真空断路器毕业设计论文.doc

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1、燕山大学毕业设计（论文） I 摘 要 真空断路器作为一种优点较多的开关设备，不管是在电力系统还是牵 引供电系统中，都得到了广泛的应用。因为其灭弧能力强、电气寿命长、 现场维护方便、技术含量高等优点，在中低压设备中常作为首选。但是在 我多年的工作中，也遇到了许许多多真空断路器存在的问题，例如由于真 空断路器灭弧能力过强导致其用在电容补偿系统中时就经常产生截流过电 压，从而导致电容器的损坏，引起母线避雷器的频繁动作。真空灭弧室在 工作中需要保持较高的真空状态，而大气压力的存在对其密封性提出了很 高的要求。由于真空灭弧室漏气的问题仍然不能解决，现在的技术监测手 段又不过关，周期性的预防性试验又不能及

2、时的发现真空灭弧室运行中存 在的隐患，所以真空断路器在运行中因真空灭弧室真空度下降引起的故障 时有发生。我在朔黄铁路肃宁分公司工作的几年中共发生了 5 起因灭弧室 真空度降低导致的灭弧失败而引发真空断路器烧毁，保护越级动作，事故 范围扩大。在机械结构上，由于真空灭弧室内动静触指采用的是面接触， 这就要求开关闭合后需要一定的超程来保证接触压力，使断路器的结构变 得复杂，操动机构容易损坏，分合闸偶尔出现拒动等问题。本文通过阐述 真空断路器的工作原理和部分事故案例，探讨解决这些问题的方法和措施， 以达到电力系统安全运行的目的。 关键词 ： 真空断路器； 真空灭弧室； 真空度下降； 事故案例分析 燕山

3、大学毕业设计（论文） II 目 录 摘摘 要要I I 目目 录录IIII 第一章第一章 真空断路器的结构和工作原理真空断路器的结构和工作原理1 1 1.1 真空断路器的基本组成 1 1.2 真空灭弧室的构成及作用 1 第第 2 2 章章 真空断路器存在的问题真空断路器存在的问题3 3 2.1 真空灭弧室的问题3 2.1.1 事故案例一3 2.1.2 事故案例二5 2.2 操动机构的问题8 2.2.1 合闸弹跳对真空断路器的影响 8 2.2.2 超行程及接触压力对真空断路器的影响8 第第 3 3 章章 故障原因分析故障原因分析1010 3.1 故障原因分析一.10 3.2 故障原因分析二.10

4、3.3 故障原因分析三.10 第第 4 4 章章 解决问题的对策解决问题的对策1111 4.1 提高真空灭弧室的生产工艺.11 4.2 提高断路器的整体装配质量.11 4.3 选择合适的操动机构和真空灭弧室.11 4.4 避免开关柜主回路磁场对灭弧室磁场的影响.12 4.5 增加真空度在线监测装置.12 4.5.1 灭弧室真空度在线监测工作原理.12 4.5.2 在线监测解决的现场问题.14 4.5.3 我的在线监测设计思路.14 燕山大学毕业设计（论文） III 结论结论1616 参考文献参考文献1717 致致 谢谢1818 个人简介个人简介1919 燕山大学毕业设计（论文） 1 第一章 真

5、空断路器的结构和工作原理 1.1真空断路器的基本组成 真空断路器主要由操动机构、支撑用的绝缘子和真空灭弧室组成。根 据真空灭弧室和操动机构的相对位置，真空断路器分为如下五种形式：落 地式、悬挂式、综合式、支架式、全封闭组合式。操动机构分为电磁操动 机构、弹簧操动机构、液压操动机构、气动操动机构、弹簧液压操动机构 五种类型。 1.2真空灭弧室的构成及作用 真空灭弧室是真空断路器中最重要的部分。真空灭弧室主要由绝 缘外壳，屏蔽罩，波纹管和动、静触头等组成。真空灭弧室的外壳可以用 硬质玻璃、高氧化铝陶瓷和微晶玻璃制成，其作用是支持动、静触头和屏 蔽罩等金属部分。在选材时要充分考虑材料的抗压强度、抗拉

