SF6開關(guān)設(shè)備的泄漏問題探討

滿蕊 寧夏固原供電局

SF6開關(guān)設(shè)備的泄漏問題探討

滿蕊 寧夏固原供電局

1 SF6開關(guān)設(shè)備泄漏故障情況

當(dāng)前SF6開關(guān)設(shè)備運(yùn)行中暴露出的泄漏故障主要是液壓機(jī)構(gòu)漏油和設(shè)備本體漏氣。國(guó)產(chǎn)設(shè)備的泄漏故障率高于進(jìn)口設(shè)備。其情況如下:

（1）根據(jù)文［1］的統(tǒng)計(jì):1995～2007年，35kV及以上SF6斷路器發(fā)生的泄漏故障中，液壓機(jī)構(gòu)漏油共38次，其中進(jìn)口設(shè)備為3次；設(shè)備本體漏氣共26次，其中進(jìn)口設(shè)備為0次。

（2）據(jù)文［2］的統(tǒng)計(jì):所有故障中比例最大的是液壓機(jī)構(gòu)。2006年固原供電局檢修工區(qū)共處理SF6斷路器液壓機(jī)構(gòu)漏油15臺(tái)次。國(guó)產(chǎn)SF6斷路器的漏氣問題很突出，固原供電局所使用的110kV SF6斷路器中僅2006年度就有8臺(tái)斷路器中的11相本體漏氣，全年共補(bǔ)氣18次。

（3）據(jù)文［3］的統(tǒng)計(jì):2006年SF6斷路器共發(fā)生49次故障，其中液壓機(jī)構(gòu)嚴(yán)重漏油9次，設(shè)備本體漏氣16次，國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口設(shè)備都存在這一問題。

（4）據(jù)文［4］的統(tǒng)計(jì):1997年～2006年間國(guó)產(chǎn)35kV及以上SF6斷路器共發(fā)生22次故障，其中主要是密封質(zhì)量問題，幾乎占了故障的一半。

（5）據(jù)文［5］，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）23－03特別工作組曾對(duì)11家巴西用戶的7個(gè)制造廠家的29臺(tái)GIS進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示:在某些變電站，設(shè)備每年的S F6泄漏率超過3%，個(gè)別情況可高達(dá)10%。對(duì)于大多數(shù)巴西的100～200kV的GIS，則低于但十分接近容許值1%。僅在1991～1993年間，在巴西安裝的GIS，由于泄漏至少導(dǎo)致5623kg SF6排放到大氣中，這造成了可觀的經(jīng)濟(jì)損失，并污染了環(huán)境。

另外，據(jù)德國(guó)一個(gè)大型公用事業(yè)設(shè)施的故障統(tǒng)計(jì)，在SF6斷路器的主要故障中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障超過40%，居第一位，SF6泄漏以及輔助和二次回路中的故障分別居第二位和第三位。

（6）據(jù)文［6］，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議13－06工作組1988～1990年第二次調(diào)查（主要針對(duì)SF6斷路器）指出:在123kV級(jí)斷路器的故障中，液壓機(jī)構(gòu)占69%，245kV級(jí)達(dá)63%，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)漏油、漏N2、自衛(wèi)能力裝置失誤、電動(dòng)泵故障等問題。

據(jù)文［7］，上述調(diào)查還指出:次要故障的2／3是泄漏，即斷路器本體漏氣、液壓機(jī)構(gòu)漏油和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)漏氣。

2 泄漏發(fā)生的主要部位

（1）液壓機(jī)構(gòu)的主要漏油部位有:三通閥和放油閥、高低壓油管、壓力表和壓力繼電器接頭以及工作缸活塞桿和貯壓筒活塞桿的密封受損處、低壓油箱的砂眼處等。

（2）SF6斷路器本體的漏氣部位有:支柱驅(qū)動(dòng)桿和密封圈劃傷處、充氣閥密封不良處、支柱瓷套根部有裂紋處、法蘭聯(lián)接處、滅弧室頂蓋有砂眼處、三聯(lián)箱蓋板、氣體管路接頭、密度繼電器接口、二次壓力表接頭、焊縫和密封槽與密封圈（墊）尺寸不配合等處。

（3）GIS的漏氣部位有:隔室、絕緣子、O型密封圈、開關(guān)絕緣桿、互感器二次線端子、箱板連接點(diǎn)、氣室母管、附件砂眼處和氣室伸縮節(jié)接口等處。

3 泄漏的后果

（1）對(duì)液壓機(jī)構(gòu)，漏油會(huì)引起短時(shí)頻繁啟泵打壓或補(bǔ)壓時(shí)間過長(zhǎng)，閥體大量?jī)?nèi)滲油會(huì)造成失壓故障，液壓油進(jìn)入儲(chǔ)壓筒氮?dú)鈧?cè)會(huì)造成壓力異常升高等，這會(huì)影響SF6斷路器安全運(yùn)行。

（2）對(duì)于SF6斷路器和GIS，雖然泄漏到大氣中的SF6濃度很低，但它在大氣中有很長(zhǎng)的殘存期，并能吸收紅外輻射而產(chǎn)生溫室效應(yīng)。此外，頻繁補(bǔ)氣和SF6氣體的大量泄漏，不僅影響設(shè)備安全運(yùn)行，也影響人身健康。

4 泄漏原因分析

（1）對(duì)液壓機(jī)構(gòu)，其主要原因是:

