SF₆開關(guān)與GIS設(shè)備泄漏問題的探討

摘要：隨著電力事業(yè)的大力發(fā)展，SF₆氣體以其優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能被廣泛用于電力設(shè)備中，SF₆氣體開關(guān)裝置的運(yùn)行也得到迅猛的發(fā)展。但是SF₆開關(guān)的泄漏不容忽視，不但會降低開關(guān)的絕緣強(qiáng)度，更會給檢修人員帶來極大的危害。由于SF₆氣體無色無味的物理特征，極不容易被檢修人員發(fā)現(xiàn)泄漏。這個(gè)問題一直是SF₆氣體開關(guān)裝置發(fā)展過程中所面對的問題。文章從實(shí)例當(dāng)中深入探討了SF₆開關(guān)裝置氣體的泄漏情況以及如何及時(shí)的發(fā)現(xiàn)SF₆泄漏并如何有效的進(jìn)行解決。

關(guān)鍵詞：SF₆ 氣體泄漏 開關(guān)裝置 危害性

0 引言

近年來，隨著社會、經(jīng)濟(jì)和開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)的復(fù)雜程度加大，開關(guān)設(shè)備的小型化、免維護(hù)、智能化的產(chǎn)品越來越受到青睞。SF₆氣體具有良好的絕緣性能，現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用于高壓開關(guān)設(shè)備中，在正常工況下，是較為理想的絕緣及滅弧介質(zhì)。因此SF₆開關(guān)以較好的絕緣優(yōu)勢成為高壓開關(guān)中的皎皎者。

SF₆開關(guān)一旦泄漏就會使開關(guān)內(nèi)部絕緣性能大大降低，就會在開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生電弧，對開關(guān)及聯(lián)接設(shè)備造成很大的破害。另外，SF₆氣體還會對空氣造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而且SF₆在高壓高溫的情況下將分解成氟化氫、二氧化硫、四氟化硫、硫化氫等有毒物質(zhì)，會導(dǎo)致人身體的肺組織急性水腫，影響肺部氧氣交換，導(dǎo)致缺氧而窒息性死亡。所以如何能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并解決SF。泄漏的問題刻不容緩。

1 SF₆開關(guān)設(shè)備泄漏故障情況

當(dāng)前SF₆開關(guān)設(shè)備運(yùn)行中暴露出的泄漏故障主要是液壓機(jī)構(gòu)漏油和設(shè)備本體漏氣。國產(chǎn)設(shè)備的泄漏故障率高于進(jìn)口設(shè)備。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)其情況如下：

(1)1989～1997年，220kV及以上電壓等級的SF₆斷路器和GIS發(fā)生的泄漏故障中，液壓機(jī)構(gòu)漏油共80次，其中進(jìn)口設(shè)備為8次；設(shè)備本體漏氣共26次，其中進(jìn)口設(shè)備為3次。

(2)所有故障中比例最大的是液壓機(jī)構(gòu)。1993年北京供電局共處理SF₆斷路器液壓機(jī)構(gòu)漏油15臺次。國產(chǎn)SF₆斷路器的漏氣問題很突出，北京供電局所使用的220kVSSF₆斷路器中僅1993年度就有11臺斷路器中的本體漏氣，全年共補(bǔ)氣18次。

(3)1994年SF₆斷路器共發(fā)生49次故障，其中液壓機(jī)構(gòu)嚴(yán)重漏油9次，設(shè)備本體漏氣16次，國產(chǎn)、進(jìn)口設(shè)備都存在這一問題。

(4)1988～1995年間國產(chǎn)500kVSF₆斷路器共發(fā)生22次故障，其中主要是密封質(zhì)量問題，幾乎占了故障的一半。

(5)國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)23—03特別工作組曾對11家巴西用戶的7個(gè)制造廠家的29臺GIS進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示：在某些變電站，設(shè)備每年的SF6泄漏率超過3％，個(gè)別情況高達(dá)10％。對于巴西的大多數(shù)100～200kV的GIS，則低于但十分接近允許值1％。僅在1991～1993年間，在巴西安裝的GIS，由于泄漏至少導(dǎo)致5623kg SF₆排放到大氣中，不僅造成了可觀的經(jīng)濟(jì)損失，并污染了環(huán)境。

