SF_6断路器的气体管理

丹江口电厂位于 湖北 省丹 江口市境内, 是 汉江 上游最大的水力发 电厂, 也是华中电网的一个骨干电厂, 担负着电网繁重的调频、调峰、 调相和事故备用任务, 所以断路器长期频繁动作, 断路器的可靠性直接 影响华中电网的供电安全。近十五年来, 丹江口电厂 22 0 KV开关站、7 台少油断 路器、6 台 空气断 路器 全部换 成 SF6 断 路器 , 其中 7 台 是 ABB 高压开关设备有限公司生产的 LTB2 45 E1 型 SF6 断路器, 6 台是 西安高压开关厂生产的 LW1 5 - 2 2 0 型 SF6 断路器, 1 1 0KV开关站 12 台开关有 1 1 台换成西门子高压开关有限公司生产的 3 AP 1FG 型 SF6 断 路器, 开关站的年故障率逐年下降。那么作为运行、检修人员如何做好 SF6 气体设备的运行维护、检修工作成为一个突出问题, 特别是运行了 1 0 年以上的设备, 受现场环境、气候、条件等方面的制约, 在现场要 做好 SF6 开关设备的检修是相当困难的, 检修人员一方面必须了解和掌 握开 关的 结 构, 另一 方面 还 必须 熟悉 和 掌握 试验 标 准、 方法 。 在 GB5 01 5 0- 9 1 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》 对 SF6 开 关装置的试验除机械特性试验外, 对现场的绝缘试验就是交流耐压, 而 由于受现场条件的限制, 许多时候都是由厂家保证, 开关设备并没有完 全进行交流耐压试验, 大多数情况是通过对 SF6 的微水控制和检漏来进 行控制, 可见 S F6 中微量水的含量是非常重要的指标, 它不仅影响设备 的绝缘性能, 而且水分在电弧的作用下在气体中会分解出有毒和有害的 低氧化物质对材料起腐蚀作用。
2 S F6 气体中水分对 S F6 开关装置危害 1) SF6 气体是非常稳定的, 当温度低于 50 0℃时一般不会自行分 解, 但当水分含量较高时, 温度高于 2 00℃时就可能产生水反应, 会生 成亚硫酸和氢氟酸 ( HF) , 它们都具有腐蚀性, 会严重腐蚀设备。 2) SF6 在电弧作用下可分解, 由于水分的存在会加剧低氟化物的 水解, 生成氟化亚硫酰, 且水分的增加会加速其反应。 3) SF6 被电弧分解成原子态 S 和 F 的同时, 触头蒸发出大量的金 属 Cu 和 W 蒸汽, 该蒸汽与 S F6 在高温下会发生反应, 产生金属氟化 物和低氟化物, 生 成的氟化亚硫酰 、硫化氢都 是剧毒, HF 还可与含 S iO 2 元件反应, 腐蚀固体元件的表面。 4) 存在于 SF6 气体中的水分本身一般不会对开关装置的绝缘有显 著的影响。但当这些水分以液态存在于绝缘件的表面 ( 特别是表面存在 易于导电的物质) 时, 会降低沿绝缘件表面的电阻, 并改变了绝缘件的 电场。试验表明附着在绝缘件表面的水分可以使绝缘件的沿面放电电压 降到无水时的 6 0% ～8 0% 。 5) SF6 的结霜问 题, 在运行中 也是易遇到 的问题。在 装置内的 S F6 气体中的水汽结霜后, 当绝缘件的温度回升到零度时, 绝缘件表面 的霜就会融成水并因此而降低绝缘件的绝缘强度。一般认为只要把 SF6 气体装置中的水分降低到使其水汽的露点低于零度, 水汽不可能凝结成 水, 而直接变成霜就可以避水汽对绝缘的影响。这种认识是不全面的。 如果露点温度达到零度, 这时霜开始融化成水。这一过程在使用中是经 常发生的, 这就必然会降低设备的绝缘。只有升温的过程极其缓慢, 当 霜的温度未达到零度之前就都升华为了水汽时, 才不会出现水态。霜变 成水取决于: 升温的程度; 露点的高低; SF6 气体的多少; 装置内水气 的多少。 应当指出, 要完全清除装置内的水分是不可能的, 适当降低装置 内水汽的露点是可以的。制造厂应当尽量想办法避免装置内结霜, 这样 就可以防止霜变成水造成的危害, 当然这是很难的。 经分析认为, 在盆式绝缘子与法兰连接处和中心导体部位易结霜, 当霜融化成水时将造成该部分的电场畸变, 使局部电场增强很多而降低 绝缘强度。 3 设备中 S F6 气体的水分控制 1) SF6气体含水量的规定 GB7674—1 977 中规定的SF6气体含水量 （1×10 -6体积比）
