李波
(瓦房店高壓開關(guān)有限公司,遼寧 瓦房店 116300)
SF6斷路器具有斷口電壓高、開斷能力、允許連續(xù)開斷的次數(shù)較多,噪聲低和無火花危險,而且斷路器尺寸小、重量輕、容量大、不需要維修或少維修。這些優(yōu)點使傳統(tǒng)的油斷路器和壓縮空氣斷路器無法與其相比,在超高壓領(lǐng)域中幾乎全部取代了其他類型斷路器;另外在中壓配電方面,SF6斷路器具有在開斷容性電流時不重燃,以及開斷感性電流時不產(chǎn)生過電壓等優(yōu)點,正逐步取代其他類型的斷路器。SF6斷路器的優(yōu)良性能得益于SF6氣體良好的滅弧特性。SF6是無色、無味、無毒,不可燃的惰性氣體,具有優(yōu)異的冷卻電弧特性,介電強度遠遠超過傳統(tǒng)的絕緣氣體。在均勻電場下,SF6的介質(zhì)強度為同一氣壓下空氣的2.5~3倍,在4個大氣壓,其介質(zhì)電強度與變壓器油相當。由于SF6的介質(zhì)強度高,對相同電壓級和開斷電流相近的斷路器,SF6的串聯(lián)斷口要少。一是因為SF6的分子量大,比熱大,其對流的傳熱能力優(yōu)于空氣;二是SF6在高溫下的分解特性,在分解反應過程中吸收能量。SF6這種優(yōu)良導熱性能,是形成SF6滅弧性能的原因之一;另外,SF6吸附自由電子而形成負離子的現(xiàn)象也是其成為優(yōu)良滅弧介質(zhì)的原因。
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,則電氣強度會顯著下降。斷路器是戶外設備,當氣溫驟降時,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,嚴重時造成斷路器發(fā)生爆炸事故。純凈SF6氣體,在運行中,受電弧放電或高溫后,會分解成單體的氟、硫和氟硫化合物,電弧消失后會又化合成穩(wěn)定的SF6氣體。當氣體中含有水分時,出現(xiàn)的氟硫化合物會與水反應生成腐蝕性很強的氫氟酸、硫酸和其他毒性很強的化學物質(zhì)等,危及維護人員的生命安全,對斷路器的絕緣材料或金屬材料造成腐蝕,使絕緣劣化,甚至發(fā)生設備爆炸。
要完全清除SF6斷路器內(nèi)SF6氣體的水分是不可能的,但是掌握SF6氣體微水超標的原因,采取相應的預防控制措施,減少SF6氣體中的水分,可以保證和提高斷路器的安全運行可靠性。
SF6氣體微水超標的原因,主要有以下六個方面:
(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格;二是運輸過程中和存放環(huán)境不符合要求;三是存儲時間過長。
(2)斷路器充入SF6氣體時帶進水分。斷路器充氣時,工作人員不按有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進行操作,如充氣時氣瓶未倒立放置;管路、接口不干燥或裝配時暴露在空氣中的時間過長工等導致水分帶進。
(3)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,絕緣件暴露在空氣中的時間過長而受潮。
(4)吸附劑帶入的水分。吸附劑對SF6氣體中水分和各種主要的分解物都具有較好的吸附能力,如果吸附劑活化處理時間短,沒有徹底干燥,安裝時暴露在空氣中時間過長而受潮,吸附劑可能帶入數(shù)量可觀的水分。
(5)透過密封件滲入的水分。在SF6斷路器中SF6氣體的壓力比外界高5倍,但外界的水分壓力比內(nèi)部高。例如,斷路器的充氣壓力為0.5MPa,SF6氣體水分體積分數(shù)為30×10-6,則水的壓力為0.5×30 ×10-6=0.015 ×10-3MPa,外界的溫度為 20℃時,相對濕度70,則水蒸氣的飽和壓力為2.38×10-3×0.7=1.666 ×10-3MPa,所以外界水壓力比內(nèi)部水分高1.666×10-3/0.015×10-3=111倍。而水分子呈 v形結(jié)構(gòu),其等效分子直徑僅為SF6分子的0.7倍,滲透力極強,在內(nèi)外巨大壓差作用下,大氣中的水分會逐漸通過密封件滲入斷路器的SF6氣體中。
