摘 要：真空断路器灭弧室的真空度是保证真空开关绝缘性能和灭弧性能的重要技术指标，真空开关的真空度测试已经成为真空开关周期性检查和预防性试验的重要内容之一，本文介绍了几种真空度的现场检测方法，通过对真空断路器的灭弧室真空度降低原因的分析，说明了真空度测试仪的试验原理，并提出了利用真空度测试仪对真空开关进行真空度测试的一些问题和注意事项。
　　 关键词：真空开关；真空度；应用；测试

　　　　由于真空开关具有开断容量大、灭弧性能好、机械电寿命长、维护工作量小、检修周期长等优点，在保定供电公司10 k V、35 kV电网中得到广泛应用。截至2001年底，保定供电公司10 kV开关已经全部更换为真空开关。从1999年～2001年，在真空开关发生的缺陷和事故中，真空度降低问题较突出，后果也较为严重，主要表现为真空泡慢性漏气导致真空度降低，有几次发现真空度降低引起开关断口间绝缘耐压不合格，险些造成开关爆炸。同前几年真空开关的缺陷主要集中在机构上比较，目前开关缺陷主要集中在灭弧室的真空度上。因此，切实加强真空开关的核心部件——真空灭弧室真空度的现场检测工作十分重要。
　　1　真空度降低的原因
　　　　真空断路器在运行一段时间后，会发生不同程度的真空度降低现象，真空度降低原因归纳如下。
　　　　a．开关本体结构上的缺陷造成微量漏气，这种漏气平时检测不到，只有经过较长时间的积累，降低到一定程度才能被检测到。
　　　　b．灭弧室的制造材料含有一定的气体杂质，经过长期运行慢慢析出，造成真空灭弧室压力上升。
　　　　c．在开关运行过程中，由于外力造成灭弧室损坏，从而引起真空开关真空度降低。
　　2　真空度测试方法
　　　　现场检查真空度常用观察法、交流耐压法、电磁法3种。
　　　　a．观察法　主要是由运行人员对运行中的真空断路器进行简单判别，通过观察涂在真空玻璃泡内表面的吸气剂薄膜的颜色变化来判断真空度的变化。真空度良好时，吸气剂的薄膜非常亮像镜面；如果真空度降低，吸气剂薄膜变成乳白色。这种判断方法只有在真空度降到很低时才能被发现，并且对于陶瓷外壳的真空灭弧室无法使用。
　　　　b．交流耐压法　是采用工频耐压法检查真空灭弧室真空度。这种方法是以前的预防性试验中测试真空度时应用的主要方法。将真空开关置于分闸状态，在真空灭弧室的动静触头之间加交流电压，工频耐压测试规范为：在额定开距时，两端加额定工频耐受电压的70％，稳定1 min，然后在1 min内升至额定工频耐受电压，保持1 min无仪表指针突变及跳闸现象即为合格。允许管内有零星火星及其它轻微发光现象。这种方法不能对真空开关真空泡的真　　空度进行直接检测。以前只能根据这种试验方法来判断真空开关的真空度是否满足要求。这种方法只能对灭弧室的真空状况做出粗略判定，不能得出真空度的具体数据。对于真空度的变化没有任何反应，只有在工频耐压试验不合格时，才能发现真空度的降低，这时已经很危险了。
　　　　c．电磁法　是对真空断路器的灭弧室采用电磁法进行试验，试验方法为：在灭弧室分开的触头间施加磁场，然后再施加一个最长持续时间为100 ms的脉冲电压，可由流过电流的大小估算出真空灭弧室内的气体压力。从目前现场试验的情况看，采用这种方法获得的数据最为准确、有效，它可以推算出真空开关真空度的准确数值，试验可靠性较高。
　　　　除以上3种主要方法外还有火花计法，它只适用于玻璃管真空灭弧室，通过火花计检漏仪在灭弧室表面移动真空管内光的颜色来判断真空灭弧室是否合格，淡青色表明真空度良好，红蓝色表明灭弧室真空度极低，不发光表示已严重漏气。
　　3　真空度的现场测试
　　　　2002年预试期间，保定供电公司使用ZK－3型真空度测试仪进行了真空开关真空度测试，在预试中发现了一些交流耐压试验不能发现的问题。
　　3．1　真空断路器真空度测试试验原理
　　　　现场真空度的测试是在开关分闸时在动静触头间施加15 kV的脉冲高压，同时灭弧室外缠绕电磁线圈，并加1 200 V的磁场电压。其接线原理见图1。
　　

