10KV真空断路器的故障分析处理论文

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中国农业大学现代远程教育

毕业论文（设计）

论文题目：10KV真空断路器的故障分析处理

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中国农业大学网络教育学院制

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目 录

摘 要 ................................................................................................................................................ 3 1真空断路器概述 ............................................................................................................................. 3 1.1 真空断路器的概况 ................................................................................................................ 3 1.2 国内断路器的状况 ................................................................................................................ 4 1.3 国外断路器的状况 ................................................................................................................ 4 1.4 真空断路器的主要部件的工作原理 .................................................................................... 5 1.5 真空断路器存在的常见问题 ................................................................................................ 5 2 典型的10KV真空断路器介绍 .................................................................................................... 6 2.1 ZN28-10/4000-50真空断路器的主要技术参数 ................................................................. 6 2.2结构原理 ................................................................................................................................. 6 2.3导向与缓冲装置 ..................................................................................................................... 9 3 10KV真空断路器常见故障分析、预防及处理 ........................................................................ 10 3.1真空灭弧室的漏气问题 ....................................................................................................... 10 3.2绝缘故障 ............................................................................................................................... 12 3.3拒动、误动故障 ................................................................................................................... 13 4 案例分析 ...................................................................................................................................... 14 4.1 一起10 KV真空断路器漏气故障分析与处理 .................................................................. 14 4.2 10KV断路器合闸线圈烧损案例 ......................................................................................... 15 5 加强10KV真空断路器状态检修的建议 .................................................................................. 18 5.1状态检修 ............................................................................................................................... 18 5.2维护周期 ............................................................................................................................... 19 5.3维护项目 ............................................................................................................................... 19 6 结论 .............................................................................................................................................. 20 参考文献 .......................................................................................................................................... 20

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摘 要

真空断路器是近二十年兴起的一种新型、高性能的开关电器，特别是近年来我国配电系统“无油化”改造的顺利实施，真空断路器的应用越来越广泛。目前在10KV及以下电压等级配电网络中，真空断路器已基本取代油断路器。真空断路器具有适合频繁操作、零件数少、检修维护工作量小、电寿命长、防燃、防爆、运行可靠性高等优点，是一种很少需要维护的开关设备，但在使用过程中也应注意预防故障，一旦发生故障应及时处理，使它的优越性得到充分发挥。

本文以一款典型的ZN28-10/4000-50真空断路器为例，详细介绍了其工作原理，列举了日常使用中常见的故障现象与原因进行了分析，探讨了相应的预防及处理措施，然后通过分析2个实际的案列得到了10KV真空断路器在实际使用的几点启示，最后提出了加强10KV真空断路器状态检修的几点建议。 关键词：断路器 故障 分析 处理

1真空断路器概述

在配电线路中常用的保护元件主要是断路器，断路器是近年来发展最为迅速的一种保护电器。在低压网络中，普遍用的是塑壳式断路器或框架式断路器。而在中压及高压网络中主要用的是少油断路器、多油断路器、SFO断路器及真空断路器。目前真空断路器在中压领域保持着主导地位。

1.1 真空断路器的概况

真空断路器之所以得到广泛应用，是因为断路器保持着真空度为熄弧介质，而使电子的自由行程与气体分子少有碰撞，具有绝缘强度较高，电寿命与机械寿命较高的特点。

真空断路器品种繁多，型号各异。从功能角度来说，有作为控制和分配电能用两种：从绝缘角度来说，有空气绝缘和复合绝缘：从结构角度来说，有断路器和机构一体式和分体式：从操动机构角度来说，有电磁机构和弹簧机构。

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1.2 国内断路器的状况

我国于20世纪6O年代开始研制真空断路器，70年代正式投入生产。目前我国10KV级真空断路器的额定短路开断电流已达63KA，切合电容器组的重击穿率已降至1%以下。

随着城乡配电网自动化工作的开展，户外柱上真空断路器也相应得到发展。10KV户外柱上真空断路器有下列几种结构形式：

1.油浸式内绝缘结构，即将真空灭弧室浸入变压器油的铁箱内，以提高可能凝露时内绝缘部位的耐受电压能力，但不能排除火灾的可能性，另外这类产品的额定开断电流只有8KA，故很少被采用。

2.SF6内绝缘结构，即将真空灭弧室置于充SF6。气体的铁箱内(如ZW-12/630-16)，由于对铁箱的焊接工艺，气密性要求高，制造难度大，故难以推广。

3.空气内绝缘(干式)结构，即将真空灭弧室置于铁箱内，真空灭弧室和铁箱之间用绝缘固体隔离，箱内用空气绝缘。外中套管加硅橡胶防雨，防晒，防老化，运行情况良好，另外参数也较高，开断电流达16KA/20KA。但由于箱体外形尺寸较大和重量较重，安装、更换、维修困难。

4.超小型柱上真空断路器，其特点是真空灭弧室置于一侧的套管之中，另一侧套管装电流互感器。箱内绝缘的沿面爬电距离大于250mm，达到凝露和污秽等级3的要求，另外套管外侧表面涂硅橡胶，防雨、防晒、防老化，绝缘爬电距离大于31mm/KV，这种超小型固体绝缘加空气绝缘的柱上真空断路器的体积，接近于LW3-10SF6断路器。

