（电气工程专业论文）SFlt6gt断路器运行维护与故障处理研究.pdf

华北电力火学i ：稃硕十学位论文摘要 摘要 随着电力技术的迅猛发展，少油断路器逐渐被淘汰，s f 6 断路器得到了广泛应用。全 面总结归纳s f 6 断路器的运行维护情况并深入研究探讨其故障类型及处理方法，对生产实 际有重大的指导作用，为电力系统的安全稳定运行提供有力保证。 本文基于统计分析的方法，对s f 6 断路器的应用类型、运行情况、缺陷、事故及障碍 情况进行系统的分类分析，制定出s f 6 断路器运行维护和检修管理规定，并对典型故障案 例的现象、产生原因、处理方法及控制和预防措施进行了详细分析。 关键词：s r 断路器，运行维护，故障处理 a b s t r a c t w i t ht h er 印i dd e v e l o p m e n to fp o w e rt e c h n o i o g y ，s rc i r c u i tb r e a k e r sh a v eb e e nw i d e l y u s e d nc a ng i v e g r a v eg u i d ea c t i o nt ol a b o rp r a c t i c ea n dg u a r a n t e et h es a f e t ya n ds t e a d y m n n i n go fp o w e rs y s t e mb yg e n e r a i i z i n gt h eo p e r a t i n gm a i n t e n a n c eo v e r a a n dr e s e a r c h i n gt h e f a i l u r er e c o v e r yo fs f 6b r e a k e rd e e p l y b a s e do nt h em e t h o do fs t a t i s t i ca n a l y s i s ，t h i sp a p e rc l a s s i 6 c sa p p l i c a t i o n ，门m i n g ，f l a w ， e m e r g e n c ya i l do b s t a co fs f 6b r e a k e r t h e na n a l y s i st h e c o n d i t i o n sa n dt h ed i r e c t i v er u l e st o o p e r a t i n gm a i n t e n a n c ea n di n s p e c t i o nm a n a g e m e n ta r ep u tf o r w a r d f i n a l l y ，t h ep a p e ra n a l y s i z e s t h ep h e n o m e n o n ，c r e a t i o nr e a s o n s ，p r o c e s s i n gm e t h o d s ，c o n t r o l l i n ga n dp r e c a u t i o n a r ym e a s u r e so f t h et ) ，p i c a lf a u l t so fs f 6b r e a k e r si nd e t a i l l i a n gs h u a n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e “n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gz h i r u i k e yw o r d s ：s f i c i r c u i tb r e a k e r s ，m n n i n ga t t e n t i o n ，f a u l tp r o c e s s i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文s f 6 断路器运行维护与故障处理研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 学位论文作者签名：期：加9 ；且 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段 复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：激 日 期：趋馥：主= 丛 导师签名： 日期： 、 华北电力人学l ：科硕十学位论文 第一章绪论弟一旱三百y 匕 s f 8 气体具有优异的绝缘性能和灭弧性能。5 0 年代，高压电器的绝缘绝缘介质就用 s f e 气体代替了空气。由于s f e 气体同空气和变压器油相比有许多优异的电气绝缘和灭 弧性能，近年来，s f 6 在电气设备上的应用有了很大的发展，尤其是在高压和超高压断 路器上，还有全封闭组合电器。目前，新安装的3 5 k v 以上电压等级的断路器，基本上 是s f 。