摘　要：

    通過分析2002～2006年間約500多份型式試驗(yàn)報(bào)告、原始記錄及試驗(yàn)波形，并且跟蹤一臺合成試驗(yàn)用輔助斷路器單一年多的開斷情況，認(rèn)為就目前的生產(chǎn)工藝和制造水平而言，真空斷路器的開斷潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒被徹底發(fā)現(xiàn)。 關(guān)鍵字：真空斷路器 真空滅弧室 電壽命 電磨損 短路開斷試驗(yàn)

    引言： 　

    真空斷路器以其熄弧能力強(qiáng)，燃弧時(shí)間短，觸頭磨損小，機(jī)械壽命長，維護(hù)量小，滅弧室更換容易等一系列特點(diǎn)深受用戶的青睞，目前更是在40.5kV及以下電壓等級的市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。運(yùn)行部門常將真空斷路器在型式試驗(yàn)時(shí)通過的機(jī)械壽命次數(shù)及額定短路電流開斷次數(shù)（即電壽命）作為維修及滅弧室更換的依據(jù)[1～2]。上世紀(jì)90年代中期曾有廠家對12kV真空斷路器產(chǎn)品進(jìn)行過75次額定短路開斷電流試驗(yàn)，至于更高電壓等級產(chǎn)品，或者更多開斷次數(shù)的驗(yàn)證，由于試驗(yàn)費(fèi)用太高，沒有廠家愿意負(fù)擔(dān)這樣的研發(fā)成本，所以并沒有進(jìn)一步深入研究。通過分析2002年至2006年5年間的約500份型式試驗(yàn)報(bào)告、原始記錄及試驗(yàn)波形，并且跟蹤記錄一臺合成試驗(yàn)用輔助斷路器單一年多的開斷情況，進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證了真空斷路器限電壽命能力。 　　

    型式試驗(yàn)報(bào)告的分析結(jié)論： 　查閱500余份真空斷路器及開關(guān)柜的型式試驗(yàn)報(bào)告及原始記錄后發(fā)現(xiàn)，共有75臺次真空斷路器試品在短路開斷試驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題。分析發(fā)現(xiàn)：發(fā)生問題試品的開斷次數(shù)區(qū)段有這樣一個(gè)規(guī)律：試驗(yàn)產(chǎn)品隨著開斷次數(shù)的增加，試驗(yàn)失敗率反而在大大減少。其中，發(fā)生問題的開斷次數(shù)區(qū)間在1～10次中的占65.3%，11～20次中的占24.0%，21～30次中的占10.7%，30次以上的為0%，見表1。 表1：試驗(yàn)出現(xiàn)問題區(qū)段分布表

　   規(guī)律：試驗(yàn)產(chǎn)品隨著開斷次數(shù)的增加，試驗(yàn)失敗率反而在大大減少。其中，發(fā)生問題的開斷次數(shù)區(qū)間在1～10次中的占65.3%，11～20次中的占24.0%，21～30次中的占10.7%，30次以上的為0%，見表1。 　

     開斷失敗的原因很多[3～4]，主要有：

    ①開關(guān)裝配調(diào)試不當(dāng)，如滅弧室安裝偏心，緊固螺絲松動(dòng)，反彈或彈跳過大；

    ②機(jī)構(gòu)可靠性差，行程特性曲線不理想；

    ③滅弧室內(nèi)部缺陷，如真空度不合格，老煉不充分等。從表1可以看出，開斷試驗(yàn)中大部分問題出現(xiàn)在電壽命試驗(yàn)開始階段，一旦度過這段過程，熄弧失敗的幾率就開始減小。失敗的原因盡管不排除滅弧室本身問題，但現(xiàn)在真空滅弧室的生產(chǎn)工藝和制造水平已相當(dāng)成熟，合格率相當(dāng)高，而且出廠時(shí)還要經(jīng)過數(shù)次高電壓、小電流的充分老煉，多道真空度檢測工序，出現(xiàn)問題的概率應(yīng)該說很小。其實(shí)就算是由于滅弧室自身的缺陷造成開斷失?。ㄈ缛酆浮⑽礈缁。?，包括觸頭材料內(nèi)部大量排氣造成真空度下降，或者觸頭材料熔化后產(chǎn)生的金屬微粒飛濺使滅弧性能下降等原因，也應(yīng)該是隨著開斷次數(shù)的增多，失敗幾率逐漸增加?？墒聦?shí)恰好相反。開斷30次以上的試品都通過了電壽命試驗(yàn)，甚至是同一臺產(chǎn)品連續(xù)成功做了兩輪電壽命試驗(yàn)，即同時(shí)滿足文[5]要求的274次E2級延長的電壽命試驗(yàn)和文[6]要求的滿容量開斷30次的電壽命試驗(yàn)。 　

     由此可見，短路開斷失敗的關(guān)鍵因素并不在滅弧室本身，而在于斷路器設(shè)計(jì)存在缺陷，或者裝配調(diào)試過程中的不認(rèn)真及人為疏忽等方面。可以說，一臺設(shè)計(jì)合理、裝配合格且調(diào)試良好的開關(guān)，只要選配合格的真空滅弧室，理論上都能夠通過幾十甚至上百次的額定短路電流開斷。

