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[摘 要] 阐述了SF6断路器的优点,及SF6断路器的微水超标原因及SF6气体中水份对开关装置的危害,提出了SF6断路器微水含量控制措施。
[关键词] SF6断路器 微水超标 控制措施
1 前言
六氟化硫断路器具有断口电压高、开断能力强、允许连续开断的次数较多、噪声低和无火灾危险,而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、维修周期长。这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比,在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器。不过在运行管理上都有许多特殊之处,其中包括SF6气体纯度管理、水份管理和渗漏气管理,本文对SF6气体微水含量对断路器的影响、SF6气体中水份产生的原因及SF6断路器微水含量的控制措施进行了分析。
2 六氟化硫断路器的优良性
六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。SF6气体是无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体,具有优异的冷却电弧特性,介电强度远远超过传统的绝缘气体,正是因为其介质强度高,因此对于相同电压级和开断电流相近的断路器,SF6的串联断口要少。
虽然在常态下,SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能,但一旦大气中的水份浸入或固体介质表面受潮,则电气强度也会显著下降,当温度骤降时,SF6气体中的过量水份可能会凝结在固体介质表面而发生闪络。纯净的SF6气体,在运行中受电弧放电或高温后,会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物,电弧消失后会又会合成稳定的SF6气体。当气体中含有水份时,出现的氟硫化合物与水反应生成有害物质等,危及维护人员的生命安全,对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀,使绝缘劣化,甚至发生设备爆炸。
因此掌握SF6气体微水含量超标的原因,采取相应的预防控制措施,减少SF6气体中的水份,可以保证和提高断路器的安全运行可靠性。
3 SF6气体微水超标的原因
SF6气体微水超标的原因,主要有以下5个方面:
(1)SF6气体新气的水份不合格。造成新气不合格的原因,一是制气厂对新气检测不严格;二是运输过程中或存放环境不符合要求;三是存储时间过长。
(2)断路器充入时带入水份。断路器充气时,工作人员不按有关规程和检修工艺操作要求进行操作,如充气时气瓶未倒立放置;管路、接口不干燥或装配时暴露在空气中时间过长等导致水份带进。
(3)绝缘件带入水份。厂家在装配前对绝缘件未做干燥处理或干燥处理不合格。断路器在解体检修时,绝缘件暴露在空气中的时间过长而受潮。
(4)吸附剂带入的水份。吸附剂对SF6气体中水份和各种主要的分解物都具有较好吸附能力,如果吸附剂活化处理时间短,没有彻底干燥,安装时暴露在空气中时间过长而受潮,吸附剂可能带入数量可观的水份。
(5)透过密封件渗入的水份。在SF6断路器中SF6气体的压力虽然比外界大气压高,但其中水份的分压力远比大气中水蒸气的分压力低,压力差将会有几倍甚至几十倍,而且水蒸气的分子直径比SF6气体分子直径小,因此防止水蒸气浸入比防止SF6气体渗漏所要求的密封性更高。
4 SF6气体中水份对SF6开关装置危害
(1)SF6气体是非常稳定的,当温度低于500℃时一般不会自行分解,但当水份含量较高时,温度高于200℃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)含水量较高的SF6气体在电弧作用下可分解,并产生很多化合物,影响SF6气体的纯度,减少SF6气体介质的复原数量,还有一些物质阻碍了分解物的还原。
(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SF6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SiO2元件反应,腐蚀固体元件的表面。
(4)存在于SF6气体中的水份本身一般不会对开关装置的绝缘有显著的影响。但当这些水份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份可以使绝缘件的沿面放电电压降到无水时的60%～80%。
