500kV SF6高壓斷路動(dòng)作過程產(chǎn)生分解物的分析與對(duì)策

梁斌儒

摘 要：文章通過對(duì)500kv高壓斷路器分閘過程電弧的產(chǎn)生和相關(guān)分解物的分析，了解開關(guān)切斷故障電流內(nèi)在的變化情況，結(jié)合500kv五邑站500kv開關(guān)在臺(tái)風(fēng)期間的開關(guān)動(dòng)作情況、開關(guān)氣體化學(xué)分析報(bào)告，了解開關(guān)動(dòng)作過程產(chǎn)生分解物的危害，并從變電站運(yùn)行人員的安全角度分析采取對(duì)策，提高500kv開關(guān)安全運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：斷路器；電弧；分解物

引言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最主要的控制、保護(hù)元件，500kv超高壓斷路器對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行更是起著至關(guān)重要的作用。斷路器本身的運(yùn)行狀況決定著斷路器是否安全可靠，如果斷路器出現(xiàn)故障，輕者影響正常供電，重者造成大面積停電。隨著科學(xué)工藝的提高，斷路器在正常工作狀態(tài)下，其可靠性、穩(wěn)定性很高。但在進(jìn)行故障電流切斷后，斷路器的內(nèi)部情況變化很大，斷路器的觸頭存在電磨損及內(nèi)部產(chǎn)生破壞性氣體，這些都直接影響著斷路器后期的安全運(yùn)行。下面結(jié)合五邑站500kv陽五甲線開關(guān)動(dòng)作情況及氣體分析報(bào)告，說明產(chǎn)生的氣體成份、氣體危害，并從運(yùn)行角度提出對(duì)策。

1 電弧產(chǎn)生過程

當(dāng)用斷路器斷開電流時(shí)，如果電壓不低于10～20伏，電流不小于80～100mA，斷路器的觸頭間便會(huì)產(chǎn)生電弧。電弧的形成是觸頭間中性質(zhì)子（分子和原子）被游離的過程。開關(guān)觸頭分離時(shí)，觸頭間距離很小，電場(chǎng)強(qiáng)度E很高（E=U/d）。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過3×10-6V/m時(shí)，陰極表面的電子就會(huì)被電場(chǎng)力拉出而形成觸頭空間的自由電子。這種游離方式的強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射而產(chǎn)生電弧。

觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙。電弧形成后，弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量而向外發(fā)射，形成熱電場(chǎng)發(fā)射。同時(shí)在高溫的作用下（電弧中心部分維持的溫度可達(dá)10000℃以上），氣體中性質(zhì)點(diǎn)的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速度增加。當(dāng)具有足夠動(dòng)能的中性質(zhì)點(diǎn)相互碰撞時(shí)，將被游離而形成電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。

隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場(chǎng)強(qiáng)度E逐漸減小，這時(shí)電弧的燃燒主要是依靠熱游離維持的。

2 SF6氣體的產(chǎn)生

SF6其自身的分解溫度>500℃，在正常運(yùn)行的情況下分解物極少。當(dāng)SF6設(shè)備中發(fā)生絕緣故障時(shí)，放電產(chǎn)生的高溫電弧使SF6氣體發(fā)生分解反應(yīng)，生成SF4、SF3、SF2、和S2F10等多種低氟硫化物。如果是純凈的SF6氣體，上述分解物將隨著溫度降低會(huì)很快復(fù)合、還原為SF6氣體。實(shí)際上使用中的SF氣體總含有一定量的空氣、水分，由于上述分解生成的多種低氟硫化物很活潑，即與SF6氣體中的微量水分和氧氣等發(fā)生反應(yīng)。

多年來的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，SF6電氣設(shè)備中斷路器正常開斷產(chǎn)生的分解產(chǎn)物微乎其微。SF6電氣設(shè)備內(nèi)斷路器非正常開斷的氣體分解產(chǎn)物主要有：CF4，SOF2，SO2F2，S2OF10，SO2，H2S，CO，CO2，HF?，F(xiàn)階段我們?cè)趯?duì)SF6斷路器進(jìn)行氣體分析時(shí)，我們主要分析SO2，H2S，CO，H2O四項(xiàng)指標(biāo)。

檢測(cè)四項(xiàng)指標(biāo)目的：

二氧化硫SO2（SOF2）：SO2是SF6電氣設(shè)備故障時(shí)分解的主要特征組分，正常運(yùn)行的設(shè)備中SO2的含量極少。若發(fā)生故障時(shí)，SO2會(huì)增長(zhǎng)10倍以上。

氟化硫H2S（HF）：SF6氣體在電弧下會(huì)分解氟硫離子，若水分含量較高下會(huì)產(chǎn)生HF或H2S。

一氧化碳CO和二氧化碳CO2：當(dāng)設(shè)備內(nèi)電?。ɑ蜻^熱）灼傷固體絕緣部件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生CO和CO2。

濕度H2O：濕度是影響SF6氣體形成水解氟化物的重要因素，在設(shè)備中的氣體濕度會(huì)影響設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。