6、强度、冲击 强度、空气中沿面闪络电场强度等性能。外壳两端配以密封的金属盖，以 确保灭弧室内的高真空度。 真空灭弧室常用的屏蔽罩有主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩。 主屏蔽罩环绕着电弧间隙，其主要作用有： 一、有效防止真空灭弧室开断电流时形成的金属蒸汽喷溅到绝缘外壳 的内表面，使内表面的绝缘性能下降。 二、交流电流过零时使灭弧室内剩余的金属蒸汽和导电粒子快速扩散 到屏蔽罩上冷却、复合和凝结，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高， 改善了灭弧室的开断性能。 三、屏蔽罩的存在会影响动静触头间的电场分布，设计合理时有利于 触头间绝缘强度的提高。 波纹管屏蔽罩包在波纹管四周，防止金属蒸汽溅落在波纹管上，

7、妨碍 波纹管工作并影响其使用寿命。均压屏蔽罩装置在触头附近，用以改善触 头间电场分布。 波纹管是动触头与大气侧的动导杆相连接的部分。波纹管的一端和穿 过它的动触杆相焊接，另一端则与金属端盖的中孔相焊接。触头的最大开 距由波纹管允许的伸缩量来决定。波纹管能在动触头往复运动时保证真空 灭弧室外壳的完全密封。从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件， 燕山大学毕业设计（论文） 2 动静触头每分合一次，波纹管的波纹状薄壁就要产生一次大的机械变形。 长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管因材料疲劳而损坏，导致灭弧室漏气 而无法使用。因此真空灭弧室的机械寿命主要决定于波纹管。 动触头位于灭弧室下部，在与其连接的

8、导电杆周围和外壳之间装有导 向管，以保证动触头在上下方向准确地运动。一般在导电杆下方位于灭弧 室外部的表面有一个圆点状标记。可以从它到灭弧室下端相对位置的变化 情况观察到触头磨损程度。灭弧室内为不低于 10-2Pa 的高真空状态。静触 头和动触头以及与它相连的导电杆在闭合位置时构成导电回路，而在触头 分离时则形成断路，断口处即是产生真空电弧和进行熄弧过程的弧腔。 燕山大学毕业设计（论文） 3 第2章 真空断路器存在的问题 2.1 真空灭弧室的问题 我在长期的工作中遇到过多次因真空灭弧室灭弧性能不良引起的设备 故障，现将两起比较典型的事故案例进行叙述分析，详情如下： 2.1.1 事故案例一 20

9、09 年 7 月 20 日下午，在对朔黄铁路行唐分区所 231 断路器停电检 修时，远动主站遥控操作分闸 231 断路器后，控制室仪表显示 231 断路器 还有 20A 电流流过，高压室内传出放电的声音。这时一列火车经过行唐站， 231 断路器电流瞬间增加到 160A，在与电力调度汇报沟通后，立即又将 231 断路器合闸，从而降低了电弧对断路器的进一步破坏。整个过程大约 持续了两分多钟。随后发现这台断路器真空灭弧室已起火燃烧。电力调度 命令值班员按程序将这台断路器停运并拉至安全地带，并用灭火器进行灭 火。 从现场情况分析来看，此台断路器是由于在分闸后持续的燃弧中 产生高温，导致真空泡陶瓷外壳断

10、裂，同时，引起热缩套管燃烧起火。损 坏的断路器情况如图 2-1 和图 2-2 所示。 图 2-1 烧毁的真空断路器照片 图 2-2 烧毁的真空灭弧室照片 现场对这台断路器的机构部分以及传动部分检查，未发现异常， 所以断定该断路器烧损不是由机械故障引起。 由于这台断路器的真空灭弧室在耐压试验中只能经受住 6KV 电压，该 试验值远低于系统额定工作电压。这种情况下的开断操作肯定会造成断路 器开断失败。所以这起事故是由于真空灭弧室耐压性能不够引起的。另外， 我们怀疑真空灭弧室热缩套管材料可能存在阻燃性能不良的问题，导致真 空灭弧室外壳起火燃烧。 经过和 ABB 真空断路器厂家工程技术人员沟通协商后，

11、我们将耐压试 验不合格的三个真空灭弧室寄送回生产厂家。厂家对以上三个真空灭弧室 进行了试验，并得出了如下结论。以下是厦门 ABB 开关有限公司的检测 燕山大学毕业设计（论文） 4 分析报告： 厦门 ABB 开关有限公司对三个不合格真空灭弧室做了如下检测： 1.用 VIDAR 真空检测仪检测绝缘（直流电压）； 2.在真空灭弧室动静触头之间施加 70KV/1min 的交流耐压测试； 3.随机挑选其中一只灭弧室检测其内部真空气压； 4.对随机挑选的真空灭弧室进行氦气泄漏检测； 5.分析位于金属屏蔽罩上的腐蚀点。 检测结果如表 2-1 所示 表 2-1 厦门 ABB 真空灭弧室检测报告 铭牌绝缘检测真