(5)SF6的结霜问题,在运行中也是易遇到的问题。在装置内的SF6 气体中的水气结霜后,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。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。本公司乐余变301#1主变断路器A相盆式绝缘子击穿就是个很好个例子。
5 SF6气体含水量的控制措施
SF6断路器微水含量的控制可分为生产、安装过程中的水份控制和投入运行后的水份控制两个阶段。
5.1 生产、安装过程中的水份控制措施
(1)SF6断路器的零部件在制造厂装配前一定要进行彻底干燥处理。
(2)SF6断路器解体或元件运输到现场时,尽可能使元件处于封闭状态。如有些元件一定要暴露在大气中时,必须用盖封严,并在元件内放置适量的吸附剂,以吸附元件内水份和外界渗进的水份。
(3)SF6断路器的安装是在自然环境下进行的,最好安排在天气晴朗,空气湿度应小于80%,从而使设备中零部件的水份放出较多,这样在抽真空时,可多抽出一些设备中放出的水份。
(4)SF6断路器在安装时,控制密封件的质量关,断路器法兰面及动密封都采用双重密封圈密封。这样,一方面可以减少SF6气体的漏气量,另一方面也可以减少外界水份进入SF6气室。
(5)在安装完毕后抽真空前,应更换新吸附剂或将原装的吸附剂再生处理,然后对SF6断路器气室抽高度真空度,真空度达133Pa后,应继续再抽1h以上,以利于水份析出。
(6)对充入断路器的SF6气体应严格控制其含水量,一般不大于8ppm。
5.2 对于运行中断路器的SF6 体含水量的控制措施
(1)严密监视SF6断路器的密封状况,是防止水份渗漏的关键措施。监视内容包括定时跟踪记录SF6气体压力指示;用仪器检测季节变化对SF6气体泄漏的影响。
(2)为了除掉运行中混入SF6气体中的水份,在SF6断路器中应放置一定量的吸附剂,经常使用的吸附剂有三氧化二铝分子筛、合成沸石等。吸附剂的使用量应以电器设备的检修周期为依据,并考虑开断形成的分解气体量以及水份渗入的情况。一般为气体重量的10%～20%。吸附剂除在支柱上端放置外,也可同时放置在支柱下端。
(3)加强运行中SF6气体微水量的监测关。设备安装完毕充气24h 后,应进行SF6气体微水量测量,设备运行后每三个月测量一次,直至稳定后,以后每一至三年检测一次微水量。对于微水量超标的应进行干燥处理。
通过以上环节的严格管理,可以控制SF6断路器中SF6气体的微水量。此外作好SF6断路器的监测工作是控制SF6断路器中SF6气体的微水量关键环节,SF6断路器最重要的监测项目是含水量监测和检漏两项。
6 典型事例--220kV盐城变4949开关微水超标处理
(1)现象:2005年10月,2006年10月220kV盐城变4949开关(LW6-220平顶山高压电器厂)在每年例行的安检中测出微水达660ppm,含水量严重超标。
(2)原因分析查找:比较同期SF6气体的压力值(2004年为0.5Mpa,2005年为0.48Mpa),压力下降较大,通过使用SF6气体检漏仪及局部包扎法测出在C相静触头与法兰座之间存在微漏点,进一步查明系密封圈老化造成泄漏。
(3)处理:利用回收装置将SF6气体回收,对断路器用高纯氮进行内部冲洗,打开C相三联箱封板,发现封板双层密封圈有多处压伤、变形、老化。造成SF6气体泄漏致使封板板面与三联箱结合面出现多处小坑点斑状(因SF6气体含有水份生成腐蚀性很大的氢氟酸),现场用无水酒精、绸布清洗、金相砂纸打磨符合工艺要求后,更换新的密封圈,重新拧紧封板面。对断路器抽真空,直至真空度达到133Pa以下,再维持抽真空30min,此后停泵并与泵隔离,30min后读取真空度为120Pa,过5h再次读取真空度为154Pa,两者差值为34Pa,在允许差值范围内(允许值为66Pa),此后对断路器充合格的SF6气体至0.1Mpa,静止12h后测得微水值为300ppm,小于允许值450ppm,然后将SF6气体充至额定值,静止12h后再次测得微水值为92ppm,已达标。
(4)效果:通过一年多的跟踪复测,该断路器的含水量已正常稳定,运行良好。
7 结束语
SF6断路器的水份管理工作对提高其运行可靠性具有十分重要的作用。加强对SF6断路器水份增长原因、水份含量与环境温度的关系、控制水份含量的措施等问题的研究,是SF6断路器的生产部门、运行部门今后所共同面临的任务。
参 考 文 献
[1]高压断路器技术问答.中国电力出版社.1999.3.
[2]高压断路器原理和应用.清华大学出版社.2000.10.
[3]SF6断路器技能考核培训教材.中国电力出版社.2003.4.