断路器了。某供电公司目前运行3 5 k v 及以上s f 6 断路器9 2 9 台，占断路器总数 的9 4 4 1 。由此可见s f e 断路器的应用是何等广泛。 在输变电系统中，交流高压断路器是用来执行控制和保护的电气设备，具有十分 重要的作用。断路器除了要求有可靠的绝缘和导电性能外，还要根据指令随时准确执 行合分闸操作，并要具备可靠的动作性能和灭弧性能。与其他电气设备相比，发生故 障的可能性更大，因高压断路器的故障诊断和检修尤其受到关注s f s 断路器是电网中 的关键设备，其安全可靠运行为电网各方面所关注，但关于其维护检修方面的策略和 导则还不明确。采用s f 6 断路器后，其原理、结构都和常规的油断路器大不相同，原 使用的关于油断路器的检修维护方法已不适用。因此，围绕这个课题各方面都展丌了 探索和讨论，并且已开始积累实践经验。 开关设备一旦出现故障或发生事故，将严重地影响到设备本身和系统的币常运 行。因此，开关设备的维护检修对电力系统的安全运行关系极大只有进行f 确的维护 检修，才能保证和提高开关设备的健康水平。正确和必要的维护检修符合电力系统经 济安伞运行的宗旨，并符合当前电力设备的实际状况目前和今后相当长时期，制造厂 的产品不可能达到免维护的水平，往往还存在这样那样的缺陷，甚至有的产品投放市 场还带有试运行的性质。根据1 9 9 9 年至2 0 0 2 年全国2 2 0 k v 及以上电压等级断路器 运行( 可靠性) 分析报告所统计的资料，在该4 年中断路器的非计划停运事件，2 2 0k v 平均有5 4 7 0 、5 0 k v 平均有5 2 2 4 是由于产品质量不良造成。在另一篇近年 电力系统高压开关设备运行状况分析及需求趋势论文中，对2 0 0 0 年和2 0 0 1 年2 年 高压丌关设备统计到1 6 2 次事故，其中属制造责任的达9 2 次占5 6 8 。该2 年所 统计的障碍次数为4 8 8 次，由于制造方面的原因为3 2 3 次，占6 6 2 。因此，制造 质量不良是造成设备故障的主要原因。另一方面，在丌关设备的长期运行中，设备自 身的老化和劣化以及由于外界各种因素的长期影响，使潜在的缺陷和故障必然会逐渐 暴露和发展因此，开关设备合理的维护检修必不可少。 虽然s f 。断路器在电网中得到了大量的应用俏时也暴露出s f e 断路器在运行中 存在的许多共性问题，如操作机构故障、漏气、s f e 水分超标、灭弧室爆炸等。所以， 做好s f 。断路器的运行维护与检修，对于确保设备安全运行至关重要娟。 华北电力人学f ：科硕十学位论文 2 1s f 。断路器的优点 第二章s f 。断路器概述 采用s f 6 气体作为灭弧和绝缘介质的高压断路器称为s f e 断路器。目前，电力系 统为了满足其负荷发展和遮断容量的需要，便于现场维护及避免绝缘油的滴漏，逐步 推广应用s f e 断路器。 1 s f 6 气体的物理性质。s f e 气体在常温下是无色、无臭、不燃、无毒的不活泼气 体，绝缘性能优良，是空气的2 3 倍；不会老化变质，密度约为空气的5 倍，不溶 于水和变压器油，不与氧、氮、铝及其他许多物质发生作用。电弧在s f 。中，弧柱电 导率高，导热性能好，能量小。交流过零时，s f 8 的绝缘强度恢复比空气快l o o 倍， 因此易于熄弧。s f 6 在电弧和电晕作用下产生有剧毒的低氧化物，可引起绝缘和结构材 料的损坏。s f 6 分解受水分及电场的影响很大，故要求其纯度高。在低温时易于液化， 例如在4 0 时s f 。饱和蒸汽压力为2 5 9 8 9k p a ，故寒冷地区要注意s f 。的使用温度。 2 灭弧原理。s f 。断路器灭弧原理是当触头断丌时，在触头问形成高压气流，吹灭 电弧，该压力约为1m p a 1 5m p a 。币常时s f s 气体作为绝缘，其压力较低，约为 o 3m p a 一0 5m p a 。s f 6 气体在封闭系统中循环使用，s f 6 断路器配有专用的传动机构。 断路器分闸时。触头带动活塞压气形成高压s f 6 气流吹弧；分闸完毕，压气停止、恢 复低压。此种结构简单可靠，使用广泛。 3 灭弧性能。s f 。断路器的灭弧性能好断口绝缘强度高，同级电压所串断口比少 油断路器或空气断路器少。s f 。分解后可复合，不分解含碳等的有害绝缘物质，在严格 控制水分的情况下，生成物无腐蚀性。s f s 气体绝缘不下降，故允许s f o 多次丌断，检 修周期长。无论丌断大小电流，s f e 灭弧效果均好。s f e 热导率高，允许通过电流大。 从表面上看，s f 。断路器和油断路器一样，s f e 气体也有气吹的作用，但其灭弧原理实 质上是完全不同的。s f 6 灭弧原理是靠等离子体空i 、日j 提供尽可能多的新鲜s f e 气体分子， 促进s f 。分子与电弧的接触反应。由于电弧引起的电离而产生的导电电子以及被s f e 和 电压分解而产生的卤族分子和原子强烈的吸附，使带电粒子的移动性显著降低，同时 还存在复合过程，使电弧空间导电过程消失得非常迅速。因此，电弧经过交流电流的 零值附近时，空间电导率变化得非常快。