SF6电气设备(GIS)(62).ppt

0,SF6电气设备试验,国网电力科学研究院 杨迎建,一、高压绝缘介质分类 二、SF6电气设备类型 三、SF6气体的性质 四、SF6电气设备试验检测 五、SF6电气设备运行监测 六、SF6电气设备运行维护中的安全防护,1,一、高压绝缘介质分类,高压绝缘材料一般分为固体、液体和气体绝缘三类。 1.固体绝缘材料 （1）无机材料 ：瓷、玻璃 绝缘子、瓷套、 （2）有机（合成）材料 ： 硅橡胶、环氧树脂、塑料、纸,2,3,2.液体绝缘材料 绝缘油：变压器油、电容器浸渍剂、断路器油、电缆油。优点有： 绝缘强度高。 如变压器油在试油杯中可达30kV/mm； 散热性能好。 变压器油热容比比空气大1倍，受热后对流性好，是良好的冷却介质。,一、高压绝缘介质分类,4, 灭弧性能好。 油在电弧作用下分解，形成以H2为主的气体，因为H2的导热率很高，对电弧有强烈的冷却作用，当电流过零点时，电弧熄灭。在油断路中，可作灭弧介质使用。 缺点: 可燃性，存在火灾危险； 充油设备因用油量大，往往体积较大，笨重。,一、高压绝缘介质分类,一、高压绝缘介质分类,3.气体绝缘材料 （1）空气（使用最为广泛的绝缘介质） r1、在均匀电场中绝缘强度为3kV/mm、经压缩后，绝缘和灭弧性能更好。 优点：以自然状态存在，使用后不会产生任何有害负产物。补充、处理、更新费用低，易于运输和使用。 缺点：曾应用于断路器，但需要空压机和管路系统，因此其结构复杂、维护量大、价格昂贵而一直无法取代油短路器。,5,一、高压绝缘介质分类,（2）SF6气体 是一种人工合成的化合物，1900年 由摩森与李博合成。 S3F2SF6Q（热量） 1940年用于绝缘介质，1952年用于灭弧介质，国外1960年推出断路器，国内70年代开始研制，80年代大规模使用。 优点： 均匀电场中，绝缘强度高；在相同气压下， SF6绝缘强度为空气的2.5倍,在0.2MPa下，相当于绝缘油。 灭弧性能优异。 约为空气的数十倍。,6,二、SF6电气设备类型,1.SF6开关设备 SF6断路器具有体积小、重量轻、开断容量大、维护工作量小的特点（可开断30次短路电流，运行10年不检修）。,7,8,按工作原理分为双压式和压气式： 双压式 为早期产品 0.30.5MPa 主要用于内部绝缘 1.6MPa 仅用于灭弧 压气式 内部工作压力0.6MPa,液化温度30 。 开断时，触头系统带动灭弧室运动，压缩气体后喷出灭弧。,二、SF6电气设备类型,9,按结构划分：落地罐式和支柱式。,二、SF6电气设备类型,罐式断路器,支柱式断路器,二、SF6电气设备类型,2. SF6气体绝缘变电站（GIS） 将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接器、出线终端等全部封闭在接地的金属外壳中。 SF6气体既作为绝缘 又作为灭弧介质。,10,11, 断路器部分气体压力 0.6MPa;其余为压力0.30.4MPa; GIS特点： 结构紧凑； 不受环境（雨、盐雾）影响； 安装方便。,二、SF6电气设备类型,二、SF6电气设备类型,3.SF6气体绝缘电缆（GIC） 常规电缆绝缘介质r大，充电电流较大，输电容量和临界长度均受限制； SF6气体绝缘电缆优点： SF6气体r1，对地电容小， 充电电流小，临界长度可大大增加； 介损可忽略不计，导体直径可较大，提高了载流，并改善传热性能； 结构简单，价格相对较低； 无火灾危险，安装不受高落差限制。,12,二、SF6电气设备类型,制造长度1218m，绝缘子间距36m，运行压力0.250.45MPa，目前最高运行电压达8001200kV。 4.SF6气体绝缘变压器（GIT） 按介质物态不同分为：干式和湿式 干式 SF6气体作为绝缘介质和冷却介质，气压0.2MPa 但散热性不及油变，容量一般40MVA。 湿式 SF6气体仅作为绝缘介质，碳氟化物（C8F16O）的物态变化作为散热介质，容量可大于干式产品。