另外，據(jù)德國一個(gè)大型公用事業(yè)設(shè)施的故障統(tǒng)計(jì)，在SF₆斷路器的主要故障中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的故障超過40％，居第一位，SF₆泄漏以及輔助和二次回路中的故障分別居第二位和第三位。

(6)國際大電網(wǎng)會議13－06工作組1988～1990年第二次調(diào)查(主要針對SF₆斷路器)指出：在123kV級斷路器的故障中，液壓機(jī)構(gòu)占69％，245kV級達(dá)63％，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)漏油、漏N2、保護(hù)裝置失誤、電動泵故障等問題。

上述調(diào)查還指出：次要故障的2/3是泄漏，即斷路器本體漏氣、液壓機(jī)構(gòu)漏油和氣動機(jī)構(gòu)漏氣。

2 泄漏發(fā)生的主要部位

(1)液壓機(jī)構(gòu)的主要漏油部位有：三通閥和放油閥、高低壓油管、壓力表和壓力繼電器接頭以及工作缸活塞桿和貯壓簡活塞桿的密封受損處、低壓油箱的砂眼處等。

(2)SF₆斷路器本體的漏氣部位有：支柱驅(qū)動桿和密封圈劃傷處、充氣閥密封不良處、支柱瓷套根部有裂紋處、法蘭聯(lián)接處、滅弧室頂蓋有砂眼處、三聯(lián)箱蓋板、氣體管路接頭、密度繼電器接口、二次壓力表接頭、焊縫和密封槽與密封圈(墊)尺寸不配合等處。

(3)GIS的漏氣部位有：隔室、絕緣子、0型密封圈、開關(guān)絕緣桿、互感器二次線端子、箱板連接點(diǎn)、氣室母管、附件砂眼處和氣室伸縮節(jié)接口等處。

3 泄漏的后果

(1)對液壓機(jī)構(gòu)，漏油會引起短時(shí)頻繁啟泵打壓或補(bǔ)壓時(shí)間過長，閥體大量內(nèi)滲油會造成失壓故障，液壓油進(jìn)入儲壓筒氮?dú)鈧?cè)會造成壓力異常升高等，這會影響SF₆斷路器安全運(yùn)行。

(2)對于SF₆斷路器和GIS，雖然泄漏到大氣中的SF₆濃度很低，但它在大氣中有很長的殘存期，并能吸收紅外幅射而產(chǎn)生溫室效應(yīng)。此外，頻繁補(bǔ)氣和SF₆氣體的大量泄漏，不僅影響設(shè)備安全運(yùn)行，也影響人身健康。

4 泄漏原因分析

(1)對液壓機(jī)構(gòu)，其主要原因是：

①制造方面：對工作缸、貯壓筒活塞桿等動密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮欠佳，元部件加工表面粗糙、潔凈度差，致使一些雜物(金屬顆粒，棉紗等)滯留于密封表面并污染液壓油，在機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這些雜物研磨密封圈甚至劃傷貯壓筒內(nèi)表面，頻繁打壓、壓力異常升高等故障多數(shù)由此引起。

②使用方面：投運(yùn)前驗(yàn)收不嚴(yán)、不細(xì)；露天檢修，不能確保機(jī)構(gòu)元部件不受污染。

(2)對SF₆斷路器和GIS，從20余年的運(yùn)行情況來看，不管是國產(chǎn)還是進(jìn)口設(shè)備，都存在SF₆氣體泄漏的問題。泄漏的原因主要來自制造廠，如鑄件有砂眼、焊接處有裂紋、密封槽和密封圈尺寸不配合、密封圈老化、密封圈材質(zhì)與法蘭材質(zhì)不相容、組裝中密封工藝處理不當(dāng)以及密度繼電器存在質(zhì)量缺陷等。

SF₆開關(guān)設(shè)備與油開關(guān)或空氣斷路器一樣，也是需要進(jìn)行維護(hù)和檢修的。制造商可根據(jù)運(yùn)行時(shí)間、操作周期和開斷短路電流次數(shù)來確定維修間隔，標(biāo)準(zhǔn)維修間隔為12年?，F(xiàn)代SF₆斷路器希望的維修間隔大于20年。水力發(fā)電機(jī)特別是抽水蓄能發(fā)電機(jī)斷路器由于其操作次數(shù)較多，故檢修間隔較短。

