SF6断路器及GIS电器.ppt

SF6断路器及GIS电器 运 行 一、概述 SF6断路器及GIS电器是利用优质的SF6气体作为绝 缘介质和灭弧介质的电器。 1、SF6气体具有优异的绝缘性能和灭弧性能。50年 代，高压电器的绝缘的介质就利用SF6气体代替了空气 ； 2、60年代中期，美国制造了第一套GIS设备，使高 压电器发生了质的飞跃，同时也给配电装置带来了一 次革命。 3、GIS电器除主变之外，其它元件全部密封、不 受环境干忧、可靠性高、运行方便、检修周期性 长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优 点从而引起世界电力部门的普遍重视。 4、30年来，GIS设备发展很快。欧洲、美洲、中 东电力公司都规定配电装置要用GIS设备。在亚 洲、非洲、澳洲的发达国家也基本上规定要用 GIS设备。 5、GIS电器目前世界在南非有800KV设备投入运 行。 6、1992年国际大电网会议统计，各国已投入运 行的GIS变电站近2000座。至今已达到6000座左右 。 7、GIS设备占地面积少，占地面积的比例与常 规设备相比： 500KV为2.4%; 110KV220KV 为5%7%。 8、GIS设备的应用特别适用城市和发达地区。 二、我国及省内GIS设备的发展 1、我国60年代起步于研究GIS设备。与发展中国家 基本同步。 2、1971年首次试制成功110KVGIS设备并投入运行 。 3、80年代以来国产大型 GIS设备也投入运行共计 达407个间隔。较大的有广西天生桥水电站的 500KVGIS设备。其次是渭南的330KVGIS和 上海杨树浦电厂的220KVGIS设备。 4、本省87年在杭州市电力局照庆变进口投运 110KVGIS电器、2002年杭州市电力局在运河变投 运了220KVGIS设备，全省目前已有GIS设备变电 站28座。 三、SF6气体特点； 1、SF6气体是无色、无臭、无毒、不易燃烧极其 稳定惰性气体，其比重是空气5.1倍。 2、具有良好绝缘性能，其绝缘能力高于空气 2.53倍。 3、具有较强灭弧能力，其灭弧能力高于空气 近100倍。 4、它的电气性能受电场的均匀程度，水份，杂质 影响特别大。 5、在高温作用下，使SF6气体分解为有毒的低氟 化合物， 如 SF2 、SF4 、SOF4、SOF2、SO2F2。 四、SF6气体在高温下的分解特性； (一）分子分解时； 1、含水量在标准范围内： 分解反应时吸收能量，SF6气体在电弧作用下；分 子分解加快；其分解变化与温度关系； （1）1502000K；不会分解。 （2）2000K2500K；分子分解加快； （3）3000K时；绝大多数SF6分子直接分解成“S”和 “F”单原子；（离子和电子） （4）4000K时；SF6开始电离成正离子“S+ ”与 “F-”原子，经过扩散冷却，约在10-710-6秒 后又重新结合成SF6分子。因此，SF6气体介 质具有自恢复特性。 2、当SF6气体中含有杂质时，其化学反应 就复杂了。 （1）SF6气体分解物在电弧中第一次的杂质化学反 应是与触头的金属蒸汽： （2）与铜蒸汽的反应是：SF6+CUSF4+ CUF2; (3) 与钨蒸汽的反应是: 3SF6+WSF4+ WF6; (4) CUF2 是固体粉末; WF6是活泼的气体; SF4是活泼的化 合 物, WF6 和SF4不能以其原状长期存在,遇上水分子就会 产生 二次反应. 3、水分含量超标时； （1）在常温下，SF6气体化学性能很稳定。当温度低 于500 时，一般不会自行分解。 （2）SF6气体水分含量超标时，但温度在200 以上 就开始分解，其反应式为 2SF6+6H202SO2+12HF+O2 (3) HF又称氢氟酸:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮 肤有强烈 的腐蚀作用. (4) SO2遇水化合变为氩硫酸H2SO3,也有强烈的腐蚀 性. 4、（另一部分）SF6气体在电弧高温的作用下，与 水发生的化学反应从中还会分解出SOF2、SO2F2、 SOF4、HF等既有害又有毒杂质。其化学反应式如 下： （1）SF4+H2OSOF2+2HF (2) SOF4+H2OSO2F2+2HF （3）SOF2+H2OSO2+2HF （二氧化硫） （4）SO2F2+2H2OH2SO4+2HF （硫酸） 反应物 O2 含量H20含量电极 绝缘材料 备注 SOF2 很小极强烈极强烈 很小 气态，0。