12、空压力检测 真 空灭弧 室出厂 编号 制造日期直流 电压检测 交流 耐压检测 hpadate 2701999-03-3040KV 不合格 70KV 不合格 真空度降 低 2009-06- 16 2711999-03-3040KV 不合格 70KV 不合格 真空度降 低 2009-06- 16 31999-03-0540KV 不合格 70KV 不合格 真空度降 低 2009-06- 16 通过上述检测，这三个真空灭弧室的绝缘测试都不合格，内部真空度 降低。这些真空灭弧室的内部真空气压已经达到外部大气的水平，由于查 找检测泄漏区域在技术上是相当复杂的，所以需要花费大量的时间。因此， 我们只随机挑选

13、其中一个真空真空灭弧室来分析，我们可以假设被分析的 这只真空灭弧室的问题点可以代表其它所有真空灭弧室。 使用氦气泄漏探测仪，泄漏区域从真空灭弧室的屏蔽罩隔离出来 并且被检测到，泄漏的原因是在金属屏罩有一个很微小的腐蚀点，这个腐 蚀点位于动触头一侧。 结论 虽然这种类型的真空灭弧室被热缩管整个紧密的包起来，但是在 热缩管和金属罩之间可能存在一些很微小的间隙，当有潮气渗入其中，腐 蚀现象就可能在这发生。如果潮气（可能含盐）不断地渗入，腐蚀过程就 会不断发展，而当真空灭弧室在使用过程中，有干燥的空气渗入间隙，腐 燕山大学毕业设计（论文） 5 蚀过程才会停止。 由于泄漏，空气将会进入真空灭弧室内，这需

14、要一个很长时间的 过程，最终结果会导致灭弧室内部真空气压慢慢升高，从而超出真空灭弧 室真空气压的要求范围。如果真空断路器在良好的户内环境下运行，这个 问题将不会发生，也不会有腐蚀现象。 2.1.2 事故案例二 2009 年 8 月 4 日 4 时 58 分 56 秒，电力调度按照遥控程序对朔黄铁路 安国变电所进行天窗停电时，依此对 205 断路器、206 断路器、211 断路 器、212 断路器、213 断路器、214 断路器、215 断路器进行停电。在人为 不能分辨的时间内，271 的缺相保护、301、322 低压解列保护动作，几乎 同一时刻 202 断路器的 27.5 千伏单相低压启动过电

15、流保护动作，同时伴有 较强的爆裂声，345 备投成功。值班员随即进行设备巡视，发现 27.5 千伏 B 相电容器组有四台电容器的保险熔断，其中一台电容器瓷柱断裂；高压 室内 206 断路器放电烧伤严重，分、合闸绝缘拉杆折断且有烧伤痕迹。具 体损坏情况如图 2-3 和图 2-4 所示。 燕山大学毕业设计（论文） 6 图 2-3 电容器组损坏照片 图 2-4 206 真空断路器损坏照片 2.1.2.1 206 保护动作数据（见表 2-2） 表 2-2 206 保护动作数据统计表 跳闸时 刻 4： 58：56 4： 58：56 4：58 ：57 4：5 8：57 4：58 ：57 4：58 ：57

16、保护名 称 差 压 差 压 电流 速断 电流 速断 电流 速断 电流 速断 出口时 间 011 2ms 011 3ms 0001m s 0001 ms 0001 ms 0001 ms 电容器 电压 288 80V 288 80V 1040V 1000 V 1030 V 1010 V 电容器 电流 44A46A845A846A830A845A 差压电 压 780 6V 860 0V 1377V107V87V184V 3 次谐波15A6A386A386A386A389A 燕山大学毕业设计（论文） 7 电流 5 次谐波 电流 1A0A7A30A13A28A 7 次谐波 电流 0A0A184A234A

17、216A236A 2.1.2.2 202 保护动作数据 2009 年 8 月 4 日 4 时 58 分 57 秒 1011ms 相低压启动过电流保护出口 IA=14.82A IB=14.75A IC=29.50A IO=0.00A I=0.07A I=26.26A(6302.40A) U=89.36V(24574V) U=3.68V(1012V) 2.1.2.3 206 差压保护动作情况 从跳闸数据看，206 保护动作始因是由于电容器故障导致差压保护动 作，电容器电流只有 46A，说明当时断路器已处于分位或者在分闸过程中 以及在电弧重燃但电弧没有达到稳定的一瞬间，总之，电容器没有断电。 当时的

