SF6断路器.doc

SF6断路器一SF6断路器的优点：（1） 开断能力和绝缘能力优良。（2） 触头烧坏轻微，散热能力比空气大的多。（3） 体积小，重量轻，结构简单。（4） 噪声小，SF6断路器中气体的压力以及开断时气流吹弧速度较小，所以开断声音很小，对周围环境不发生干扰。（5） 维护、检修周期长，由于SF6断路器的触头寿命长，在SF6气体中的金属和绝缘结构件很少发生劣化现象，所以检修周期长。 三、500kV SF6断路器结构简介 目前500kV电网中的SF6路器一般有每相两柱四断口和每相两断口两种结构。与220kV SF6断路器不同，500k SF6断路器一般加装合闸电阻和均压电容，其它结构与220kV SF6断路器结构一样，其操作机构一般有气动机构、液压机构或液压弹簧机构。 1）合闸电阻室。主要由电阻总成和电阻触头室组成。电阻触头室的气体空间与灭弧装置和对地绝缘的气体空间相连或相互分开。合闸电阻的主要作用就是有效地限制合闸过电压，如图4l所示。断路器加装合闸电阻后，合闸时先合辅助触头QF2接入并联电阻R，后合主触头QFI短接R。当合QF2时，电阻R值越大，合闸过电压越低。当合QF1时，R值越小，合闸过电压越低。可见，并联电阻的选择对限制合闸过电压影响很大。目前我国500kV断路器使用的并联电阻值为400一450。 （2）均压电容。其主要作用是在断路器开断过程中降低恢复过电压的速度，使开关断口间的电压分布趋于均匀，充分发挥各断口的切断能力。 （3）密度继电器。主要是用于监视SF6气体的压力，同时提供压力触点，用于SF6气体压力降低报警及闭锁开关的分合闸。第二节 SF6气体的管理和断路器的维护 一、SF6气体的管理1. SF6气体中含水量的问题。上一节已经介绍了有关SF6气体的特性，其中水份对SF6气体的影响首先表现在SF6气体在电弧高温下与水发生反应能产生有毒物质；其次，SF6气体中的水份通常以水蒸汽形式存在的，当温度降低时可能凝结成露水附着在零件表面，这对沿面绝缘影响很大，从而发展成沿面放电引起事故。因此要限制气体中所含的水份和氧气等杂质的含量，我国有关标准作了比较笼统的规定如表1。GB7674水分含量的允许值（ppm）隔室交接验收值运行允许值有电弧分解物的隔室150300无电弧分解物的隔室500（300）1000（500）PPm表示气体的体积比10-6（V/ V），即parts per million为了限制SF6气体中的含水量，要定期对SF6的含水量进行测量，一般运行中每年一次或交接、大修时测量，测量方法主要有：一是直接测量水份含量；二是测量露点再转换成含水量。2. SF6气体的水份处理。当 SF6断路器设备内的 SF6气体的含水量超过标准时，一般要进行抽真空处理，抽真空处理还是达到内部净化和进行检漏的有效手段。3. SF6气体的检漏。气体检员是重要的调试项目，也是保证 SF6断路器长期安全运行的关键，根据现场条件一般有四种检员法：简易定性检源，压力下降法，分割定位法和局部蓄积法。SF6断路器每个气室的年漏率不大于 1。4. SF6新气体到货后的一个月内，应按照SF6气瓶及气体使用安全技术管理规则和用于电气设备的SF6气体质量监督与安全导则中的有关规定进行复核，抽样检查。验收合格者，应转移到阴凉干燥，通风的专门场所，直立存放，未经检验的新气不能同检验合格的气体存放一室，以免混淆。5. 凡充入设备的或经过电弧开断和电压绝缘试验后用过的SF6气体，如要回收的应使用回收装置进行回收，如果继续使用必须经过检验和分析，符合技术指标后才能使用。对使用过的气体未经检验分析或证明是不合格的气体应分类存放，贴上“严禁使用”的标志。6. 不论是新气或用过的气体都不准任意排放。7. 使用过的断路器SF6气体的干噪剂有毒，应妥善处理，埋入土内。8. 凡充入SF6气体的设备需要解体，解体前应对气体进行全面分析，以确定其有害成份的含量，如设备内部气体有害成份超过允许值时，必须先进行吸附净化，经化验确认合格后，用气体回收装置抽净达到真空，然后解体。9. 解体检修或直接接触SF6气体，检查时，应遵守下列事项：1) 在良好通风环境中进行，人站在上风方位；2) 穿好专用的工作服和工作鞋，戴好工作帽，戴好自氧式防毒面具或特制的过滤式防毒口罩；3) 引较好防护风镜和耐酸手套；4) 工作场所不准带人食物，不准就地饮食、吸烟，所有的防护用品用后及时清洗干净、专柜存放，严禁穿戴进食堂、宿舍；5) 清理固体粉末时应用吸尘器，收集的固体粉末应妥善处理，工作时应使用全部防护用具。