目前我國檢修周期、檢修工藝、檢修方式、備品備件等問題還都處于摸索階段，而我國220kV及以上電壓等級的SF₆開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間大多已接近12年檢修間隔，這在一定程度上也造成了泄漏故障的發(fā)生。

5 如何發(fā)現(xiàn)泄漏

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程(2008版)》規(guī)定SF₆氣體交接時(shí)、大修后、必要時(shí)應(yīng)當(dāng)對于SF₆設(shè)備進(jìn)行檢測泄漏，并且年漏氣率不大于0.5％或使用靈敏度不低于1×10_-6的檢漏儀檢測各密封面無泄漏。按GB11023方法對電壓等級較高的斷路器及GIS，因?yàn)轶w積大可用局部包扎法檢漏，每個(gè)密封部位包扎后歷時(shí)24h，測得SF₆氣體含量(體積比)不大于30×10_-6(每個(gè)包扎點(diǎn))。

(1)肥皂泡法檢漏：此法對于泄漏較大時(shí)或運(yùn)行中的設(shè)備可以采用。將肥皂水用刷子刷在可能泄漏的密封環(huán)節(jié)，出現(xiàn)向外鼓泡的地方就是漏點(diǎn)。據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，用洗發(fā)香波或洗潔精效果會更好，用此法可檢出泄漏速率約104mL/s大氣壓的漏點(diǎn)。

(2)充SF₆檢漏：此法適用于新裝或檢修后重裝的設(shè)備，或運(yùn)行中用肥皂泡檢不出的微小漏點(diǎn)。使用儀表有兩種反映SF₆漏氣速率的檢漏儀。此儀器最高靈敏度為1×10_-6，可準(zhǔn)確地確定漏點(diǎn)和漏氣量。還有反映漏氣濃度的SF₆檢漏儀，將被檢氣隔的所有密封環(huán)節(jié)逐個(gè)用塑料布包起來，放置一段時(shí)間，檢出被圍空間SF₆的濃度，用于計(jì)算年泄漏量。

(3)真空監(jiān)視：此法用于新裝或檢修后重新裝配的設(shè)備。先將回收裝置及連接管抽真空至1乇，觀察20min確認(rèn)無泄漏后才能使用。打開設(shè)備側(cè)閥門，對設(shè)備抽真空至1乇。保持真空度4h。如果真空度下降值不超過1乇則認(rèn)為設(shè)備無泄漏。

6 SF₆氣體漏氣的處理方法

(1)SF₆設(shè)備殼體上有砂眼漏點(diǎn)，更換部分外殼在現(xiàn)場無法處理的殼體。還有部分砂眼用樣沖在砂眼周圍逐步向砂眼處沖，直到漏氣點(diǎn)消除。

(2)在殼體與表計(jì)之間使用的連接銅管回路上的漏點(diǎn)，把有漏氣點(diǎn)銅管拆卸后用氣焊重新焊接。經(jīng)檢查無泄漏后安裝，漏點(diǎn)消除。

(3)對閥門中波紋管開裂造成的漏氣，選用質(zhì)量較高的閥門進(jìn)行更換。

(4)對有些漏氣點(diǎn)可進(jìn)行清理分支的各密封面，更換密封圈。

7 結(jié)束語

科技的發(fā)展，帶給了人們光明而又幸福的生活。如何能夠保證電力的安全運(yùn)行，這不僅僅只是電力系統(tǒng)檢修人員的事情，同樣也需要生產(chǎn)廠家對SF₆開關(guān)安全的高度重視和產(chǎn)品的質(zhì)量把關(guān)。同時(shí)運(yùn)行單位也要加強(qiáng)設(shè)備的檢修和維護(hù)，提高檢修質(zhì)量和運(yùn)行管理水平。并配備好相應(yīng)的檢修設(shè)備，才能達(dá)到確保安全供電，真正的讓人們安全幸福的享受電力帶給的光明和喜悅。