SF6斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

SF6斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷
摘要：對(duì)鐵路牽引變電所SF6斷路器的檢修、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)進(jìn)行了初步的研究和探討，對(duì)SF6氣體特性、壓力監(jiān)督及含水量的監(jiān)督和測(cè)量等進(jìn)行了闡述，并對(duì)SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：SF6斷路器；檢修；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷
中圖分類號(hào)：TM561.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào):1003-0867(2007)02-0026-03
SF6斷路器由于具有滅弧能力強(qiáng)、介質(zhì)強(qiáng)度高、維護(hù)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在鐵路電力牽引供電系統(tǒng)中。SF6斷路器，是利用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的高壓斷路器。SF6氣體是無(wú)色、無(wú)臭、不燃、無(wú)毒的惰性氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定。在電暈和電弧放電中，SF6被分解為硫和氟原子。電弧消失后，可重新結(jié)合成SF6。但在電極附近，由于金屬蒸氣參加了反應(yīng)，生成金屬氟化物和低氟化物，當(dāng)氣體內(nèi)含有水分時(shí)，就可生成腐蝕性很大的氫氟酸（HF）。氫氟酸對(duì)絕緣材料、金屬材料都有很大的腐蝕性，不能使用含硅的絕緣材料。因此應(yīng)嚴(yán)格控制裝入斷路器中SF6氣體所含水分，并且進(jìn)行必要的測(cè)量和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的異常和故障預(yù)兆并進(jìn)行檢修，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠供電。
因此水分是SF6氣體中危害 大的雜質(zhì)。SF6氣體含水量過(guò)高會(huì)危及電力設(shè)備的安全運(yùn)行，主要表現(xiàn)在：
3.2絕緣性能監(jiān)測(cè)
高壓斷路器的外絕緣主要是瓷套管，而且是承壓部件，其質(zhì)量好壞影響到斷路器的正常運(yùn)行。要求其外絕緣有足夠的防污閃能力，其外絕緣的爬電距離應(yīng)滿足安裝地點(diǎn)污穢等級(jí)的要求，傘裙結(jié)構(gòu)和爬電系數(shù)等均應(yīng)符合IEC600815標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。現(xiàn)在，絕大多數(shù)高壓SF6斷路器的外絕緣都能滿足Ⅲ級(jí)污穢區(qū)的要求，有效爬電比距達(dá)到2.5cm/kV以上。對(duì)斷口間的爬電距離，按有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，要求達(dá)到對(duì)地爬電距離(按污穢區(qū)等級(jí)計(jì)算)的1.15～1.20倍。瓷套管的老化相當(dāng)緩慢，目前還沒有開發(fā)出實(shí)用的在線監(jiān)測(cè)的手段和方法。瓷套內(nèi)壁的處理方法會(huì)影響到SF6氣體的含水量，有些國(guó)產(chǎn)LW6-220型斷路器就曾發(fā)生因含水量嚴(yán)重超標(biāo)的缺陷。
高壓斷路器的內(nèi)絕緣主要是SF6氣體絕緣、絕緣拉桿以及瓷套內(nèi)表面的絕緣，因?yàn)榻^緣拉桿處在全密封的SF6氣體內(nèi)，只要SF6氣體的狀態(tài)正常、絕緣拉桿的質(zhì)量可靠，其絕緣性能通常就可得到保證。但有報(bào)道，戶外瓷柱式SF6斷路器發(fā)生過(guò)多次絕緣拉桿斷裂故障。這種機(jī)械性能的問(wèn)題，畢竟是小概率事件，應(yīng)由制造廠保證。故希望改進(jìn)制造工藝及加強(qiáng)出廠試驗(yàn)檢測(cè)，開發(fā)絕緣拉桿斷裂缺陷的檢測(cè)方法。而絕緣性能在線監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)應(yīng)該是SF6氣體的狀態(tài)。
3.3導(dǎo)電回路的監(jiān)控
在高壓斷路器的長(zhǎng)期運(yùn)行中，導(dǎo)電回路異常是發(fā)生概率相對(duì)較高的一種缺陷。其原因是很多斷路器觸頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)不良，觸頭彈簧質(zhì)量低劣，制造工藝落后，造成導(dǎo)電回路接觸不良，逐步發(fā)展成故障甚至事故。例如，觸頭彈簧失效使接觸壓力降低，觸頭插入深度不夠或?qū)χ胁徽_導(dǎo)致接觸面積過(guò)小，電弧燒損主導(dǎo)電觸頭等。雖然運(yùn)行單位選擇開關(guān)設(shè)備時(shí)，額定電流要高1、2個(gè)等級(jí)，但這類問(wèn)題仍可能發(fā)生。