①制造方面:對(duì)工作缸、貯壓筒活塞桿等動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮欠周，元部件加工表面粗糙、潔凈度差，致使一些雜物（金屬顆粒，棉紗等）滯留于密封表面并污染液壓油，在機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這些雜物研磨密封圈甚至劃傷貯壓筒內(nèi)表面，頻繁打壓、壓力異常升高等故障多數(shù)由此引起。

②使用方面:投運(yùn)前驗(yàn)收不嚴(yán)、不細(xì)；露天檢修，不能確保機(jī)構(gòu)元部件不受污染。

（2）對(duì)SF6斷路器和GIS，從20余年的運(yùn)行情況來看，不管是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口設(shè)備，都存在SF6氣體泄漏的問題。泄漏的原因主要來自制造廠，如鑄件有砂眼、焊接處有裂紋、密封槽和密封圈尺寸不配合、密封圈老化、密封圈材質(zhì)與法蘭材質(zhì)不相容、組裝中密封工藝處理不當(dāng)以及密度繼電器存在質(zhì)量缺陷等。

SF6開關(guān)設(shè)備同油或空氣斷路器一樣，也是需要進(jìn)行維護(hù)和檢修的。文［5］指出，制造商可根據(jù)運(yùn)行時(shí)間、操作周期和開斷短路電流次數(shù)來確定維修間隔，標(biāo)準(zhǔn)維修間隔為12年?，F(xiàn)代SF6斷路器希望的維修間隔大于20年。水力發(fā)電機(jī)特別是抽水蓄能發(fā)電機(jī)斷路器由于其操作次數(shù)較多，故檢修間隔較短。

目前我國(guó)檢修周期、檢修工藝、檢修方式、備品備件等問題還都處于摸索階段，而我國(guó)3300kV及以上SF6開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間大多已接近12年檢修間隔，這在一定程度上也造成了泄漏故障的發(fā)生。

5 建議

（1）對(duì)液壓機(jī)構(gòu)，制造廠應(yīng)改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高加工和裝配工藝水平，嚴(yán)格外購(gòu)件進(jìn)廠后和整機(jī)出廠前的質(zhì)量檢驗(yàn)，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性。最好是采用彈簧機(jī)構(gòu)，因?yàn)閺椈蓹C(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、無漏油問題、維護(hù)量少、維護(hù)費(fèi)用低，相對(duì)其它類型操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較高的可靠性。從表1、2可以看到彈簧機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性明顯高于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)。為此建議盡快推出配330kV、40～50 k A自能式SF6斷路器的彈簧機(jī)構(gòu)。

此外，我單位應(yīng)執(zhí)行國(guó)家電力公司1999年8月頒發(fā)的《高壓開關(guān)設(shè)備反事故技術(shù)措施》防液壓機(jī)構(gòu)漏油、慢分的規(guī)定，在產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理方面執(zhí)行國(guó)家電力公司1999年8月頒發(fā)的《高壓開關(guān)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》中的規(guī)定。

對(duì)一些行之有效的措施，如縮短液壓機(jī)構(gòu)大修周期、兩次大修間隔進(jìn)行液壓油質(zhì)的過濾、開展液壓機(jī)構(gòu)檢修車間化等均可借鑒。

（2）對(duì)SF6斷路器本體和GIS，制造廠除提高現(xiàn)有產(chǎn)品的可靠性外，更應(yīng)設(shè)法減少SF6氣體對(duì)溫室效應(yīng)的影響。如提高斷口電壓以減少斷口數(shù)，以法國(guó)阿爾斯通公司產(chǎn)品為例，若以雙斷口斷路器為100%，則單斷口的充氣量可減至約60%，此外GIS在超高壓領(lǐng)域減少斷口數(shù)，在高壓領(lǐng)域發(fā)展三相共箱式、復(fù)合或箱式（C－GIS）都可以減少SF6的充氣量。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中減少SF6氣體使用量的同時(shí)，還應(yīng)在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)密封性，以減少SF6氣體的排放量。

文［5］中用戶反映，GIS中盆式絕緣子和O型圈是泄漏的重要部位，并提出使用不同材質(zhì)例如E P D M的O型圈來更換所有的O型圈及對(duì)所有的法蘭進(jìn)行特殊處理以改善現(xiàn)用O型圈材質(zhì)與法蘭材質(zhì)之間的不相容性。為此建議制造廠應(yīng)開展密封材質(zhì)的研究，使其使用期不低于20年，此外在使用單位方面應(yīng)創(chuàng)造條件，逐步開展設(shè)備的檢修工作，并做好SF6氣體質(zhì)量控制、壓力和水分含量的監(jiān)測(cè)與管理工作。

[1]中國(guó)電能成套設(shè)備總公司，電力工業(yè)部電力科學(xué)研究院開關(guān)所.1989～1997年全國(guó)電力系統(tǒng)220kV及以上S F6開關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況.1998.7

[2]華北電力科學(xué)研究院.華北電網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行報(bào)告.1997.7

[3]崔景春，杜產(chǎn)明.1994年全國(guó)高壓開關(guān)工作總結(jié)和事故分析.中國(guó)電力科學(xué)研究院.1995.11

[4]500kV斷路器運(yùn)行評(píng)述.1997年4月

[5]華北電科院.第36屆國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議論文集譯文(變電站-23).

[6]施文耀.試論高壓自能式S F6斷路器的開發(fā)與研制.華通技術(shù).N o.1,2000

[7]李建基,單壓式高壓S F6斷路器的可靠性.高壓電器技術(shù).N o.4,199

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.19.048