3 案例分析

2013年8月14日13：39至14：33，五邑站500kv陽五甲線5063開關(guān)A相開斷故障短路電流達(dá)6次，開關(guān)B相開斷故障短路電流2次，開關(guān)C相開斷故障短路電流達(dá)6次，故障相電流均在5kA至8kA范圍內(nèi)，當(dāng)天檢查開關(guān)本體、SF6氣壓、儲(chǔ)能等無異常現(xiàn)象，抄錄的開關(guān)動(dòng)作次數(shù)數(shù)據(jù)顯示動(dòng)作相符。2013年8月19日試驗(yàn)研究所化學(xué)班抽取頻繁動(dòng)作的5052、5062、5053、5063開關(guān)SF6氣體進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)。

根據(jù)跳閘情況我們對(duì)500kv陽五甲線5063開關(guān)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析：

3.1 從蘇州AREVAGL317X型SF6操作手冊(cè)中開關(guān)觸頭的電磨損的限值對(duì)應(yīng)公式為：

∑NI2=28，000kA2（N=開斷電流I的次數(shù)）

其曲線如下：

圖1 開斷電流與開斷次數(shù)關(guān)系圖

按本次開斷短路電流值最大8kA計(jì)算，可開斷437次，其中開斷次數(shù)最多為5063開關(guān)A相與C相，均為6次，遠(yuǎn)少于理論值，同時(shí)一次外觀檢查、紅外測(cè)溫并無異常。

3.2 從化學(xué)班檢測(cè)結(jié)果判斷5052、5053、5062、5063開關(guān)三相的SF6氣體中濕度H2O一項(xiàng)符合電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：運(yùn)行中≤300。但SO2，H2S，CO，H2O含有量已明顯多于正常運(yùn)行開關(guān)數(shù)值。

六氟化硫（SF6）氣體是惰性非燃燒氣體，但由于生產(chǎn)工藝上不能保證100%無水分及雜質(zhì)，故在開斷較大的故障電流時(shí)，經(jīng)電暈、火花和放電作用，便分解產(chǎn)生各種有毒或腐蝕性氣體。這些分解物含有SO2、H2S、CO等產(chǎn)物。分解物含量的增加會(huì)降低六氟化硫（SF6）氣體耐電強(qiáng)度。如沒有及時(shí)關(guān)注該設(shè)備，長(zhǎng)此以往將造成開關(guān)滅弧能力大大下降，隨時(shí)有開關(guān)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)存在，威脅設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。

4 提出對(duì)策

經(jīng)過多次分?jǐn)啻蠊收想娏?，五邑?063開關(guān)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)明顯差于未進(jìn)行故障電流切斷的開關(guān)。為了更好地掌握此開關(guān)運(yùn)行情況，保證開關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行，避免人身事故的發(fā)生。五邑站提出了以下幾點(diǎn)控制對(duì)策：

4.1 將設(shè)備異常情況反饋全站運(yùn)行人員，同時(shí)告知設(shè)備主人，每月跟蹤設(shè)備消缺情況，按停電計(jì)劃或采樣的報(bào)告情況，制定相應(yīng)的停送電運(yùn)維方案。

4.2 密切留意試驗(yàn)研究所化學(xué)班反饋的詳細(xì)分析報(bào)告，應(yīng)視設(shè)備的具體情況縮短檢測(cè)周期，跟蹤分解物的變化情況，以策安全，有必要時(shí)進(jìn)行停電大修或返廠檢修。

4.3 豐富SF6氣體成分檢測(cè)手段，應(yīng)使用性能優(yōu)異，檢測(cè)成分多樣，量程精準(zhǔn)的測(cè)試儀器，及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)5062、5063開關(guān)運(yùn)行的異常，超前防控事故的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性，保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。

4.4 日常巡視需重點(diǎn)注意開關(guān)SF6氣體壓力是否在正常范圍，是否有異常聲響，由于抽氣較頻繁還需注意塞子是否擰緊。

4.5 惡劣天氣巡視該開關(guān)時(shí)需兩人以上進(jìn)行，先遠(yuǎn)觀再聽聲后近看。

4.6 開關(guān)停送電遠(yuǎn)控操作前需檢查現(xiàn)場(chǎng)人員遠(yuǎn)離開關(guān)位置，檢查分合閘位置需先遠(yuǎn)觀再聽聲后近看。

4.7 由于H2S等屬有毒氣體，采樣過程應(yīng)防止由于泄漏導(dǎo)致試驗(yàn)人員中毒，必要時(shí)應(yīng)佩戴防毒面具、防護(hù)服和手套；當(dāng)發(fā)生泄漏事故發(fā)生時(shí)，污染區(qū)的人員應(yīng)迅速撤離至上風(fēng)側(cè)，進(jìn)入污染區(qū)搶救人員時(shí)必須佩戴正壓自給式空氣呼吸器，并須有監(jiān)護(hù)人員看護(hù)，從上風(fēng)處進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)使患者脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處，進(jìn)行心肺復(fù)蘇搶救。

5 結(jié)束語

通過對(duì)斷路器開端過程電弧的產(chǎn)生原理、SF6氣體分解物的產(chǎn)生原因分析了解，讓運(yùn)行人員對(duì)SF6氣體分解物危害、斷路器設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)有了深一步的認(rèn)識(shí)和把握。運(yùn)行人員通過對(duì)斷路器切斷故障電流后試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，判斷斷路器性能狀態(tài)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，從設(shè)備安全運(yùn)行、避免人身事故角度出發(fā)，提出相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行管控措施，并落實(shí)執(zhí)行，真正做到設(shè)備主人的職責(zé)，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，確保避免大面積停電等社會(huì)責(zé)任事件出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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