現(xiàn)代高壓SF6斷路器的導(dǎo)電回路結(jié)構(gòu)有了極大的改進(jìn)，額定電流參數(shù)都比較高，達(dá)到3150A或4000A。此外，采用紅外測(cè)溫技術(shù)對(duì)導(dǎo)電回路的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可望大大提高其可靠性。
3.4操動(dòng)機(jī)構(gòu)及二次回路監(jiān)控
分析高壓斷路器各種類型的故障表明：操動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障排在第一位，其次是輔助和二次回路問(wèn)題，占總故障的70％。
不同型式的機(jī)構(gòu)也有不同形式的缺陷。例如，對(duì)液壓機(jī)構(gòu)，可能發(fā)生的問(wèn)題是滲漏油及滲漏氣、壓力開關(guān)及油泵故障等。對(duì)于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要有元器件銹蝕、彈簧疲勞、滑潤(rùn)失效、儲(chǔ)能電機(jī)以及鎖扣的穩(wěn)定性問(wèn)題。由于二次回路是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，只要一個(gè)元件或一環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致拒動(dòng)或誤動(dòng)故障。因此，二次回路各元件的質(zhì)量及其穩(wěn)定性、二次線連接是否可靠等都是影響安全運(yùn)行的重要因素。
對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的所有狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，因?yàn)橐O(jiān)測(cè)的元件很多，并要開發(fā)出相應(yīng)的各種傳感器，因此很困難。目前，操動(dòng)機(jī)構(gòu)括輔助和二次回路元器件的質(zhì)量在不斷提高，制造廠家正在研制和開發(fā)免維護(hù)、免檢修產(chǎn)品，有很多元件的可靠性可以滿足長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。從某種意義上說(shuō)，這也是提高設(shè)備整體可靠性的 好方法。
目前，對(duì)合、分閘二次回路導(dǎo)通是否良好的監(jiān)測(cè)，已有比較實(shí)用的方法，但對(duì)諸如輔助開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)還比較困難。
對(duì)液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)已有壓力參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置，壓力參數(shù)監(jiān)測(cè)也反映了液壓油系統(tǒng)的密封狀態(tài)；對(duì)油質(zhì)監(jiān)測(cè)的必要性還得不到認(rèn)同，對(duì)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方法有待開發(fā)。
由于試驗(yàn)設(shè)備和傳感器的局限性，設(shè)備的很多狀態(tài)還不可能測(cè)量和監(jiān)視，有些狀態(tài)參數(shù)還要依靠離線監(jiān)測(cè)來(lái)獲取和證實(shí)。
要獲得和判斷設(shè)備的真實(shí)情況，除了分析預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果、運(yùn)行中的巡視記錄、操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其壓力參數(shù)等記錄外，還應(yīng)開發(fā)多種有效的診斷方法和手段。當(dāng)前的高壓斷路器都還不具備操作特性的在線監(jiān)測(cè)功能，必須配合離線監(jiān)測(cè)來(lái)綜合評(píng)判其實(shí)際狀態(tài)。
3.5高壓SF6斷路器在線監(jiān)測(cè)展望
高壓SF6斷路器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，尤其是隨著二次控制技術(shù)的提高，將會(huì)開發(fā)更實(shí)用和有效的在線監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)必要的連續(xù)監(jiān)測(cè)可以較確切地判斷和掌握斷路器的運(yùn)行狀況，通過(guò)趨勢(shì)分析，盡可能地識(shí)別存在的潛伏故障及時(shí)采取必要的防范措施，從而提高設(shè)備的利用率和安全運(yùn)行水平，同時(shí)將降低和節(jié)省檢修費(fèi)用。考慮到高壓SF6斷路器技術(shù)的提高，應(yīng)根據(jù)高壓電網(wǎng)的實(shí)際需要，研制和開發(fā)少維護(hù)和免檢修的高質(zhì)量產(chǎn)品。