1.3 国外断路器的状况

国外真空断路器的设计、制造领域里逐步形成了以德国西门子为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF、3AG及3AH等系列产品，其操动机构为弹簧机构。从3AF到3AH，其操动机构在设计上日趋合理，调整环节减少，更有利于提高初分速度，机构也更加省力，但制造精度要求更高。

ABB公司的代表产品有VD4，它采用复合绝缘方式，产品结构紧凑，其操动机构为弹簧储能式。 日本三菱电机VPR型真空断路器，其灭弧室由一浇注的支架绝缘，该支架将三相分开，相间间距小，结构紧凑，采用弹簧机构驱动，其特点是结构简单，零部件比老式机构少，采用具有单向离合器的正齿轮机构使储能过程平稳，能耗低，噪声小。

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1.4 真空断路器的主要部件的工作原理

1.真空包内的屏敞保护层:在真空泡内有一层用紫铜片制成的屏敞层,主要作用是防止触头在燃弧过程中生产的大量金属蒸汽和液滴喷溅,污染绝缘外壳的内壁,造成管内绝缘强度下降,其次,可以改善管内电场分布,也可吸收电弧能量,冷凝电弧生成物,提高真空弧室开断电流能力。 2.真空灭弧室工作原理：真空包内的真空灭弧室是利用高真空工作绝缘灭弧介质,靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路的通断功能的一种电真空器件。当其断开一定数值的电流时,动静触头在分离的瞬间,电流收缩到触头刚分离的一点上,出现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高,直至发生电极金属的蒸发,•同时形成极高的电场强度,导致极强烈的发射和间隙击穿,产生真空电弧,当工频电流接近零时,同时也是触头开距的增大,真空电弧的等离子体很快向四周扩散,电弧电流过零后,触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体,于是电流被分断。由于触头的特殊构造,燃弧期间触头间隙会产适当的纵向磁场,这个磁场可使电弧均匀分布在触头表面,维持低的电弧电压,从而使真空灭弧室具有较高弧后介质强度恢复速度,小的电弧能量和小的腐蚀速率。这样,就提高了真空灭弧室开断电流的能力和使用寿命。

1.5 真空断路器存在的常见问题

真空断路器作为高压开关的一个最基本的性能就是机械的可靠性，电力运行和试验站的故障统计表明，我国高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题。

1.真空灭弧室漏气，真空度不足，导致开断和关合能力的不稳定。真空灭弧室漏气，真空度不足(指真空度低于1.3×10Pa或10mmHg)仍时有发生。

2.真空断路器在切合电容器组型式试验中一次性通过率不理想。

3.真空断路器的机械故障率仍较高。一些真空开关固定柜由于改进的传动系统的设计、制造、装配和调态的不良，不能使操动机构(ICD10、CT8等)与真空断路器达到最佳匹配，而导致拒分、拒合，误动等故障屡有发生。

4.部分制造厂未完全按原两部制订的l0～35 KV开关柜绝缘改造方案对绝缘进行加强。 5.现场改装的真空开关柜质量令人担忧。一些厂家为用户改装真空开关柜时，不逐台进行参数测试。

6.制造厂应改进真空灭弧室的脱气和密封工艺。真空灭弧室出厂时的真空度应不低于1.3×10Pa(1.3×10mmHg)，以确保真空灭弧室有20年的储存期(一些厂家已作此承诺)。

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2 典型的10KV真空断路器介绍

真空断路器在我国已经得到广泛应用。特别是在中等电压领域里，真空断路器已占有明显优势。国内市场，ZN-28系列真空断路器以其领先的技术与高可靠性，已成为生产单位产量最大和系列最全的真空断路器。但还缺少大容量品种，对中等电压真空断路器的应用范围将受到一定限制，因此很有必要开发10KV系列真空断路器的大容量规格以进一步完善化。目前已完成额定电流4000A、额定开断电流50KA的真空断路器。今后将继续研究试制更大额定电流 和更大额定开断电流的10KV电压等级的真空断路器。

本章以比较常见的ZN28－10/4000－50真空断路器为例，介绍其结构原理。

2.1 ZN28-10/4000-50真空断路器的主要技术参数

额定电压 最高工作电压 额定电流 额定短路开断电流 短路开断电流次数 额定短路关合电流(峰值) 额定动稳定电流(峰值) 4s热稳定电流 断口间工频耐压 断口间冲击耐压(峰值) 额定短路开断直流分量 机械寿命 10KV 12KV 4000A 50KA 不少于20次 125KA 125KA 50KA 48KV 85KV 不小于37% 10000次

2.2结构原理

1.真空灭弧室

真空灭弧室的技术水平与性能稳定性，在一定程度上决定了所配真空断路器的技术水平与性

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能稳定性。因此，人们常称真空灭弧室是真空断路器的核心部件。核心部件主要由触头结构、触头材料和绝缘结构三部分组成。