18、系统电压为 28880V，按照当时的电压，电容器两端要承受 35.86kV 的电压（预防性试验测得的系统参数为：电容器组第一组容值为 28.01F、第二组为 28.02F、第三组为 27.99F、第四组为 27.89F、 电抗器的电感量为 281.4mH、电容器的额定电压为 8.4kV，最大可承受 9.24kV），按照这个电压，单组电容器当时已经超过了 8.4 千伏的额定电 压，第三组比较薄弱的电容器开始损坏，内部出现击穿现象，容值开始增 大，原先 6 并的电容器，电流开始不平衡，向电容器较大的一块电容器集 中，当超过保险的容量后保险瞬间熔断，导致差压保护动作。按照当时差 压保护动作的差压 7

19、806 看，已有不低于 1 块电容器损坏（电抗器电流不 能突变，所以当一块电容器保险瞬间熔断时，维持原来的电流，一块电容 器损坏的一次电压差压值为 1650V，二次电压差压值为 9.82V，定值为 6.31V,折合一次电压为 1060V），但是由于保护动作后，断路器灭弧室并 没有断电，故障继续延续，差压值继续加大，说明当时继续有电容器损坏。 电容器保险损坏后，第三组电容器容值减小，其分压瞬间加大，又导致其 它电容器的损坏，差压值进一步加大，使上下层之间的电压比变为 1：1.63（计算略），此时上层（由一、二组构成）容值为 13.91F，没有 变化，事后复测亦是此数据，下层容值 8.53F，事后

20、复测数值与计算值 燕山大学毕业设计（论文） 8 基本一致。总容值为 5.28F。（损坏 4 块电容后的差压值计算值为 8640V），与保护动作值 8600V 基本一致，说明当时有 4 块电容器的保险 熔断。 2.1.2.4 206 电流速断保护动作情况 当电容器保险熔断后，电容器的总容值变为 5.28 微法，此时的容抗为 603，电抗值为 88.4，打破了正常的补偿度 0.120.13 的要求， XL/XC=88.4/603=0.146；由于真空灭弧室的电狐不熄灭，导致对电容器反 复充电，使电容器组对地电压升高，在升高到一定限度时，断路器的绝缘 拉杆被击穿，电流突然增大，致使电流速断保护动作。

21、由于母线一直有电， 对地电弧逐渐加大，使 27.5 千伏 B 相母线产生了对地放电的现象，致使 母线对地电流瞬间增大，电压降低，202 断路器低压启动过电流保护亦相 继动作。 从以上情况看，真空灭弧室漏气和电弧重燃是引起故障的主要原因 2.2 操动机构的问题 2.2.1合闸弹跳对真空断路器的影响 合闸弹跳是真空断路器机械特性的一个重要参数，其定义为断路器在 合闸时从触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。在合闸弹跳过程 中，触头断开距离小，电弧不会熄灭，导致触头烧损加重，严重影响真空 断路器的电气寿命。可以说弹跳最主要的危害是加速了灭弧室触头的烧损， 导致真空断路器电气寿命缩短。目前，真空断

22、路器均采用对接式触头，合 闸速度较高，触头在合闸过程中必然产生弹跳。弹跳不但会使触头烧损， 产生 过电压，还会使波纹管受到强迫振动而容易出现裂纹，导致灭弧室漏 气。 减小合闸弹跳值是真空断路器设计时需要解决的一个关键问题，弹跳 值的大小与诸多因素有关，如触头材料，触头结构，动、静导电杆及支撑 部分的刚度，触头弹簧刚度及预压力，触头运动速度，传动系统及组成零 部件的加工精度等。为了把合闸弹跳值减小至规定范围内，通常采取如下 措施：减小运动部件的质量；提高传动部件的加工精度；提高装配质量， 使运动无卡涩现象；适当加大触头压力簧的预压力。 燕山大学毕业设计（论文） 9 2.2.2 超行程及接触压力对

