摘要：断路器是在正常的电路条件下，能够闭合、负载和断开电流的开关装置，能够在给定的时间内，在不正常的电路状态下闭合和传输电流。根据使用范围将断路器分为高压断路器和低压断路器。高、低电压的界限是模糊的。一般来说，超过3kv称为高压设备。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线和电机的保护，当断路器发生严重的过载、短路和欠电压故障时，能自动切断电路，其功能相当于熔断器和热继电器组合开关。在故障电流切断，无需更换零件。目前，它已广泛应用。配电是发电、运输和用电中极为重要的一环。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备。低压断路器是大量的电气设备。断路器是配电系统中主要的控制元件。它通常用于接通和关断负载电流，短路电流可通过短路保护装置自动切断。
关键词：预防断路器；常见故障；技术
1直流操作电源故障引起的断路器拒动及烧损的预防措施
根据国家电网公司发布的《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》文件，预防直流操作电源故障引起断路器拒动、烧损的技术措施如下：1）直流操作电源不得低于标准要求各种直流操作电源均应保证断路器合闸电磁铁线圈通电时的端子电压不低于标准要求。对电磁机构合闸线圈端子电压，当关合电流小于50kA（峰值）时不低于额定操作电压的80%；当关合电流等于或大于50kA（峰值）时不低于额定操作电压的85%，并均不得高于额定操作电压值的110%，以确保合闸和重合闸动作的可靠性。在不能满足上述要求时，应结合具体情况予以改进。断路器操作时，如合闸电源电缆压降过大，不能满足规定的操作电压时，应更换成截面积大的电缆以减少压降。在设计时应考虑电缆所造成的线路压降。2）保证电源可靠200kV以上电压等级变电所用电应有两路可靠电源。新建的变电站，不得采用硅整流合闸电源和电容储能跳闸电源。对已运行的电容储能跳闸电源，电容器质量必须合格。电容器的组数和容量必须满足几台断路器同时跳闸的需要，并应加装电容器熔丝的监视装置。经常检查电容器有无漏电现象，如有漏电及时更换，以保证故障断路器可靠跳闸。3）定期检查应定期检查直流系统各级熔丝配置是否合理，熔丝是否完好，操作箱是否进水受潮，二次接线是否牢固，分、合闸线圈有无烧损。
2真空灭弧原理
电力机车和动车组使用的真空断路器一般由高压部分、支持绝缘部分和驱动控制部分组成。高压部分装有可以开断交流电弧的真空开关管，主触头安装在真空开关管内部，真空开关管灭弧室通过密封来与大气隔离。依据帕邢定律，在主触头之间的击穿电压大小根据气体压力、触头之间的间隙距离变化而变化。真空度与开断电压的关系曲线，真空度在10-3及更低的气压下能得到较理想的灭弧性能。空气和真空状态下间隙距离对灭弧性能影响，在理想的真空度下，很小的距离就能实现30kV电压的灭弧功能，而自然环境下的空气介质是难以实现的。目前国内电力机车和动车组使用的主流真空断路器主触头间隙距离为16mm，是有较大设计裕量的，远大于30kV的介电性能试验结果，证明真空断路器提供了足够的真空度和间隙距离来中断电弧。真空断路器开断主电路的过程中，具有优良绝缘特性的真空允许大大降低通电主触头之间的距离，在下一个电流过零点，电弧很容易断裂，在几分之一毫秒之后，主触头之间的绝缘恢复，并且电弧不能重新形成。
目前真空开关管厂家根据既有经验和积累的试验数据分析结果，将主触头表面都设计成特定的形状，从而让主触头产生有益的组合磁力使得电弧围绕触头的轴线旋转，这种效应会减少热点，并且将主触头的磨损保持在最小。
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3绝缘失效模式分析
3.1内部绝缘失效