（1)触头结构

纵向磁场电极结构的发展是近几年来国产真空断路器技术的重大进步。在开断能力和稳定性以及抗电蚀性等方面，都比横向磁场触头结构有优势。一般来说纵向磁场触头复杂程度并不高，造价也在可接受的合理范围，已为真空断路器设计人员和制造单位普遍接受。

目前纵向磁场电极结构有多种形式。形成产品的有1/2匝、1/3匝和1/4匝线圈式的纵向磁场极结构，杯状纵向磁场电极结构，马蹄形电极结构和横臂式纵向磁场电极结构等。

杯状纵向磁场电极结构最先是西门子公司开发的。近几年来，国内对这种电极结构进行了大量试验分析研究，对其开断短路电流稳定性及适合不同短路电流的磁场强度进行了探索。试验分析证明：改进后的电极结构具有较好的开断短路电流稳定性，高的弧后介质强度恢复速度(首开相燃弧时间统计)和少的触头电烧蚀速率(50KA20次短路电流开断后触头烧损不大于0.3mm)。同时，改进的电极结构也可以控制起弧位置和燃弧区域，提高了真空灭弧室内部空间利用效率，使大容量小型化真空灭弧室得以实现。

（2)触头材料

CuCr触头材料是目前真空灭弧室触头材料中具有优良电性能的材料之一。它的主要缺点是熔 焊性能较差和工艺要求复杂。在ZN13－10型真空断路器试制阶段，曾多次发生触头熔焊。在不影响其他性能的情况下，适当的加入脆性相能很好地改善关合能力和动热稳定性，是解决 CuCr触头材料抗熔焊性能的有效途径之一。特别是对于开断电流50KA以上的大容量真空断路器产品，触头熔焊是需要解决的关键问题之一。提高触头接触压力也可以帮助解决熔焊问题，但势必带来机械可靠性方面的副作用。试验证明，用添加脆性相材料的方法可以改善CuCr触头材料的抗熔焊性能，降低熔焊强度。

低截流值触头材料亦在研制中，常用的方法是在触头材料中加入饱和蒸汽压比较高的材料。通常这种方法对触头断口间耐压和开断短路电流能力都会产生不利影响。在不降低电性能的情况下降低截流水平，从目前情况来看尚存在较大难度，但研究工作已大有进展。

（3)绝缘结构

为了确保50KA真空灭弧室的外壳绝缘可靠性，采用了波浪式大爬距陶瓷外壳。

真空灭弧室内部触头间的绝缘水平取决于触头材料、触头表面状态和真空灭弧室内部电场分布情况，电场分布同时也影响到短路开断过程触头烧蚀程度。对称的电场分布可降低主屏蔽罩悬

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浮电位，均匀真空灭弧室内部电场能提高触头间隙耐压水平和降低触头电腐蚀速率。试验证明，真空灭弧室内部电击穿多数发生在场强90%以上区域。转移电场集中区域，使场强最多区域从主触头间隙转移到不受电弧烧蚀部位，可减缓触头间隙电场应力，提高真空灭弧室绝缘水平稳定性。另外，金属－陶瓷封接部位(常称三界面)也是容易发生电击穿的部位，对这个部位采取屏蔽罩措施也可改善真空灭弧室的绝缘性能。

2.操动机构

中等电压真空断路器操动机构有电磁操动机构和电动弹簧操动机构。国外产品多数采用电动 弹簧操动机构，国内使用电磁操动机构较多。电磁操动机构结构简单，性能可靠，调整维修方便，运行人员已经积累了丰富的使用与维护经验，继续发展仍然有广阔前景。

3.总体结构布置

ZN28-10/4000-50真空断路器的总体结构布置采用综合布置方式，这种布置方式是ZN28系列小型化真空断路器的突出特点。其优点是结构稳固，整体刚度好，操作稳定性好，便于安装、调试和维修，并且有利于动端热量发散。对于发展大容量和大额定电流真空断路器奠定了基础。

真空灭弧室的回路电阻，通常占真空断路器回路电阻的50%以上，是长期工作的主要发热源。触头间隙接触电阻，是真空灭弧室回路电阻的主要组成部分。因为触头系统密封在真空灭弧室内，所产生热量的唯一散发途径是通过动、静导电杆导出，利用外部散热装置散发掉热量。真空灭弧室静端直接与静支架相联，动端则通过导电夹、软连接与动支架相联。虽然动端向上有利于动端热量散发，但因动端联接环节多和导热路径长，所以真空断路器温升最高点通常集中在动导电杆与导电夹搭接部位。有效地利用静端散热元件，迫使触头间隙热量更多地从静端导出，同时对动端发热量进行分流，是解决大额定电流真空断路器温升的有效途径。利用这种设计思想，可以在经济和方便的条件下解决额定电流4000A的温升。

50KA真空断路器，为满足关合能力和动热稳定性能的要求，需要有较大触头接触压力。在尺寸和运动质量受到限制的条件下，设计大压力触头弹簧，结构上有一定难度，而且触头弹簧力量加大，势必影响主轴及框架的刚度与机械强度。利用传动比的适当变化，在确保运行特性满足要求的前提下，减小触头弹簧压力，可以降低传动部件的强度要求，减小合闸功率，达到减小合闸冲击，提高真空灭弧室和真空断路器机械寿命的目的。