[4]供用电工人技师培训教材.中国电力出版社.2003.5.■
[关键词] SF6断路器 微水超标 控制措施
1 前言
六氟化硫断路器具有断口电压高、开断能力强、允许连续开断的次数较多、噪声低和无火灾危险,而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、维修周期长。这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比,在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器。不过在运行管理上都有许多特殊之处,其中包括SF6气体纯度管理、水份管理和渗漏气管理,本文对SF6气体微水含量对断路器的影响、SF6气体中水份产生的原因及SF6断路器微水含量的控制措施进行了分析。
2 六氟化硫断路器的优良性
六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。SF6气体是无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体,具有优异的冷却电弧特性,介电强度远远超过传统的绝缘气体,正是因为其介质强度高,因此对于相同电压级和开断电流相近的断路器,SF6的串联断口要少。
虽然在常态下,SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能,但一旦大气中的水份浸入或固体介质表面受潮,则电气强度也会显著下降,当温度骤降时,SF6气体中的过量水份可能会凝结在固体介质表面而发生闪络。纯净的SF6气体,在运行中受电弧放电或高温后,会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物,电弧消失后会又会合成稳定的SF6气体。当气体中含有水份时,出现的氟硫化合物与水反应生成有害物质等,危及维护人员的生命安全,对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀,使绝缘劣化,甚至发生设备爆炸。
因此掌握SF6气体微水含量超标的原因,采取相应的预防控制措施,减少SF6气体中的水份,可以保证和提高断路器的安全运行可靠性。
3 SF6气体微水超标的原因
SF6气体微水超标的原因,主要有以下5个方面:
(1)SF6气体新气的水份不合格。造成新气不合格的原因,一是制气厂对新气检测不严格;二是运输过程中或存放环境不符合要求;三是存储时间过长。
(2)断路器充入时带入水份。断路器充气时,工作人员不按有关规程和检修工艺操作要求进行操作,如充气时气瓶未倒立放置;管路、接口不干燥或装配时暴露在空气中时间过长等导致水份带进。
(3)绝缘件带入水份。厂家在装配前对绝缘件未做干燥处理或干燥处理不合格。断路器在解体检修时,绝缘件暴露在空气中的时间过长而受潮。
(4)吸附剂带入的水份。吸附剂对SF6气体中水份和各种主要的分解物都具有较好吸附能力,如果吸附剂活化处理时间短,没有彻底干燥,安装时暴露在空气中时间过长而受潮,吸附剂可能带入数量可观的水份。
(5)透过密封件渗入的水份。在SF6断路器中SF6气体的压力虽然比外界大气压高,但其中水份的分压力远比大气中水蒸气的分压力低,压力差将会有几倍甚至几十倍,而且水蒸气的分子直径比SF6气体分子直径小,因此防止水蒸气浸入比防止SF6气体渗漏所要求的密封性更高。
4 SF6气体中水份对SF6开关装置危害
(1)SF6气体是非常稳定的,当温度低于500℃时一般不会自行分解,但当水份含量较高时,温度高于200℃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)含水量较高的SF6气体在电弧作用下可分解,并产生很多化合物,影响SF6气体的纯度,减少SF6气体介质的复原数量,还有一些物质阻碍了分解物的还原。
(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SF6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SiO2元件反应,腐蚀固体元件的表面。
(4)存在于SF6气体中的水份本身一般不会对开关装置的绝缘有显著的影响。但当这些水份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份可以使绝缘件的沿面放电电压降到无水时的60%～80%。
