真空灭弧室的寿命

真空灭弧室的寿命刘劲松（大唐淮北发电厂235000）摘要：真空断路器同其他电气设备一样，都有一定的使用期限，这就是通常所说的“寿命”。一般来说，“寿命”不到的真空断路器，它具有继续使用的价值。本文主要是从真空断路器的灭弧室（真空管）的结构出发，对灭弧室（真空管）各部件进行分析探讨，用以判断真空断路器灭弧室（真空管）的寿命。关键词：真空断路器寿命真空寿命机械寿命电寿命0引言：真空断路器以具备良好的灭弧性能,适宜频繁操作,电气寿命长、运行可靠性高、体积小、重量轻、维护工作量小的优势,在当今我国电力工业城乡电网改造、化工、冶金、-铁道电气化以及矿山等行业得到了广泛的应用。真空断路器的灭弧室（真空管）是熄灭电弧的关键部件，灭弧室（真空管）按结构可分为动触头、静触头、屏蔽罩、波纹管和外壳。新灭弧室（真空管）的真空度要求达到7.5×10-4Pa以下，以此作为灭弧室（真空管）可靠工作的保证，当真空度超过6.6×10-2Pa时，就不能满足真空灭弧室（真空管）的绝缘强度。真空灭弧室的波纹管绝大多数都是采用0．15mm厚度的不锈钢压制成型的。高压真空断路器应用环境的污秽等级、湿度、盐雾等选择不够合适，有害气体、凝露造成波纹管点状腐蚀，导致波纹管和盖板及封接面的漏气。动、静触头的碰撞接触以及电弧烧损将造成触头磨损，触头磨损值达到一定值时就会影响断路器的使用寿命。因此表征真空断路器寿命的有真空寿命、机械寿命和电寿命三大类型。1真空寿命真空寿命是真空断路器所特有的。真空断路器的真空寿命是用来衡量灭弧室（真空管）自出厂之日起，经过运输、存放和安装、使用，其内部真空度是否还在允许工作的最低真空度（或真空压力的允许最大值）限值之内，因此也称为存放寿命。真空断路器的灭弧室（真空管）制造出厂后，其内部真空度并不是永远维持不变，随着存放时间的增加，灭弧室（真空管）内部的真空度将要下降，这是因为灭弧室（真空管）内部的真空状态与外部的大气状态存在着压强差和气体分子浓度差，通过漏孔和各种途径的渗透，大气中的气体分子能够不同程度的进入灭弧室（真空管）内部，以及内部金属零件的放气，使真空压强上升。如图所示是测量统计曲线，更能反映灭弧室（真空管）内部真空压力变化的实际情况。图中，P表示压强，单位是Pa，t表示灭弧室（真空管）在存放和使用过程中的不同阶段。其中：t0——灭弧室（真空管）经检验合格进入仓库的时刻；t1——自t0起数月后的时刻；t2——灭弧室（真空管）开始在现场使用的时刻；t3——使用中经最初几十次额定电流开断；t4——使用中经数百次额定电流的开断或十余次额定短路电流开断后的时刻；t5——灭弧室（真空管）机械寿命终了的时刻。在灭弧室（真空管）使用的不同阶段，内部压强依次变化从P0～P5。其中P0为起始压强。通长约为在6×10－3Pa左右。在t0到t1的时间内，压强大致上是时间的指数函数，压强增加的原因是灭弧室（真空管）排气后有一个内部气体平衡过程，初期总是表现为管内材料表面的气体释放大于吸附。经过几个月时间后，这——释放——吸附趋于平衡，压强不再依时间而变化，表现为P1＝P2。灭弧室（真空管）在时刻t2经电弧在触头表面燃烧，制造过程中形成的杂质经电弧作用放出气体，压强急剧增加。但是，由于触头材料蒸散后的吸气作用，随着继续使用，在t3时刻达到压强最大值P3后，即开始下降。对灭弧室来说，P3不应超过允许使用的最高压强。从时刻t3以后，压强又逐渐降低，在时刻t4，达到使用期的动态平衡，直到机械寿命终了。慢性漏气可以用漏气率来表示，其单位用Pa·L／s，用下公式计算dtdpVQ式中Q——漏气率，单位时间漏入的气体量；V——真空灭弧室（真空管）的内部容积；P——真空灭弧室（真空管）的内部真空压力。一只漏气率小于1.3×10-11Pa·L／s，初始真空度在1.3×10-6Pa的灭弧室（真空管），就可以保证在20年之内其内部真空度不低于1.3×10-2Pa。