SF6断路器的状态监测与故障诊断.docx

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1、SF6断路器的状态监测与故障诊断（新编版）Security technology is an industry that uses security technology to provide security servicesto society. Systematic design, service and management.（安全管理）单位：日期：编号：AQ-SN-0769电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全以及锁扣的稳定性问题。由于二次回路是串联结构，只要一个元件 或一环节发生问题，就会导致拒动或误动故障。因此，二次回路各 元件的质量及其稳定性

2、、二次线连接是否可靠等都是影响安全运行 的重要因素。对操动机构的所有状况进行在线监测，因为要监测的元件很多, 并要开发出相应的各种传感器，因此很困难。目前，操动机构包括 辅助和二次回路元器件的质量在不断提高，制造厂家正在研制和开 发免维护、免检修产品，有很多元件的可靠性可以满足长期运行的 要求。从某种意义上说，这也是提高设备整体可靠性的最好方法。目前，对合、分闸二次回路导通是否良好的监测，已有比拟实 用的方法，但对诸如辅助开关的状态监测还比拟困难。对液压操动机构已有压力参数的在线监测和报警装置，压力参 数监测也反映了液压油系统的密封状态；对油质监测的必要性还得 不到认同，对弹簧操动机构的监测方

3、法有待开发。由于试验设备和传感器的局限性，设备的很多状态还不可能测 量和监视，有些状态参数还要依靠离线监测来获取和证实。电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全要获得和判断设备的真实情况，除了分析预防性试验的结果、 运行中的巡视记录、操动机构及其压力参数等记录外，还应开发多 种有效的诊断方法和手段。当前的高压断路器都还不具备操作特性 的在线监测功能，必须配合离线监测来综合评判其实际状态。3. 5高压SF6断路器在线监测展望高压SF6断路器的在线监测技术将会进一步开展，尤其是随着 二次控制技术的提高，将会开发更实用和有效的在线监测方法。通 过必要的连续监测可以较

4、确切地判断和掌握断路器的运行状况，通 过趋势分析，尽可能地识别存在的潜伏故障及时采取必要的防范措 施，从而提高设备的利用率和安全运行水平，同时将降低和节省检 修费用。考虑到高压SF6断路器技术的提高，应根据高压电网的实 际需要，研制和开发少维护和免检修的高质量产品。XXX图文设计本文档文字均可以自由修改电力安全技术电力安全技术Power Safety Technology 电气安全SF6断路器的状态监测与故障诊断（新编版）说明：安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产 业。既然是一种产业，就要有产品的研制与开发，就要有系统的设计、工程的 施工、服务和管理。可以下载修改后或

5、直接打印使用。SF6断路器由于具有灭弧能力强、介质强度高、维护周期长等优 点，已广泛应用在铁路电力牵引供电系统中。SF6断路器，是利用 SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质的高压断路器。SF6气体是无色、 无臭、不燃、无毒的惰性气体，化学性能稳定。在电晕和电弧放电 中，SF6被分解为硫和氟原子。电弧消失后，可重新结合成SF6。但 在电极附近，由于金属蒸气参加了反响，生成金属氟化物和低氟化 物，当气体内含有水分时，就可生成腐蚀性很大的氢氟酸（HF）。氢 氟酸对绝缘材料、金属材料都有很大的腐蚀性，不能使用含硅的绝 缘材料。因此应严格控制装入断路器中SF6气体所含水分，并且进 行必要的测量和状态监测，及

6、时发现可能出现的异常和故障预兆并 进行检修，保证设备的正常运行，保证网络的可靠供电。电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全因此水分是SF6气体中危害最大的杂质。SF6气体含水量过高会危及电力设备的安全运行，主要表现在： 水分的存在影响气体分解物的生成；水与酸性杂质在一起时，会使材料腐蚀，导致机械操作失灵； 水分在低温下会在固体绝缘外表凝露，使沿面闪络电压急剧下降，导致事故。1SF6断路器的故障及检修1SF6断路器故障分布SF6断路器机械故障因素占70%,辅助和控制电路占19%,主要电路的电气因素故障占11%0在未闭合或未断开的操作上占主要故障的48%o断路器

7、的主要的故障可认为是：操作故障，包括驱动和操作故障；绝缘故障，包括主触头。1. 2检修策略为了追求更好的检修方法和出路，提出了状态检修。状态检修电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全是根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备 的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行维修的方式，即根据 设备的健康状态来安排维修计划，实施设备维修。但对于SF6高压断路器，要真正做到状态检修仍很困难。高压 断路器发生的故障，只有一局部是具有渐变的过程，而很多故障是 突发性的，至少在目前根本无法事先预知可能发生的故障，例如机 械受力部件的失效等。就是对于渐变的一些元

8、器件的老化过程，也 没有揭示出具体的时间进程。因此，当前要完全做到状态检修还不 太现实。但是，无论制造业还是运行单位，朝这个目标探索和努力 的进程正在加快。目前行业上还没有制定出比拟合理的检修周期和检修工程，相 应的维护检修经验比拟匮乏。根据SF6断路器的实际状况，目前可推 荐策略如下。“坚持日常监护，做好定期预试，立足于状态检修:以定期离 线试验和在线监测的手段为基础，贯彻状态检修的方法，对已暴露 和发现的故障及其潜伏性缺陷及时安排检修，这种状态检修包括了电力安全技术电力安全技术Power Safety Technology 电气安全预知检修和后知检修。状态检测要基于离线试验和在线监测两种方