这个特性加上s f e 特异的化学特性，使s f e 的 电弧芯细而且亮，电流几乎都从弧芯通过，以致在s f e 中不会因截流而出现操作过电 压。以上两种特性相辅相成，使s f 。具有非常强大的灭弧能力。s f e 气体因具有优异的 灭弧和绝缘性能，2 0 世纪被成功地应用于高压电器中，从而引起高压电器设备的一场 大革新。s f 6 的应用范围几乎贯穿中压、高压及特高压电器设备。预计近期内没有一种 介质可与之媲美，特别是高压和特高压范围，s f 。仍然是唯一选择的介质：中压范围， 2 华北电力人学一f ：程硕+ 学位论文 真空断路器得到飞跃发展，部分取代了s f e 断路器，但s f o 断路器因其开断时的过电压 低，故仍然是可选择的品种，且s f e 负荷丌关、环网柜、充气柜的迅速发展，使s f 。 在中压领域也有巩固和发展的余地一叫。 s f 6 断路器对材料、加工工艺、装配等要求较高，尤其是对密封性的要求更严，年 漏气率一般要求小于1 。因此在生产、使用中对装配、检测均有较严格的要求。 s f e 断路器按使用场所可分为户外式和户内式；按总体布置可分为瓷绝缘支持式、 落地罐式( 高压) 和手车式( 中压) p 吲。 2 2s f 。断路器的发展阶段 s f o 断路器经历了双压式、单压( 压气) 式、自能热膨胀式几个阶段。 1 单压式断路器 早期的双压式已经淘汰，而单压式在国内外已形成7 2 5k v 一8 0 0k v 系列产品。 单压式断路器发展趋势是减少断口数量、提高经济效益。目前主流产品是：2 5 2k v 以 下为单断口；5 5 0 k v 为双断口。我国西安高压开关厂( 西开) 和平顶山高压开关厂( 平高) 已开发了5 5 0 k v 双断口产品，根据三峡等工程的需要丌发了5 5 0 k v 单断口、额定短路 开断电流6 3 k a 等产品。从单断口大电流看，r 本( 三菱、只立、东芝公司) 等走在了前 面1 9 9 3 年已开发出5 5 0k v ，6 3k a 单断口s f 。断路器，代表了当自订的最高水平。 2 自能热膨胀式断路器 单压式断路器依靠灭弧室中的压气活塞快速压缩气体形成压差进行吹弧，因而需 要强大的操动机构，不得不采用液压或气动机构。然而，液压与气动机构结构复杂， 制造工艺要求高，运行故障率较高，根据国际大电网会议的调查，操动机构故障占断 路器故障的4 4 。2 0 世纪八九十年代人们利用电弧燃烧时产生的高温气体压力进行吹 弧，缩小了压气缸直径。降低了操作功，从而可以采用弹簧储能机构提高断路器可靠 性，目前已在7 2 5k v 一2 4 5k v 电压范围取得成果。但其弹簧机构能量较小，断路器 燃弧时间和丌断时间相应延长，所以向高电压大容量发展尚有一定困难。世界各大公 司都推出了自己品牌的白能式断路器，我国也推出了国产化的新型断路器。在中压 1 2 k v 一4 0 5k v 领域罩，s f 。断路器也从压气式向自能式发展。如上海华通丌关厂( 华通) 引进的户内式b a i 型丌关柜( 1 0 k v 一3 5 k v ) 中用的h b 型断路器和西安高压电器研究所 开发的户外式l w 8 3 型等。与真空断路器相比，s f e 断路器具有很低的丌断过电压。 3 s f e 封闭式组合电器( g i s ) 的发展 s f 6 气体优异的灭弧特性和绝缘特性在 挥。现g i s 正向高电压大容量化、小型化、 g i s 的设计和制造中得到充分的利用和发 智能化方向发展。 华北电力人学i ：程硕十学位论文 ( 1 ) 高电压大容量化 2 0 世纪9 0 年代国外大公司已经开发完成7 2 5k v 一2 5 2k v 一5 5 0 k v 一8 0 0k v 1 1 0 0 k v 全系列g i s 产品。随着s f e 断路器单断口、大容量、自能式和弹簧操作机构等技术 的发展，其技术也都应用到了g i s 中。我国西高所、华通厂、北京丌关厂等先后自 行设计开发了7 2 5k v 一2 5 2k v 等级的g i s 产品。西开厂、沈高厂等引进三菱、日立、 m g 等公司产品也都完成了国产化，西开厂、沈高厂开发出的5 5 0k v ，5 0k a 双断口g i s 代表了国内最高水平。 ( 2 ) 小型化 一般来说，g i s 占地面积与电压等级成反比关系( 设同电压等级常规变电站为1 ) ， 发展趋势则由初期三相分柜式结构向三相共简式发展，尤其是3 0 0 k v 以下。使g i s 占 地面积又缩小约4 0 。g i s 小型化特别适用于大城市和工业密集区中心变电站、城网 地下变电室、山区水电站和重污秽、高海拔、多地震地区。 ( 3 ) 智能化 现代变电站对供电设备的可靠性、处理事故的及时性提出越来越高的要求，g i s 向智能化发展势在必行。其模式为：g i s 一次设备+ 新型传感器+ 现代计算机技术形成 自动监控、自动诊断、自动事故处理、自动记录等自动化系统。例如a b bc a l o re m a g 公司新推出的第4 代产品e x k g y 型7 2 5k v 1 2 6k v 智能化g i s ，全部采用先进的 二次回路技术，包括测量、控制、保护和记录。其重要器件、传感器、触发线圈和电 子板的性能每秒检查一次。