23、真空断路器的影响 超行程是指开关在合闸操作中，触头接触后产生闭合力的动触头 部件继续运动的距离。主要作用是保证触头在一定程度的电弧烧损后电连 接间仍能保持一定的接触压力；分闸瞬间，使动触头获得一定的初始冲击 动能，提高其初始加速度；使真空断路器动触头在合闸过程中起到缓冲作 用，减轻动、静触头间的冲击力。 对于同样的弹簧、同样的超行程，因其在不同的产品中有不同的作用， 所以，对超行程及触头弹簧的设计及调整应综合考虑。对于动静触头的接 触压力，应从以下几方面考虑：为了保证触头在刚接触后能立即可靠接触， 必须保证一定的触头初压力；为保证触头在正常工作时可靠接触，其压力 应在要求范围内；为保证在一定程

24、度电弧烧损下仍能可靠接触，应对触头 烧损具有一定的补偿作用；为了提高触头的刚分速度，应将触头弹簧在超 行程部分释放的能量加大。 燕山大学毕业设计（论文） 10 第3 3章章 故障原因分析故障原因分析 3.1 故障原因分析一 真空灭弧室内真空度降低导致不能正常灭弧是电弧多次重燃的主要原 因，对朔黄铁路安国变电所 206 断路器已故障的真空灭弧室进行工频耐压 测试时，电压只能升至 2 千伏，绝缘也只有 2 兆欧，此现象与厦门 ABB 开关有限公司的分析一致，属于密封不良，这与气体放电理论相一致。按 气体放电理论，气体压力降低时，因发生碰撞游离的次数减少，故间隙的 击穿电压提高，所以采用高真空可提高

25、击穿电压。事实上真空中的击穿机 理与常压下的并不相同，目前关于真空击穿有两种理论：厂致发射引发击 穿和微粒引发击穿。前者认为，由于阴极表面不可避免地存在一些微观强 电场区，导致电场发射并产生很大的发射电流密度，使阴极出现局部热点 而引起材料气化，从而引发间隙击穿；后者认为，电极表面附着的微粒， 在强电场作用下带着电荷离开电极表面，运动至对面电极时以很大的速度 撞击电极，从而使电极材料溶化、气化，造成间隙击穿。 3.2 故障原因分析二 另一层原因就是考虑真空断路器分闸的时刻产生了截流过电压，分闸 速度过快使电抗器产生了很高的自感电动势并与电容器电压叠加，足以使 还没有完全恢复绝缘强度的真空灭弧室

26、被重击穿，导致重燃。 3.3 故障原因分析三 当真空断路器在电流过零前开断，触头的一侧是工频电网电源，一侧 是高频振荡产生的过电压（事故跳闸记录中显示有很大的 3 次、7 次谐波 电流），而触头间恢复电压为两者之合，在触头开距小、触头间耐压不充 分的情况下发生第一次重燃。电源向回路中的电容充电，出现类似空载长 线路合闸的震荡过程。回路的参数决定了重燃的高电流频率高达数千 Hz。这使得重燃的振荡电压高于截流电压，这种震荡过程直至绝缘介质的 恢复强度超过电压恢复速度才终止。 燕山大学毕业设计（论文） 11 第4章 解决问题的对策 4.1 提高真空灭弧室的生产工艺 完善和控制真空灭弧室生产过程，从零

27、部件制造和生产工艺方面减少 管内微粒的数量。如在金属零件的加工过程中，尽量避免和祛除干净零件 的毛刺，提高零件表面质量，保证零件的表面光洁度；在整管装配前坚持 对部件进行有效的超声波清洗，可以取得明显的效果。不断改进清洗工艺， 使灭弧室内的微粒通过清洗尽量祛除干净；在生产过程中，保持良好的真 空卫生和工作习惯，有效控制操作间内的空气湿度和空气中悬浮微粒的数 量；科学组织生产，使灭弧室的部件或触头加工出来后尽量减少存放时间， 及时装配进炉，减少零部件氧化、污染的几率；对用于投切电容器组的真 空灭弧室适当提高电压进行工频电压老炼，并进行雷电冲击耐压老炼，可 以减少灭弧室内的击穿弱点，提高其电压耐受