真空断路器的合闸速度，在不同电压等级略有不同。在相同电压等级下，合闸速度在一个比较大的范围内对关合能力影响不大，这一点已为大量试验所证实。但是，试验表明，特定区间的分闸速度对开断短路电流能力有比较大的影响。并且这个速度在不同短路电流下也不相同，这一

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点从触头烧损情况可以明显反映出来。这个速度如果选择不恰当，必然造成触头烧损增加，这样，完成电性能试验只好靠产品设计裕度了。

在开断电流等级比较少的10KV产品中，电场分布和电动力对短路开断过程触头间隙磁场分布和触头利用效率影响并不突出。随着开断电流等级的提高，这种影响越来越明显。按照理想模型对触头系统进行的计算和推论基本失去了等效性。这些数据只能在整机布置方式确定后从大量试验中总结。

2.3导向与缓冲装置

1.导向装置

真空灭弧室触头系统不同轴，势必造成分断过程中触头间隙磁场的畸变，使触头烧蚀加大，绝缘水平降低。严重的情况，会危及到真空断路器分断短路电流成功率。为了确保装配与操作过程中，触头对中良好，通常真空灭弧室都装有导向装置。考虑到膨胀系数，断路器操作过程的非直线运动等问题，这个导向装置与动导电杆一般留有足够间隙。多年实践证明，这个导向装置的存在，并不能保证真空灭弧室触头系统的良好对中，影响到真空灭弧室开断短路电流的稳定性。

二级导向是ZN28系列真空断路器独创的导向方式，因其结构简单易行，导向性能良好，现已为绝大多数真空断路器制造厂和研究设计人员所接受，并广泛应用到产品中。

2.缓冲装置的性能研究

真空灭弧室的机械寿命，受控于波纹管的机械寿命。在设定了金属波纹管和触头开距后，真空灭弧室动触头运动方式就决定了真空灭弧室的机械寿命。真空断路器分闸过程的速度急剧变化，分闸过程和反弹，对波纹管的疲劳寿命极为有害。同时，分闸速度的变化特性，也直接影响到真空断路器和所配用操动机构的机械寿命。分闸过程，接触缓冲器瞬间的速度剧变甚至反弹，也可能造成真空断路器的弧后重击穿。如何选取缓冲特性，不仅关系到真空断路 器的机械性能，也影响到产品电性能。

理想的缓冲特性，应该是在运动部件接触缓冲器瞬间，缓冲器提供较小反力。随着缓冲距离的增加，缓冲特性迅速变陡，最大可能地吸收分闸能量，达到限制分闸反弹和分闸行程的目的。利用液体流阻的变化，可以实现上述设想。

以上所述，是ZN28-10/4000-50真空断路器的部分主要设计思想。实践使用表明，产品性能与设计要求是吻合的。这个产品的出现，对发展更高参数的中压真空断路器积累了经验和试验数据，对发展大额定电流的户内真空断路器也得到了初步结果。这些数据，对发展真空发电机保护

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断路器，也是极其宝贵的经验。

3 10KV真空断路器常见故障分析、预防及处理

近年来,真空开关发现缺陷和发生事故的次数有所增多,比例虽低但问题较突出,主要表现为真空泡慢性、漏气机构卡阻等方面,这就要求切实加强真空开关在选型、安装、运行、检修等方面的全过程质量管理工作。真空断路器主要由真空灭弧室、操作机构及支撑部分组成。其灭弧原理是:在真空中由于气体分子的平均自由行程很大,气体不容易产生游离,真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高的多。当开关分闸时,触头间产生电弧。触头表面在高温下挥发出金属蒸气,由于触头设计为特殊形式,在电流通过时产生一磁场,电弧在此磁力的作用下沿触头表面切线方向快速运动,在屏蔽罩上凝结了部分金属蒸气,电弧在自然过零时就熄灭了,触头间的介质强度又迅速恢复起来。

真空断路器的常见故障主要分电气回路故障和机械故障两个方面。主要表现为：真空灭弧室的漏气、绝缘故障、拒动和误动事故、分合闸不同期等。

3.1真空灭弧室的漏气问题

3.1.1故障现象与原因

真空断路器是以在真空中熄弧为特点，但不是在任何真空度下都可以，而是在某一定真空度范围内才具有良好的绝缘和灭弧性能。真空开关中的内部真空度通常在6.5×10-1.3×10 Pa范围内。真空灭弧室的不同、动静触头结构的不同、屏蔽罩的封接不同、壳体材料的不同、波纹管材质和加工方法的不同等，都会影响真空灭弧室的性能。我国的真空技术已能保证真空开关需要的真空度，而且封接技术可保证不漏气，保持真空度。真空断路器的电寿命由真空灭弧室的电寿命决定。高压真空断路器应用或保管环境的污秽等级、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，可导致波纹管和盖板及封接面的漏气。

随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数增多，其真空度也可逐步下降，下降到一定程度将会影响它的开断能力和耐压水平。真空断路器的触头多为对接式结构，在分合操作中可能产生不同程度的反弹现象不论分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害。分合闸时的冲击速度及冲击力较大发生弹跳都可能产生触头和导电杆的变形，甚至产生裂纹，反弹可能导致波纹管经受强

