SF6断路器的状态监测与故障诊断

sf6sf6 断路器的状态监测与故障诊断断路器的状态监测与故障诊断 sf6 断路器由于具有灭弧能力强 介质强度高 维护周期长 等优点 已广泛应用在铁路电力牵引供电系统中 sf6 断路器 是利用 sf6 气体作为绝缘介质和灭弧介质的高压断路器 sf6 气 体是无色 无臭 不燃 无毒的惰性气体 化学性能稳定 在 电晕和电弧放电中 sf6 被分解为硫和氟原子 电弧消失后 可 重新结合成 sf6 但在电极附近 由于金属蒸气参加了反应 生 成金属氟化物和低氟化物 当气体内含有水分时 就可生成腐 蚀性很大的氢氟酸 hf 氢氟酸对绝缘材料 金属材料都有 很大的腐蚀性 不能使用含硅的绝缘材料 因此应严格控制装 入断路器中 sf6 气体所含水分 并且进行必要的测量和状态监 测 及时发现可能出现的异常和故障预兆并进行检修 保证设 备的正常运行 保证网络的可靠供电 因此水分是 sf6 气体中危害最大的杂质 sf6 气体含水量过 高会危及电力设备的安全运行 主要表现在 水分的存在影响气体分解物的生成 水与酸性杂质在一起时 会使材料腐蚀 导致机械操作失 灵 水分在低温下会在固体绝缘表面凝露 使沿面闪络电压急 剧下降 导致事故 1sf6 断路器的故障及检修断路器的故障及检修 1 1sf6 断路器故障分布 sf6 断路器机械故障因素占 70 辅助和控制电路占 19 主要电路的电气因素故障占 11 在未闭合或未断开的操作上占主要故障的 48 断路器的主要的故障可认为是 操作故障 包括驱动和操作故障 绝缘故障 包括主触头 1 2 检修策略 为了追求更好的检修方法和出路 提出了状态检修 状态 检修是根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息 判断设备的异常 预知设备的故障 在故障发生前进行维修的 方式 即根据设备的健康状态来安排维修计划 实施设备维修 但对于 sf6 高压断路器 要真正做到状态检修仍很困难 高压断路器发生的故障 只有一部分是具有渐变的过程 而很 多故障是突发性的 至少在目前根本无法事先预知可能发生的 故障 例如机械受力部件的失效等 就是对于渐变的一些元器 件的老化过程 也没有揭示出具体的时间进程 因此 当前要 完全做到状态检修还不太现实 但是 无论制造业还是运行单 位 朝这个目标探索和努力的进程正在加快 目前行业上还没有制定出比较合理的检修周期和检修项目 相应的维护检修经验比较匮乏 根据 sf6 断路器的实际状况 目 前可推荐策略如下 坚持日常监护 做好定期预试 立足于状态检修 以定 期离线试验和在线监测的手段为基础 贯彻状态检修的方法 对已暴露和发现的故障及其潜伏性缺陷及时安排检修 这种状 态检修包括了预知检修和后知检修 状态检测要基于离线试验和在线监测两种方法 坚持定期 的试验检查 发展在线监测手段 有把握地延长定期试验的周 期 坚持监控断路器的实际运行状况 认真分析断路器的实际 状况 及时发现已有的或潜伏的缺陷和故障 进行有针对性的 局部性检修 对于带有共性的问题 宜安排扩大性检修 2sf6 气体的状态监测气体的状态监测 2 1sf6 气体的压力监督 sf6 断路器设备投运后 其绝缘性能和灭弧能力在很大程度 上决定于 sf6 气体的状态 通常应监督气体密度和气体纯度两 个参数 对于常规 sf6 断路器设备 监控 sf6 气体密度的方法是装 设气体压力表和密度继电器 鉴于气体参数可测量性 使用习 惯和安全规程相应的规定等实际情况 常常给出 sf6 气体的压 力参数 由于 sf6 的气体特性与理想气体不同 在说明其压力 的同时必须说明是在什么温度条件下才有意义 制造厂出厂时 表明的气体压力参数均指标准条件 即对应于 200 环境温度 也就是用 200 温度下的气体压力来代替气体的密度 如不考虑泄漏 其密度保持不变 而压力随温度的变化而 变化 评定不同环境温度条件下的气体压力是否正常可采用多 种方法 常用的有气体压力温度特性曲线法和经验公式计算法 还可采用温度补偿的压力表 2 2sf6 气体的含水量监督 sf6 气体中难免会含有一些水分和空气等杂质 水分是以水 蒸汽形式存在 水分的危害比较大 所以得到极大的重视和关 注 当温度下降时 过量的水蒸汽可能凝结成水附着在绝缘件 表面 从而潜伏着发生绝缘事故的危险 另一方面 在电弧高 温作用下分解后 由于水分存在而可能产生有毒物质 影响到 设备寿命和人身的安全 所以 对 sf6 断路器设备中的气体含 水量有比较严格的要求 3sf6 断路器状态监测和故障诊断展望断路器状态监测和故障诊断展望 3 1 开断性能 高压断路器应能开断各种性质的电流 多数情况下是开断 负载电流 