28、能力，增加投切电容器组时 的可靠性；对灭弧室进行小电流老炼，可以利用电弧的高温祛除电极表面 的一薄层材料，烧掉电极表面的毛刺，并使电极表面的气体、氧化物和杂 质同时除去，起到清洁电极表面的作用，对灭弧室的电气性能有一定的提 高。因此灭弧室在出厂前应进行适当的电流老练；对灭弧室进行并联电容 老炼，可以迅速明显提高产品的耐压能力。 4.2 提高断路器的整体装配质量 在朔黄铁路 2009 年的高压设备预防性试验中，共发现有 19 台真空断 路器的灭弧室出现试验不合格问题。因此，生产厂家要提高断路器的设计 质量和装配质量，控制其机械运动特性参数在合理的范围内，保证灭弧室 动导电杆安装对正垂直，并易于调

29、整； 断路器的装配质量应该得到可靠 的测量和良好的控制，操动机构的合闸输出功率与分闸输出功率要合适， 其分、合闸速度应该调整在合理的范围内，使分闸弹振和合闸弹跳尽可能 小。 4.3 选择合适的操动机构和真空灭弧室 选择合适的分闸速度，有利于操作过电压的减小。比如，在开断小电 感电流时，操作机构的分闸速度适当地慢一些，可以减少截流值；而开断 电容电路时，分闸速度可以快一些，以增加触头开断距离，提高触头间的 燕山大学毕业设计（论文） 12 介质强度，减小重击穿发生。具体的方法就是加大断路器的超行程，增加 触头间的压力，一方面可以通过撞击压力使触头上的毛刺消除，另一方面 可以提高分闸速度。 4.4

30、避免开关柜主回路磁场对灭弧室磁场的影响 真空灭弧室是靠特制磁场熄灭电弧的，无论是横磁结构还是纵磁结构 灭弧室，当受到灭弧室以外的磁场影响时，将改变灭弧室内原有磁常影响 严重时，对横磁结构灭弧室来说，破坏了旋转磁场，使电弧不再旋转，而 是固定在一点燃烧，从而降低了灭弧室的电气寿命。对纵磁结构灭弧室来 说，破坏了扩散型电弧在触头表面的均匀分布，部分扩散型电弧将转变为 聚集型电弧，同样降低了灭弧室的电气寿命。 目前如何确定导体磁场对灭弧室磁场的影响尚未有规定，只能由型式 试验确定，所以开关柜选型时，应避免柜内主回路与灭弧室平行。一般， 一种定型的开关柜只对应一个型式试验报告，如果改型，应重新做型式试

31、 验。自行改造开关柜时，应尽可能避免将进出线铜铝排与灭弧室平行布置， 以避免影响真空灭弧室的磁场。 4.5 增加真空度在线监测装置 4.5.1 灭弧室真空度在线监测工作原理 真空灭弧室在制造过程中，静触头端安装了传感器，传感器的功能就 是将灭弧室内的气体压强转换成离子流信号。在电网中，真空传感器通过 离子柱对地形成回路，离子柱的一端与传感器相连，另一端接地，利用电 网每一相的对地电压，将灭弧室内的真空压强转换成安全的电信号，传递 给显示器显示出灭弧室内的气体压强。原理如图 4-1 所示。 燕山大学毕业设计（论文） 13 图 4-1 真空灭弧室在线检测工作原理图 在线真空监测装置的显示方法是根据

32、真空传感器离子流特性曲线（如 图 4-2 所示）和 输配电电网实际运行条件统筹考虑而设计的。 图 4-2 离子流与气体压强的关系 燕山大学毕业设计（论文） 14 由于输配电电网相对地电压是波动的，并且受各种强信号干扰（如 雷电、脉冲电信号、强磁场变化等），从离子流特性曲线可以看出，由于 施加在真空传感器两端相对地电压是交流电压，在灭弧室内气体压强低于 510-3Pa 时，真空传感器几乎不产生离子流：当灭弧室内气体压强高于 510-1Pa 以后，其离子流处于饱和状态。为了实现在线真空监测装置稳定 的显示效果，设汁方面采取了以下措施：气体压强相隔半个数量级显示。 当气体压强低于 510-3Pa 时

33、，显示 110-1Pa。经过多次试验与理论分析，真空灭弧室气体内部压强110-2Pa 时，灭弧室性能与耐电性能正常。所以在显示此类压强（5x10- 3Pa、5x10-3Pa、1x10-2Pa）同时，真空等级指示为安全，绿色指示灯亮。 当灭弧室内气体压强上升至 5x10-2Pa 时，真空灭弧室性能和耐电压性能也 正常，但是处于临界状态，如果气体压强继续上升。其耐电压性能就明显 下降。在峰值大电流通过情况下分闸，真空灭弧室就起不到灭弧作用。所 以蒋此压强设定为过渡性真空压强。用橙色指示灯表示，同时发出短时 （一次 20s 左右）提示性报警，提醒工作人员灭弧室内气体压强已经上升 至临界状态，应该立即