在gb5015091电气装置安装工程电气设备交接试验标准对sf6开关装置的试验除机械特性试验外对现场的绝缘试验就是交流耐压而由于受现场条件的限制许多时候都是由厂家保证开关设备并没有完全进行交流耐压试验大多数情况是通过对sf6的微水控制和检漏来进行控制可见sf6中微量水的含量是非常重要的指标它不仅影响设备的绝缘性能而且水分在电弧的作用下在气体中会分解出有毒和有害的低氧化物质对 Nhomakorabea料起腐蚀作用
1 S F6 设备中水分的主要来源 1) S F6 新气或 SF6 电气设备中的运行气体都不可避免地含有微量 的水分。 SF6 新气中的水分主要是生产过程中混入的, 由于 SF6 在合成后, 要经过热解、水洗、碱洗、干燥吸附等工艺, 生产的环节多, 难免会遗 留少量水分。在向高压电器设备充气或补气时, 这些水分会直接进入设 备内部。另外 S F6 气瓶在长期存放过程中, 如果气瓶密封不严, 大气中 水分 会向 内渗透, 使 SF6 气体含水量增加。因此按规程规定, 在充 入 SF6 时对存放半年以上的气瓶, 应复测水分含量。 2) SF6 高压电器设备生产装置过程中混入的水分。 高压电器设备在 生产 装配 过程中, 可能将 空气 中所含水分带到设 备内部。虽然设备在组装完毕后要进行充高纯氮气、抽真空干燥处理, 但附着在设备腔中内壁上的水分不可能完全排除干净。 另外 SF6 电气设备中的固体绝缘材料, 主要是环氧树脂浇注品。这 些环氧树脂的含水量一般在 0.1% ～0.5% 之间, 固体绝缘材料中的这些 水分随时间延长可以逐步地释放出来。 3) 大气中的水 汽通过 SF6 电气设备密 封薄弱环节 渗透到设备 内 部, SF6高压电器设备由于人为控制设备内部气体湿度, 所以设备内部 气体含水量较低。 内部水蒸气压很低, 而大气中水蒸气压很高。在高温高湿的条件 下, 水分子会自动地从高压区向低压区渗透。外界气温越高、相对湿度 越大, 内外水蒸气压差就越大, 大气中的水分透过设备密封薄弱环节进 入设备的可能性就越大。由于 SF6 分子直径是 4.56×1 0- 10 m, 水分 子直径是 3.2×1 0- 6 m, SF6 分子是球状, 水分子为细长棒状, 在内外 水气压差大时, 水分子是容易进入 S F6 气体, 电厂丹 2 7 断路器经 6 年 运行, 测量时 SF6 气体微水达到 8 3 0 P P m , 对开关进行定量检漏没有
8 2 00 8 年 3 月 ( 上 )
发现漏点, SF6 气压正常, ( 所以不能简单的根据 气压 判断 水分含量, 要做定期测量) 更换新鲜的 SF6 气体, 24 小时后测量微水为 52 0 PPm 判断是灭弧室内的吸附剂饱和, 打开灭弧室更换新的吸附剂 F- 03 , 处 理密封面, 抽真空达到 1 TO rr 后, 注入新鲜的 SF6 气体, 2 4 小时后测 量微水为 1 2 0PP m。
工程技术
SF6 断 路 器 的 气 体 管 理
李建伟 陈道春 ( 汉江集团水力发电厂配电班, 湖北丹江口 442700)
[ 摘 要] 介绍丹江口电厂 220KV 和 110KV 等级的 SF6 断路器在 15 年实际运行及检修时所遇到的常见问题, 就是 SF6 气体的水分超标和 气体泄漏故障。SF6 中水分的含量是非常重要的指标, 它不仅影响设备的绝缘性能, 而且水分在电弧的作用下在气体中会分解出有毒和有害 的低氧化物质并对材料起腐蚀作用, 直接影响断路器的可靠性。文章分析了 SF6 设备中水分的来源, SF6 气体中水分对 SF6 开关装置的危害 及 SF6 气体中微水监测和控制方法, 用以指导 SF6 开关设备的安装、维护和检修工作。 [ 关键词] SF6 气体; 微水; 监测; 控制