任何功能失常都会被马上发现并发出信号，维护工作可在 准确地点立即进行，可以大大节省人力、物力和财力。 2 3s f 。断路器的操动机构 目前某供电公司s f 。断路器采用的操作机构有液压机构、气动机构、弹簧机构三 种，其中以弹簧机构应用最为广泛。随着新技术的发展，液压弹簧机构也将成为今后 s f 。断路器的主流机构。s f 。断路器的操作机构和高压少油断路器的操作机构的在种类 上没有什么区别，在早期，s f 。断路器的机构大多采用液压机构，后来随着s f s 断路器 断口数的减少和操作功的减小，弹簧机构越来越多的应用到s f e 断路器上，而在超高 压s f 。断路器上大多采用气动机构或液压机构。 操动机构是决定断路器性能的关键部件之一其性能的优劣将直接影响到断路器的 技术性能对断路器的可靠性，c i g e r 曾进行过两次调查，涉及到2 2 个国家，1 3 2 家电力 公司，调查数量达1 4 8 6 0 0 台年。调查中将故障分为重故障和轻故障重故障是指断路 器丧失基本性能而必须从电网切除( 需要从系统切除至少3 0m i n ) 。或者要进行预定外 的应急修理，其余皆为轻故障。故障率指失灵部件数( 1 0 0 台年) 。综合重故障与 华北电力人学t ：程硕十学位论文 轻故障，操动机构的故障率为4 4 5 。统计的断路器大多是使用操动机构带动气缸与 活塞的相对运动压气熄弧需要的操作能量大故使用液压机构或气动机构居多c i g r e 的统计显示。电压达到2 4 5k v 时，2 5 的断路器采用弹簧机构，而电压超过2 4 5 k v 时， 仅有5 采用，其余7 0 采用液压机构，2 5 采用气动机构。众所周知，液压机构和 气动机构零部件多。结构复杂故障率高。多年来操动机构居高难下的故障率使人们 把目光转向故障率低的弹簧机构以新的热膨胀式断路器为例，其操作功仅为压气式断 路器的2 0 一5 0 。显然，这就完全可以用操作功小的弹簧机构来代替液压机构或气 动机构。再如a l s t o m 公司利用定律e = m v 2 2 推出了“从动”原理。即将原来只是动 触头的移动改为动、静触头同时移动的断路器，而在无需改变其它参数( 如分、合闸时 间) 的情况下，就把对开断能量的要求减小了6 5 从而丌发了使用弹簧操动机构的 4 2 0 k v f x t l 6 d 型s f 6 断路器。 单压式s f 6 断路器基本可以满足电力系统的无油化、少断口、少维护和高可靠性 的要求。但是通过近二十余年的使用，用户和制造部门也发现了它存在的一个重大缺 陷，这就是对操动机构操作功要求太大，从而影响了断路器机构动作的可靠性，这在 前面的故障统计中已有数据。与单压式s f e 断路器配套的操动机构，必须在极短的分 闸时间内将气缸内的s f 6 气体压缩到满足熄弧要求的高压气体，同时还必须保证动触 头分闸速度达到要求的运动速度，为此必须采用大功率的储能机构，可以配用大功率 弹簧操动机构、气动机构和液压机构，也可以配用混合式的液压一弹簧机构或气动一 弹簧机构等。目前制造厂生产量最大、系统中使用量最多的仍然是液压机构，因为液 压机构配用在高压少油断路器上已有三十余年的历史，已经积累了丰富的制造和运行 维护经验。目前气动机构是配用单压式s f e 断路器的另一主要机构，系统中也有一定 数量的产品在运行。由于气动机构必须配备一套空气压缩装置，并且同样存在气体密 封和泄漏的问题，同时还存在锈蚀的问题，其运行可靠性并不比液压机构好多少，所 以运行部门并不习惯选用气动机构。大功率弹簧操动机构也可以满足单压式s f e 断路 器的要求，如选用大功率盘簧或扭簧作为储能元件，但是由于这两种弹簧制造难度大、 成本高，质量难于控制，尤其是剩余能量过大，动作可靠性难于把握所以很少采用。 由于液压操动机构配用在少油断路器上已有三十余年的生产经验和使用经验，因此运 行部门乐于选用配液压机构的单压式s f 。断路器，但这并不说明液压机构能满足运行 部门对s f 6 断路器的少维护和高运行可靠性的要求。故障统计的数字说明，液压机构 的运行可靠性，特别是泄漏问题仍是影响s f e 断路器整体可靠性的突出矛盾。为此， 世界上大部分液压机构的生产厂家始终在不断地对液压机构的密封性能、阀体设计、 管路连接和工艺材质等方面进行完善和改进，以图减少密封环节和管路的连接，尽量 提高密封性能，降低渗漏的几率。目前大部分液压操动机构都采用模块式功能元件的 设计，尽量减少元件数量和内外管路的连接，以减少漏点。a b b 公司设计的弹簧储能 液压机构h m a 和a h m a 将氮气储压改为碟形弹簧储压并配以模块式设计的液压功能元 s 华北电力人学l ：稃硕十学位论文 件，使液压机构的元件数、内外连接管路和高压密封减少到最低限度，这种简化设计 无疑会提高液压机构的运行可靠性。虽然大家对液压机构或者气动机构进行了不断的 和大量的改进和完善工作，但是运行部门仍不能满意其使用效果，尤其是随着断口电 压的不断提高所要求的操作功越来越大，解决渗漏问题的难度也相应增大，或者说， 只要仍以“压气式 灭弧原理作为断路器的灭弧室设计基础，就必须使用大功率的操 动机构，这势必使整个机械传动系统和密封系统受到较强的机械力，使断路器的机械 可靠性受到一定影响。