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迫振动可能产生裂纹，使灭弧室漏气。

真空断路器在真空泡内开断电流并进行灭弧，而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，所以真空度降低故障为隐性故障，其危险程度远远大于显性故障。真空度降低将严重影响真空断路器开断过电流的能力，并导致断路器的使用寿命急剧下降，严重时会引起开关爆炸。

3.1.2故障预防

真空断路器在使用过程中必须定期检查灭弧室管内的真空度。目前检查方法有：

1.对玻璃外壳真空灭弧室可以定期目测巡视检查，正常时内部的屏蔽罩等部件表面颜色应很明亮，在开断电流时发出浅蓝色弧光。当真空度下降很严重时， 内部颜色就会变得灰暗，开断电流时将发出暗红色弧光。

2.定期(3年左右)进行一次工频耐压试验(42 KV)。当动静触头保持额定开距条件下，如果工频耐受电压不低于额定工频耐受电压，则表明真空度满足使用要求。如果在升压过程中，真空灭弧室内部发生持续击穿或辉光放电，则表明真空灭弧室真空度已严重下降，已不能继续使用。

3.1.3故障处理

保证高压真空断路器超行程、触头行程在规定范围，合理的选择使用和储存环境，是解决真空灭弧室漏气问题的重要措施。

真空断路器在安装或检修时，除了要严格地按照产品安装说明书中要求调整测量触头超行程。真空灭弧室的触头接触面在经过多次开断电流后会逐渐被电磨损，触头行程增大，也就相当波纹管的工作行程增大，波纹管的寿命会迅速下降，通常允许触头电磨损最大值为3mm左右当累计磨损值达到或超过此值，真空灭弧室的开断性能和导电性能都会下降，真空灭弧室的使用寿命已到。

为了能够较准确地控制每个真空灭弧室触头的电磨损值，必须从灭弧室开始安装使用时起，每次预防性试验或维护时，就准确地测量开距和超行程并进行比较，当触头磨损后累计减小值就是触头累计电磨损值。

新断路器在投运前应测量分、合闸速度，因为它不仅可以建立原始技术资料， 同时也可以及时发现产品质量上的一些问题，以便及时采取措施。

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当真空度降低时，必须更换真空泡，或更换真空断路器，并做好行程、同期、弹跳等特性试验。

3.2绝缘故障

3.2.1故障现象与原因

真空断路器之所以如此辉煌，这与真空断路器技术的不断进步是分不开的。固封极注技术，就是真空断路器技术巨大进步的体现。真空断路器的极柱绝缘经历了空气绝缘－复合绝缘－固封绝缘。这就形成了三代真空断路器。在第一代空气绝缘中，带电部分完全裸露在空气中，它的绝缘水平随着空气中的湿度、灰尘以及运输过程的磕碰而变化， 并易受小动物等异物的影响。在第二代复合绝缘中，将灭弧室保护在环氧树脂套筒内。但这种套筒没有完全把高压带电部分包起来，里面还会受灰尘、潮气、昆虫等影响。第三代绝缘也就是固封极柱，它通过APG工艺，利用环氧树脂将灭弧室及上下出线端全部包封。这样做，不仅缩小了灭弧室尺寸，而且彻底不受外界环境(灰尘、潮气等)的影响，提高了耐气候性，此时环氧树脂不仅作为一次部分的主绝缘，而又是它的机械支撑，其电场分布和应力分布优于各种形状的绝缘隔板结构。

目前，真空开关的使用状况是三代真空断路器共存。其中， 由于第三代固封极柱真空断路器的极柱固封技术是一种崭新的技术，在国外也只有极少制造公司掌握这种技术，如ABB公司在1997年用固封极柱开发出VMl型免维护真空断路器。2003年，我国同时研制出两种固封极柱真空断路器：VEP型和VSM型。第三代固封极柱真空断路器在市场的占有量还有限，大部分真空断路器是第二代复合绝缘，受外界环境影响较大。运行中产生的热量和电场应力都会使绝缘产生老化。绝缘故障在真空开关设备中仍居多，其威胁是不言而喻的。

据相关文献报道，1998年至2008年我国运行的高压开关设备共发生绝缘故障398次，其中6-35KV绝缘故障共300次， 占总绝缘故障的75．4%。而6～35KV高压开关设备绝缘故障中，真空开关设备的绝缘故障共1 38次，占绝缘故障的46%，仍然居多。

3.2.2故障预防与处理

绝缘事故的预防主要从以下方面着手：一是从选择真空断路器时就考虑使用环境和平时维护检修的条件，选择质量可靠的产品。二是在安装、调试、检修过程中工装工艺到位，防止操作过程中机构运动对绝缘体的外力破坏。三是在运行时的环境得到充分保证，减少灰尘、潮气等对设

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备的影响；减小维护周期，定期对开关的绝缘部分包括绝缘拉杆进行必要的清扫和外观检查。四是定期按规程规范对绝缘进行检测。另外，加强绝缘寿命预测对减少绝缘事故有着重要的意义。