这是有功小电流的范畴 开断条件较宽松 开断易 成功 另一类是开断较小的容性和感性电流 开断后可能会伴 随发生不同大小的过电压 甚至可能导致开断失败 典型的如 开断空载长线时可能发生击穿 从而产生过电压 威胁到绝缘 较受关注的是开断短路电流 在长期运行中 可能会开断大小 不等的各种短路电流 对于 sf6 断路器来说 一方面是灭弧室的 结构要可靠 要保证开断过程中的运动特性 即压气和吹弧功 能 同时断路器的机械动作要正确 不允许发生慢动作或运动 中停滞的现象 如果发生这种问题 即使开断小电流也会导致 事故发生 这种不正常动作的情况是极其罕见的 如果设备结 构不合理 选材不良和现场操作处理不当 也有可能发生 但 目前还没有办法来进行监测 实际运行经验表明 sf6 断路器的 开断性能比较可靠 机械运动特性能得到保证 从必要性和现 实情况看 在线监测断路器的运动特性和压气功能还很困难 监测 sf6 气体的压力 推算密度 是当前在线监测的一个项目 3 2 绝缘性能监测 高压断路器的外绝缘主要是瓷套管 而且是承压部件 其 质量好坏影响到断路器的正常运行 要求其外绝缘有足够的防 污闪能力 其外绝缘的爬电距离应满足安装地点污秽等级的要 求 伞裙结构和爬电系数等均应符合 iec600815 标准规定 现 在 绝大多数高压 sf6 断路器的外绝缘都能满足 级污秽区的 要求 有效爬电比距达到 2 5cm kv 以上 对断口间的爬电距离 按有关行业标准的规定 要求达到对地爬电距离 按污秽区等级 计算 的 1 15 1 20 倍 瓷套管的老化相当缓慢 目前还没有开 发出实用的在线监测的手段和方法 瓷套内壁的处理方法会影 响到 sf6 气体的含水量 有些国产 lw6 220 型断路器就曾发生 因含水量严重超标的缺陷 高压断路器的内绝缘主要是 sf6 气体绝缘 绝缘拉杆以及 瓷套内表面的绝缘 因为绝缘拉杆处在全密封的 sf6 气体内 只要 sf6 气体的状态正常 绝缘拉杆的质量可靠 其绝缘性能 通常就可得到保证 但有报道 户外瓷柱式 sf6 断路器发生过 多次绝缘拉杆断裂故障 这种机械性能的问题 毕竟是小概率 事件 应由制造厂保证 故希望改进制造工艺及加强出厂试验 检测 开发绝缘拉杆断裂缺陷的检测方法 而绝缘性能在线监 测的重点应该是 sf6 气体的状态 3 3 导电回路的监控 在高压断路器的长期运行中 导电回路异常是发生概率相 对较高的一种缺陷 其原因是很多断路器触头系统的设计和结 构不良 触头弹簧质量低劣 制造工艺落后 造成导电回路接 触不良 逐步发展成故障甚至事故 例如 触头弹簧失效使接 触压力降低 触头插入深度不够或对中不正确导致接触面积过 小 电弧烧损主导电触头等 虽然运行单位选择开关设备时 额定电流要高 1 2 个等级 但这类问题仍可能发生 现代高压 sf6 断路器的导电回路结构有了极大的改进 额 定电流参数都比较高 达到 3150a 或 4000a 此外 采用红外 测温技术对导电回路的状态进行监测 可望大大提高其可靠性 3 4 操动机构及二次回路监控 分析高压断路器各种类型的故障表明 操动机构的故障排 在第一位 其次是辅助和二次回路问题 占总故障的 70 不同型式的机构也有不同形式的缺陷 例如 对液压机构 可能发生的问题是渗漏油及渗漏气 压力开关及油泵故障等 对于弹簧操动机构 主要有元器件锈蚀 弹簧疲劳 滑润失效 储能电机以及锁扣的稳定性问题 由于二次回路是串联结构 只要一个元件或一环节发生问题 就会导致拒动或误动故障 因此 二次回路各元件的质量及其稳定性 二次线连接是否可 靠等都是影响安全运行的重要因素 对操动机构的所有状况进行在线监测 因为要监测的元件 很多 并要开发出相应的各种传感器 因此很困难 目前 操 动机构包括辅助和二次回路元器件的质量在不断提高 制造厂 家正在研制和开发免维护 免检修产品 有很多元件的可靠性 可以满足长期运行的要求 从某种意义上说 这也是提高设备 整体可靠性的最好方法 目前 对合 分闸二次回路导通是否良好的监测 已有比 较实用的方法 但对诸如辅助开关的状态监测还比较困难 对液压操动机构已有压力参数的在线监测和报警装置 压 力参数监测也反映了液压油系统的密封状态 对油质监测的必 要性还得不到认同 对弹簧操动机构的监测方法有待开发 由于试验设备和传感器的局限性 设备的很多状态还不可 能测量和监视 有些状态参数还要依靠离线监测来获取和证实 要获得和判断设备的真实情况 除了分析预防性试验的结 果 运行中的巡视记录 操动机构及其压力参数等记录外 还 应开发多种有效的诊断方法和手段 当前的高压断路器都还不 具备操作特性的在线监测功能 必须配合离线监测来综合评判 其实际状态 3 5 高压 sf6 断路器在线监测展望