110kV变电站六氟化硫断路器的安全运行影响因素及维护措施程道琴

110kV变电站六氟化硫断路器的安全运行影响因素及维护措施程道琴

程道琴

（安康供电公司陕西安康725000）

摘要：110kV变电站是目前我国电网建设的重要环节，为了有效提高110kV变电运行的安全可靠性，采用高安全性能和长使用寿命的六氟化硫断路器就成为关键，它的诸多优势技术特征都能与110kV变电站相匹配，已经被行业领域所认可。本文主要介绍了110kV变电站六氟化硫断路器的安全运行影响因素，并探讨了该断路器的多种安全运行维护控制措施。

关键词：六氟化硫断路器；110kV变电站；影响因素；安全运行维护

六氟化硫断路器还被称为SF6断路器，它主要以六氟化硫气体作为核心灭弧与绝缘介质。它的基本工作原理就是通过该气体压力来促使继电器发生报警动作，即当六氟化硫气体压力出现迅速下降状况时，就会第一时间达到第一报警值，而继电器同时也会发出补气压力信号。如果气压还依然保持下降状态，则会达到第二报警值，导致继电器动作再次发生。其特征表现为断路器分合闸断开，进而产生闭锁压力信号。

一、SF6断路器基本性能特征

SF6断路器在当前的电力系统中已被广泛应用，相比于其它传统断路器，它的性能特征更加鲜明，因为其中含有六氟化硫气体，所以它的绝缘性能相当好，也能实现对灭弧室结构的优化作用。另外，六氟化硫气体作为该断路器的主要介质，它也使得断路器本身在体积、质量方面都表现出小巧优势，内部结构也相对简单，工作噪音低。而且它的使用寿命相对较长较稳定，维护操作相对简单。另外，SF6断路器还有以下基本性能特征。

首先，SF6断路器的安全可靠性很高，因为六氟化硫是惰性气体，它的性质为无色、无味、无毒且不可燃，拥有强电负性，因此它的灭弧性能与绝缘性能都有保证。另外，它还具有绝佳的热传导性，在电气设备中可对预防消除火灾起到重要辅助作用，对电力系统的安全可靠性改善非常有帮助。其次，从它的化学性质来看，它拥有较为纯净的六氟化硫气体，可以在运行过程中被电弧放电或高温状态所分解，最后形成单体硫或氟物质，等到电弧完全消失以后就能合成相对稳定气体，能够支持SF6断路器长期使用。

二、110kV变电站SF6断路器安全运行影响因素

在110kV变电站中，影响SF6断路器安全运行的因素非常之多，本文主要列举其中的4点:

首先是SF6断路器中出现六氟化硫气体水分超标。因为该气体是SF6断路器中的主要绝缘和灭弧介质，所以断路器本身对气体纯度要求较高，气体纯度越高，它的灭弧性能与绝缘性能就越好。如果气体中侵入大量水分，电气强度就会大幅度降低，而且水本身也会和断路器中的灭弧电弧产物相结合产生氢氟酸、硫酸包括其它一些毒性物质，对变电站正常生产带来严重威胁。再一点，这些有毒化学物质也会对断路器本身产生影响，例如它会对断路器的绝缘材料与金属材料造成腐蚀，直接破坏绝缘性能，严重时甚至会直接引发爆炸现象。一般来说，SF6断路器都安装在室外环境中，所以它容易受到温度及湿度变化影响。比如温度下降时就会让六氟化硫气体中的过量水分在固体介质上凝结，最终引发断路器闪络，严重时也可能导致爆炸发生。

其次是压力问题，SF6断路器在常规运行过程中会出现六氟化硫气体压力下降，过度降压会促使断路器报警，说明故障问题已经产生。当发现压力表指针升高或降低，油打压不停应尽快停止油泵。当断路器跑油造成压力下降或压力异常，出现“禁分”（即分闸闭锁灯窗显示）时，应将“禁分”断路器机构卡死，此时严重缺气的断路器只能作隔离开关用，即只能转移负荷，把缺气断路器的电流降为零后，再断开断路器，否则会造成断路器爆炸。

