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作者:科迪电气技术部  点击次数:2110 次  时间:2015-05-06

    

      随着电力事业的大力发展,SF6 气体以其优异的绝缘性能和灭弧性能被广泛用于电气设备中, SF6气体开关装置的运行也得到迅猛的发展。但是SF6开关的泄漏不仅会影响设备的正常运行,更会给检修人员带来身体上及生命上的危害。由于SF6气体无色无味的物理特征,很还容易被检修人员发现泄漏。,这一问题一直是充SF6气体开关装置发展过程中所面对的问题。本文从实例当中深入探讨了SF6开关装置中SF6气体泄漏情况与如何及时而又真实的发现SF6泄漏并如何有效的进行解决。

      近年来,随着社会、经济和开关技术的不断发展,工程建设的复杂程度加大,开关设备的小型化、免维护、智能化的产品越来越受到青睐。SF6气体具有良好的绝缘性能,现阶段被广泛应用于高压开关设备中,在正常工况下,是较为理想的绝缘及灭弧介质。固然SF6开关以较好的绝缘优势成为高压开关中的皎皎者。
      SF6开关一旦泄漏就会使SF6开关内部的SF6气体绝缘性能大大降低,就会在开关内部产生电弧,对开关及联接设备造成很能很大的破害。同样SF6气体对空气造成严重的环境污染。而且SF6在高压高温的情况下分解,分解成氟化氢、二氧化硫、四氟化硫、硫化氢等有毒物质会导致肺组织急性水肿,影响肺部氧气交换,导致缺氧而窒息性死亡。所以如何能够及时的发现并解决SF6泄漏的问题是刻不容缓。

一、 SF6开关设备泄漏故障情况
      当前SF6开关设备运行中暴露出的泄漏故障主要是液压机构漏油和设备本体漏气。国产设备的泄漏故障率高于进口设备。其情况如下:
    (1)1989~1997年,220kV及以上SF6断路器和GIS发生的泄漏故障中,液压机构漏油共80次,其中进口设备为8次;设备本体漏气共26次,其中进口设备为3次。
  (2)所有故障中比例最大的是液压机构。1993年北京供电局共处理SF6断路器液压机构漏油15台次。国产SF6断路器的漏气问题很突出,北京供电局所使用的220kVSF6断路器中仅1993年度就有11台断路器中的11相本体漏气,全年共补气18次。
  (3)1994年SF6断路器共发生49次故障,其中液压机构严重漏油9次,设备本体漏气16次,国产、进口设备都存在这一问题。
  (4)1988~1995年间国产500kVSF6断路器共发生22次故障,其中主要是密封质量问题,几乎占了故障的一半。
  (5)国际大电网会议(CIGRE)23-03特别工作组曾对11家巴西用户的7个制造厂家的29台GIS进行调查,结果显示:在某些变电站,设备每年的SF6泄漏率超过3%,个别情况可高达10%。对于大多数巴西的100~200kV的GIS,则低于但十分接近容许值1%。仅在1991~1993年间,在巴西安装的GIS,由于泄漏至少导致5 623kg SF6排放到大气中,这造成了可观的经济损失,并污染了环境。
  另外,据德国一个大型公用事业设施的故障统计,在SF6断路器的主要故障中,驱动机构的故障超过40%,居第一位,SF6泄漏以及辅助和二次回路中的故障分别居第二位和第三位。
  (6)国际大电网会议13-06工作组1988~1990年第二次调查(主要针对SF6断路器)指出:在123kV级断路器的故障中,液压机构占69%,245kV级达63%,在运行中经常出现漏油、漏N2、自卫能力装置失误、电动泵故障等问题。
  (7)上述调查还指出:次要故障的2/3是泄漏,即断路器本体漏气、液压机构漏油和气动机构漏气。

