关于真空断路器电寿命极限开断次数的探讨

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欢迎访问e展厅 展厅 6 配电输电设备展厅 电力电缆, 电气控制柜, 配电箱, 电抗器, 断路器, ... 摘 要：目前现场对真空断路器灭弧室更换的依据之一是型式试验中的额定短路电流开断次数，由于考虑到更换不及时可能会造成开断失败引发事故，某些用户仅由通过计算的累积开断电流次数达到额定短路开断次数的80%进行灭弧室的更换，这实际上造成了非常大的浪费。通过分析2002年至2005年间约400多份型式试验报告、原始记录及试验波形，并且跟踪一台合成试验用辅助断路器羊极近一年的开断情况，大胆地预测:就目前的制造工艺和技术水平而言，真空断路器的开断潜力远远起出型式试验中的考核数值。 关键词： 真空断路器 真空灭弧室 电寿命 电磨损 短路开断试验 1 引言 真空断路器由于其熄弧能力强，燃弧时间短，触头磨损小，机械寿命长，维护量小，灭弧室更换容易等一系列特点深受用户的青睐。更是在405KV及以下电压等级的市场上占据主导地位。如今现场采取对真空断路器的维修及灭弧室更换原则为依据其在大容量试验站进行的机械寿命次数及额定短路电流开断次数（例如:20次、30次、50次等等）。但真空断路器究竟能够开断多少次短路电流呢?20世纪90年代中期，有的厂家12KV真空断路器产品曾经通过了额定短路开断电流.75次试验至于更多的开断次数以及更高电压等级产品的更多次数开断能力，由于试验费用太高，厂家无法负担这样的研发成本，所以并没有进一步深入地研究下去。作者通过分析 2002年至2005年4年来的约400份型式试验报告、原始记录及试验波形，并且跟踪一台合成试验用辅助断路器单极近一年的开断情况，提出了一些自己的想法。 2 型式试验报告的分析结论 分析查阅了2002～2005四年间约400份真空断路器及开关柜的型式试验报告，共发现63台次真空断路器试品在短路开断试验过程中出现问题。通过分析发生问题试品的开断次数区段，发现这样一个规律:试验产品随着开断次数的增加试验，失败率反而在减小。其中，发生问题的开断次数区间在1～10次中的占67.4%，11～20次中的占17.4%，21～30次中的占152%30次以上的为0%，详情如表1 所示。 开断失败的原因，一般主要有:（1）灭弧室缺陷，如真空度不合格，老炼不充分;（2）开关装配不良，如行程曲线不理想，灭弧室安装偏心，螺丝松动;（3）机构可靠性差等。从表1中可以看出，开断试验中大部分问题出现在电寿命试验开始阶段，一旦度过这段过程，失败的几率就开始减小。当然失败的原因不排除灭弧室本身的问题，但现在真空灭弧室的生产基本采用真空炉内一次封排技术，技术已相当成熟，合格率相当高，而且出厂时还要经过几次高电压、小电流的充分老炼，真空度的检测，出现问题的概率应该说很小。换句话讲，如果真是由于灭弧室自身的缺陷造成开断的失败 （如焊连、未灭弧），也应该是随着开断次数的增多，触头材料大量产气造成真空度下降过快或者触头材料熔化而飞溅出的金属颗粒使灭弧性能下降而造成失败几率增加，而事实上正好相反口开断30次以上的试品元一例外都通过了电寿命试验甚至同一台产品连续成功做了两轮电寿命试验即同时满足国标要求的274次E2级延长的电寿命试验和满足电标要求的满容量开断30次的电寿命试验。 由此可见，真正造成短路开断失败的主要问题不在灭弧室本身，而在装配调试过程中的不认真和人为疏忽上。可以说，一台装配合理，调试良好的开关，只要选配合格的真空灭弧室理论上都能够进行几十甚至上百次的额定短路电流开断。 3 验证性试验及结果 影响电寿命的主要因素是电磨损，包括灭弧室、灭弧介质、触头三方面，通常认为起决定作用的是触头的磨损，主要表现为触头的净损失、触头材料的金属转移和化学腐蚀，净损失多是在电弧高温作用下已熔化或气化的触头表面被流体介质冲走或喷溅所造成。触头的电磨损取决于电弧能量即开断电流和燃弧时间。大量的试验结果表明，从断路器累积电磨损的角度考虑，虽然燃弧时间的长短对单次开断是随机的，其平均燃弧时间则是趋近的（平均为6～10MS），即可忽略首开相、后开相的影响，完全用开断电流作参考量。 根据真空电弧理论分析可知真空电弧电压是一个接近的数值，不受外施电压大小的影响，而只需一定的外施电压来维持真空电弧电压所以只要短路电流满足要求，可以采取降低电压的方法进行电寿命开断试验，其触头磨损程度应该能够等效全电压的情况。依据此原理合成试验所用辅助断路器由于每次均参与开断短路电流，也承受较高的恢复电压，故仍能满足对触头的磨损要求。所以作者自2005年10月～2006年7月对站内合成试验用辅助断路器的开断情况进行了详尽的纪录以用来考核验证真空断路器的电寿命极限开断次数能力试验原理如图1所示。图中FD的灭弧室型号为TD- 40.5/1600-31.5（编号0402578），对新更换的真空灭弧室进行了近一年的跟踪测试，记录了每一次的开断情况，为了满足试验的等价性，特意将它每次的燃弧时间整定为8～10MS。不同于目前流行的等效累计法所说将各种开断电流全都等效推算至满容量下一起考核寿命，此次纪录完全没有考虑低于额定短路开断电流的情况，只记录了开断额定短路电流次数，即315KA的情况口也就是说，实际工况比记录情况还要更苛刻。 截止至2006年7月底共进行405KV、315KA等级各种产品试验约20台总共开断315KA电流 211次，累计开断电流6600KA累计燃弧时间约为1900MS。7月27日将此极灭弧室作为试品进行了40.5KV、315KA合成开断试验一共进行了3次有效开断。其中，一次对称电流开断，燃弧时间为85MS;一次大半波中燃弧开断燃弧时间为10MS和一次大半波长燃弧开断试验，燃弧时间为12MS （T100A可以说是短路开断试验里最严酷的项目之一），3次开断均成功，图2、图3为开断试验波形。随后又对该灭弧室进行了绝缘试验，其中工频耐压达到 100KV，冲击耐压水平略低于标准要求（185KV），达到182KV。这充分证实了此只灭弧室仍然具备很强的灭弧能力，仍能满足继续使用的条件。在解剖后发现触头燃弧覆盖面比较均匀，触头面开槽大部分已熔化粘连触头表面烧损约。 1.4MM，局部已产生凹坑，触头烧损情况如图4所示，而且金属蒸汽对屏蔽筒的喷溅也很轻微，说明纵磁场结构电极控弧能力很强。 4 结束语 通过上述验证性试验证明就目前的制造工艺和技术水平而言，满容量电寿命开断次数20、30甚至50次并不能真实反映真空断路器实际的电寿命开断能力，对于 E2级274次延长的电寿命开断次数经同样产品分别按照两种标准进行开断试验后的解剖效果看，其触头烧损程度仅相当于20～30次之间的满容量电流开断后的效果。如果一切环节均配合正常的话，真空断路器的电寿命极限开断次数的潜力非常大。所以，如果在使用现依据在试验站验证的电寿命能力次数的要求来进行真空灭弧室的更换无疑会造成相当大的浪费。(end)

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