SF6斷路器的狀態監測與故障診斷

SF6斷路器的狀態監測與故障診斷
摘要：對鐵路牽引變電所SF6斷路器的檢修、狀態監測和故障診斷技術進行了初步的研究和探討，對SF6氣體特性、壓力監督及含水量的監督和測量等進行了闡述，并對SF6斷路器狀態監測和故障診斷進行了展望。
關鍵詞：SF6斷路器；檢修；狀態監測；故障診斷
中圖分類號：TM561.2文獻標志碼：B文章編號:1003-0867(2007)02-0026-03
SF6斷路器由于具有滅弧能力強、介質強度高、維護周期長等優點，已廣泛應用在鐵路電力牽引供電系統中。SF6斷路器，是利用SF6氣體作為絕緣介質和滅弧介質的高壓斷路器。SF6氣體是無色、無臭、不燃、無毒的惰性氣體，化學性能穩定。在電暈和電弧放電中，SF6被分解為硫和氟原子。電弧消失后，可重新結合成SF6。但在電極附近，由于金屬蒸氣參加了反應，生成金屬氟化物和低氟化物，當氣體內含有水分時，就可生成腐蝕性很大的氫氟酸（HF）。氫氟酸對絕緣材料、金屬材料都有很大的腐蝕性，不能使用含硅的絕緣材料。因此應嚴格控制裝入斷路器中SF6氣體所含水分，并且進行必要的測量和狀態監測，及時發現可能出現的異常和故障預兆并進行檢修，保證設備的正常運行，保證網絡的可靠供電。
因此水分是SF6氣體中危害 大的雜質。SF6氣體含水量過高會危及電力設備的安全運行，主要表現在：
3.2絕緣性能監測
高壓斷路器的外絕緣主要是瓷套管，而且是承壓部件，其質量好壞影響到斷路器的正常運行。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滿足安裝地點污穢等級的要求，傘裙結構和爬電系數等均應符合IEC600815標準規定。現在，絕大多數高壓SF6斷路器的外絕緣都能滿足Ⅲ級污穢區的要求，有效爬電比距達到2.5cm/kV以上。對斷口間的爬電距離，按有關行業標準的規定，要求達到對地爬電距離(按污穢區等級計算)的1.15～1.20倍。瓷套管的老化相當緩慢，目前還沒有開發出實用的在線監測的手段和方法。瓷套內壁的處理方法會影響到SF6氣體的含水量，有些國產LW6-220型斷路器就曾發生因含水量嚴重超標的缺陷。
高壓斷路器的內絕緣主要是SF6氣體絕緣、絕緣拉桿以及瓷套內表面的絕緣，因為絕緣拉桿處在全密封的SF6氣體內，只要SF6氣體的狀態正常、絕緣拉桿的質量可靠，其絕緣性能通常就可得到保證。但有報道，戶外瓷柱式SF6斷路器發生過多次絕緣拉桿斷裂故障。這種機械性能的問題，畢竟是小概率事件，應由制造廠保證。故希望改進制造工藝及加強出廠試驗檢測，開發絕緣拉桿斷裂缺陷的檢測方法。而絕緣性能在線監測的重點應該是SF6氣體的狀態。
3.3導電回路的監控
在高壓斷路器的長期運行中，導電回路異常是發生概率相對較高的一種缺陷。其原因是很多斷路器觸頭系統的設計和結構不良，觸頭彈簧質量低劣，制造工藝落后，造成導電回路接觸不良，逐步發展成故障甚至事故。例如，觸頭彈簧失效使接觸壓力降低，觸頭插入深度不夠或對中不正確導致接觸面積過小，電弧燒損主導電觸頭等。雖然運行單位選擇開關設備時，額定電流要高1、2個等級，但這類問題仍可能發生。
現代高壓SF6斷路器的導電回路結構有了極大的改進，額定電流參數都比較高，達到3150A或4000A。此外，采用紅外測溫技術對導電回路的狀態進行監測，可望大大提高其可靠性。
3.4操動機構及二次回路監控
分析高壓斷路器各種類型的故障表明：操動機構的故障排在第一位，其次是輔助和二次回路問題，占總故障的70％。
不同型式的機構也有不同形式的缺陷。例如，對液壓機構，可能發生的問題是滲漏油及滲漏氣、壓力開關及油泵故障等。對于彈簧操動機構，主要有元器件銹蝕、彈簧疲勞、滑潤失效、儲能電機以及鎖扣的穩定性問題。由于二次回路是串聯結構，只要一個元件或一環節發生問題，就會導致拒動或誤動故障。因此，二次回路各元件的質量及其穩定性、二次線連接是否可靠等都是影響安全運行的重要因素。
對操動機構的所有狀況進行在線監測，因為要監測的元件很多，并要開發出相應的各種傳感器，因此很困難。目前，操動機構括輔助和二次回路元器件的質量在不斷提高，制造廠家正在研制和開發免維護、免檢修產品，有很多元件的可靠性可以滿足長期運行的要求。從某種意義上說，這也是提高設備整體可靠性的 好方法。
目前，對合、分閘二次回路導通是否良好的監測，已有比較實用的方法，但對諸如輔助開關的狀態監測還比較困難。
對液壓操動機構已有壓力參數的在線監測和報警裝置，壓力參數監測也反映了液壓油系統的密封狀態；對油質監測的必要性還得不到認同，對彈簧操動機構的監測方法有待開發。
由于試驗設備和傳感器的局限性，設備的很多狀態還不可能測量和監視，有些狀態參數還要依靠離線監測來獲取和證實。
要獲得和判斷設備的真實情況，除了分析預防性試驗的結果、運行中的巡視記錄、操動機構及其壓力參數等記錄外，還應開發多種有效的診斷方法和手段。當前的高壓斷路器都還不具備操作特性的在線監測功能，必須配合離線監測來綜合評判其實際狀態。
3.5高壓SF6斷路器在線監測展望
高壓SF6斷路器的在線監測技術將會進一步發展，尤其是隨著二次控制技術的提高，將會開發更實用和有效的在線監測方法。通過必要的連續監測可以較確切地判斷和掌握斷路器的運行狀況，通過趨勢分析，盡可能地識別存在的潛伏故障及時采取必要的防范措施，從而提高設備的利用率和安全運行水平，同時將降低和節省檢修費用。考慮到高壓SF6斷路器技術的提高，應根據高壓電網的實際需要，研制和開發少維護和免檢修的高質量產品。