因此，提高s f e 断路器操动机构运行可靠性的出路是改进“压 气式 的开断原理，降低对机械操作功的要求，减轻操动机构和机械传动系统的机械 负荷。自能式s f e 断路器的特点是充分利用短路电流开断过程中电弧自身的能量使灭 弧室内的s f 6 气体压力上升到灭孤所需的压力进行短路电流的开断小电流如负荷电流、 电容或电感电流则依靠小面积的压气活塞进行开断，其作用相当于少油断路器的压油 活塞。所谓“自能式”s f 6 断路器原则上应该是以自能灭弧为主，以压气灭弧为辅。由 于充分利用了电弧自身的能量，所以使丌断时对操作功的要求可以大大降低，一般可 以为“压气式”的2 0 3 0 这样就可以配用简单的弹簧操动机构，从根本上消除了液 压或气动机构的渗漏隐患，并且大大降低机械传动系统和底架所承受的机械冲击力， 使断路器的机械可靠性得到很大的提高。“自能式”丌断原理，尤其是弹簧机构在s f e 断路器上的应用，进一步满足了运行部门对操动机构提出的高可靠性、少维护性和简 单经济的要求，它一出现就受到了运行部门的欢迎。尽管目前自能式s f e 断路器在开 断电流、断口电压、电寿命和近区故障丌断性能等方面尚需继续改进和提高，但在 1 1 0 2 2 0 k v 电压等级电网中使用量却与r 俱增，发展势头相当迅猛。为此，国外各大 公司在九十年代初开始将丌发生产的重点转移到自能式断路器上，并先后推出了以自 能式为基本设计原理的各种配用弹簧操动机构的l1 0 2 2 0k v 断路器，如a e g 公司的 s 1 系列、a b b 公司的l t b 系列、阿尔斯通公司f x 系列、西门子公司的3 a p l 系列、三 菱公司的s f n 一3 2 b 系列等等，目自 我国电力系统中已经有相当数量的e 1 白能式s f 6 断路器在1 1 0 2 2 0 k v 电网中运行6 。憎。 2 4s f 。气体的管理和维护 s f 6 断路器和封闭式组合电器( g i s ) 是性能优良、技术先进的高压电气设备，在供 配电装置中应用越来越广泛。s f e 气体的绝缘能力是空气的3 倍，灭弧能力是空气的 1 0 倍。但当污染变质、水分超标及发生泄漏使压力过低时，将明显降低s f e 气体的绝 缘强度与灭弧性能，危及设备的安全运行。外泄的s f e 分解物具有毒性，防护不当会 影响人的身体健康乃至造成中毒事故。因此，应把s f 6 气体的维护管理作为这类设备 安全运行的重要工作来抓。现根据s f e 及g i s 设备的运行经验，介绍s f e 气体的维护管 理要点。 ， 6 华北电力人学t 程硕十学位论文 2 4 1s f 。气体的运行维护 1 定期巡视抄表 g i s 设备每个独立气室都装有充、放气阀及压力表，且箱体上标有s f 8 气体的压力 温度曲线及报警压力曲线表。值班员每天应对压力衷进行巡视并记录指示数，对照曲 线可知s f e 气体的泄漏量。若压力表指示超限，应立即报告，及时处理。 2 巡视防爆膜 对装有防爆膜的g i s 设备，每天定时巡视，但不得在防爆膜附近停留。发现异常 情况要立即报告。若防爆膜破损，要停电进行处理。防爆膜应用汽油或丙酮擦拭干净。 3 定期检校报警装置 每年要对压力整定值进行检验，检查触点及报警器是否完好，各导线连接有无松 动等。 2 4 2s f 6 气体的水分测量处理 1 含水量的测量 用含水仪测量s f 6 气体的含水量。一般每3 个月测量1 次，稳定后减为每年测量1 次发现含水量有明显变化时，应进行复测并分析其原因。断路器气室运行中的s f 。气 体含水量不得大于3 1 0 4 。 s f 6 断路器对s f e 气体的纯度及含水量都有严格的要求，在运行中内部闪络时，会 生成多种s f 6 分解产物，大气中的水分也会渗入气体绝缘设备中，在较高的气压下， 过量的水分会对气体绝缘设备中的固体绝缘件表面闪络。 有些活性杂质，如h f 、s 0 ：等对气体绝缘设备中的各种构件会产生腐蚀作用，使 某些分解产物还具有毒性，一旦泄漏出来会污染坏境，影响工作人员的健康。过量的 水分会使气体绝缘设备的绝缘强度下降，甚至会导致设备内部闪络事故。因此，首先 应保证充入的s f e 气体合格，在充气的操作过程中，严防水分进入气室。 我国有关规程规定，断路器用新的s f e 气体，水分含量应8ul l 。检查运行中 的断路器内s f 6 气体的水分含量，机械特性试验后，测量气体的含水量不应超过1 5 0 i ll l 。 设备中充有s f 6 气体的单元，在进行安装或检修时，必须保持一定的压力，以避 免潮气进入气室内。对气室的处理，包括清理和干燥两种形式。对气室主要是清理绝 缘部分、灭弧部分、导体部分和会属外壳等几部分。对高压和超高压电器的气室必须 依靠抽真空和注入高纯氮干燥的形式进行处理。在真空处理中，最后一次的干燥处理 的微水含量，须保证气室干燥合格。 7 华北电力人学i ：科硕十学位论文 通过对s f 。断路器压力表的观察，及利用s f o 气体检漏仪进行s f e 气体的检漏和水 分的测定，利用s f 。