二、泄漏发生的主要部位
(1)液压机构的主要漏油部位有:三通阀和放油阀、高低压油管、压力表和压力继电器接头以及工作缸活塞杆和贮压筒活塞杆的密封受损处、低压油箱的砂眼处等。
(2)SF6断路器本体的漏气部位有:支柱驱动杆和密封圈划伤处、充气阀密封不良处、支柱瓷套根部有裂纹处、法兰联接处、灭弧室顶盖有砂眼处、三联箱盖板、气体管路接头、密度继电器接口、二次压力表接头、焊缝和密封槽与密封圈(垫)尺寸不配合等处。
 (3)GIS的漏气部位有:隔室、绝缘子、O型密封圈、开关绝缘杆、互感器二次线端子、箱板连接点、气室母管、附件砂眼处和气室伸缩节接口等处。

三、泄漏的后果
(1)对液压机构,漏油会引起短时频繁启泵打压或补压时间过长,阀体大量内渗油会造成失压故障,液压油进入储压筒氮气侧会造成压力异常升高等,这会影响SF6断路器安全运行。
(2)对于SF6断路器和GIS,虽然泄漏到大气中的SF6浓度很低,但它在大气中有很长的残存期,并能吸收红外幅射而产生温室效应。此外,频繁补气和SF6气体的大量泄漏,不仅影响设备安全运行,也影响人身健康。

四、 泄漏原因分析
(1)对液压机构,其主要原因是:
①制造方面:对工作缸、贮压筒活塞杆等动密封结构的设计考虑欠周,元部件加工表面粗糙、洁净度差,致使一些杂物(金属颗粒,棉纱等)滞留于密封表面并污染液压油,在机构运转时这些杂物研磨密封圈甚至划伤贮压筒内表面,频繁打压、压力异常升高等故障多数由此引起。
②使用方面:投运前验收不严、不细;露天检修,不能确保机构元部件不受污染。
(2)对SF6断路器和GIS,从20余年的运行情况来看,不管是国产还是进口设备,都存在SF6气体泄漏的问题。泄漏的原因主要来自制造厂,如铸件有砂眼、焊接处有裂纹、密封槽和密封圈尺寸不配合、密封圈老化、密封圈材质与法兰材质不相容、组装中密封工艺处理不当以及密度继电器存在质量缺陷等。
   SF6开关设备同油或空气断路器一样,也是需要进行维护和检修的。文[5]指出,制造商可根据运行时间、操作周期和开断短路电流次数来确定维修间隔,标准维修间隔为12年。现代SF6断路器希望的维修间隔大于20年。水力发电机特别是抽水蓄能发电机断路器由于其操作次数较多,故检修间隔较短。
  目前我国检修周期、检修工艺、检修方式、备品备件等问题还都处于摸索阶段,而我国220kV及以上SF6开关设备的运行时间大多已接近12年检修间隔,这在一定程度上也造成了泄漏故障的发生。

五、实验证明现目前常用的检测SF6的方法有以下五种:
1、电化学技术(TGS830、TGS832)费加罗传感器或卤素气体传感器
2、高压击穿技术
3、红外光谱技术(IAC510)
4、电子捕获ECD原理
5、真空电离法
实验方式:通过把体积比浓度为100PPM的SF6气体放入密封的容器中,分别用四款原理的技术设备进行实验并通过PC分析得出以下结论。
(1)电化学技术
      没有发生电压变化,显示数值为0PPM。因为TG830,820费加罗传感器为卤素传感器,而SF6气体不属于R-113、R-22、R-11、R-134a范围内。根据SF6化学稳定性证实SF6检测技术中电化学方式是失败的。不能够检测SF6气体只能检测CFC等气体
(2)高压击穿技术
      放入100PPM的SF6气体中不能够放电,显示数值为0PPM,所以高压击穿技术必须借助于空气才能够正常放电。且检测的气体可以是任何惰性气体,从PC上的数据反应不是真实的SF6气体浓度相差太大且没有规律。
所以在只有SF6单一的气体中并有空气存在的情况下。只能做定性产品使用。对于氮气、二氧化碳、丁烷、烷氢碳氢化合物、卤素气体均有反应。
(3)IAC510红外光谱技术
开机要5分钟预热,对co2,烷烃,水蒸气,卤素气体等都有反应,易受环境影响。经常飘移,要定期标定。
(4)电子捕获ECD原理
能够真实反应SF6气体含量,精度高、成本高特点。
(5)真空电离发
反应快,精度高,价格适中。

