提高SF6斷路器運(yùn)行安全的措施

王雅宇

1SF6氣體的基本性能

引言：六氟化碗氣體(SF6)由法國兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成。大約從60年代起，SF6氣體作為優(yōu)異的絕緣和滅弧介質(zhì)成功地應(yīng)用于高壓開關(guān)及其設(shè)備。今天，在高壓、超高壓及特高壓領(lǐng)域，SF6氣體幾乎成為斷路器和GIS地唯一絕緣和滅弧介質(zhì)。在中壓領(lǐng)域，SF6同真空開關(guān)已成為并駕齊驅(qū)的兩大支柱，得到了廣泛的使用。

1.1SF6的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定

在大氣壓下以及溫度高達(dá)500℃的情況下，都具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，在電氣設(shè)備中的允許運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，SF6對電氣設(shè)備中常用的銅、鋼、鋁等金屬材料不起化學(xué)作用，因此斷路器的檢修周期長，檢修工作量少。

1.2SF6氣體是多原子的分子氣體

經(jīng)研究，在高溫下SF6電離形成的電導(dǎo)率，當(dāng)溫度在4000K～5000K時迅速增大，而其導(dǎo)熱率在溫度為2000K附近出現(xiàn)最大峰值。由于這一特性，SF6氣體中電弧的溫度分布情況和空氣中不同，SF6氣體中弧心部分導(dǎo)熱率低，溫度高，電導(dǎo)率大，其外焰部分導(dǎo)熱率高，溫度低，電導(dǎo)率小，所以電弧電流幾乎集中在弧心部分。而空氣電弧與此不同，由于它的導(dǎo)熱率和電導(dǎo)率隨溫度升高幾乎相同，所以電弧溫度沿半徑均勻分布，可以看到截面積很大而溫度高的外焰部分。

2SF6斷路器設(shè)備泄漏

純凈的新的SF6氣體常溫下化學(xué)性能穩(wěn)定，但在電力系統(tǒng)中，由于SF6氣體主要充當(dāng)絕緣和滅弧介質(zhì)，在斷路器或GIS分?jǐn)嗖僮鬟^程中，在電弧作用、電暈、火花放電和局部放電高溫等因素影響下，SF6氣體會進(jìn)行分解，分解物遇水后變成腐蝕性電介質(zhì)會刺激皮膚、眼睛，如果吸入量大，還會引起頭暈和肺水腫，甚至死亡。在密閉空間，由于空氣流通緩慢，分解物在室內(nèi)沉積，不易排出，從而對檢修與巡視人員產(chǎn)生極大的危害，為此，裝有SF6設(shè)備的配電裝置室必須保證SF6氣體濃度小于1000ppm。

2.1SF6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，其情況如下。

根據(jù)統(tǒng)計：1989年至1997年，220kV及以上SF6斷路器和GIS發(fā)生泄漏故障中，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，所有故障中比例最大的是液壓機(jī)構(gòu)。

2.2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筒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、滅弧室頂蓋有砂眼處、氣體管路接頭、密封繼電器接口、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、O型密封圈，開關(guān)絕緣桿、互感器二次線端子等處。

2.3泄漏的后果

(1)對液壓機(jī)構(gòu)。漏油會引起短路時頻繁啟泵打壓或補(bǔ)壓時間過長，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，并吸收紅外輻射而產(chǎn)生室溫效應(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。

2.4泄漏原因分析

對于液壓機(jī)構(gòu)，其主要原因如下。

(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)計考慮欠周，致使雜物滯留于密封表面并污染液壓油，在機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，這些雜物研磨密封圈，劃傷貯壓筒內(nèi)表面，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。

2.5SF6氣體泄漏的防治措施

對液壓機(jī)構(gòu)，制造廠應(yīng)改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高加工和裝配工藝水平，最好是采用彈簧機(jī)構(gòu)，因?yàn)閺椈蓹C(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、直觀、無漏油問題、維護(hù)量少、維護(hù)費(fèi)用低，相對其它類型操動機(jī)構(gòu)具有較高的可靠性。

3SF6氣體微水超標(biāo)

近年來sF6開關(guān)設(shè)備含水量超標(biāo)已不是和別現(xiàn)象，其起因多屬制造和組裝工藝不良所致。

3.1SF6氣體微水超標(biāo)的危害性

常態(tài)下，SF6氣體無色無味，有良好的絕緣性能和滅弧性能，一旦大氣中的水分浸入或固體介質(zhì)表面受潮，則電氣強(qiáng)度會顯著下降。斷路器是戶外設(shè)備，當(dāng)氣溫驟降時，SF6氣體過量水可能會凝結(jié)在固體介質(zhì)表面而發(fā)生閃絡(luò)，嚴(yán)重時造成斷路器發(fā)生爆炸事故，危急維護(hù)人員的生命安全。

3.2SF6氣體微水超標(biāo)的原因

SF6氣體微水超標(biāo)的原因，主要有以下三個方面。

(1)SF6氣體新氣的水分不合格。造成新氣不合格的原因：一是制氣廠對新氣檢測不嚴(yán)格；二是運(yùn)輸過程中和存放環(huán)境不符合要求。

(2)絕緣件帶入的水分。廠家在裝配前對絕緣未作干燥處理或干燥處理不合格。斷路器在解體檢修時，絕緣件在空氣中的時間過長而受潮。

(3)吸附劑帶入的水分。吸附劑對SF6氣體中的水分和各種主要的分解物都具有較好的吸附能力，斷路器的泄漏點(diǎn)滲入的水分，鋁鑄件砂空等泄漏點(diǎn)，是水分滲入斷路器內(nèi)部的通道。

3.3SF6氣體含水量的控制措施

運(yùn)行中的SF6斷路器，對于微水量要求很嚴(yán)格，因?yàn)樗苯佑绊憯嗦菲鞯陌踩\(yùn)行。降低運(yùn)行中斷路器的SF6氣體含水最，可采取如下措施。

(1)控制密封件的質(zhì)量關(guān)。加強(qiáng)斷路器密封面的加工、組裝質(zhì)量，保證密封良好。

(2)控制吸附劑的質(zhì)量關(guān)。采用高效吸附劑，使用前進(jìn)行活化處理，安裝時盡量縮短暴露于大氣中的時間，減少吸附劑自身帶入的水分。

(3)加強(qiáng)運(yùn)行中SF6氣體微水量的監(jiān)視測量關(guān)。設(shè)備安裝完畢充氣24h后，應(yīng)進(jìn)行SF6氣體微水測量，設(shè)備通電后每3個月測量一次。

4結(jié)語

本文系統(tǒng)地分析了SF6氣體地性質(zhì)，特點(diǎn)以及在運(yùn)行中地優(yōu)缺點(diǎn)，針對其中最主要地氣體泄漏和微水含量超標(biāo)兩大因素做出了重點(diǎn)分析，并提出了自己在處理這兩大問題時地具體措施和建議。