SF6断路器的状态监测与故障诊断

SF6断路器的状态监测与故障诊断
摘要：对铁路牵引变电所SF6断路器的检修、状态监测和故障诊断技术进行了初步的研究和探讨，对SF6气体特性、压力监督及含水量的监督和测量等进行了阐述，并对SF6断路器状态监测和故障诊断进行了展望。
关键词：SF6断路器；检修；状态监测；故障诊断
中图分类号：TM561.2文献标志码：B文章编号:1003-0867(2007)02-0026-03
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**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应，生成金属**化物和低**化物，当气体内含有水分时，就可生成腐蚀性很大的氢**酸（HF）。氢**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。
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：
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，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Ⅲ级污秽区的要求，有效爬电比距达到2.5cm/kV以上。对断口间的爬电距离，按有关行业标准的规定，要求达到对地爬电距离(按污秽区等级计算)的1.15～1.20倍。瓷套管的老化相当缓慢，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表面的绝缘，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断路器发生过多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。
3.3导电回路的监控
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，逐步发展成故障甚至事故。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，额定电流参数都比较高，达到3150A或4000A。此外，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表明：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、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，已有比较实用的方法，但对诸如辅助开关的状态监测还比较困难。
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。
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发展，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。