SF6断路器及GIS电器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,SF6断路器及GIS电器,运 行,1,一、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。,2,3、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。,3,5、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%;,110KV,220KV 为5%,7%。,8、GIS设备的应用特别适用城市和发达地区。,4,二、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。,5,4、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。,6,三、SF,6,气体特点；,1、SF,6,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。,7,4、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 SF,2,、SF,4 、,SOF,4,、SOF,2,、SO,2,F,2。,8,四、SF,6,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，SF,6,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SF,6,分子直接分解成“S”和,“F”单原子；（离子和电子）,9,（4）4000K时；SF,6,开始电离成正离子“S,+,”与,“F,-,”原子，经过扩散冷却，约在10,-7,10,-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。,10,2、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+C,U,SF4+ C,U,F,2;,(3) 与钨蒸汽的反应是: 3SF6+WSF4+ WF,6;,(4) C,U,F,2,是固体粉末; WF,6,是活泼的气体; SF4是活泼的化,合 物, WF,6,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.,11,3、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）SF,6,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+6H,2,02SO,2,+12HF+O,2,(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) SO,2,遇水化合变为氩硫酸H,2,SO,3,也有强烈的腐蚀性.,12,4、（另一部分）SF,6,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SOF,2,、SO,2,F,2,、,SOF,4,、HF等既有害又有毒杂质。其化学反应式如,下：,（1）SF4+H2OSOF2+2HF,(2) SOF4+H2OSO,2,F,2,+2HF,（3）SOF,2,+H,2,OSO,2,+2HF （二氧化硫）,（4）SO,2,F,2,+2H,2,OH,2,SO,4,+2HF （硫酸）,13,反应物,O,2,含量,H,2,0,含量,电极,绝缘材料,备注,SOF,2,很小,极强烈,极强烈,很小,气态，0。05%致死,SOF,4,极强烈,极强烈,很大,无影响,气态、有毒,SO,2,F,2,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,WF,6,无影响,极强烈,很小,无影响,气态、有毒,CO,2,极强烈,无影响,无影响,极强烈,气态,OS,2,极强烈,极强烈,无影响,很小,有毒,14,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：,15,（4）SO,2,F,2,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）SO,2,F,2,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。）,16,5、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。,17,(3)要使SF,6,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，SF,6,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.,18,SF,6,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/m,3,）,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 38 028,19,五、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。,20,六、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,21,七、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,22,2、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P,5,O,5,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,23,八、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20,C,左右为好，以利于比较。,24,九、SF,6,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SF,6,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。,25,2、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。,26,3、SF,6,气体击穿电压高于空气的原因 ；是因为SF,6,气体具有负电特性，即当周围有电子存在时，能为SF,6,气体捕获而成负离子，由于SF,6,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。,27,4、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。,28,十、,SF,6,气体与传统绝缘介质相比存在问题：,1、电场均匀程度对SF,6,气体绝缘击穿电压的影响十分显著。,2、SF,6,气体电器的闪络电压值受微量杂质的影响特别大。,29,十一、SF,6,气体的含水量必须要严格控制；,1、新投产SF,6,断路器灭弧气室内的含水量不能,超过150PPM/V或18.5ppm/u（150,uL/L），,运行,中则不能超过300PPM/V 37ppm/u（300,uL/L）,。,（质量比/体积比是1/8.11）。,30,2、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H,2,0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-10,C,的露点来控制水分,31,（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。,32,十二、SF6断路器SF,6,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。,33,1、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20,C，,相对湿度为80%：,PS =0.8,23.8,10,-4,=19, 10,-4,(MP,a),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,MP,a,内外压力 差比值为19, 10,-4,/,6.67, 10,-4,=2.85,34,2、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。,35,5、因为SF,6,气体的分子直径为4.561,10,-10,m,而H,2,O为3,41,10,-10,m，,前者大于后者。 另者：由于SF,6,气体的形状成球形，H,2,O的形状则呈针尖形，所以水蒸气比SF,6,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,36,第二章 六氟化硫断路器的,运行,一、SF,6,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：,37,二、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。,38,1000 2000 3000 M,K,0.8,0.9,1.0,h,39,5、动作时间；,6、液压监视；密度监测计动作值；,7、辅助开关,40,40-35-30 -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,MPa,a,bar,。,。,。,a,b,c,e,0.02,5.2,0.52,0.2,6.0,0.60,41,三、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。,42,5、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,。,43,（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。,44,2、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。,45,3、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,l2,O,3,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。,46,（三）SF,6,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。,47,（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,48,（,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,。,49,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。,50,（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。,51,3、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,52,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。,。,53,三、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,54,四、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。,55,4、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。,56,五、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SF,6,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SF,6,气体回收和充放气工作量。,5、有利于安装和扩建工作。,57,（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，因此必须要有可靠绝缘水平。,（3）起密封作用。要求具有足够的气密封和承受压力的能力。,58,一、GIS设备的巡视,1、日常巡视项目；,1）断路器、隔离开关、接地隔离开关、快速接地隔离开关的位置指示器是否正常。,2）断路器、隔离开关、接地隔离开关、快速接地隔离开关的位置指示器闭锁是否正常。,3）各种指示灯、信号的指示是否正常，加热器是否按规定投入或切除。,4）隔离开关、接地隔离开关从窥视孔中检查触头接触是否正常。,59,5）密度计、压力表的指示是否正常。,6）断路器、避雷器的指示值是否正常。,7）裸露在外的母线，其温度钠的指示是否正常。,8）二次端子有没有发现象。保险丝、熔断器指示是否 正常。,9）在GIS设备附近有无异味、异声。,10）设备有没有漏气、漏油现象,11）所有阀门的开、闭位置是否正常。金属支架有无锈蚀和发热现象；,60,12）可见绝缘体、有没有老化、剥落、裂纹现象。,13）所有金属支架和防护罩、外壳有没有油漆剥,落。,14）SF6气体分解物有没有泄漏。,15）接地端子有没有发热现象，金属外壳的温度,是否超过规定值。,16）所有设备的防护门是否关闭严密。,61,17）所有照明、通风、防火器具是否完好。,18）行车操作是否正常。,19）所有设备是否清洁、齐整，标志完整。,20）窒内应保持清洁,62,2、临时性巡视和检查项目,1）新投产的GIS电器设备在运行36月后必须检查SF6气体的含水量。,2）当断路器达到规定开断次数、开断电流规定值。,3）GIS电器有异常运行情况。,63,第二节 GIS设备的运行要求,第三节 GIS设备的故障现象的分析,1,2,3,（年）,0,1,（次数）,3,4,3,2,4,GIS设备年故障率曲线图,二 、产生故障原因；,1、制造厂造成故障原因。,2、安装造成的故障原因。,3、其它原因。,64,三、GIS设备故障率的统计,四、减少GIS设备故障的措施；,五、SF,6,气体分解物对人类的危害,；,65,