2-1 SF6电气设备(GIS)(62)

0SF6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232.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：①绝缘强度高。如变压器油在试油杯中可达30kV/mm；②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4③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:①可燃性，存在火灾危险；②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）εr＝1、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。S＋3F2→SF6＋Q（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：①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。②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）。78按工作原理分为双压式和压气式：①双压式为早期产品0.3～0.5MPa主要用于内部绝缘1.6MPa仅用于灭弧②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）①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。1011②断路器部分气体压力0.6MPa;其余为压力0.3～0.4MPa;③GIS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εr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：①SF6气体εr≈1，对地电容小，充电电流小，临界长度可大大增加；②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；③结构简单，价格相对较低；④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12～18m，绝缘子间距3～6m，运行压力0.25～0.45MPa，目前最高运行电压达800～1200kV。4.SF6气体绝缘变压器（GIT）按介质物态不同分为：干式和湿式①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。②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），tanδ＝2×10-7εr＝1.002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。①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）；②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③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、SOF217CuF2、AlF3直径在0.3～1.0μm，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：①焊缝；②法兰胶面；③密封面；④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。18191）定性检漏①判断试品漏气与否；②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-A＜6.5Pa→良好。检漏仪检漏试品预先充入0.01～0.02MPa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0.01μL／L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0.01μL／L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：（）①相对年漏气率②Vm－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，ΔC－密封罩内SF6浓度，Δt－密封时间。（一年8760h=31.5*106s）tPVVCFm*)(*1smMPa/*3%100*)1.0(*10*5.31*6ryPVFF2122由漏气量计算相对年漏气率：③相对年漏气率④G－被试设备年泄漏SF6质量，Q－被试设备所充入的SF6质量，ρ－SF6密度（比重：6.16g/L)tVVCGm6110*5.31**)(*%100*QGFy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0.01μL／L的经校验合格的SF6检漏仪测量瓶内SF6气体浓度，F=（）④若有多个密封面，则求和→ΣFi再用公式②计算设备FytPVC**smMPa/*323四、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①②计算设备Fy（多个面则先求和）。2425压降法适用于设备漏气量较大或长期运行期间检测。⑤P1－试验起始压力，P－试验终止压力%100*12*1.01tPPFyPPP1四、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：①先检查设备周围空气中是否存在SF6；②密封罩应尽量规则，边缘扎紧，底部压实；③漏点分布不均匀，SF6气体流动性较差，应多点测量；④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：①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；②水分与SF6分解物发生水解反应形成酸性物质；2SF6＋6H2O→2SO2＋12HF＋O2SF4＋H2O→SOF2＋2HFH2O＋SOF2→SO2＋2HFSO2＋H2O→H2SO327四、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。③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。2829标准要求：新气中微水含量：≤8μg／g不同标准中规定值对比：灭弧室其他气室DL/T596大修后≤150μL/L≤250μL/L运行中≤300μL/L≤500μL/LGB50150交接时≤150μL/L≤500μL/LGB8905运行中≤300μL/L≤1000μL/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：①新气；②设备部件和绝缘材料处理不到位带入；③检修、组装时带入；④因密封不严，外部水分透过密封件渗入。3031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。P2O5＋3H2O→2H3PO44H3PO4→2P2O5＋6H2↑＋3O2↑电解3233优点：测量稳定，数据重复率和准确度高，不易受干扰；不足：①测量时间较长；②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。3435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。