首先，真空开关管是一个密封的负压部件，在长期高频接通、开断主电路的过程中，主触头磨耗形成的金属蒸汽均匀地分布在真空灭弧室内，最终能导致短路，这是正常的老化现象。其次，开断异常、多次短路电流也可能导致真空开关管真空度失效，不能继续使用。再次，动触头端波纹管破损会导致密封失效，引起真空度丧失，最终使灭弧失败。
3.2外部绝缘失效
真空断路器绝缘失效更多的可能原因是外部污染造成的，有以下几种情况：1）对于采用空气绝缘的情况，真空开关管外壁与绝缘子内壁形成的腔体气密性失效，存在污染物或水，在真空开关管极间外部形成了短路。真空开关管的静触头和动触头外层陶瓷管接口处有明显被击穿短路烧毁的痕迹，击穿的点非常清晰，没有熏黑的现象，而真空开关管外层其他地方全部有烧黑残留的现象；真空开关管内部的触头没有被烧毁的痕迹，触头表面光滑；真空开关管的外部绝缘套内有短路烧毁痕迹。一般情况是，如果是真空开关管内部真空泄漏而导致的主触头短路，触头表面会有短路烧毁的凹凸痕迹，所以本案例分析结论是：由于外部短路后，高温烧毁真空开关管的中间屏蔽罩金属部分，造成真空开关管击穿、主电路短路。2）对于真空开关管与绝缘子之间是固封（固态绝缘材质）工艺的，真空开关管外壁与绝缘材料之间长时间电蚀可能形成短路。3）绝缘子外部缺陷（物理破坏）、污染造成绝缘失效。
4预防措施和建议
从真空灭弧的原理可以得出，要确保真空断路器可靠地断开主电路，有效的真空度是关键必备条件。根据国内对真空断路器设计研究、试验和运用经验，笔者以自身多年工作经验总结出以下几点预防措施和建议：1）对于真空开关管正常使用的老化现象，出现以下任何一种情况均需更新真空开关管或真空断路器：a.真空断路器开断次数到限（一般为25万次）；b.主触头磨损达到或超过规定值；c.耐压试验失败，经确认是真空度失效的情况。2）重视真空断路器开断短路电流对寿命造成的影响。可以通过在线监测结果累计的方法记录开断短路电流的次数，当记录次数高于真空开关管计算值时应进行更新真空开关管处理。3）真空开关管波纹管的破损原因除了本身质量缺陷外，与其配合的部件尺寸偏离以及组装中驱动机构与动触头同轴度不能保证的情况都会造成波纹管异常损耗，使其寿命远远达不到设计要求。建议对相关配合部件进行全尺寸检查，并且采用工装工具确保真空开关管动触头和驱动机构的同轴度。4）对于外部绝缘失效的问题，分空气介质和绝缘材料介质的情况进行处理：a.采用空气介质灭弧的产品，首先应确保极间电气间隙，并防止带电体尖端出现，可以对凸出部分采用绝缘材料介质包裹来优化电场分布；其次定期检查高压部分的密封性能，外部被污染造成的短路一般不是短时间造成的，定期检查（建议每年1次）的预防措施能及时了解真空断路器是否被污染。b.采用绝缘材料介质的产品，定期进行极间局放试验检测，建议对于局放试验结果>10pc的产品进行更新高压部分。检测周期为2年。5）针对真空断路器高压部分绝缘子外部绝缘失效的问题，建议按照TB/T3077进行外观检查和清洁。
5结论
真空灭弧的优越性是显而易见的，本文陈述的预防措施及建议均经过试验验证或运行考核，能有效降低绝缘失效导致的故障，从而提高产品可靠性。近年来高压开关真空灭弧逐渐取代了空气灭弧，真空灭弧的使用使产品具有体积更小、质量更轻和高可靠性的特点，让多种高压电器产品实现了高压柜内安装，国内高压电器研制水平得到提高。
参考文献：
[1]向滔.高压断路器机械故障的振动监测方法研究[D].湖南科技大学,2016.
[2]杨继峰.断路器合闸线圈烧坏的原因及预防措施分析[J].中国高新技术企业,2016,09:135-136.
论文作者:张济凡,李哲明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/16
标签：断路器论文; 触头论文; 真空开关论文; 电流论文; 高压论文; 电压论文; 真空断路器论文; 《电力设备》2017年第20期论文;