真空灭弧室（真空管）在制造过程中，对于那些漏气率大于1.3×10-5Pa·L／s的产品，P3PaP01.3×10－111.3×10－21.3×10－31.3×10－4t1P5P4P2P1t0t2t3t4t5灭弧室（真空管）寿命期内不同时刻的真空度变化曲线示意图t用氦质谱检漏仪给予剔除。对于那些漏气率大于1.3×10-9Pa·L／s的产品，通过静置存放，用真空度测试仪测量管内真空度的变化将其剔除。再加上对于气密外壳加工严格检验，严格执行零件加工处理工艺，现在生产的真空灭弧室（真空管）可以保证在存放和使用期内因慢性漏气引起的真空度下降造成的失效率低于1‰。各制造厂家真空断路器的真空寿命在各自的技术标准产品说明书上都有表明，有的是十年，也有的是二十年。但这决不意味着十年、二十年以后就不能再使用。真空断路器的真空寿命是否终了，要看灭弧室（真空管）内部压力是否在允许工作的最大值之上，可以用真空度测试仪或者工频耐压法测试检查，测试合格的仍可继续使用。值的提出注意的是：真空度测试仪应根据要求定期进行校核，避免因仪器误差超限而发生误判断；特别是真空断路器的真空度在线监测装置也同样存在定期校核的问题，以保证其指示和告警的准确性。2机械寿命真空断路器灭弧室（真空管）的机械寿命是从出厂之日算起机械动作的次数，不管是空载操作还是带负荷操作，完成一个分、合操作便算一次。真空断路器灭弧室（真空管）的机械寿命主要取决于灭弧室（真空管）的不锈钢波纹管的寿命。波纹管用非导磁不锈钢制造，非导磁不锈钢在制造过程中具有不因受热处理的影响而失去弹性，不易氧化和耐腐蚀性强等优点。真空断路器灭弧室（真空管）机械寿命终了一般来说，就是灭弧室（真空管）不锈钢波纹管破裂了，此时灭弧室（真空管）内呈大气状态，动触头由于失去大气压力而能自由晃动，屏蔽罩等也可能因大气中水汽的作用改变颜色。真空断路器灭弧室（真空管）的机械寿命除了决定于取灭弧室（真空管）本身的质量外，以下因素的存在都有可能导致机械寿命的降低。a.真空灭弧室（真空管）存放和使用环境中有酸等化学腐蚀性气体污染，工作条件的受热、温度过高；b.真空断路器因使用或调整不当，使不锈钢波纹管产生变形；c.真空断路器工作时动触头行程过大，或弹跳时间过长，弹跳严重；d.导向装置安装不符要求，引起动触头运动过程中出现摆动，甚至于波纹管发生摩擦；e.波纹管受到了过大的扭力，特别是在装配灭弧室（真空管）动触头与拉杆联接时，用力过大。为了保证真空断路器灭弧室（真空管）的机械寿命，对于操动机构的各连接部位，传动部位均应满足要求。真空断路器的真空灭弧室（真空管）的机械寿命标准一般是6000—20000次，机械寿命主要是由波纹管决定的。真空断路器在实际使用中如果达到了灭弧室（真空管）机械寿命指标，就应该更换。但如果还要继续使用，为保证安全，根据操作的频繁程度，应缩短检查周期，如真空断路器的性能下降，则应立即更换。3电寿命真空断路器灭弧室（真空管）的电寿命就是根据额定短路电流的开断次数，或者额定工作电流的开断次数。真空断路器灭弧室（真空管）的电寿命可以根据真空灭弧室（真空管）触头允许的磨损厚度（动、静触头合计）来确定。它主要取决于真空灭弧室（真空管）的触头材料、结构与开断电流的大小。目前以触头允许磨损厚度来确定真空断路器的电寿命是既简便又可靠的方法。不同型号的真空灭弧室（真空管）触头允许磨损厚度，其数值由制造厂给出，触头磨损情况可以从操动机构灭弧室（真空管）动触头位置的变化测量得到，当触头磨损值达到制造厂给出的标准，即表示真空断路器灭弧室（真空管）的电寿命终了，应及时更换。结束语：由于我国自九十年代开始使用真空断路器，已将近二十年，所使用的真空断路器的灭弧室（真空管）已达到或即将达到灭弧室（真空管）真空寿命、机械寿命和电寿命，但是必须注意的是真空断路器灭弧室（真空管）的寿命实际取决于三大类寿命中最短的一类，当其中有一类达到寿命，说明此真空断路器灭弧室（真空管）的寿命也已终了。如果各种性能仍正常，可以继续使用，但要加强检查与监测，确保该灭弧室（真空管）在延长期内正常安全的工作。参考文献：1《高压断路器技术问答》2《真空开关故障监测》作者简介：刘劲松男技师、工程师大唐淮北发电厂。