05%致死 SOF4极强烈极强烈很大无影响 气态、有毒 SO2F2极强烈极强烈极强烈很大 气态，0。04%致死 HF很小极强烈极强烈很大 气态、有毒 、有腐 WF6无影响极强烈很小无影响 气态、有毒 CO2极强烈无影响无影响极强烈 气态 OS2极强烈极强烈无影响很小 有毒 再说；WF6+3H2O WO3 +6HF （1） WO3 是固体粉末,极易吸潮,当其附在绝缘 体、固体表面时，造成沿面闪络电压值下降。 （2）HF有腐蚀性、对瓷套内壁釉面涂层有破坏作 用。 （3）SF4对动物的肺有伤害作用，其毒性会影响 呼吸系统： （4）SO2F2称为“氟化氩硫酸”，它是无色有窒息性 臭味的剧毒气体，能造成动物的严重肺水仲，使肺 部产生大 量的渗出物并阻止气体在肺部的上交换。 使动物窒息 致死。 （5）SO2F2是无色无臭的气体。动物吸入后会组 织上起全身性痉挛麻痹，使呼吸器官肌肉失去正常 功能时而造 成窒息。注：（其危险性在于无刺激性 味，待发现中毒往 往迅速造成死亡。） 5、水分对电器设备绝缘的危害 (1)水分在电器设备中，除了对绝缘件和金属部件产生 腐蚀作用之外，还在它的表面产生凝结水，附在绝缘件的 表面，而造成沿面闪络。 (2)当水分由液态变为固态后，从物理学上知道，对电 器绝缘材料的危害性可以大大减少，即水变为冰之后，它 对电器设备的危害减少。 (3)要使SF6气体中的水蒸汽将凝结水或变为冰其条 件主要决 定于水蒸汽的压力和密度，在什么温度下 会达到饱和。人们知道SF6断路器和GIS电器设备内 ，SF6气体的体积是不会变的，水蒸汽的饱和只和压 力、温度有关。 (4)当SF6断路器和GIS电器设备的水蒸汽及温度达 到某一值时，其压力和密度达到饱和后，水蒸汽就不 会凝结为露水，而直接变为冰了。这时对绝缘材料的 危害就降低许多. SF6气体中水蒸汽的饱和压力与饱和密度 水蒸汽温度（） 饱和压力（Pa） 饱和密度（g/m3） 50 1176 832 40 736 512 30 423 303 20 233 173 10 123 909 6 934 691 0 61 452 -10 26 192 -20 103 076 -30 38 028 五、SF6气体水分可能的来源 1、断路器内部绝缘件处理不良，含水量较多。 2、SF6新气质量较差。 3、充气工艺不佳。 4、抽真空工艺不良。 5、充气管道、接头等元件处理不彻底。 6、断路器密封结构不可靠。运行中水份渗入断 路器内部。 六、水分的控制 1、确保电器所有密封部件都具有良好的密封性能 。 2、应严格控制新的SF6气体的含水量（8ppmw) 3、抽真空度的要达到规定值。真空度达到133.3Pa 并至少维持2h以上。抽真空时间越长，真空度越 高，则对降低气体水分的含量越有利。 4、充气设备必须良好。 5、充气工艺必须规范。 6、提高检修安装的质量 七、SF6气体微水测量的方法 常用的SF6气体微水测量方法有； 1、露点法； （1）当测试系统的温度略低于样品气体中的水 蒸气饱和温度（露点）时，水蒸气结露，通过光 电转换输出信号显示其水分比例。下限可在PPm 级。适用于间歇测定 （2）装置较为复杂，要致冷剂，测量精度与测量 仪器质量关系不大 2、电解法； （1） 其测量原理是将气体样品通过一个特别 的电解池，被电解池上的P5O5膜层吸附，同 时又被电解.根据气体定律和库仑电解定律 计算出1ppm水消耗的电流数。从指示仪 表直接读出含水量。 （2）适用于连续在线分析。但测定灵敏 度较低，测量值一般要大于10PPm为好. (3) 间歇测定时达到稳定的时间较长 八、SF6气体的含水量测定的要求 1、测量所需的水分仪、减压阀、必须用高纯氮预 先干燥。 2、测量前应检查本体内SF6气体压力为额定压力。 3、测量时间选择在充入SF6气体24h进行。 4、严禁在雨天气进行该项工作。 5、测量系统的密封性能一定要好，防止外界水分 进入。 6、为了保证测量正确性，所以每次测量的环境温 度最好控制在20C左右为好，以利于比较。 九、SF6气体的负电特性； 1、负电特性： 是指这种气体分子或原子生成负离子倾向性。 