(5)SF6的结霜问题,在运行中也是易遇到的问题。在装置内的SF6 气体中的水气结霜后,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。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。本公司乐余变301#1主变断路器A相盆式绝缘子击穿就是个很好个例子。
5 SF6气体含水量的控制措施
SF6断路器微水含量的控制可分为生产、安装过程中的水份控制和投入运行后的水份控制两个阶段。
5.1 生产、安装过程中的水份控制措施
(1)SF6断路器的零部件在制造厂装配前一定要进行彻底干燥处理。
(2)SF6断路器解体或元件运输到现场时,尽可能使元件处于封闭状态。如有些元件一定要暴露在大气中时,必须用盖封严,并在元件内放置适量的吸附剂,以吸附元件内水份和外界渗进的水份。
(3)SF6断路器的安装是在自然环境下进行的,最好安排在天气晴朗,空气湿度应小于80%,从而使设备中零部件的水份放出较多,这样在抽真空时,可多抽出一些设备中放出的水份。
(4)SF6断路器在安装时,控制密封件的质量关,断路器法兰面及动密封都采用双重密封圈密封。这样,一方面可以减少SF6气体的漏气量,另一方面也可以减少外界水份进入SF6气室。
(5)在安装完毕后抽真空前,应更换新吸附剂或将原装的吸附剂再生处理,然后对SF6断路器气室抽高度真空度,真空度达133Pa后,应继续再抽1h以上,以利于水份析出。
(6)对充入断路器的SF6气体应严格控制其含水量,一般不大于8ppm。
5.2 对于运行中断路器的SF6 体含水量的控制措施
(1)严密监视SF6断路器的密封状况,是防止水份渗漏的关键措施。监视内容包括定时跟踪记录SF6气体压力指示;用仪器检测季节变化对SF6气体泄漏的影响。
(2)为了除掉运行中混入SF6气体中的水份,在SF6断路器中应放置一定量的吸附剂,经常使用的吸附剂有三氧化二铝分子筛、合成沸石等。吸附剂的使用量应以电器设备的检修周期为依据,并考虑开断形成的分解气体量以及水份渗入的情况。一般为气体重量的10%～20%。吸附剂除在支柱上端放置外,也可同时放置在支柱下端。
(3)加强运行中SF6气体微水量的监测关。设备安装完毕充气24h 后,应进行SF6气体微水量测量,设备运行后每三个月测量一次,直至稳定后,以后每一至三年检测一次微水量。对于微水量超标的应进行干燥处理。
通过以上环节的严格管理,可以控制SF6断路器中SF6气体的微水量。此外作好SF6断路器的监测工作是控制SF6断路器中SF6气体的微水量关键环节,SF6断路器最重要的监测项目是含水量监测和检漏两项。
6 典型事例--220kV盐城变4949开关微水超标处理
(1)现象:2005年10月,2006年10月220kV盐城变4949开关(LW6-220平顶山高压电器厂)在每年例行的安检中测出微水达660ppm,含水量严重超标。
(2)原因分析查找:比较同期SF6气体的压力值(2004年为0.5Mpa,2005年为0.48Mpa),压力下降较大,通过使用SF6气体检漏仪及局部包扎法测出在C相静触头与法兰座之间存在微漏点,进一步查明系密封圈老化造成泄漏。
(3)处理:利用回收装置将SF6气体回收,对断路器用高纯氮进行内部冲洗,打开C相三联箱封板,发现封板双层密封圈有多处压伤、变形、老化。造成SF6气体泄漏致使封板板面与三联箱结合面出现多处小坑点斑状(因SF6气体含有水份生成腐蚀性很大的氢氟酸),现场用无水酒精、绸布清洗、金相砂纸打磨符合工艺要求后,更换新的密封圈,重新拧紧封板面。对断路器抽真空,直至真空度达到133Pa以下,再维持抽真空30min,此后停泵并与泵隔离,30min后读取真空度为120Pa,过5h再次读取真空度为154Pa,两者差值为34Pa,在允许差值范围内(允许值为66Pa),此后对断路器充合格的SF6气体至0.1Mpa,静止12h后测得微水值为300ppm,小于允许值450ppm,然后将SF6气体充至额定值,静止12h后再次测得微水值为92ppm,已达标。
(4)效果:通过一年多的跟踪复测,该断路器的含水量已正常稳定,运行良好。
7 结束语
SF6断路器的水份管理工作对提高其运行可靠性具有十分重要的作用。加强对SF6断路器水份增长原因、水份含量与环境温度的关系、控制水份含量的措施等问题的研究,是SF6断路器的生产部门、运行部门今后所共同面临的任务。
参 考 文 献
[1]高压断路器技术问答.中国电力出版社.1999.3.
[2]高压断路器原理和应用.清华大学出版社.2000.10.
[3]SF6断路器技能考核培训教材.中国电力出版社.2003.4.
[4]供用电工人技师培训教材.中国电力出版社.2003.5.■