,13,二、SF6电气设备类型,SF6气体绝缘变压器优点： a) SF6气体隔音性能好，噪声水平低于油变； b) 无着火隐患。,SF6气体绝缘220kV变压器,14,三、SF6气体性质,1.物理性质 在常态下 无色、无味、无毒，分子量146。 标准状态下（20、0.1MPa），6.16g/L（约为 空气密度的5倍），tan210-7 r1.002 临界压力3.78MPa。 不溶于水，分子为非极性,介损不受频率影响；在一定气压下，分子量大，密度大，比热容大， 绝缘强度就高。,15,三、 SF6气体性质,2.化学性质 在电气设备中使用某一介质的必要条件是其要具备化学惰性。SF6的化学性质非常稳定，不燃、也不助燃。 在常温或较高温度下，不分解，不与其他金属（铜、铝、钢）或绝缘材料（环氧树脂）发生反应，此外，不含碳元素（不会产生导电通道）； 在电弧（数千度）作用下， SF6气体才会产生剧烈反应和电离，如存在杂质，就会产生多种气态、固态分解物，从而可能导致绝缘性能下降。,16,三、 SF6气体性质, 主要分解物 低氟化物 SF4 金属氟化物 CuF2、AlF3、WO3 氟氧化物 SO2F2、SOF4 、S2F10 、SOF2,17,CuF2、AlF3直径在0.31.0m，吸附了大量的气态分解物，可刺激人皮肤、呼吸系统； 四氟亚硫酰 SOF4是有害气体，对肺部有侵害作用； S2F10剧毒。 HF与H20生成氢氟酸，可腐蚀固体绝缘表面、触头、密封件。,四、SF6电气设备试验检测,1. SF6电气设备检漏 泄漏的原因： 焊缝；法兰胶面；密封面；接口 标准要求： 年漏气率1%。 相对年漏气率：在额定压力下，在一定时间间隔内测定的漏气量与总充气量之比，以百分率表示。,18,19,1） 定性检漏 判断试品漏气与否； 定量检漏前的预检。 抽真空检漏（主要用于设备安装或解体大修后） 试品抽真空133Pa ，真空泵继续运转30min静置30min， 读取真空度A。至少5h 再读真空度B 如B-A6.5Pa良好。 检漏仪检漏 试品预先充入0.010.02MPa的SF6气体，再充入干燥N2气体至Pr（额定充气压力），用灵敏度不小于0.01LL的SF6检漏仪检查，无漏点良好。,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,2）定量检漏 可以整台设备或分组件进行。 扣罩法 适用于中小型设备，不适用于户外，不易定位。 方法：试品充气至额定压力6h后，扣罩（密封罩）24h，用灵敏度不小于0.01LL的经校验合格的SF6检漏仪测量密封罩内SF6气体浓度。通常在罩子的前、后、左、右、上、下（做罩子时预留小孔作为测量孔）测量6个点，求平均值。,20,四、SF6电气设备试验检测,由气体浓度、密封罩体积、试验场地的绝对压力等可算 漏气率F： （ ） 相对年漏气率 Vm密封罩容积，V1被试设备体积，P大气压（0.1MPa）, V被试设备内容积，Pr被试设备额定压力，C密封罩内SF6浓度， t密封时间。 （一年8760h=31.5*106 s）,21,22,由漏气量计算相对年漏气率 ： 相对年漏气率 G被试设备年泄漏SF6质量，Q被试设备所充入的SF6质量， SF6密度（比重：6.16g/L),四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,挂瓶法 适用于法兰面有双道密封槽的设备。 方法：试品充气至额定压力6h后，用 软管连接检测孔和检测瓶，24h后， 用灵敏度不小于0.01LL的经校验合格的SF6检漏仪测量瓶内SF6气体浓度， F= （ ） 若有多个密封面，则求和 Fi 再用公式计算设备Fy,23,四、SF6电气设备试验检测,局部包扎法 一般用于组装单元和大型产品。 方法：使用塑料薄膜按产品形状围一圈半，接缝向上，尽可能围成圆形或方形，整形后，边缘扎紧。膜与设备间要留一定间隙（5mm），密封一段时间后，测量包扎腔内SF6浓度，使用公式 计算设备Fy （多个面则先求和）。,24,25,压降法 适用于设备漏气量较大或长期运行期间检测。 