(6)斷路器的泄漏點滲入的水分。充氣口、管路接頭、法蘭處滲漏、鋁鑄件砂孔等泄漏點,是水份滲入斷路器內(nèi)部的通道,空氣中的水蒸氣逐漸滲透到設備的內(nèi)部,因為該過程是一個持續(xù)的過程,時間越長,滲入的水份就越多,由此進入SF6氣體中的水份占有較大比重。
運行中的SF6斷路器,對于SF6氣體的微水量要求相當嚴格,因為它直接影響斷路器的安全運行。如何降低運行中斷路器的SF6氣體含水量,可采取如下措施:
(1)控制SF6新氣質(zhì)量關(guān)。根據(jù)《安規(guī)》的規(guī)定,SF6新氣應具有廠家名稱、裝灌日期、批號及質(zhì)量檢驗單。新氣到貨后應按有關(guān)規(guī)定進行復核、檢驗,合格后方可使用。存放半年以上的新氣,使用前要檢驗其微水量和空氣,符合標準后方準使用。SF6氣瓶放置在陰涼干燥、通風良好地方,防潮防曬,并不得有水分或油污粘在閥門上,未經(jīng)檢驗合格的SF6新氣氣瓶和已檢驗合格的氣體氣瓶應分別存放,以免誤用。為了保證SF6氣體新氣的質(zhì)量和純度,充入斷路器之前進行微水測試,并要符合我國的SF6氣體新氣的質(zhì)量標準。
(2)控制絕緣件的處理關(guān)。絕緣件出廠時,如果沒有進行特殊密封包裝,安裝前又未做干燥處理,則絕緣件在運行中所釋放的水份將在氣體含水量占有很大比重。因此絕緣件干燥處理完畢后立即進行密封包裝,在安裝現(xiàn)場未組裝的絕緣件應存放在有干燥氮氣的容器中。
(3)控制密封件的質(zhì)量關(guān)。采用滲透率小的密封件,加強斷路器密封面的加工、組裝的質(zhì)量管理,保證密封良好。斷路器法蘭面及動密封都用雙密封圈密封,一可加強密封效果,減少SF6氣體的漏氣量,二可減少外界水分進入SF6斷路器中。
(4)控制吸附劑的質(zhì)量關(guān)。采用高效吸附劑,使用前進行活化處理,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。
(5)控制充氣的操作關(guān)。應在晴朗干燥天氣進行充氣,并嚴格按照有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管,管子內(nèi)部干燥,無油無灰塵,充氣前用新的SF6氣體進行沖洗。
(6)加強運行中SF6氣體檢漏關(guān)。斷路器在運行中,當發(fā)現(xiàn)壓力表在同一溫度下前后兩次讀數(shù)的差值達到0.01~0.03MPa時應全面檢漏,找出漏點。
(7)加強運行中SF6氣體微水量的監(jiān)視測量關(guān)。設備安裝完畢充氣24h后,應進行SF6氣體微水量測量,設備通電后每三個月測量一次,直至穩(wěn)定后,以后每一至三年檢測一次微水量。對于微水量超過管理標準的應進行干燥處理。
通過以上七個環(huán)節(jié)的嚴格管理,可以控制SF6斷路器SF6氣體的微水量。
SF6斷路器最重要的監(jiān)測項目是含水量監(jiān)測和檢漏兩項。如果忽視對它的監(jiān)測,其可靠性將會受到影響,還會污染環(huán)境。因此,對運行中SF6斷路器的微水的監(jiān)測和檢漏就備受關(guān)注。
[1]GB1984.高壓交流斷路器[S].
[2]GB/T11022.高壓開關(guān)設備和控制設備標準的共用技術(shù)要求[S].
[3]GB8905.六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則[S].
[4]GB12022.工業(yè)六氟化硫[S].
[5]JB/T9694.六氟化硫斷路器通用技術(shù)條件[S].