一旦发生绝缘事故，其处理遵循找准事故原因采取相应对策的原则，对损坏的绝缘器件进行更换，并进行绝缘试验。

3.3拒动、误动故障

3.3.1故障现象及原因

在真空断路器的领域，其操动机构一般为电磁机构和弹簧机构，操动机构有与断路器主体分立，通过操作杆相连的，也有与断路器主体构成一个整体的。目前使用广泛的是后者。

高压开关在运行中发生的事故很大一部分由操作机构引起的。如未接到指令会自动断开、机械特性变坏、局部损坏、烧毁线圈、辅助开关不切断、接到指令不动作等。集中表现为拒动和误动。这些事故都有可能造成停地电或开关本身的损坏。

3.3.2故障预防与处理

真空断路器的拒动和误动故障基本上都是由操作机构及控制回路故障所引起， 其故障预防和处理应注意以下几个方面。

1.防止松动与蹩劲。机构在操作时会发生冲击和振动，所有紧固处应有防松措施，一些受力较大的活销，不能单用开销定位， 防止由于操作时各连板上的力不平衡，造成活销蹩劲，从而剪断开口销。

2.防止锈蚀和脏污。锈蚀和脏污会显著降低机构操作可靠性，使操作系统的机械特性变坏，甚至酿成分合闸拒动事故。滑动轴承由于锈蚀和脏污，摩擦系数可以高达0.3，即使采用了滚柱和滚子轴承，锈蚀和脏污也会使它的摩擦系数增大到0.1，这比正常条件下的数值大一个数量级，将引起肘节和脱扣机构工作的不稳定。保持机构所处环境条件的清洁度，定期去除机构上(特别是旋转、滑动配合)的脏污，经常注意润滑，在轴和销上喷涂的硫化钼固体润滑剂等可取得很好的效果。

3.防止机构进水。进水会使机构的绝缘件受潮，加速金属零件的锈蚀。

4.提高控制回路的可靠性。要保持接线可靠，不致因操作一定次数后振动脱落绝缘件有足够的绝缘；辅助开关固定要牢固，不因操作而变动或窜动，其联动机构要调整到位，并防止变动；

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辅助开关的节点要防止锈蚀。

4 案例分析

本章通过2起典型的10 KV真空断路器故障案例来验证前文2、3章的有关理论，并借此得到相关启示。

4.1 一起10 KV真空断路器漏气故障分析与处理

4.1.1 故障基本情况

大足供电公司35千伏万古变电站在对10KV环网线路转负荷的过程中，发现其中一台线路断路器已断开、开环点未合上的情况下，10KV线路侧仍验得有电。后经仔细分析，发现该断路器在分闸操作步骤完成后，断路器未能真正断开。经停10KV母线，拉出断路器，发现断路器C相极柱有过热现象，现场初步判断C相真空泡有异常。而导流部位连接螺栓紧固力正常，接触面光洁，真空泡外导电连接系统未发现发热故障点，真空泡未发现裂纹与破损。

经对机构进行进一步检查发现：机构合闸后，因断路器本体未完全合闸到位(此时开距：12mm)，分闸弹簧未完全泄到位，分闸脱扣器未“咬合”导致无法分闸。对发热相极柱环氧浇铸筒及陶瓷真空胆进行解体检查发现以下情况：

1.进一步对真空泡进行真空度试验，试验结果真空度为：1.54×10-1Pa，证实真空泡已漏气。 2.铜屏蔽罩已变色，动、静触头表面发热积碳较严重，未见烧损或熔焊点，据此并结合泡外导电系统的检查可判定是本极柱发热源。

3.真空泡导向套已脆化、破碎，导向套与导流部分的接触部位有明显的烤焦迹象，破碎断口为全新断口，根据烤焦迹象可初步判定本极柱在最后一次分闸前已存在触头不良而发热的可能。

4.波纹管偏移动触头中心，但未发现明显破损。

4.1.2 故障原因

从解体情况来看，事故的原因为：真空灭弧室漏气，导致维持触头可靠接触的压力降低，引起极柱长期发热，加速真空泡导向套老化，在分闸操作中真空泡导向套碎裂。

在此次故障中，运行人员操作过程中认真仔细，避免了带电误合接地刀闸、带电打开开关柜

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门等事故的发生。

4.1.3 几点启示

在真空断路器的运行维护中，平时一贯强调大小修及预防性试验，虽然工作做了，但在预防性试验中往往很难发现类似真空灭弧室的故障形式。因此，在现场运行管理中，应重视运行巡视、操作检查到位，运行人员借以巡视检查判断的有效技术措施应予以进一步完善。总结以上典型故障形式，应做好以下工作：