断路器的t p 曲线及s f 6 气压表可做到：在s f 6 气压降低到闭锁压 力之前，及时发现漏气现象及漏气点，以便采取措施进行处理：能够定量的计算出漏 气量，判断s f 6 气体对断路器j 下常运行的影响程度；通过定期检查巡视，还可以发现 结构是否变形、瓷套有无破损、气体压力表是否损坏、s f 6 气体管路和阀门有无变形及 导线绝缘是否良好、有无发热异常现象。 2 含水量超标时的处理 经测量s f o 气体的含水量超过最大允许值时，可用s f e 气体处理车对s f 气体进行 干燥、过滤。对含水量较高的气室应抽真空，用干燥的氮气进行置换，并用吸附剂吸 收水分。 2 4 3s f 。气体的充补操作 1 充气前应对钢瓶进行真空处理，去除油污水分。气瓶严禁过量充装，认真实行 重量复核。对液态s f 6 当充装压力为7 8 m p a 时，充装系数不得超过1 2 k g l 。 2 运行中的g i s 设备补气采用小型补气装置。操作步骤如下：从s f e 气体处理车 的进出口分别接出2 根高压软管，进口侧软管的另一端与气瓶接口相连接，出口侧软 管的另一端与c i s 气室充气口相连。接牢后，打丌气瓶角阀，s f e 气体从气瓶经高压软 管到达进口阀，通过减压阀、蒸发器、加热器、过滤阀、逆止阀到出口阀，再通过高 压软管进入g i s 气室。 3 补气压力应根据出口的环境温度、压力换算到额定值，补气量为补气前后气瓶 的重量之差。补气1 2 后要测量s f e 气体的含水量。 4 在室内充补s f 。气体时，必须丌启通风系统，工作区域空气中s f e 气体含量应在 l 1 0 0 0 以下。 2 4 4 气瓶的管理 1 检查气瓶外表有无缺陷，安全附件是否齐全。如果怀疑，要进行探伤检查。每 次充气后要有检漏仪检查阀体及气瓶本体的接合处有无漏气现象。 2 新气瓶要进行抽样( 3 0 以上检查。充入的s f e 气体应有制造厂的分析报告、生 物试验证书，气瓶外应挂有气体检验合格证。 3 气瓶不允许靠近热源、油污等也不能曝晒、受潮，应立放在架子上，标志向外。 4 气瓶运输时，可以卧放，但应防止巨烈震动。气瓶装卸要轻抬轻放严禁气瓶互 相碰撞。卸瓶时不得溜放，更不允许抛卸。 8 华北电力入学j 1 ：程硕十学f 7 = 论文 2 4 5 预防s f 。气体中毒的措施 s f 。气体本身是无毒的，但在高温或电化学作用下产生的氟化物是有毒的。当断路 器损坏或密封不良时，这些有毒的氟化物就会泄漏出来，附着在设备表面或弥散在空 气中，如工作人员接触或吸人这些有毒物质，就会造成中毒事故。预防中毒是s f 。气 体维护管理工作中的一个重要方面。主要从泄漏预警、通风排气、个人防护三个方面 采取措施。 1 在s f e 断路器上或配电室内安装报警装置。s f 断路器上装设气体压力降低报警 装置，当断路器内的s f e 气体发生泄漏使压力降低到设定值时发出报警信号。在配电 室内加装s f e 报警装置或配备便携式s f e 报警仪，它可对采样探头送来的空气成分进行 分析，当s f 。的含量超标时立即报警。 2 装有s f 6 断路器设备的配电室、实验室，都要按电业安全工作规程的规定， 装设强力通风装置。在正常的设备运行维护中，应在丌启通风系统1 5 m i n 后，方可进 入室内，且尽量避免单人进入s f o 配电室巡视设备。 3 发生事故后，除开启通风系统外，还应检测空气中的含氧量( 要求不低于1 8 ) 和s f 气体的含量。进人事故现场的抢修人员一律带防毒面具、穿防护服。 4 抢修人员身体的裸露部分，用过的防毒面具、手套、靴子等，先用小苏打溶液 清洗，再用肥皂及清水洗干净、揩干。 5 用过的防护服、抹布、清洁袋过滤器、吸附剂、苏打粉等物，均用塑料袋装好 放人金属容器中深埋地下，不允许焚烧。 对于s f 。气体我们现在的管理是比较严格的，因为它的质量直接影响到s f 。断路器 的开断性能和使用寿命。 对于新的s f 。气体我们要求作气体的全分析，气体的全分析一共包括九项内容： 1 空气含量 我们要检测s f 。气体中混入的空气的比例，我们要将新气进行气相色谱试验，国 标要求新气中空气的含量不能大于0 0 5 ( 体积比) ； 2 c 凡含量 我们要检测s f 。气体中混入的c f ，的含量，这也是通过气相色谱试验测定的，国标 要求新气中c f 4 的含量不能大于o 0 5 ( 体积比) ； 3 s f 。气体的纯度 这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气的纯度不得小于9 9 8 ( 体积比) ； 9 华北电力人学l ：样硕十学位论文 4 酸度 这个试验先要用碱液将s f e 气体中的酸性成分吸收出来，再用滴定法测定其中的 盐的含量，从而推算出s f 6 气体中含有多少酸性物质，国标要求新气中的酸度不得大 于o 3 p p m ( 质量比) ； 5 可水解氟化物 因为可水解氟化物水解后能够生成酸性物质，所以其测定方法同酸度的测定方法 相同，只是所用的碱液不同，国标要求新气中的可水解氟化物含量不得大于1 o p p m ( 质 量比) ： 6 矿物油含量 这个试验先要用c c l 将s f 。