9、法，坚持定期的试 验检查，开展在线监测手段，有把握地延长定期试验的周期。坚持 监控断路器的实际运行状况，认真分析断路器的实际状况，及时发 现已有的或潜伏的缺陷和故障，进行有针对性的局部性检修。对于 带有共性的问题，宜安排扩大性检修。2SF6气体的状态监测1SF6气体的压力监督SF6断路器设备投运后，其绝缘性能和灭弧能力在很大程度上决 定于SF6气体的状态，通常应监督气体密度和气体纯度两个参数。对于常规SF6断路器设备，监控SF6气体密度的方法是装设气 体压力表和密度继电器。鉴于气体参数可测量性、使用习惯和安全 规程相应的规定等实际情况，常常给出SF6气体的压力参数。由于 SF6的气体特性与理想

10、气体不同，在说明其压力的同时必须说明是在 什么温度条件下才有意义。制造厂出厂时说明的气体压力参数均指 标准条件，即对应于200C环境温度，也就是用200温度下的气体电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全压力来代替气体的密度。如不考虑泄漏，其密度保持不变，而压力随温度的变化而变化, 评定不同环境温度条件下的气体压力是否正常可采用多种方法。常 用的有气体压力温度特性曲线法和经验公式计算法，还可采用温度 补偿的压力表。2. 2SF6气体的含水量监督SF6气体中难免会含有一些水分和空气等杂质，水分是以水蒸汽 形式存在。水分的危害比拟大，所以得到极大的重视和关注。当温

11、 度下降时，过量的水蒸汽可能凝结成水附着在绝缘件外表，从而潜 伏着发生绝缘事故的危险。另一方面，在电弧高温作用下分解后， 由于水分存在而可能产生有毒物质，影响到设备寿命和人身的安全。 所以，对SF6断路器设备中的气体含水量有比拟严格的要求。3SF6断路器状态监测和故障诊断展望1开断性能高压断路器应能开断各种性质的电流，多数情况下是开断负载 电流，这是有功小电流的范畴，开断条件较宽松，开断易成功。另电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全一类是开断较小的容性和感性电流，开断后可能会伴随发生不同大 小的过电压，甚至可能导致开断失败。典型的如开断空载长线时可 能发生

12、击穿，从而产生过电压，威胁到绝缘。较受关注的是开断短 路电流，在长期运行中，可能会开断大小不等的各种短路电流。对 于SF6断路器来说,一方面是灭弧室的结构要可靠，要保证开断过程 中的运动特性，即压气和吹弧功能；同时断路器的机械动作要正确, 不允许发生慢动作或运动中停滞的现象。如果发生这种问题，即使 开断小电流也会导致事故发生，这种不正常动作的情况是极其罕见 的。如果设备结构不合理、选材不良和现场操作处理不当，也有可 能发生，但目前还没有方法来进行监测。实际运行经验说明，SF6断 路器的开断性能比拟可靠，机械运动特性能得到保证。从必要性和 现实情况看，在线监测断路器的运动特性和压气功能还很困难，

13、监 测SF6气体的压力（推算密度）是当前在线监测的一个工程。3. 2绝缘性能监测高压断路器的外绝缘主要是瓷套管，而且是承压部件，其质量 好坏影响到断路器的正常运行。要求其外绝缘有足够的防污闪能力,电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全其外绝缘的爬电距离应满足安装地点污秽等级的要求，伞裙结构和 爬电系数等均应符合IEC600815标准规定。现在，绝大多数高压SF6 断路器的外绝缘都能满足HI级污秽区的要求，有效爬电比距到达 2.5cm/kV以上。对断口间的爬电距离，按有关行业标准的规定，要 求到达对地爬电距离（按污秽区等级计算）的1.15-1. 20倍。瓷套管

14、 的老化相当缓慢，目前还没有开发出实用的在线监测的手段和方法。 瓷套内壁的处理方法会影响到SF6气体的含水量，有些国产LW6-220 型断路器就曾发生因含水量严重超标的缺陷。高压断路器的内绝缘主要是SF6气体绝缘、绝缘拉杆以及瓷套 内外表的绝缘，因为绝缘拉杆处在全密封的SF6气体内，只要SF6 气体的状态正常、绝缘拉杆的质量可靠，其绝缘性能通常就可得到 保证。但有报道，户外瓷柱式SF6断路器发生过屡次绝缘拉杆断裂 故障。这种机械性能的问题，毕竟是小概率事件，应由制造厂保证。 故希望改进制造工艺及加强出厂试验检测，开发绝缘拉杆断裂缺陷 的检测方法。而绝缘性能在线监测的重点应该是SF6气体的状态。

15、3. 3导电回路的监控电力安全技术 I Power Safety Technology 电气安全在高压断路器的长期运行中，导电回路异常是发生概率相对较 高的一种缺陷。其原因是很多断路器触头系统的设计和结构不良， 触头弹簧质量低劣，制造工艺落后，造成导电回路接触不良，逐步 开展成故障甚至事故。例如，触头弹簧失效使接触压力降低，触头 插入深度不够或对中不正确导致接触面积过小，电弧烧损主导电触 头等。虽然运行单位选择开关设备时，额定电流要高1、2个等级， 但这类问题仍可能发生。现代高压SF6断路器的导电回路结构有了极大的改进，额定电 流参数都比拟高，到达3150A或4000A。止匕外，采用红外测温技术对 导电回路的状态进行监测，可望大大提高其可靠性。3. 4操动机构及二次回路监控分析高压断路器各种类型的故障说明：操动机构的故障排在第 一位，其次是辅助和二次回路问题，占总故障的70%。不同型式的机构也有不同形式的缺陷。例如，对液压机构，可 能发生的问题是渗漏油及渗漏气、压力开关及油泵故障等。对于弹 簧操动机构，主要有元器件锈蚀、弹簧疲劳、滑润失效、储能电机