P1试验起始压力，P试验终止压力,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,由于设备检漏测量引起误差的原因主要来自于体积测量计算和浓度测量误差两方面，因此，检漏试验中应注意的问题包括： 先检查设备周围空气中是否存在SF6； 密封罩应尽量规则，边缘扎紧，底部压实； 漏点分布不均匀，SF6气体流动性较差，应多点测量； 定期校验检漏仪。,26,四、SF6电气设备试验检测,2. SF6气体微量水分测量 SF6气体含水量是电气设备安装和运行的一个重要控制指标。 微水对SF6绝缘的影响： 设备内部SF6中水分在一定压力、温度下，会在绝缘表面凝露，有可能引起闪络； 水分与SF6分解物发生水解反应形成酸性物质； 2SF66H2O2SO212HFO2 SF4H2OSOF22HF H2OSOF2 SO22HF SO2 H2OH2SO3,27,四、SF6电气设备试验检测,HF、H2SO3 （亚硫酸）会腐蚀金属部件，此外HF会腐蚀有机绝缘材料、玻璃、瓷及含石英粉环氧树脂预制件，使其表面发生变化，造成电场分布改变，绝缘性能下降。 分解产物水解还能阻碍SF6分解物的复合，降低SF6气体绝缘强度，增加了有毒有害物质的组合和含量。,28,29,标准要求： 新气中微水含量：8gg 不同标准中规定值对比： 灭弧室 其他气室 DL/T596 大修后 150L/L 250L/L 运行中 300L/L 500L/L GB50150 交接时 150L/L 500L/L GB8905 运行中 300L/L 1000L/L,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,SF6 气体中水分的来源： 新气； 设备部件和绝缘材料处理不到位带入； 检修、组装时带入； 因密封不严，外部水分透过密封件渗入。,30,31,按测量原理可分为重量法、电解法、露点法 重量法 原理：无水的P2O5（五氧化二磷）试验前称重通过一定体积的SF6气体， P2O5吸收气体中的水分再次称重二次重量差值即为SF6气体中水分含量。 对设备使用环境要求较高，适合在实验室中进行，多用于仲裁或校验。,SF6 气体微水测量方法,四、SF6电气设备试验检测,电解法 原理：采用电解池作为检测器件，电解池内安放有一对电极，电极间涂覆有P2O5，干燥的P2O5的电阻很大，电流难以通过。当SF6气体导入到电解池后，气体中的水分被P2O5吸收，形成磷酸并被电解，根据电解水分所需电量与水分量之间的关系，求出SF6气体中的水分含量。 P2O53H2O2H3PO4 4H3PO4 2P2O56H23O2,电解,32,33,优点： 测量稳定，数据重复率和准确度高，不易受干扰； 不足： 测量时间较长； 电解池的电解效率随着使用时间的增加而降低。新装上的电解池效率为98，当电解效率低于85%时应更换。,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,露点法 原理：用液氮或其他方法作为制冷源，使测量系统中金属镜面不断降低，当气体中的水蒸汽随着镜面温度逐渐降低而达到饱和时，金属镜面开始凝露，这时镜面温度就是露点，由仪器记录该露点值，再根据露点值确定SF6气体的含水量。,34,35,露点传感器芯片是一种新型的露点传感器，测量原理是电学原理，即“结露”前后芯片上薄膜交指电容器介质的有效介电常数明显不同，电容量差别很大。由于这种芯片很小、很薄，可以使用半导体致冷器为冷源，因此体积很小，而且温度控制灵敏、测量周期短，用它可以制造出便携式、高精度、在线式的露点测量仪表。,四、SF6电气设备试验检测,露点传感器芯片,36,现场检测SF6气体微水一般采用露点传感器进行检测。 在线测量的露点仪目前国际上一股采用两种测量原理：一种是以GE等为代表的氧化铝传感器；另外一种是芬兰VISALA公司和瑞士ROTRONIC公司的高分子薄膜传感器。