气体中的矿物油成分吸收出来，再用2 9 3 0 伽一l 波长的 红外线进行定波长红外光谱分析，就能测出其中的矿物油的含量： 7 水分含量 这个试验比较重要，不仅新气要做，而且充到s f 6 断路器以后还要进行，他的实 验方法主要有三种： 1 ) 电解法：在一个容器中放入两个用铂令丝制成的电极，再在容器中加入浓磷酸， 先将浓磷酸电解，生成p 2 0 5 ，它有很强的吸水性，再将s f 。通入其中，p 2 0 5 就将气体 中的水吸收出来，生成少量磷酸，再测量其中磷酸的含量，就可以得到s f 。中的含水 量了； 2 ) 阻容法：就是把一张铝箔的一面氧化，使之生成一层致密的a 1 2 0 3 膜，再在膜 上加一层铝箔，这就组成了一个电容，当s f 。气体流过其问时，a 1 2 0 3 膜会吸收气体中 的水分，从而改变自身的介电常数，使这个电容的电容量发生微小的变化，通过测量 这个变化量，就可以得到s f 6 中的含水量了： 3 ) 露点法：就是有一个会属的表面非常光洁的露镜，它的背面有一个能够制冷的 装置，测试时制冷装置工作，给露镜降温，同时s f 6 气体流过露镜的镜面，当露镜的 温度下降到一定程度时，s f e 气体中的水分就会在露镜上丌始凝露，这个温度就叫做露 点，s f 6 气体中含的水分越多，它的露点就越高，这样就可以测出s f e 气体的含水量了。 国家标准规定：新的s f 。气体中水分的含量不得大于1 0 p p m ( 质量比) ：而对于新 安装的s f 6 断路器中的水分含量，则要求不大于1 5 0 p p m ( 体积比) 对于运行中的s f 6 断路器，则要求不大于3 0 0 p p m ( 体积比) ：对于g i s ，还有一个特殊的地方，就在于 g i s 中的某些气室是没有电弧的，如母线、c t 、p t 、避雷器等气室，对于没有电弧的 气室中的s f 6 气体的水分含量，国标要求交接时不大于2 5 0 p p m ( 体积比) ，运行时不大 于5 0 0 p p m ( 体积比) ，而对于有电弧的气室，则按照断路器的标准要求。 i n 华北电力人学i ：科硕十学位论文 8 毒性试验 国标要求毒性试验要用小白鼠来进行，先将s f 6 气体和氧气按照空气中n 2 和氧气 的比例混合，比例大约是4 比l ，也就是说用s f e 气体取代空气中的n 2 ，将小白鼠放 置在装有s r 气体和氧气混合气的容器中一段时间，再将小白鼠去处，进行解体，检 查其中毒情况，从而确定s f 6 气体的毒性。 目前我们都不做这项试验，但是不要误解不做的意义，这不是说不做这个试验就 是说s f e 气体完全没有毒，而是要严格管理，按照有毒来对待。 9 密度试验， s f 。气体密度是6 2 5 蚝m 3 ，当然这是在一个大气压下，2 0 时妇2 2 】。 2 5s f 。断路器的现场检查试验 s f 6 断路器在安装完成后也要进行一系列的检查试验，除了常规的试验项目外，对 于s f 6 断路器还要进行气体中水分含量的测定和s f s 气体年漏气率的测定。 1 s f e 气体中水分含量的测定方法同s f e 气体全分析时测定水分含量的方法相同， 在这罩就不再介绍了。 2 s f 6 气体年漏气率的测定方法主要有两种，一种是扣罩法，一种是局部包扎法。 扣罩法就是将整个的s f e 断路器都罩在其中，罩子中的容积是已知的，测定扣罩2 4 小 时后罩子中的s f 6 气体的浓度，就可以计算出2 4 小时内s f 。断路器泄漏出的s f 。气体 的量，将这个量乘以3 6 5 ，再除以s f 6 断路器中所充的s f e 气体的重量，就得到了s f 6 气体的年漏气率。 这种测量方法是最准确的，但是它受到了多方面的限制，现在s f 6 断路器的体积 都比较大，尤其是高压和超高压的落地罐式断路器的体积就更大，这样要把它完全罩 起来，罩子也就要大得多，再者，s f e 断路器的体积测量也是一个难题：而且在现场还 有引线布置等许多原因要考虑，所以现在很少用这种方法。 局部包扎法就是将s f 。断路器的每一个密封面都用塑料布包扎起来，在2 4 小时后 测量每个包扎部位的s f e 气体浓度，再用近似的方法算出s f e 气体的年漏气率，甚至有 些厂子只要求定性测量那些密封面是否漏气就可以了：这种测量方法是很不准确的， 在实际中没有太大的意义，但是因为方法简单，容易实现，所以现在基本上都采用这 种方法卜7 】。 华北电力人学j i ：程硕+ 学位论文 3 1 故障统计方法 第三章故障统计分析与控制措施 1 按设备原因分类 s f e 断路器故障可按设备自身原因分类。为了做好断路器故障统计工作，可从多方 面多角度对故障进行统计。其中机构故障可根据机构类型分为弹簧机构、液压机构、 气动机构等，机构原因引发的故障较多。根据设备自身原因可继续分类统计，如空压 机系统、绝缘拉杆、本体密封圈、机构密封圈、瓷套、密度继电器、压力表、灭弧室、 储压简、设备二次回路、继电器、接触器、合闸电阻、并联电容、绝缘气体( s f 6 ) 等 等。 2 按故障类型分类 s f 6 断路器故障可根据故障类型分类。故障类型可分为机构故障和本体故障。机构 故障中可分为机构本身机械故障，机构回路故障。机构回路故障又可分为储能回路故 障，控制回路故障，信号回路故障等。