6) 用压力表测量SF6气体压力时、应站在上风口，使用必要的防护用具，压力表在拧紧、松开时要尽可能快，在相对湿度78或雷雨天气不宜进行测量或补气。二、SF6断路器的定期维护和试验 （l）SF6断路器的定期维护检查：1. 要定期抄录开关动作次数。检查空压机的运转时间或者液压油泵的动作次数，并加以分析比较断路器动作次数是否正确，空压机的运转或液压油泵的启动是否正常。一般无操作情况下，空压机10天累计运转用间不超过2h，液压油泵每天启动不应超过10次。2. 压缩空气储气罐每月应放水一次，气温变化较大或频繁操作时，每半月一次。3. 每半年应检查空压机电源或油泵的电源是否正常。4. 每年要对加热器进行一次检查，环境温度低于5时，应投入加热器。5. 每次开关检修、保护联动试验后以及每次开关跳闸后，应及时将开关动作次数记人有关记录中。6. 要定期检查控制箱内所有二次线、端子排等绝缘良好、无松动、脱落、受潮、发霉现象，各辅助开关应在正确位置，控制箱密封良好。7. 液压机构的油泵马达长时间打压会造成过热，因此断路器不允许进行连续10次以上的分合。（2）运行中断路器的有关定期维护试验见部颁交流500KV电气设备交接和预防性试验规程。 SF6断路器的巡视检查、交接和大修后的验收 断路器运行中的巡视检查，对及时地发现断路器缺陷并得到及时处理，防止事故发生，有着重要的意义。一、断路器的正常巡视检查项目1. 断路器的民套应清洁完好、无损伤、裂纹和放电痕迹；2. 断路器的引线固定牢固、无松动、放电发热现象；3. 断路器的分合闸指示应正确、三相一致；4. 断路器内部无异声，外部无异味；5. 断路器基础杆件无下沉、移位，铁件无锈蚀、脱焊，接地装置连接可靠；6. SF6气体管道应完好、无损伤、固定牢靠、无泄漏现象，管道上无杂物；7. 密度继电器固定牢固或压力表指示正常（压力表为温度补偿型），电缆插口可靠。8. 空气压缩机构的压力表正常，空气管道应完好、无损伤、无泄漏现象，管道无杂物、固定牢固，空压机运转正常，无长时间打压现象；9. 液压弹簧机构的油面应正常，弹簧应储能，无渗漏油现象，液压油泵无长时间打压现象；10. 断路器端子箱密封良好，内部无受潮现象。二、断路器特殊巡视项目1. 断路器每次动作跳闸后，应对断路器进行认真详细的检查。检查断路器有无异常现象。分合闸指示正确，断路器各部件无松动、损坏，瓷件无裂纹、放电痕迹，操作机构的压力应正常，并记录开关的动作次数。2. 高温季节、高峰负荷时，应检查断路器各导电部位应无过热、发红现象。3. 雷雨大风天气和雷击后，应检查瓷套有无放电痕迹，断路器上无杂物，各接触部分有无松动。4. 下雪天应检查所有接头处有无积雪溶化过快现象，无溶雪冒气现象。5. 大雾天气应检查瓷套有无严重放电闪络痕迹。6. 新投运的断路器，72小时内应每4小时巡视一次，夜间应熄灯巡视，以后按正常周期巡视。三、断路器交接、大修后的验收新装或大修后的断路器投运前必须严格按照有关验收制度验收合格后，方可投入断路器的验收除了断路器本体的验收外还应对有关控制、操作回路以及信号回路进行认真验收。断路器的验收内容主要如下：1. 断路器安装后的交接试验或大修后的试验，项目齐全，试验数据符合要求，合闸电阻值及SF6气体的试验应符合有关标准。2. 断路器外观清洁，各部件无损伤，瓷瓶清洁完整，引线固定牢固。3. SF6气体管道固定牢固，无损坏，各连接处密封良好，无泄漏。密度继电器完好牢靠。4. 断路器操作箱密封良好，二次接线排列整齐，二次端子排及各辅助开关等元件绝缘良好，清洁牢固，各种辅助开关应在规定的位置。5. 断路器的远方、就地的各种分、合闸操作应正确动作，三相一致，开关位置指示正确。6. 断路器的位置信号以及各种异常报警信号应正确动作。7. 气动操作机构的各管道应完好，各接头处密封良好，无漏气，空气压力应正常。手动启动空气压缩机正常运转，两台压缩机的启动压力整定应正确，压力异常报警正确可靠，分、合闸闭锁的压力值正确。8. 液压弹簧机构的油位正常，无渗漏、弹簧行程正确，、油泵运转正常。9. 断路器外表油漆完好，相色正确，接地良好。 第四节SF6断路器的事故处理 运行中SF6断路器发生的异常和故障，大多数是由于操作机构和断路器控制回路的元件故障引起的。因此，现场运行人员必须熟悉现场断路器的有关操作机构以及断路器的操作和控制回路图，以便在断路器出现故障对能正确地做出判断和处理。一、现断路器拒合的故障处理 当发生断路器拒合时，首先应根据当时出现的有关光字信号及有关断路器位置指示的情况，判断故樟的原因。若没有明显的信号，则应根据断路器的控制回路图进行查找。 （1）重新操作一次，目的是检查拒合是否由于操作不当，开关把手返回过早而引起的。 （2）根据开关位置指示灯判断开关（断路器的操作术语，见附录）的控制回路电源是否正常，熔断器是否熔断，如果是由于电源消失引起拒合，则将电源投入。 （3）控制回路应逐段检查是否正常，控制回路常见的故障如下： l）控制回路断线或端子接触不良。 2）断路器操作把手的合闸位置触点接触不好。 3）断路器的辅助触点不到位。 4）有关继电器的触点卡死或接触不好。 5）是否因断路器的“远方”和“就地”操作转换开关切至就地位置，而使远方操作失灵。6）SF6气体压力降低而闭锁，是否有相应的报警信号。7）操作机构的压力是否降低而闭锁，检查相应的报警信号。8）合闸线圈烧坏或绝缘不好。 9）液压弹簧机构的弹簧不储能，弹簧行程开关不到位。 以上检查，发现故障应及时处理，如以上检查不能发现故障原因，则说明断路器机械出现故障，或者发现故障不能处理。应通知检修部门。 对于运行中的断路器发生拒分的故障处理，可参见断路器拒合的故障处理。二、运行中的断路器的偷跳闸处理 若系统无任何短路或接地故障，继电保护没有动作，断路器自动跳闸称为“误跳”或“偷跳”。发现这种情况应进行认真检查，确认系统无故障，保护未动作，检查是否当时有直流系统接地而由于直流两点接地造成的。现场断路器有没有受到振动，当断路器跳闸后，应将有关情况汇报调度，进行并列合闸操作，当断路器偷跳一相或两相造成非全相运行时，应按有关的调度规程进行操作。三、断路器误合闸的处理 断路器误合闸的情况类同于断路器偷跳闸的处理，当发生误合时，应认真查明原因，必要时可申请断路器器停用处理。四、断路器操作机构的常见故障与处理 （1）气动机构的异常处理：当出现“马达保护跳闸”信号时，应到现场检查电机回路保护小开关是否跳闸，是否是误发信号。如保护开关确已跳开，则作如下检查：l 检查操作电源是否正常，是否由于电源缺相引起开关跳闸。l 检查空气压力是否正常，是否由于漏气，压缩机长时间打压，电机过热或者是由于压缩机做功不好，长时间运转，造成电机过热引起的。l 如果检查不能发现跳闸原因，则可将小开关试送一次，如仍不能合上，则说明回路有短路，或电机故障，则应向调度申请停役检修。 （2）空气压力降低报警，应立即到现场检查压力情况，是否是误发信号，如果确认空气压力下降，则检查有无漏气现象，空气压缩机是否正常运转。如压缩机不能运转，则检查操作电源是否正常，电机保护开关是否跳闸。如果由于压缩机损坏，则申请将断路器停役。如空气机正常运转现场有漏气现象，应根据情况进行堵漏，如是大量漏气，不能堵塞，应将情况汇报调度，能否在气压降到闭锁压力前拉开断路器，如气压已降低闭锁压力，则应申请将断路器隔离。 （3）液压机构的异常处理：1. 当发出“油压异常”信号时，应立即检查，停止油泵打压。发现电触点压力过高，危及安全运行时，可先打开高压放油阀放油，使液压降至额定值。若无法恢复时，应立即向调度和检修部门汇报。2. 若油泵频繁起动时间过长，应检查漏油部位予以排除，严重漏油要将断路器停运处理。不能停运时，须采取液压机构“防慢分”措施，并向调度和检修部门汇报。3. 运行中发生“压力异常”或“分闸闭锁”或“合闸闭锁”光字牌时，应立即检查机构箱内储压缸活塞杆位置及油压表指示值，并向调度和检修部门汇报，同时做以下处理。l 活塞杆在低位置时，应检查是否漏油，油泵起动回路是否正常或油泵本身是否有故障。l 活塞杆在高位置时，油压指示值降低，则说明贮压筒漏气，使压力降低，需停运处处理。l 若某些原因使液压失压至零，应先断开油泵电源，查明原因。五SF6断路器在以下情况，应向调度申请停运（1） 瓷套有严重的破损和放电。（2） SF6气体严重泄漏，无法堵塞或压力降至闭锁压力。（3） 液压机构严重泄漏，看不道油位，压力降至闭锁压力。l 注解：以上文章摘自变电站运行技能培训教材500KV变电站.江苏省电力工业局 编 SF6气体及分解物的毒性问题纯净的SF6气体一般认为无毒。检验方法是用79%的SF6与21%的O2混合，即用SF6取代空气做动物实验，24小时暴漏后无中毒现象。SF6在生产过程中会有少量生成物，其中S2F10认为是有巨毒的，但经过净化处理可以完全消除。纯净的SF6气体虽然无毒，工作中要防止SF6气体浓度的上升到缺氧的水平，即空气中O2的比例不得低于16%（20SF6和 64%氮气，16%的氧气）。美国卫生标准建议，对于工作人员每天工作八小时的场所，SF6气体的极限浓度为 1000X10-6VV（0.1）比上面提到的数值（20SF6）低过两个数量级以上，是绝对安全的。