,四、SF6电气设备试验检测,37,通过检测露点值得到GIS内部的水分压力，再通过检测GIS内部压力检测到GIS内部SF6气体的微水含量值。露点传感器输出的是当前温度、压力下的露点值，压力、温度传感器分别输出GIS的压力、温度值。根据公式计算微水含量值，同时可根据SF6的密度曲线给出气体的密度值。,四、SF6电气设备试验检测,38,测试方法： 用精密水银温度计、热电偶、热敏电阻、铂电阻等测量温度，然后查表可测出含水量，现多为光电系统自动测量。 优点：测量精度高；测量范围宽。 不足：易受干扰。,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,阻容法 原理：在仪器检测器的铝片上，用化学方法使它生成一层多孔的Al2O3，再在Al2O3层上蒸镀一层金。铝片和金镀层构成电容器两极。当SF6气体通过检测器时， 多孔Al2O3层很容易从被试气体中吸收水分，使其电容量（电阻）发生变化，根据变化值，可得出气体含水量。 优点：测量范围宽，精度高，可连续测量。 不足：仪器内部有干燥剂，干燥剂数量少，容易失效，需定期更换。,39,40,微水测量中应注意的问题 测量系统应良好密封； 气路干燥（阀、管道），管道应使用不锈钢、聚四氟乙烯等结构致密、表面光滑的材料（不能使用塑料、橡胶，仪器内部干燥剂应保持干燥，使仪器本底5L/L， 电解池在使用前通干燥氮气进行干燥，时间2472h，使仪器本体5L/L；,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测, 电解池效率降低时，应重新涂敷； 金属镜面应保持洁净，测量时镜面冷却速度不能过快； 测量系统管路不宜过长，以缩短测量时间，限制外界因素的影响（一般不超过2m）。,41,42,3. 气体检漏和微水测量的相关标准 检漏 GB/T 11023-1989 高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法 微水测量 GB/T5832.1-2003 气体湿度的测定 第1部分:电解法 GB/T5832.2-2008气体中微量水分的测定 第2部分：露点法,四、SF6电气设备试验检测,四、SF6电气设备试验检测,DL/T915-2005 六氟化硫气体湿度测定法（电解法) DL/T914-2005 六氟化硫气体湿度测定法（重量法) DL/T506-2007 六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法 管理和监督 GB/T8905-1996 六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则 DL/T595-1996 六氟化硫电气设备气体监督导则,43,44,GIS中缺陷类型,盆式绝缘子表面缺陷 （脏污、微粒、表面粗糙、水分） 盆式绝缘子内部气泡 盆式绝缘子开裂,五、 SF6电气设备运行监测,45,母线毛刺或表面粗糙 安装移位或电极损伤 自由导电微粒 绝缘拉杆、开关触头 机械方面，。,固定微粒,交流电压,直流电压,五、 SF6电气设备运行监测,2019/11/22,GIS主要放电类型,五、 SF6电气设备运行监测,47,20102014年GIS故障次数随运行时间的分布,20102014年运行年限在6年以内的GIS故障技术原因分布,GIS故障统计,五、 SF6电气设备运行监测,48,20102014年运行年限在6年以内的GIS故障中故障部位分布,GIS故障统计,五、 SF6电气设备运行监测,49,微粒不浮起或运动，对GIS绝缘的影响很小 电场作用下微粒浮起或运动，逐渐趋向于电场较强的部位，如附着于盆式绝缘子表面而引发闪络 微粒的浮起和运动决定于电场、微粒大小与质量、带电量以及微粒与外壳内表面的粘滞力等 交流下微粒运动概率降低，具有潜伏性，导致GIS设备绝缘事故具有偶然性和时延性,自由导电微粒对GIS设备绝缘特性的影响,五、 SF6电气设备运行监测,50,局部放电试验的局限性 自由导电微粒 自由导电微粒在交流电压下不易起跳和运动，不易出现局部放电。 