     驗(yàn)證性試驗(yàn)及結(jié)果： 　影響電壽命的主要因素是電磨損，包括滅弧室、滅弧介質(zhì)、觸頭三方面，通常認(rèn)為起決定作用的是觸頭的磨損，其取決于電弧能量即開斷電流和燃弧時(shí)間。

    大量的試驗(yàn)結(jié)果表明[7]：雖然燃弧時(shí)間的長短對單次開斷是隨機(jī)的，其平均燃弧時(shí)間則是趨近的，即可忽略首開相、后開相的影響，用開斷電流作為參考量。 　根據(jù)真空電弧理論分析可知，真空電弧電壓是一個(gè)接近的數(shù)值，不受外施電壓大小的影響，只需一定大小的外施電壓就可維持真空電弧燃燒，所以只要短路電流滿足要求，可以采取降低電壓的方法進(jìn)行電壽命開斷試驗(yàn)[8~9]，其觸頭磨損程度應(yīng)該能夠等效全電壓的情況。依據(jù)此原理，合成試驗(yàn)所用輔助斷路器由于每次均參與開斷短路電流，也承受較高的恢復(fù)電壓，故仍能滿足對觸頭的磨損要求。所以，通過對2005-2006年站內(nèi)合成試驗(yàn)用輔助斷路器開斷實(shí)驗(yàn)的記錄與分析，來考核驗(yàn)證真空斷路器的電壽命限開斷次數(shù)能力，試驗(yàn)原理見圖1。圖1中FD的滅弧室型號為TD-40.5/1600-31.5（編號0402578），自更換該滅弧室起，記錄了其每一次的開斷情況，同時(shí)為了滿足試驗(yàn)的等價(jià)性，特意將它每次的燃弧時(shí)間整定為9～11ms。不同于目前流行的等效累計(jì)法[10～11]，將各種開斷電流全都等效推算至滿容量下一起考核壽命，此次紀(jì)錄沒有考慮低于額定短路開斷電流的情況，只記錄了開斷31.5kA額定短路電流次數(shù)，即滅弧室觸頭實(shí)際的磨損程度要比記錄情況還要更加苛刻。

　HK-合閘開關(guān) SP-試品 FL-分流器 FD-輔助斷路器 　YQ-延弧回路點(diǎn)火球 KLH-空心電流互感器 GQ-電壓回路點(diǎn)火球 圖1 合成試驗(yàn)回路原理結(jié)構(gòu)圖

圖2：T100a長燃弧大半波開斷工頻示波圖

圖3：T100a長燃弧大半波開斷TRV波形 　

    止至2006年7月底，共進(jìn)行40.5kV、31.5kA等級各種產(chǎn)品試驗(yàn)約20臺，該滅弧室總共開斷31.5kA電流211次，累計(jì)開斷電流6600kA，累計(jì)燃弧時(shí)間約為1900ms。7月27日，將此滅弧室作為試品進(jìn)行了40.5kV、31.5kA合成開斷試驗(yàn)，一共進(jìn)行了3次有效開斷，其中，一次對稱電流開斷，燃弧時(shí)間為8.5ms；一次大半波中燃弧開斷，燃弧時(shí)間為10ms；一次大半波長燃弧開斷試驗(yàn)，燃弧時(shí)間為12ms(T100a可以說是短路開斷試驗(yàn)里嚴(yán)酷的項(xiàng)目之一)，3次開斷均成功，圖3、圖4為開斷試驗(yàn)波形。隨后又對該滅弧室進(jìn)行了絕緣試驗(yàn)，其中工頻耐壓達(dá)到100kV，高于標(biāo)準(zhǔn)要求（95kV）,沖擊耐受電壓水平略低于標(biāo)準(zhǔn)要求（185kV），達(dá)到182kV。這充分證實(shí)了此只滅弧室仍然具備很強(qiáng)的滅弧能力，能夠滿足繼續(xù)使用的條件[12]。解剖后發(fā)現(xiàn)：盡管觸頭面開槽大部分已熔化粘連，局部已產(chǎn)生凹坑，但觸頭表面燒損嚴(yán)重處只有約1.4mm，且觸頭燃弧覆蓋面比較均勻，且金屬蒸汽對屏蔽筒的噴濺也比較輕微，說明縱磁場結(jié)構(gòu)電控弧能力很強(qiáng)。觸頭燒損情況見圖4。

    當(dāng)然，并不是說每個(gè)批次生產(chǎn)的真空滅弧室都能達(dá)到200次以上的電壽命能力，其差異還是存在的，但是，根據(jù)在試驗(yàn)站的多年工作經(jīng)驗(yàn)，輔助斷路器大多能夠完成150次以上的額定短路電流開斷，因此，該只滅弧室并不屬于個(gè)例，應(yīng)該是帶有普遍性的。 

    結(jié)論 　

    通過上述驗(yàn)證性試驗(yàn)證明，就目前的制造工藝和技術(shù)水平而言，滿容量電壽命開斷次數(shù)20、30甚至50次并不能真實(shí)反映真空斷路器實(shí)際的電壽命開斷能力。如果一切環(huán)節(jié)均配合正常的話，真空斷路器的電壽命限開斷次數(shù)的潛力非常大，應(yīng)該大多具備超過100次額定短路電流開斷的能力。如果運(yùn)行中僅依據(jù)型式試驗(yàn)中驗(yàn)證的電壽命開斷次數(shù)來更換真空滅弧室，無疑會(huì)造成相當(dāng)大的浪費(fèi)。