其它各国标准中也有相应的规定。 SF6气体的密度大约是空气的五倍。SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟在浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。另外，SF6气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成了SF6气体和空气的混合气体，不会再次分离。 问题严重的是，电弧作用下SF6气体的分解物如SF4，S2F2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。 （1）SF4（四氟化硫） 常温下SF4为无色的气体，有类似SO2的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和HF，SF6气体可用碱液或活性氧化铝（A12O3）吸收。SF6气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统，其毒性与光气相当。美国标准中（下同）规定空气中SF6气体的极限浓度为0.1X10-6（VV）。 （2）S2F2（氟化硫） 常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，通水分能完全水解形成S，SO2和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。空气中的极限浓度为0.5X10-6（VV）。 （3）SF2（二氟化硫） SF2的化学性能极不稳定，受热后性能更加活泼，易水解成S，SO2和HF。SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。空气中的极限浓度为 5X10-6（VV）。 （4）SOF2（氟化亚硫） SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓慢，并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体，可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。空气中的极限浓度为0.6IX10-6（VV）。 （5） SO2F2（二氟化硫酸） SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到150时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收，但可被KOH和NH4OH缓慢吸收。SO2F2是一种能导致痉挛的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅昧且不会对眼鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。空气中的极限浓度为5X10-6（VV）。 （6）SOF4（四氟亚硫酰） SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2。SOF4是有毒气体，对肺部有侵害作用。空气中的极限浓度为0.5X10-6（VV）。 （7）HF（氢氟酸） HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿和肺炎等、空气中的极限浓度为18（VV）310-6（VV）o 其它分解物在空气中的极限浓度见表。 考虑到表中大多数有毒分解物如 SOF2，SOF2和 WF6会转化成毒性较小的 HF，SO。和SOF。这些气体在很低浓度下就因有味很易被察觉（只有SO2F2例外，但它总与有臭鸡蛋味的 SOF4在一起），加上这些气体能被味觉检测到的浓度又比造成伤害的浓度低两个数量级，所以工作人员能轻易地得到警告，使危险性大为减小。当工作人员接近SF6电器设备闻到有刺鼻性的气味时，应立即设法防止吸人气体并迅速离开。 检修SF6电器设备不可避免会接触到SF6分解物。另外SF6电器设备损坏时，例如SF6绝缘的封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放装置动作或者外壳烧穿时，会有大量SF6气体及其分解物向外排放到大气中。为了保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成的影响，应该采取一些必要的预防措施。