34、进行更换。 4.5.2 在线监测解决的现场问题 真空断路器真空度的劣化,有两种情形,一种是在极短的时间内发展起来 的(如运输、安装过程中的碰裂) ,这种情形一般不能检测其真空度的变化趋 势。另一种是有逐渐退化的行为特征,故障的性质是渐进的,并能测出其变 化,通过辨别设备逐渐退化的能力,就能够检测出和预测到真空断路器真空 度的变化,进而避免事故。 4.5.3 我的在线监测设计思路 我的在线监测设计思路是通过直接监测真空压力来实现对灭弧室真空 度下降趋势的判断。 真空断路器的灭弧室经特殊设计，在保持原有灭弧室体积和性能不变 的情况下，在其静端比普通灭弧室静端增加了一个波纹管（即内置式双波 纹管灭弧

35、室）。该波纹管内腔和灭弧室内腔通过静电导电杆（导电杆内部 空心有孔）想通。灭弧室未抽真空前是延伸状态。在排气台上抽真空后， 内置式波纹管呈压缩状态。根据 DL403-200012KV40.5KV 户内高压断 路器订货技术条件规定，出厂时真空灭弧室的真空度不得大于 1.33mPa, 燕山大学毕业设计（论文） 15 在此真空度和标准气压下，断路器的触头自闭力为 120N130N。弹性元 件具有调节内置式波纹管的张力和抗疲劳的作用。 在真空断路器正常运行时，灭弧室内腔保持高度真空状态，由于受外 界大气压的作用，内置式波纹管呈现高度压缩状态，此时，弹性元件的张 力与灭弧室内腔自闭力保持相对平衡，弹性元

36、件的位移不发生变化，位移 传感器向 GPRS 数据采集器（以下简称数据采集器）传送正常数据。 在灭弧室出现泄漏或慢性漏气（即真空度降低）时，引起灭弧室内腔 的自闭力发生变化，破坏了原先保持的平衡状态，从而导致弹性元件改变 其原有的压缩状态，通过弹性元件位移的变化重新建立新平衡点，在灭弧 室顶部装有的信息传动件将此时位移变化量传送给位移传感器，经位移传 感器转变为相应的数据（即真空度故障数据）后，输送给断路器的闭锁装 置和数据采集器。双波纹管真空灭弧室如图 4-3 所示： 图 4-3 双波纹管真空灭弧室示意图 燕山大学毕业设计（论文） 16 结论 根据朔黄铁路肃宁分公司各变电所真空断路器几年来的

37、运行状态分析， 朔黄铁路采用的真空断路器的灭弧室开距较小，有的只有 14 毫米，而国 产的灭弧室一般都在 35 毫米左右，国产的 10 千伏真空断路器亦有 11 毫 米的开距，受国内运行环境和电能质量的影响，过小的开距导致灭弧室的 场强加大，容易引起电弧重燃。早期电气化铁路使用的大多是沈阳高压开 关厂的 ZN-27.5 型开关，触头开距 46mm，后来的天水、北京开关厂的断 路器，开距也有 35mm 左右，因此极少发生断路器毁坏的现象，我想我单 位所采用的真空断路器频繁发生毁坏与上述原因有关，以上纯属个人观点， 不足之处请老师批评指证。 燕山大学毕业设计（论文） 17 参考文献 1 北京铁路局

38、.Q/BT 14396 牵引供电设备试验标准，北京， 1996.05 2 厦门 ABB 开关有限公司. GSR 电气化铁道用真空断路器安装和维 护说明书，厦门，2001.11 3 刘明光. 电气化铁道高电压绝缘与试验技术，成都：西南交通大 学出版社，2001.06 4 叶晓东，赵学文. 电力系统自动化2006 年第 11 期，南京， 2006.06 燕山大学毕业设计（论文） 18 致 谢 论文得到了老师的细心指导和帮助，导师为我的论文投入了大量精力， 对我的选题作了详细分析，对我的论文作了仔细修改，提出了很好的建议， 在此表示衷心的感谢！ 感谢老师给他和同学对我提供的帮助，使我能够顺利按时完成本次的 论文任务！ 感谢学院为我提供的帮助和支持！ 燕山大学毕业设计（论文） 19