1.断路器分闸操作后，运行人员应认真检查本体和机构分合闸指示器，条件允许时应检查拐臂、传动杆的位置，确认断路器分闸到位。

2.断路器分闸操作后，检查馈电线路的电流表、功率表、计量表以及相关的电流回路也可作为判断是否带电的辅助措施。

3.完善开关小车示温贴片的设置和检查制度。可增设开关极柱上接线端子处(打开防尘罩后可见)的示温贴片。并结合停电进行检查，发现异常及时处理。

4.进一步完善开关柜的带电显示功能。目前大多数10KV开关柜均为封闭式开关柜，并带有完善的五防系统功能和接地刀闸，由于接地刀闸未合闸的情况下，开关柜门是无法打开的，此时无法进行正常验电。因此，开关柜上的显示装置将成为验电的重要手段，为避免带电显示装置的本身缺陷造成误判断，建议在10KV馈线线路侧装设两套要求整流回路与显示回路均独立的带电显示装置。断路器分闸操作后，应检查线路侧带电显示装置是否有带电显示。在负荷侧无反供电的情况下，可用于有效判断是否存在某相灭弧室未分开或真空泡漏气的情况。

4.2 10KV断路器合闸线圈烧损案例

4.2.1 事故经过

大足供电公司35千伏变电站l0KV 920母联断路器在检修转运行时，断路器无法合闸，值班员随即断开该断路器控制保险，将控制把手返回。绿灯不亮。值班员将920母联断路器拉至检修位置，经检查发现合闸线圈烧损。

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4.2.2 原因分析

1.对开关柜内外进行仔细检查，未发现造成断路器故障的外部障碍及其他异常现象 更换了同厂、同型号的合闸线圈后，在试验位置检查合闸回路的完好性，进行分、合操作，辅助开关、微动开关均切换可靠，无卡滞现象，断路器动作正确。

2.断路器在分闸状态下，将手车移至工作位置，断路器仍无法合闸。该断路器为2003年7月生产的产品，且手车断路器在工作位置时，由于无法观察到手车所在的工作位置和手车断路器机械闭锁与底盘车的联锁状态，也没有相应的在线监测手段．所以对断路器合闸线圈烧坏的原因当时无法做出正确的判断。

机械闭锁指的是底盘车与断路器之间的机械联锁。它的作用是：合闸状态手车无法推进拉出，推进过程中手车无法合闸。本体和机构一体化真空断路器的位置状态有：

（1)工作位置，这是可移动部件在柜内的一种定位状态。存工作位置，开关的主回路接通，二次控制回路也接通。

（2)试验位置。这是可移动部件在柜内的一种定位状态。在试验位置，开关的二次控制回路接通，但主回路断开，并且动、静触头被金属帘板隔开。

对断路器机构的机械部分进行认真检查，分别检查手车断路器在试验位置和工作位置的动作情况，手车断路器在试验位置移至工作位置过程中。由于机械闭锁作用，断路器不能进行手动和电动分、合闸。手车断路器移至工作位置时，正常情况下，机械闭锁应可靠打开，控制回路接通，断路器可进行正常操作，但此时却发现机械闭锁无法打开。

3.将手车断路器移至检修平台，对其进行解体检修，发现底盘车操作手柄与四连杆机构连接拉杆变形(操作手柄与闭锁连接拉杆的材质为塑料)，致使断路器机械闭锁失灵。断路器室中设有小车轨道，左侧轨道上，设有隔离静触头盒挡帘板的机构和小车运动导向装置右侧轨道上，设有接地刀闸的闭锁挡板。手车断路器经长期操作后，在撞击力作用下，导致手车断路器车轮变形，进出车困难，有时会将手车断路器卡在导轨内，使两导轨间的间隙进一步扩大。间隙越大．撞击力越大，两者问形成恶性循环。手车断路器从试验位置进入T作位置的过程中，底盘车联锁处于倾斜位置，通过四连杆装置的传递，机械闭锁导杆始终处于最高位置。断路器的联锁装置处于闭锁状态，断路器不能进行合闸操作。本次事故发生过程如图4.1所示：

图4.1事故发生过程

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断路器操作频繁 断路器车轮撞击开关柜导轨 底盘车与断路器连接的机械 闭锁导杆发生弯曲、变形 底盘车操作手柄与四连杆机构连接处的塑料拉杆损坏 工作位置断路器机械闭锁失灵 合闸线圈烧损，故障生成失灵 4.通过全面检查，可得出以下结论：由于断路器操作频繁，在撞击力作用下，机械磨损累计增大，致使底盘车与断路器连接的机械闭锁导杆发生弯曲、变形，使底盘车的操作手柄与四连杆机构连接处的塑料拉杆损坏，导致断路器在工作位置机械闭锁无法打开。由此引发值班人员在对920母联断路器进行合闸操作时。由于断路器机械闭锁无法打开，断路器辅助开关的常闭触点一直处于闭合状态，合闸回路一直带电，最终造成合闸线圈烧损事故。

5.母联间隔断路器底盘车的外形尺寸比出线间隔断路器底盘车大，因此不具备互换性，没有检修底盘车联锁所用的备品备件，故该断路器返厂检修。

4.2.3 几点启示

1.底盘车零部件质量不合格是导致事故的主要因素。设备工程交接验收时，应重点检查底盘车摇进机构有无变形、进出灵活、卡阻现象．底盘车辅助开关在试验、工作位置应可靠切换。接地联锁板应无弯曲变形，动作灵活。