六、如何发现泄漏

      根据<<国家电网公司电力设备交接和预防性试验规程(2008版)>>国家电网公司发布:第7项 开关设备 SF6断路器和GIS第1条(51页)表7-1 SF6断路器和GIS的试验项目、周期和标准 第2条规定SF6气体交接时、大修后、必要时应当对于SF6设备进行检测泄漏并且年漏气率不大于0.5%或使用灵敏度不低于1×10-6 的检漏仪检测各密封面无泄漏。按GB11023方法进对电压等级较高的断路器及GIS,因为体积大可用局部包扎法检漏,每个密封部位包扎后历时24h,测得SF6气体含量(体积比)不大于30×10-6(每个包扎点)

(1)肥皂泡法检漏此法对于泄漏较大时或运行中的设备可以采用。将肥皂水用刷子测在可能泄漏的密封环节,出现向外鼓泡的地方就是漏点。据工作经验,用洗发香波或洗洁精效果会更好,用此法可检出泄漏速率约104mL大气压/秒的漏点。
(2)充SF6检漏此法适用于新装或检修后重装的设备,或运行中用肥皂泡检不出的微小漏点。使用仪表有两种反映SF6漏气速率的检漏仪。此仪器最高灵敏度为1X10-6,可定量地确定漏点,然后漏气量。还有反映漏气浓度SF6检漏仪,将被检气隔的所有密封环节逐个用塑料布包起来,放置一段时间,检出被围空间SF6的浓度,用计算年泄漏量。  
(3)真空监视此法用于新装或检修后重新装配的设备。先将回装装置及连接管抽真空至1乇,观察20分钟确认无泄漏后才能使用。打开设备侧阀门,对设备抽真空至1乇。保持真空度4小时。如果真空度下降值不超过1乇则认为设备无泄漏。

七、SF6气体漏气的处理方法: 
1、 SF6设备壳体上有砂眼漏点,更换了部分外壳在现场无法处理的壳体。还有部分砂眼用样冲在砂眼周围逐步向砂眼处冲,直到漏气点消除。
2、部分漏气点在壳体与表计之间使用的连接铜管回路上漏点,把有漏气点铜管拆卸后用气焊重新焊接。经检查无泄漏后安装漏点消除。
3、对阀门中波纹管开裂造成的漏气,选用质量较高的阀门进行更换。
4、对有些漏气点可进行清理分支的各密封面,更换密封圈。

八、SF6气体特性
外观、嗅觉及状态
无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体,并有优异的冷却电弧特性,特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的冷却效应,避免局部高温的可燃性。SF6气体的绝缘性能远远超过传统的油、空气绝缘介质。

分子量146

沸点-83.F(-63.9℃)

比重5.11

冰点、熔点-58.9.F(-50.5℃)

注意:氟化氢、二氧化硫、四氟化硫、硫化氢等有毒物质会导致肺组织急性水肿,影响肺部氧气交换,导致缺氧而窒息性死亡。



九、结束语

      科技的发展,带给了人们光明而又幸福的生活。如何能够保证电力的安全运行,这不仅仅只是电力系统检修人员的事情,同样也需要生产厂商,检修厂商对SF6开关安全的高度重视和产品的质量把关。同时运行单位也要加强设备的试验和维护提高检修质量和运行管理水平。并配备好相应的检修设备,才能达到确保安全供电,才能真正的让人们安全幸福的享受电力带给的光明和喜悦。


更多技术问题请咨询武汉科迪电气设备有限公司技术部
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