本体故障可分为s f e 气体渗漏，微水超标，回 路电阻超标等。 3 按故障造成的影响分类 运行中的s f 。断路器故障造成的后果是不一样的。有的后果影响严重可能造成电网 事故，有的后果轻微不会造成严重影响。 故障可分为断路器非计划停运，断路器障碍，断路器事故等。非计划停运指断路 器在运行过程中因设备故障造成计划停电检修外的设备停运。也就是虽没有造成后果 但该故障的处理必须将运行设备停运。断路器障碍指断路器在操作过程中由于故障造 成无法合闸、分闸或断路器紧急停运造成了电网损失，障碍的后果较为严重但还没有 造成事故。断路器事故指由于断路器原因造成电力系统失电，后果极为严重。 我们对断路器故障进行统计时不是单纯的按某一种分类进行的，而是互相结合的。 例如按故障造成的影响分类后还要对其故障原因按故障类型分类，之后对故障类型还 要细分到按设备原因分类。只有这样才能发现重大设备隐患，对设备的运行检修提供 有力的帮助。 3 2 高压断路器设备类型统计 对某省供电公司2 0 0 6 年对断路器类型进行统计。 截至2 0 0 6 年底，某省公司系统1 2 7 5 0 k v 高压断路器在运量总计为15 2 2 l 台，同比 1 2 华北电力人学i 。程硕十学位论文 增加1 6 0 2 台，其中5 0 0 k v 9 3 台( 含g i s9 台) ，2 5 2 k v 6 9 1 台( 古g i s l 4 台) 台( 含g i s9 9 台) 4 05 k v3 l7 3 台，1 2 k v9 1 1 8 台。 v 褂 型 垂 丑 叵 一 蚴：- i 看6 雷 一一_ 一一一 _ ：_ _疆一熟5| i 7 r 。 阼# 辑 一一一呷0 | | 华北电力大学1 i 程硕士学位论文 表3 一l 高压断路器( 禽g i s 间隔) 按灭弧介质分类统计表 阁33 高乐断路器装川比例 多油 0 1 0 0 善 皿 堑 5 0 薏 限 。 ”1 1 0 k v3 5 k v l1 0 k v5 0 0 k v2 2 0 k v 9 2 7 9 8 0 7 37 68 1 f9 4 7 4 口! 1 ，j j 1 0 0 9 5 2 2 8 40 2 i8 05 2 i9 j7 3 _ 州；m 1 0 0 4 9 9 0 5 0 0 削34 高乐断路器无油化率同比 5 0 0 k v 断路嚣9 3 台，全部为s 凡断路器。 2 2 0 k v 断蹿器6 9 】台，其叶 s f 。断蹄器6 5 8 台，少油断路器3 3 台 4 | | | | | | 7引 。 | | | | | | | | | | |0 踊 哪 蚴齄。|i 嘴w 加 m 坫 。 卅 瞰主； | | 拗 如 甜 华北电力大学工程硕十学位论文 1 台 1 9 i 芏 3 8l o k v 断路器按灭弧介质分粪 华北电力太学 程硕 ：学位论文 2 按机构型式分类统计 截至2 0 0 6 年底，在运1 5 2 2 l 台高压断路器中液压机构断路器7 6 4 台弹簧机构断 路器1 1 5 2 l 台。气动弹簧机构断路器7 5 台，液压弹簧断路器1 9 台，气动机构断路器 2 2 l 台，电磁机构断路器2 6 2 1 台。 表3 2 高压断路器( 含c i s 间隔) 按机构型式分类统计表 电压等 级k v 液 压 3 按运行年限分类统计 气动 弹簧 液压 弹簧 气 动 1 自”篱聩j t 掸簧气曲f u 图3 一g 断路器按机构犁式分娄 截至2 0 0 6 年底在运1 1 0 k v 及以上2 9 2 2 台高压断路器中运行2 1 年及以上6 7 台， 运行1 6 2 0 年断路器2 1 7 台运行1 卜1 5 午断路器2 7 0 台，运行6i o 年断路器7 刊 台，运行5 年以内断路器1 6 1 4 台。 甜 | 耄 薹| 锄 嘁 。 。 叭 ：耋 耋 砌 矾 盯 o o 吼 o ” 6 0 0 坞 o n 姻 6 0 佰 黻 埔 撇 霎耋 妻 至| 硌 狮 伽 “ o 耋i 啪 m 时 华北电力人学l 程硕士学位论文 表3 31 1 0 k v 及队上断路器( 舍g i s 间隔) 按投运时间统计表 电压等设备5 年以内 6 一l o 年1 卜1 5 年i 62 0 年2 1 年以上 合计 级( k v )类型( 台) ( 台)( 台)( 台)( 台)( 台) 5 0 0s f b6 81 7 0 o08 5 s h 3 9 61 6 86 43 06 5 8 2 2 0 油 o3l l1 81 3 3 sf 61 1 5 05 j 68 55 31 8 0 4 l l o 真空 0000o0 油o 5 01 1 01 1 66 63 4 2 合计( 台) 1 6 1 4 7 5 42 7 02 1 76 7 2 9 2 2 图31 0 1 0k v 及以上高压断路器按机构型式分类 4 按生产厂家分类统计 截至2 0 0 6 年底，在运1 5 2 2 l 台高压断路器生产厂家共讨2 13 家，其中西开生产 1 3 2 8 台，平开生产1 0 】3 台，山东泰丌生产1 1 5 3 台，北京华东生产2 9 4 3 台，江苏曲 高生产4 5 3 台，北玎生产6 2 6 台，沈丌生产3 2 l