电场集中的固定缺陷 由于GIS工作气压一般大于0.35MPa，高于此气压后局部放电电压与击穿电压很接近，局部放电测试有很大的局限性。 现场交流耐压试验的局限性 工厂试验电压的80%，更不易发现缺陷。 P0.35MPa时微小局部放电可引发击穿，现场要求局部放电试验具备更高灵敏度等。,五、 SF6电气设备运行监测,51,雷电冲击试验 自由导电微粒 自由导电微粒在冲击电压下更不易起跳和运动，冲击试验对自由导电微粒不灵敏 电场集中的固定缺陷 P0.35 MPa时，局部电场集中很容易引发绝缘击穿，雷电冲击试验特别灵敏,五、 SF6电气设备运行监测,52,直流电压的采用 GIS运行故障统计表明，自由导电微粒等潜伏性缺陷可能是造成GIS故障的一个主要原因，现有试验项目（交流与局放试验、冲击试验）无法有效检测。 直流下微粒很容易起跳和运动，可容易发现和检测； 直流加压方式可驱使微粒进入低场强去而无害化。 但一直缺乏相关标准。,五、 SF6电气设备运行监测,53,耐压试验的时间 微粒运动有很大的随机性和概率性，增加耐压时间可增加微粒运动的可能性，提高试验的有效性。 降低气压的耐压与局部放电试验 气压低于0.3MPa后，击穿前会出现明显的局部放电，击穿电压与局部放电起始电压间有很大裕度，交流耐压与局部放电试验可容易检测电场集中的固定缺陷。,五、 SF6电气设备运行监测,54,1.密度（压力）监测 在SF6电气设备中， SF6气体绝缘强度取决于气体的密度。由于设备的内部容积是一定的，所以主要取决于所充入气体质量。 若SF6气体密度减小（由泄漏引起），则会造成： 绝缘强度下降； 断路器开断容量下降。,五、 SF6电气设备运行监测,在实际工程中，要测量SF6气体密度是比较困难的，所以通常以压力表来监测其泄漏状况。 SF6可近似地看成理想气体，根据理想气体状态方程 其中对同一设备 V1=V2 ，则 可得到温度压力曲线 通过查温度压力曲线，将某一温度下的额定气压值与实测值进行比较，即可判断气体密度状况。,55,五、 SF6电气设备运行监测,通常补气压力低于额定压力10，闭锁压力又比补气压力低5。 设备的绝缘水平通常根据最低一级警告压力来进行设计。,56,五、 SF6电气设备运行监测,通过密度继电器监测 为保证密度继电器动作的可靠性，应定期进行动作压力的校验。,当GIS室发生泄漏时，金属波纹管中的气体压力就会下降，在内外压力差的作用下金属波纹管即被压缩，并通过带有双金属片的传动机构带动微动开关，使其触点接通，即启动信号继电器，放出补气或闭锁信号。,57,五、 SF6电气设备运行监测,58,2.异常声音监测 放电声 设备内部局部放电时，有类似于落在金属罐上的小雨声。 励磁声 金属构件在电磁力和静电力作用下，产生振动，如镙栓松动。 3.发热监测 内部导体接触不良，外壳间导体接触不良，使外壳产生异常温升，当最高为环温40时，导体温升应65K，外壳最高温升应30K 。,五、 SF6电气设备运行监测,59,五、 SF6电气设备运行监测,GIS超高频在线监测,GIS盆式绝缘子中预埋电极法 超高频耦合电容检测法 超高频外部天线法,GIS局放非电量在线监测,机械振动检测法 气体检测法 用化学分析法对分解的气体进行检测，测量H+或F-离子含量，就可得出SF6的分解情况，从而推断GIS内部发生的局部放电。,六、SF6电气设备运行维护中的安全防护,1.空气中SF6气体最高含量应1000LL，氧气含量应18； 2.应保持通风良好； 3.进入低凹地势时（如电缆沟）应防止缺氧而窒息； 4.设备解体维修时，人员应穿防护服，带护目镜、手套、防毒面具；,60,61,5.气体回收 应首先确认设备已停电，再回收气体并抽真空至133Pa后，使用高纯N2或干燥空气冲洗气室两次，抽真空防空的气体应在远处排放； 6.清扫SF6固体分解物时，应使用过滤能力达0.3m粉尘的专用吸尘器进行清扫，并将排出气体排至远处，如清除不了，可用溶剂布插去。,六、SF6电气设备运行维护中的安全防护,62,谢谢,62,