SF6斷路器的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

SF6斷路器的狀態(tài)監(jiān)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(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)進行了初步的研究和探討，對SF6氣體特性、壓力監(jiān)督及含水量的監(jiān)督和測量等進行了闡述，并對SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷進行了展望。
關(guān)鍵詞：SF6斷路器；檢修；狀態(tài)監(jiān)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(zhì)強度高、維護周期長等優(yōu)點，已廣泛應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氣體是無色、無臭、不燃、無毒的惰性氣體，化學性能穩(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，生成金屬氟化物和低氟化物，當氣體內(nèi)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(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)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(wǎng)絡的可靠供電。
因此水分是SF6氣體中危害 大的雜質(zhì)。SF6氣體含水量過高會危及電力設備的安全運行，主要表現(xiàn)在：
3.2絕緣性能監(jiān)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(zhì)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(jié)構(gòu)和爬電系數(shù)等均應符合IEC600815標準規(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級污穢區(qū)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(guān)行業(yè)標準的規(guī)定，要求達到對地爬電距離(按污穢區(qū)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(fā)出實用的在線監(jiān)測的手段和方法。瓷套內(nèi)壁的處理方法會影響到SF6氣體的含水量，有些國產(chǎn)LW6-220型斷路器就曾發(fā)生因含水量嚴重超標的缺陷。
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，因為絕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。但有報道，戶外瓷柱式SF6斷路器發(fā)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(fā)絕緣拉桿斷裂缺陷的檢測方法。而絕緣性能在線監(jiān)測的重點應該是SF6氣體的狀態(tài)。
3.3導電回路的監(jiān)控
在高壓斷路器的長期運行中，導電回路異常是發(fā)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(tǒng)的設計和結(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(guān)設備時，額定電流要高1、2個等級，但這類問題仍可能發(fā)生。
現(xiàn)代高壓SF6斷路器的導電回路結(jié)構(gòu)有了極大的改進，額定電流參數(shù)都比較高，達到3150A或4000A。此外，采用紅外測溫技術(shù)對導電回路的狀態(tài)進行監(jiān)測，可望大大提高其可靠性。
3.4操動機構(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：操動機構(gòu)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(gòu)也有不同形式的缺陷。例如，對液壓機構(gòu)，可能發(fā)生的問題是滲漏油及滲漏氣、壓力開關(guān)及油泵故障等。對于彈簧操動機構(gòu)，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(wěn)定性問題。由于二次回路是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，只要一個元件或一環(huán)節(jié)發(fā)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(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行的重要因素。
對操動機構(gòu)的所有狀況進行在線監(jiān)測，因為要監(jiān)測的元件很多，并要開發(fā)出相應的各種傳感器，因此很困難。目前，操動機構(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、免檢修產(chǎn)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(jiān)測，已有比較實用的方法，但對諸如輔助開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測還比較困難。
對液壓操動機構(gòu)已有壓力參數(shù)的在線監(jiān)測和報警裝置，壓力參數(shù)監(jiān)測也反映了液壓油系統(tǒng)的密封狀態(tài)；對油質(zhì)監(jiān)測的必要性還得不到認同，對彈簧操動機構(gòu)的監(jiān)測方法有待開發(fā)。
由于試驗設備和傳感器的局限性，設備的很多狀態(tài)還不可能測量和監(jiān)視，有些狀態(tài)參數(shù)還要依靠離線監(jiān)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(jié)果、運行中的巡視記錄、操動機構(gòu)及其壓力參數(shù)等記錄外，還應開發(fā)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(jiān)測功能，必須配合離線監(jiān)測來綜合評判其實際狀態(tài)。
3.5高壓SF6斷路器在線監(jiān)測展望
高壓SF6斷路器的在線監(jiān)測技術(shù)將會進一步發(fā)展，尤其是隨著二次控制技術(shù)的提高，將會開發(fā)更實用和有效的在線監(jiān)測方法。通過必要的連續(xù)監(jiān)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(jié)省檢修費用。考慮到高壓SF6斷路器技術(shù)的提高，應根據(jù)高壓電網(wǎng)的實際需要，研制和開發(fā)少維護和免檢修的高質(zhì)量產(chǎn)品。