2.在满足开关柜外壳防护等级的同时，在开关柜面板上加装观察窗，方便值班员在操作过程中观察断路器机械闭锁的状态。

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3.对手车断路器进行技术改造，在仪表室面板上加装电气位置指示器，以便反映手车断路器的实时工作状态。在手车断路器由试验位置移至工作位置时，手车的所在位置能通过仪表室面板上的电气位置指示器看到“工作位置指示灯”亮，且手车底盘车发出“咔嗒”的声响．说明手车已处于工作位置。

4.消除柜体导轨与断路器检修托盘车之间的问隙，避免产生撞击力。在结构上，确保当检修托盘车靠近柜体时，断路器车轮与柜体导轨可靠接触，基本无间隙。

5.手车断路器进出柜操作应保持平稳，防止猛烈撞击。

6.断路器在操作之前，在试验位置进行分、合闸操作试验，以便及时发现并处理机构方面存在的问题值班员应注意监视断路器状态。一旦发现断路器不能合闸或不能跳闸时，立即采取措施拔下控制保险，以免烧坏跳、合闸线圈。

7.完善中置柜的“五防”联锁功能。建议有条件的用户及时对所有10KV配电装置中置柜的“五防”联锁功能进行技术改造，使其完全达到“五防”标准要求。成套高压开关柜五防功能应齐全、性能良好。开关柜出线侧宜装设带电显示装置，带电显示装置应具有自检功能，并与线路侧接地刀闸实行联锁：配电装置有倒送电源时，间隔网门应装有带电显示装置的强制闭锁。

8.手车开关每次推入柜内后，应保证手车到位和隔离插头接触良好，防止由于隔离插头接触不良、过热引发开关柜内部故障。

5 加强10KV真空断路器状态检修的建议

10KV真空断路器的产品样本及使用说明书中，普遍提到该产品为“免维护”，但实际上这是不现实的。真空断路器由于有质量相对较好的真空灭弧室，使其电气性能和机械性能均有明显的提高，现场安装、维护比较简便，但也不是真正的“免维护”。每一种形式的真空断路器，结构上都由上百种零部件组成，在这些零部件中，生产厂只可能对部分零部件自行设计、加工，而相当一部分零部件要依靠外面协作，这些零部件的材质选型、工装、工艺检验等各个环节都关系到产品整体的电气和机械性能。因此，对于真空断路器的维护，宜依据标准的要求，采取维护量小、检修周期长的“适当维护”。

5.1状态检修

根据设备具体的状态而进行的检修。开展状态检修，主要基于两方面的考虑。

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一是满足提高可靠性的要求。目前的预防性检修试验工作是按照春季安全检查安排的，春季是用电高峰的开始，而且试验的设备量很大，检修质量难以保证。

二是目前设备的健康状况比以往的情况有了较大的改观，如仍完全按照以前的规程进行定期检修，不管设备的状态如何，只管到期就修，不仅加重了现场的劳动强度，而且对设备、对供电可靠性和对人身的安全未必有好处。所以只有根据设备状态进行检修才能提高设备的检修质量和效率，保证系统安全。

5.2维护周期

维护周期不能太短。检修维护需要停电，停电会对生产和居民生活带来不便，会对企业的利益带来影响。由于10KV真空断路器用量很大，维护周期短会造成维护工作量大，难以对每台断路器都进行十分细致的诊断，这可能会留下安全隐患。

随着真空断路器技术和制造工艺的不断发展和成熟，10KV真空断路器的机械和电气性能已有了长足的进步。例如ABB公司的VD4系列、西门子公司的3AH系列以及国内的常州森源VSI型真空断路器，都具备结构紧凑、操作可靠、电气和机械寿命长等特点，故不能用对老型号真空断路器的标准来制定检修周期。

基于上述考虑，对真空断路器不设固定维护周期，当出现以下情况时，应进行维护检修: 1.断路器开断过短路电流；

2.中心站巡视人员发现断路器有影响安全运行的缺陷， 3.断路器连续运行年数超过15a； 4.其他需要停电检修的情况。

5.3维护项目

维护项目的设置，对保障真空断路器的安全可靠运行和检修的效率致关重要。不同厂家、不同型号、用于不同回路的真空断路器差异很大，因此应合理地恰当地设置维护检修项目，使之既维护到位，保证其安全、可靠运行，又节约人力资源，提高工作效率。

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6 结论

10KV真空开关作为新一代的、先进的开关设备逐步得到广泛应用。但随着其应用增多，也不可避免出现了缺陷率和故障率升高的现象。目前真空断路器的故障多种多样，除了本文分析的一些常见故障以外，在日常使用中还可能会发生一些新问题，为了使真空断路器能可靠正常工作，运行人员应加强运行巡视，强化日常的维护检测，在操作中注意观察有无异常现象，发现隐患后及时消除缺陷，严格执行电气设备预防性试验规程要求，保证检修到位，确保修试质量，提高设备健康水平，绝不能对运行中的真空断路器掉以轻心，避免事故发生。

参考文献

1.《电力系统故障分析》.王显平.中国电力出版社.2008年. 2.《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》.（GB11022） 3.《交流高压断路器》.（GB1984） 4.《交流开关柜验收技术标准》.（2008） 5.《高压断路器运行规程》 6.《无人值班变电站运行规程》

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