再次是固体杂质也会对SF6断路器产生负面影响，因为SF6断路器在灭弧过程中会多少产生一些自由导电杂质，这些杂质会直接影响到六氟化硫气体，提高击穿电压的作用性，经实验表明含有杂质的六氟化硫气体其击穿电压防御性能只有达到高纯度六氟化硫气体的10%~15%左右，而且它也与杂质的形状、材质、位置与大小等等参数有密切关系。SF6断路器会在电场与六氟化硫气体气流的双重作用下导致断路器外部带电位置气体间隙击穿电压持续下降，最后直接被击穿。有时杂质也会直接导致断路器电弧灭弧动作失败，发生重燃现象。

最后是由于电机故障造成SF6断路器拒动，比如在电力系统中广泛应用的西安西开高压电器有限公司生产的LW25-126型SF6断路器，他的分合闸回路由多个继电器、接触器回路组成。继电器是一种电子控制器件。其结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。我局110kV五里变电站就曾发生过几次类似事件，其中一次是运维人员在进行正常红外测温过程中，对1号主变110kV开关机构箱测温时发现中间继电器49MX异常发热，温度达112度，运维人员仔细观察发现中间继电器49MX吸合着，其他继电器正常都没有吸合，将情况汇报调度要求瞬间断开该断路器的控制及储能电源后该继电器恢复正常（因实际未安装49MX复归按钮）。后来分析估计49MX继电器的自保持回路接通后存在无法复归的问题，即使49M和48T已经复归，49MX仍然处于动作状态其常闭节点一直断开合闸回路，故它代表“电机故障”。假如运维人员未及时发现，若继电器长期励磁，最终烧毁继电器造成事故扩大。附图一：LW25-126型高压六氟化硫断路器二次原理图。

8D—机构箱控制电源开关；33hb—限位开关；33HBX—储能监视继电器；52C—合闸线圈；52T—跳闸线圈；52Y防跳继电器；88M—电机储能接触器；4MX—辅助继电器，当电机储能回路出现打压时间过长或者出现电机过负荷时其线圈励磁；常闭触点打开，使88M线圈失磁而切断电机回路；63GL—SF6低气压报警接点，常闭触点打开，使88M线圈失磁而切断电机回路；63GLX—压力监视继电器。

三、110kV变电站SF6断路器安全运行维护控制对策

针对110kV变电站SF6断路器的安全运行维护与控制，本文提出以下4点有效控制措施:

（一）控制六氟化硫气体水分

SF6断路器中含有大量六氟化硫新气气体，尤其是新设备安装之后会含有大量水分，针对这一问题应该在安装好设备后进行六氟化硫气体充装，根据正确的质量标准来展开气体验收检查步骤。具体来讲，必须有效及控制新充装的六氟化硫气体纯度（控制在99.8%及以上），同时保证设备内冲入六氟化硫气体纯度也要在98%纯度以上。再者，也要求气体中的水分、空气、CF4、游离酸包括水解氟化物等等物质符合国家所要求的技术指标标准。在SF6断路器的气体含水量测量方面，要做到定期检查测量，现如今有SF6微水密度在线检测系统，希望我局能引起重视，将各站安装这样一套设备对SF6断路器SF6气体微水与密度进行在线线监测与控制，尤其是无人值班站的设备在线监测，监测断路器SF6气体的微水、密度、温度及其变化趋势。为电力系统生产管理与设备状态检修提供信息与依据。一般来说新装SF6断路器要在3个月以后进行一次测量，看含水量是否稳定，然后每年测量一次。测量中要求它的灭弧气含水量应该控制在300PPM以内，而其它气体则控制在500PPM以内。

在充气操作过程中，除了要保证充气操作技术动作的正确，还要注意环境温度及湿度的影响。某些错误的充气动作或者环境湿度大会造成水分进入气室，水分超标从而降低灭弧性能，严重引起爆炸。所以在充气之间一方面要对气体气瓶压力进行认真检查，一方面也必须对设备全部管理进行清洗处理，通过电吹风为设备及接头位置驱潮，消除水分影响。在充气过程中要保持气瓶竖立，适当速度打开减压阀使瓶内SF6常温气化，排除充气管空气后与断路器链接，根据需要慢慢打开减压阀至一定压力。充气时不要太快，也不要过压。六氟化硫气体与连接管3项与断路器衔接紧密，保证充气以后SF6断路器内气压高于实际值即可。最后，还要对SF6断路器中的线圈与瓷套进行检查，保证两项完整良好，尤其是线圈密封性要好，避免SF6断路器出现泄漏点导致水分渗入问题。