　　3．2　测试原理及其分析
　　3．2．1　试验依据
　　　　这种测试方法的依据是《交流高压断路器订货技术条件》（DL／T402－1999）中的型式试验规定“真空断路器的灭弧室应采用电磁法进行试验”。
　　3．2．2　试验原理
　　 在灭弧室分开的触头间施加磁场，然后再施加一个最长持续时间为100 ms的脉冲电压，可由流过电流的大小估算出真空灭弧室内的气体压力。按照这一原理，该真空度测试仪在开关处于断开位置时，在开关触头的两极施加脉冲高压，灭弧室外侧用励磁线圈缠绕，励磁线圈通入大电流，灭弧室内产生与两极高压同步的脉冲磁场。灭弧室中的电子在磁场的作用下螺旋运动，这时电子从一电极到另一电极的路程加长了，增加了与灭弧室气体分子的碰撞几率，并且灭弧室中的残余气体发生碰撞产生电离的离子电流比没有磁场时要大得多，这时产生的离子电流与灭弧室的真空度近似成比例关系。当然真空泡的直径不同，在同等的真空度下离子电流也不相同。通过试验标定出几种常用的真空泡真空度与离子电流的对应关系曲线。通过对离子电流的测量，再通过计算机查询离子电流与真空度曲线，从而得出真空度的数值。
　　3．3　测试的注意事项
　　　　a．应正确选取管型　由于真空泡的管径不同，相同真空度下离子电流也不同，所以在现场试验时，正确选择管型十分重要。管型的选取见表1。
　　

　　b．被测的真空泡两断口必须与地断开，励磁线圈与动触头间距至少3 cm。
　　　　c．测试完成后，先关闭电源，再通过放电电阻对磁场和电场的端子放电，此时一定要放电完全以防止发生电击事故。
　　　　d．测试时要将发射脉冲的红夹子夹在动触头上，一定不要夹反，否则会造成测试不准。
　　3．4　使用过程中发现的问题及分析
　　　　对于试验得出的数据分析的依据是《12～40．5k V户内高压断路器订货技术条件》（DL403－2000）中2．13条规定“运行中的真空开关有效期之末其真空度必须优于6．6×10－2 Pa”。因此当真空泡的真空度低于10－2 Pa时，就应尽快更换。
　　　　2002年春季预试期间，对16个110 kV变电站237台10 kV真空断路器进行了真空度测试，其中朝阳路真空开关真空度测试时发现个别开关真空灭弧室真空度很低，其中8只真空灭弧室真空度已经低于真空度测试仪厂家规定的6．6×10－2 Pa，4只介于6．6×10－2 Pa临界边缘，另有9只真空泡真空度达到10－3数量级，开关工频耐压试验均合格。
　　　　通过试验发现，工频耐压试验合格的真空泡真空度试验数据并不一定合格，有些已经到了规程规定的临界数值，甚至低于临界数值，而真空度合格的真空泡工频耐压都合格。这是因为在不考虑电极表面微观变化高真空度的情况下，气体分子的自由路程大，碰撞几率小，绝缘强度高。当真空度降低后，气体分子的自由路程变小，碰撞几率增大，绝缘强度降低。表2是气体在不同真空度下与自由路程的对照。
　　

　　从表2可以看出，当真空度高于10－2数量级时，如10－3数量级时气体分子的自由路程比触头间距大一个数量级，此时有很高的绝缘强度。当真空度为6．6×10－2 Pa时，气体分子的自由路程为0．25m，绝缘度降低了很多。
　　　　图2为不同真空度下击穿电压与真空度的关系曲线。从图2的曲线可以看出：当真空度降低到6．6×10－2Pa时，间隙的击穿电压将变化很快，交流耐压值也将下降很快，稍有降低就可能使工频耐压不合格，极易造成灭弧失败形成事故。从上面的分析可以看出：真空度测试较工频耐压试验更为灵敏，更能准确反应真空灭弧室的工作情况。
　　

　　．5　真空度测试的现场管理
　　3．5．1　真空度测试结果管理
　　　　真空度测试结果的分析，特别是真空度接近临界值时的分析应结合真空度变化的历史过程来分析，因此应做好真空度测试记录的管理工作。在现场使用时应建立真空度测试档案，通过历史数据对比来分析真空度的实际运行情况。
　　3．5．2　真空度试验周期管理
　　　　对于真空度的变化，应根据具体情况具体分析。当开关刚投入运行一段时间之后，真空度会发生一定的变化，这主要是因为灭弧室元件吸气、放气造成的。在以后的运行中真空度变化将变得缓慢。如果断路器真空度突然发生较剧烈的变化，应引起注意并追踪检测。另外，还应注意真空度的测试周期也不应过于频繁，过于频繁会引起灭弧室元件吸气放气加剧，造成真空度的降低，这种变化很小，很难在每次试验后检测到。因此真空度的测试并不是越频繁越好，在下列情况下应进行真空度测试：
　　 a．新设备投运前。
　　 b．在预试过程中。
　　 c．开关开断规定的故障电流次数之后。
　　　　d．开关开断负荷电流和机械操作达到一定的次数之后。
　　　　e．当怀疑真空开关的真空度时。
　　4　需完善的方面
　　　　a．真空度测试仪使用一段时间后，应进行校正。考虑使用一个已知真空度的真空灭弧室来校正真空度测试仪的准确性。一旦出现真空灭弧室真空度不合格，应与临界状态的灭弧室测试数据比较，防止误判。
　　　　b．真空度测试数值到达临界数据时，真空度数据与工频耐压变化的统计规律，还需要通过对大量的实验数据分析总结出来。
　　5　结论
　　　　现场真空度的测试对于真空开关的安全运行有着极其重要的意义，其灵敏度高于目前预试规程规定的工频耐压试验的灵敏度，只是目前还没有颁布与其配套的规程。切实做好真空开关真空度的测试才能保证真空开关的可靠运行。相信随着新技术的不断出现，不远的将来真空开关真空度的测试将成为对真空开关进行测试分析的主要手段。