對(duì)外加電場(chǎng)的強(qiáng)度要求。離子電流的測(cè)量范圍與測(cè)量值與外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度以及觸頭開(kāi)距都有關(guān)系，但主要取決于外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度以及磁場(chǎng)的方向。要注意的是，真空斷路器在施加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的情況下，存在吸氣和放氣效應(yīng)，為了準(zhǔn)確測(cè)量，往往采用同步施加脈沖磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方法，這就是脈沖磁控放電法的基本原理。

　　2.3、真空滅弧室真空度的標(biāo)準(zhǔn)

　　真空滅弧室的性能對(duì)真空斷路器的安全運(yùn)行有重要影響，而真空度又是真空滅弧室的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)此有關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)都作出明確要求。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《10~35kV戶(hù)內(nèi)高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件(DL403-91)》規(guī)定，真空斷路器滅弧室在有效期15～20年末，真空滅弧室真空度不得大于6.6×10^-2Pa[l]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《3.6~405KV戶(hù)內(nèi)交流高壓真空斷路器(JB3855-1996)》規(guī)定，用于裝配真空斷路器的真空滅弧室內(nèi)的氣體壓力應(yīng)低于1.33×10^-3Pa。

3、工頻耐壓法及真空度測(cè)試法對(duì)于判別真空開(kāi)關(guān)性能作用的分析

　　3.1、耐壓和真空度測(cè)試對(duì)于真空滅弧室漏氣故障的靈敏度

　　真空滅弧室漏氣的故障可分為兩種類(lèi)型，一種為“硬故障”即外殼破裂、波紋管破損而進(jìn)氣，使滅弧室失去真空度，與周?chē)�大氣相�?另一種為“軟故障”即滅弧室并未與大氣相通，而是由于制造工藝、運(yùn)輸、安裝及使用維護(hù)等原因，使滅弧室內(nèi)的氣體壓力高于允許值，滅弧室不能滿(mǎn)足正常開(kāi)斷容量，存在潛伏性故障。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法一工頻耐壓法，對(duì)真空滅弧室的“硬故障”比較有效，能定性的區(qū)分真空滅弧室的好壞;但對(duì)“軟故障”就無(wú)能為力。因?yàn)楫?dāng)真空度在1×10⁴ Pa～1×10^-3 Pa之間時(shí)，工頻耐壓試驗(yàn)都能通過(guò)，不能分辨出其中的差別，真空度測(cè)試儀可以對(duì)1×10^-1 pa～1×10^-5 pa范圍內(nèi)的真空度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量掌握滅弧室真空度的變化情況，了解真空滅弧室的泄漏發(fā)展情況，使得對(duì)真空滅弧室的檢測(cè)從定性上升到定量階段，并且可以根據(jù)一定間隔時(shí)期內(nèi)真空度的變化情況推算出真空滅弧室的使用壽命，這對(duì)保障真空斷路器運(yùn)行的可靠性提供了一種技術(shù)手段。例如某電廠同一批10KV真空斷路器，絕大多數(shù)真空滅弧室真空度壓力低于6.60×10^-4 pa，但有一只真空度壓力為3.12×10^-3 pa，雖然也在合格范圍內(nèi)，工頻耐壓試驗(yàn)也通過(guò)，但與同類(lèi)滅弧室相比較，其真空度差一些，對(duì)這類(lèi)型真空滅弧室應(yīng)作重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，掌握其真空度的變換趨勢(shì)。

　　3.2、在真空度的不同區(qū)間耐壓試驗(yàn)與真空度試驗(yàn)的區(qū)別和有效性

　　真空度測(cè)試儀受測(cè)試范圍限制(1×10^-1pa～1×10^-5Pa)，超出測(cè)試范圍，真空度測(cè)試儀所依賴(lài)的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例的關(guān)系有所變化，不能保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。特別是對(duì)于全漏(與大氣相通)的“硬故障”，測(cè)試值剛好與真空度良好時(shí)的數(shù)值接近，容易引起錯(cuò)誤判斷。其原因可以用氣體碰撞理論及儀器測(cè)試真空度的原理來(lái)解釋?zhuān)赫婵諟缁∈覛怏w壓力增大，也可以同氣體壓力很小時(shí)一樣在滅弧室斷口間只流過(guò)很小的離子電流，因?yàn)闅怏w壓力大時(shí)，氣體密度變大，電子的平均自由行程減小，這時(shí)雖然碰撞次數(shù)增多，但由于電子積累的動(dòng)能較小引起氣體分子電離的可能性反而降低，這就導(dǎo)致真空度測(cè)試儀錯(cuò)誤的指示為真空度較好(壓力小)，測(cè)試真空度前，我們不能準(zhǔn)確判斷滅弧室真空度是否在測(cè)試范圍內(nèi)，也就不能保證真空度測(cè)試儀所測(cè)真空度的準(zhǔn)確性，因此在現(xiàn)場(chǎng)真空滅弧室檢測(cè)工作中不能省掉工頻耐壓試驗(yàn)。如果真空滅弧室通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)，可以保證真空滅弧室的真空度在真空度測(cè)試儀的測(cè)試范圍之內(nèi)，再進(jìn)行真空度測(cè)試，就能保證真空度測(cè)試的準(zhǔn)確性。總之，真空度測(cè)試和工頻耐壓試驗(yàn)，兩種方法應(yīng)互相補(bǔ)充才能對(duì)真空滅弧室作出準(zhǔn)確診斷。現(xiàn)場(chǎng)工作中我們?cè)��?jīng)遇到三起真空滅弧室有缺陷但真空度測(cè)試良好的例子:如：滅弧室玻璃罩己破碎，但真空度測(cè)試值卻正常，當(dāng)?shù)睾０?700m，大氣壓8.4×10⁴pa;滅弧室斷口間電壓加至10KV時(shí)擊穿，真空度測(cè)試值正常;滅弧室斷口間絕緣僅2MΩ，斷口間剛剛升壓，電流激增，真空度測(cè)試值正常。可見(jiàn)僅僅由真空度測(cè)試來(lái)判斷真空滅弧室的好壞是不可靠的。

結(jié)束語(yǔ)

　　(1)真空度測(cè)試的開(kāi)展，使我們對(duì)真空滅弧室的檢測(cè)從定性上升到定量階段，能掌握真空滅弧室泄漏發(fā)展變化情況，并能估算其使用壽命。對(duì)手車(chē)式真空斷路器，測(cè)試較方便，對(duì)固定柜式真空斷路器，測(cè)試不是很方便。

　　(2)真空度測(cè)試不能取代傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)。真空度測(cè)試由于受測(cè)試范圍限制(1×10^-1Pa×10⁴Pa)，必須配合工頻耐壓試驗(yàn)才能對(duì)真空滅弧室作出準(zhǔn)確的診斷。

　　(3)測(cè)試前應(yīng)先仔細(xì)檢查真空滅弧室外觀，如有破損不必做其他試驗(yàn)，應(yīng)立即更換;真空度測(cè)試雖良好但工頻耐壓沒(méi)通過(guò)的滅弧室必須更換;工頻耐壓通過(guò)但真空度不合格的滅弧室也必須更換:耐壓通過(guò)，真空度合格，但真空度下降較快的要加強(qiáng)檢測(cè)。