由电弧电离所产生的电子，被SF6气体分子和它所 产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的 移 动性显著降低，并由于正离子和负离子极易复原为中 性 分子和原子。 2、同时，SF6气体吸附电子后，外层的形成8个电子 稳定结构，自由行程比电子自由行程小，在同样的电场 强度下产生的碰撞游离机会减少。 3、SF6气体击穿电压高于空气的原因 ；是因为 SF6气体具有负电特性，即当周围有电子存在时， 能为SF6气体捕获而成负离子，由于SF6是重气体， 在电场作用下流动迟缓，不象电子那样容易加速而 使气体在电场作用下击穿。 4、随着交流电流从零上升到峰值时弧心变粗，从 峰值下降时弧心又随之变细。从而电弧在过零前不发 生截流现象，也不会引起有害的过电压，有利于开断 空载变压器和电动机。 十、SF6气体与传统绝缘介质相比存在问题： 1、电场均匀程度对SF6气体绝缘击穿电压的影响十 分显著。 2、SF6气体电器的闪络电压值受微量杂质的影响特 别大。 十一、SF6气体的含水量必须要严格控制； 1、新投产SF6断路器灭弧气室内的含水量不能 超过150PPM/V或18.5ppm/u（150uL/L）， 运行 中则不能超过300PPM/V 37ppm/u（300uL/L） 。 （质量比/体积比是1/8.11）。 2、水份对SF6气室内绝缘件表面闪络电压的影 响； （1）当SF6气体中混入水分，其内在是以H20的 气体份子形式混杂于SF6气体之中，则SF6气体与 绝缘件固体的分界面的闪络特性几乎不受影响。 （2）若水分含量较多时，在温度下降时能在固 体表面结露，其绝缘性能就会下降，导致沿面闪络 。一般以-10C的露点来控制水分 （3）水分对SF6气体电弧分解生成物的影响 （4）由于上述危害，所以在运行中每年要监视复测， 含水量超标要进行处理。 十二、SF6断路器SF6气体含水量在运行中升高原因： 从试验和运行经验 得知： 一台密封性能十分良好的六氟化硫断路器及GIS电 器运行或放置多年后，SF6气体从电器往外泄漏量是微 小，而电器内部的水蒸汽 密度却增大。 1、从气体压力来言：电器内部SF6气体压力高于 外部的空气压力；对于水蒸汽来说其内部压力远低 于外部压力 。 例如：当环境温度为20C，相对湿度为80%： PS =0.823.8 10-4=19 10-4 (MPa) 如果电器内部充0.6MPa的气体，同理可得： 内部水蒸汽的压力为6.67 10-4 MPa 内外压力 差比值为19 10-4 /6.67 10-4 =2.85 2、外界温度越高，湿度越大，内部含水量越小。 则内外水蒸汽压力差越大。 3、在电器密封结构的薄弱环节中，将产生内部 SF6气体往 外泄漏。外部的水蒸汽向内部渗透 的现象。 4、如果引起气体泄漏的微孔直径小，并和水蒸汽 的平均自由行程差不多，那么SF6气体的泄漏流变 成分子流，外界的水蒸汽仍然能够渗透到电器内 部。 5、因为SF6气体的分子直径为4.56110-10m, 而 H2O为3,4110-10m，前者大于后者。 另者：由于 SF6气体的形状成球形，H2O的形状则呈针尖形，所 以水蒸气比SF6气体分子更容易渗透。 因此密封的可靠性对SF6断路器和GIS电器来说是 至关重要的 第二章 六氟化硫断路器的 运行 一、SF6断路器的分类及灭弧原理： 1、按结构可分为瓷套支柱式和落地式： 2、按气体压力可分为双压式和单压式： 3、按触头工作方式可分为定开距和变开 距： 二、以252KV3QAIEE断路器： 1、工作温度； 2、绝缘能力；表21； 3、电气数据，表22； 4、灭弧介质，表23，注意事项；该断路器工 作温度设计在30 C+50 C 的环境温度运行， 如果断路器安装在海拔高于1000米时，耐压值必须 乘以换算系数K。 1000 2000 3000 M K 0.8 0.9 1.0 h 5、动作时间； 6、液压监视；密度监测计动作值； 7、辅助开关 40-35-30 -25 -20-15-10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.5 7.5 8.0 7.0 6.0 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 MPaa bar 。 。 。 