（二）控制SF6压力

压力降低是SF6断路器的一大问题，通常SF6断路器铭牌上有厂家规定的压力—温度曲线特性，运维人员可根据这个压力—温度曲线特性检查SF6压力是否正常。其次通过每周设备全面巡视对SF6断路器压力的检查、报警回路进行检查，一方面是为了规避六氟化硫气体短期的压力补充未达到额定值问题，避免报警回路出现报警不正常问题，一方面也是为了及早发现断路器易漏位置，各部分管道无异常声响（漏气生、震动声）及刺鼻异味。通常情况下要将SF6断路器的年漏气率要控制在1%以内，如果设备本身出现密封损坏故障问题，要做好常规补救措施外。当然气压异常除了设备本身出现问题外，还会出现SF6压力误报警的可能，这种现象多发生在我们所管辖的110kV花园变电站，110kV花园变电站35kV采用的是西安高压开关厂生产的罐式SF6断路器。比如：夏季和冬季由于温差比较大，夏季环境温度过高会造成SF6断路器压力异常升高，冬季环境温度突然聚降造成SF6断路器压力异常降低都会报警，但是当环境温度恢复报警自动就消失了。110kV花园变电站的35kVSF6罐式断路器采用的是普通SF6气体压力表，这种压力表基本上慢慢淘汰了。希望能将普通SF6气体压力表更换为SF6气体密度表，由于SF6气体密度表在20℃时的额定压力下，具有一定的密度值，且这个值在断路器运行的各种条件范围内，SF6气体的压力是随着温度的变化而变化，但是SF6气体密度值始终不变。因为SF6断路器的绝缘和灭弧性能在很大程度上取决于SF6气体的纯度和密度，所以这就要求对SF6气体的纯度和密度监视显得特别重要。若采用普通SF6气体压力表来监视SF6气体压力的泄漏，在正常运行中分不清是由于真正存在气体泄漏，还是由于环境温度而造成对SF6气体压力的变化。为了能经常准确监视密度的目的，国家标准规定，SF6断路器应装设SF6气体密度表和密度继电器。SF6罐式断路器额定压力0.6MPa,报警压力0.55MPa，闭锁压力0.5MPa。

（三）控制固体杂质

由于许多SF6断路器都是由生产厂家所组装完成的，到施工现场安装完成后即可使用，所以施工现场对于SF6断路器中固体杂质的控制相对薄弱。因此，厂家方面应该负责在设备出厂点检过程中预先对SF6断路器进行固体杂质清理，保证产品质量合格、固体杂质含量符合相关标准后再允许其入场参与施工流程。

（四）控制电机故障

一方面运维人员在正常巡视中应加强该断路器机构箱内的检查，尤其对机构箱内继电器、弹簧储能情况的检查，并且定期开启该断路器机构箱内加热装置进行除湿或者打开机构箱进行通风晾晒，防止继电器因潮湿发生霉变或继电器接点粘连情况。另一方面每次断路器操作后一定要到实际现场检查断路器位置指示、储能指示、各继电器状态、操作把手远方/就地位置等。因为在实际操作过程中也曾发生过开关合闸后弹簧未储能到位现象，如果不去现场实际检查，在手动合断路器成功后，如果电机故障造成弹簧储能失败而断路器继续运行，则在发生故障时断路器重合必然就会失败。将49MX继电器的常闭节点串入合闸回路的目的在于防止电机已经发生故障的断路器合闸。

四、总结

综上所述，SF6断路器会受到多种内外界因素影响，所以其安全运行过程维护工作相当重要，要有效控制各种影响因素，保证它在110kV变电站中的运行安全稳定与可靠性。

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