预防措施有： （1）所有安装有SF6电器设备的场所内应该装置有合适的自然通风或强制通风装置。这些通风装置应能保证在最坏的条件下，例如有大量的SF6气体及其分解物向外排出时，足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。在安装场所的人口处，工作人员应能方便地启动通风装置。另外，也可利用SF6的检测装置对部分通风装置实行自动启动。还要防止SF6气体及其分解物进人其它没有通风装置的房间中。 （2）除对检修人员进行安全知识的培训外，还应给检修人员配备合适的保护衣眼和鞋袜手套，化学型的工业防护眼镜，防毒面具，有活性过滤器的呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配备有氧气呼吸装置的急救设备。 （3）利用真空吸尘器尽快清除SF6电器设备内部存在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干燥、不起毛的抹布来清除。清扫过程中已被污染的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对环境的污染。 SF6电器设备的应用已近50年，在这段时间内已经积累了大量SF6气体方面的知识和经验。只要严格按照国家或制造厂的有关规程进行工作，就能确保SF6电器设备安全可靠以及有关人员的人身安全。六氯化硫电器设备中的水分控制 SF6气体中的水分必须控制在一定限度内，否则将给SF6电器设备的安全运行带来问题。水分造成的危害有两个方面： （1）水分引起的化学反应 常温下SF6气体是非常稳定的，温度低于500时一般不会自行分解，但是水分较多时，200以 上就有可能产生水解 2SF66H2O2SO2 12HFO2 HF是氢氟酸，有很强的腐蚀性，又是对生物肌体有强烈腐蚀性的剧毒物。SO2遇水后生成亚硫酸H2SO3也有腐蚀性。水分的危害更主要的是在电弧高温作用下SF6气体分解过程中水分所起的化学反应。化学反应中最后的生成物（见表2）也都是随水分含量的增大而增加。为了限制有毒物质的生成量，必须限制SF6气体中的水分含量，SF6气体中的水分含量通常用体积比 10-6（V/ V）或重量比 10-6（WW）表示（国际也有用PPm表示的，即parts per million）。各电器设备制造厂及使用部门都对SF6电器设备中气体的水分含量作出了明确的规定。（2）水分对绝缘性能的影响 绝缘件表面出现凝露会对绝缘性能带来不利影响。通常气体中混杂的水分以水蒸气形式存在。在温度降低时，可能冷凝为露水附在绝缘件的表面，出现沿面放电事故。水蒸气冷凝温度0以下时，可能冷凝为冰，对绝缘的影响相应将明显减小。气体中的水蒸气在什么条件下凝结成露或冰，取决于气体中的蒸气压力和密度在什么温度下达到饱和值温度饱和压力/pa饱和密度(g.m-3)温度饱和压力/pa饱和密度(g.m-3)20233617.30-44373.2515170412.61-63682.731012279.09-83092.2958726.45-102591.9206114.52-151651.22-25173.83-201080.76GB7674水分含量的允许值（106 V/V）隔室交接验收值运行允许值有电弧分解物的隔室150300无电弧分解物的隔室5001000由此可见SF6电器设备对水分含量的要求是非常严格的。因此，在生产、安装、调试各个环节中都应对水分严加控制。SF6电器设备中水分的主要来源及控制的方法有： （1）即使纯净的 SF6新气体中仍含有一定的水分。我国有关标准中规定，新 SF6气体中的水分含量不得大于64X10-6（VV）SF6电器设备在充填气体前，必须对气体的含水量进行测定，不符合标准的气体不得装入SF6电器设备。 （2）SF6电器设备的一部件在制造厂装配前一定要干燥处理。绝缘件在加工过程中不得沾水，否则即使采用干燥的方法也不容易把其中的水分全部去尽。对于像GIS这类外壳体积较大的部件，在存放期间应加盖密封，并在其中放入适量的吸附剂。 （3）在设备安装完毕抽真空前，应放入新的吸附剂。抽真空时的真空度愈高，零部件中的残留水分抽出愈多，一般在真空度达到133Pa（ITorr）时，还应继续抽真空一小时以上，以便使零部件，特别是有机绝缘材料零部件中的水分有足够时间排出。 （4）改进SF6电器设备的密封结构，提高密封面的加工精度与装配质量，选用优质的密封垫圈，这样可以减小