a b c e 0.02 5.2 0.52 0.2 6.0 0.60 三、安全注意事项； （一）安装调试时注意事项； 1、开关和机构的拐臂一定要打好销钉，并应仔 细检查。 2、SF6气体压力表应清晰，压力应正常。 3、分合闸前应观察分合指示器，拉不动不要硬拉。 4、有分合闸电气或机械联锁应认真进行检查。 5、电动操作时，分合闸线圈通电时间不应大 于1S，调试中手动操作正常后再进行电动操 作。 6、对分合闸辅助开关要仔细调试并正确 切换。 （二）运行时注意事项； SF6断路器在运行中出现的常见故障及处理方法： 1、漏气： （1）停运后用检漏仪检漏，必要时按大修要求进行处 理。 （2）额定气压为0.6MPa的断路器其压力低于0.50MPa 时应补气或停止运行。 （3）额定气压为0.4MPa的断路器其压力低于0.30MPa 时应补气或停止运行。 2、拒合或拒分。 （1）首先检查操作机构有无卡涩和失 控情况。 （2）检查分合闸线圈和电气回路。 （3）检查脱扣板是否复位及各部位的 调试尺寸是否合格。 3、送电后断路器内部有响声。应及时停止运行并查明 原因。 4、分、合闸指示位置与断路器实际位置不对应，应 重 新调试， 使分、合闸位置与指示一致。 5、零部件损坏、变形、松落。应予更换并配齐。 6 、检修中发现SF6气体含水量超标准。应进行抽真 空 处理。 活化A l2O3吸附剂，处理合格后再投入 运行。 7、运行中压力表指示降为零，应立即停役检查。 （三）SF6气体使用的安全要求； 1、注意人身安全。 2、存放地点必须干燥、通风良好。并有明显的标记。 3、在检修巡视时要使用防毒面具。 4、在有风时应站在上风口。 5、如遇SF6中毒者，首先将人员转移到通风环境较好 位置，呼吸新鲜空气，或用水冲洗皮肤和眼睛。 （四）断路器定期外观检查和状态监测； 1、检查类别； 二类；一是非主要检查， 二是主要检查。 非主要检查周期为24年。 （1）检查的内容和要求； 1）瓷绝缘套管有无脏污和损坏； 2）外部金属部件有无锈蚀； 3）操作机构箱有无渗漏 （2）状态监测； 1）检查气体密度继电器，读取操作次数。 2）检查加热器。 3）根据断路器运行的情况进行状态监测。 4）根据状态监测情况再决定断路器是否退出运 行。 主要检查： 1、检查周期为1416年。 （1）检查的内容和要求； 1）瓷绝缘套管有无脏污和损坏； 2）外部金属部件有无锈蚀； 3）操作机构箱有无渗漏； 4）检查操作机构和机械连接部件是否锈蚀，磨损 和松动； 5）缓冲器是否渗漏。 （2）状态监测 1）密度继电器的报警功能； 2）SF6气体的水分含量； 3）主回路电阻； 4）弧触关的烧损程度； 5）特性参数测量。 3、主要检查的注意事项 1）断路器必须在分闸位置； 2）高压端必须接地； 3）降低气体压力 第三章 GIS设备的运行 一、概述； 气体绝缘金属封闭开关设备GIS。 二、特点； 1、占地面积少； 2、运行的可靠性和安全性好。 3、无爆炸危险。 4、现场安装调试工作量较少。 5、维修工作量、运行费用低。 6、安装调试水平要求高，设备一次性投资大。 。 三、GIS的出线方式； 1、架空出线方式。 2、电线引出方式。 3、母线筒出线端直接与主变压器对接 四、母线筒的结构型式； 1、全三相共体式；三相母线、三相断路器和其他 元件共用 一个园筒形外壳，因此总体外形尺寸小，一个功能间 隔的外壳 数量少，运输方便，运行中功率损耗小。其缺点有相 间故障可 能性，制造难度大，价格较为昂贵。 2、不完全三相共体式复合三相一壳型； 母线采用三相共箱式，而断路器和其他电器元件 都采用分 箱式。 3、母线包括所有电器元件都采用分箱式筒体。 4、无论是那种形式； （1）筒体必须经规定的压力试验考核， 一般要求能通过 34倍额定工作压力的水压 试验。 （2）筒体内壁一般涂三聚氰胺树脂漆， 其目的防止低氟化物的腐蚀和电弧高温的作 用。 五、内部气隔和盆式绝缘子； （一）、气隔的定义； 设置气隔有以下好处； 1、可以将不同SF6气体压力的各电气元件分隔开。 2、特殊要求元件（如避雷器等）可单独设置一个气隔。 3、在检修时可减少停电范围。 4、可减少检修时SF6气体回收和充放气工作量。 5、有利于安装和扩建工作。 （二）盆式绝缘子； 1、作用； （1）固定母线及母线的插入式触头，从而达 到气窒穿越。其要求；具有足够的机械强度。 （2）起到母线对地绝缘的作用，因此必须 要有可靠