摘　要：

    通過分析2002～2006年間約500多份型式試驗報告、原始記錄及試驗波形，并且跟蹤一臺合成試驗用輔助斷路器單極一年多的開斷情況，認為就目前的生產(chǎn)工藝和制造水平而言，真空斷路器的開斷潛力還遠遠沒被徹底發(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

    引言： 　

    真空斷路器以其熄弧能力強，燃弧時間短，觸頭磨損小，機械壽命長，維護量小，滅弧室更換容易等一系列特點深受用戶的青睞，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。運行部門常將真空斷路器在型式試驗時通過的機械壽命次數(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)品進行過75次額定短路開斷電流試驗，至于更高電壓等級產(chǎn)品，或者更多開斷次數(shù)的驗證，由于試驗費用太高，沒有廠家愿意負擔(dān)這樣的研發(fā)成本，所以并沒有進一步深入研究。通過分析2002年至2006年5年間的約500份型式試驗報告、原始記錄及試驗波形，并且跟蹤記錄一臺合成試驗用輔助斷路器單極一年多的開斷情況，進一步的研究和驗證了真空斷路器極限電壽命能力。 　　

    型式試驗報告的分析結(jié)論： 　查閱500余份真空斷路器及開關(guān)柜的型式試驗報告及原始記錄后發(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)段有這樣一個規(guī)律：試驗產(chǎn)品隨著開斷次數(shù)的增加，試驗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：試驗出現(xiàn)問題區(qū)段分布表

　   規(guī)律：試驗產(chǎn)品隨著開斷次數(shù)的增加，試驗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，反彈或彈跳過大；

    ②機構(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，開斷試驗中大部分問題出現(xiàn)在電壽命試驗開始階段，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。其實就算是由于滅弧室自身的缺陷造成開斷失敗（如熔焊、未滅弧），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?？墒聦嵡『孟喾础ｉ_斷30次以上的試品都通過了電壽命試驗，甚至是同一臺產(chǎn)品連續(xù)成功做了兩輪電壽命試驗，即同時滿足文[5]要求的274次E2級延長的電壽命試驗和文[6]要求的滿容量開斷30次的電壽命試驗。 　

     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)計存在缺陷，或者裝配調(diào)試過程中的不認真及人為疏忽等方面?？梢哉f，一臺設(shè)計合理、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。

     驗證性試驗及結(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間。

    大量的試驗結(jié)果表明[7]：雖然燃弧時間的長短對單次開斷是隨機的，其平均燃弧時間則是趨近的，即可忽略首開相、后開相的影響，完全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行電壽命開斷試驗[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)合成試驗用輔助斷路器開斷實驗的記錄與分析，來考核驗證真空斷路器的電壽命極限開斷次數(shù)能力，試驗原理見圖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，同時為了滿足試驗的等價性，特意將它每次的燃弧時間整定為9～11ms。不同于目前流行的等效累計法[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-延弧回路點火球 KLH-空心電流互感器 GQ-電壓回路點火球 圖1 合成試驗回路原理結(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，共進行40.5kV、31.5kA等級各種產(chǎn)品試驗約20臺，該極滅弧室總共開斷31.5kA電流211次，累計開斷電流6600kA，累計燃弧時間約為1900ms。7月27日，將此極滅弧室作為試品進行了40.5kV、31.5kA合成開斷試驗，一共進行了3次有效開斷，其中，一次對稱電流開斷，燃弧時間為8.5ms；一次大半波中燃弧開斷，燃弧時間為10ms；一次大半波長燃弧開斷試驗，燃弧時間為12ms(T100a可以說是短路開斷試驗里最嚴(yán)酷的項目之一)，3次開斷均成功，圖3、圖4為開斷試驗波形。隨后又對該滅弧室進行了絕緣試驗，其中工頻耐壓達到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），達到182kV。這充分證實了此只滅弧室仍然具備很強的滅弧能力，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，但觸頭表面燒損最嚴(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)電極控弧能力很強。觸頭燒損情況見圖4。

    當(dāng)然，并不是說每個批次生產(chǎn)的真空滅弧室都能達到200次以上的電壽命能力，其差異還是存在的，但是，根據(jù)在試驗站的多年工作經(jīng)驗，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例，應(yīng)該是帶有普遍性的。 

    結(jié)論 　

    通過上述驗證性試驗證明，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次并不能真實反映真空斷路器實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極限開斷次數(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。如果運行中僅依據(jù)型式試驗中驗證的電壽命開斷次數(shù)來更換真空滅弧室，無疑會造成相當(dāng)大的浪費。