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500KV户外交流SF6断路器在火力发电厂应用
《电工技术》
编辑/作者：
发布时间：
李呈斌1 敬立昌2 郑 涛3 赵 峰4 王永顺5
（华能德州发电厂，山东德州，253024）
摘要 从改造方案、设备概况、安装运行及维护等方面，简要阐述某大型火力发电厂500KV升压站设备改造中，西门子3AT3-EI型户外交流柱式SF6高压断路器改造安装情况，并对运行及维护经验进行总结分析。
关键词：液压机构；氮气储能；定开柜石墨双喷嘴压气式灭弧室
500KV站内原来使用的2台国产LW6-500SF6型断路器，投产已经10余年，存在设备老化，缺陷频繁，检修维护工作量大，维护费用高等问题，况且在运行中曾发生断路器合闸电阻爆炸事故，因此决定更换西门子3AT3-EI型户外交流柱式SF6高压断路器。
1 运行条件及安装方案
1.1 当地气象资料
最高温度：43℃；最低温度：-25℃；最大日温差：25K；日照强度：0.1w/cm2（风速0.5m/s）；最大风速：35m/s；海拔高度：1000m以下；最大相对湿度： 90％；地震烈度8度：覆冰厚度：10mm；污秽等级：Ⅲ级。爬电比距25mm/kV(以最高运行线电压550kV为基准)
1.2 系统概况
系统额定电压：550kV；最高运行电压：550kV；系统额定频率：50Hz；系统中性点接地方式：直接接地；安装地点：户外；安装方式：落地安装；设备相间距离（中心线距离）：2.8m，500KV升压站接线为双母线3/2接线方式，与220KV站、35KV站经联络变压器联络，500KV升压站主接线简图见图1
图1某火力电厂220KV升压站主接线简图
安装方案：拆除LW6-500SF6型断路器后，利用原断路器钢结构柱形基础，使用槽钢进行新断路器基础焊接制作，如图2所示，新断路器安装完成后，将地脚螺母以下的部分连同地脚螺栓全部用混凝土进行浇注。
图2西门子3AT3-EI型SF6断路器利用LW6-500SF6型断路器基础的改造图
2 设备选型要求：
高压断路器是主系统的重要设备之一，是在发电厂和变电所中使用最多的一种电器。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流，因此，在选择断路器时，除按照额定电压、最高工作电压、额定电流、开断电流选择及按短路情况进行校验外，还应考虑断路器安装地点、环境条件、检修和运行等要求。
断路器要求为户外瓷柱型，双断口，三相，SF6气体绝缘，操作机构为液压型，断路器应由三个单相及其操作机构箱组成，相间设有检修道路，相间电气联系通过地下埋管。设备的设计应按环境温度45&C来考虑。
投标方提供的设备和配套件要符合以下标准但不局限于以下标准：GB311《高压输变电设备的绝缘配合》；GB11022《高压开关设备通用技术条件》GB763《交流高压电器在长期工作时的发热》；GB5582《高压电力设备外绝缘污秽等级》；GB 50150-91《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》；GB 147-1990《电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》；DLT402-1999《交流高压断路器订货技术条件》；GB5273《变压器、高压电器和套管的接线端子》；DLT405-1996 进口252(245)～550kV交流高压断路器和隔离开关技术协议》；《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》；国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》。
断路器应设有两套相同而又各自独立的跳闸装置。每一套跳闸装置动作时，或两套跳闸装置同时动作时，均应保证设备的机械特性。断路器应配有均压电容器与合闸电阻。合闸电阻值的一般要求每相阻值 450&5%&O。合闸电阻提前接入时间 7~11ms。
对SF6气体的特殊要求：供方提供的SF6气体应符合IEC-376，376a和376b的要求。断路器每相应提供SF6密度继电器（带温度补偿）和压力表。当SF6气体发生泄漏时，依据SF6的密度，提供报警与闭锁接点。设备在制造过程中，所有制造、加工、试验和对设备及材料的检验工作必要时需得到需方或其代表的认可。
3 西门子3AT3-EI型SF6高压断路器主要特点
3AT3-EI型SF6高压断路器是一种采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的压气式高压开关，三相户外设计，额定电流为4000A，额定短路开断电流可达63KA。灭弧室为定开柜石墨双喷嘴结构。双断口灭弧室由两个灭弧单元，中间传动装置和两个均压电容器组成，双断口配合闸电阻。均压电容均匀电压分配，合闸电阻限制合闸过电压。定开距灭弧室具有灭弧能力强大，断口间的电场分布比较均匀，绝缘性能稳定的特点，采用石墨成型技术制造喷嘴，延长弧触头使用寿命。灭弧所需的灭弧介质压力在分闸过程中通过灭弧单元中的一个压气活塞设备形成。每一相配一个独立的液压机构、一个控制箱，适用于单相和三相自动重合闸。灭弧室内的运动部分由液压机构经操作杆和中间传动装置驱动。双断口灭弧室、合闸电阻、传动箱、曲柄机构和绝缘支柱中充SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质。每相开关装有一只液压储能筒，操作能量储存在此储能筒内。通过压缩氮气储备必需的操作能。液压储能筒预充氮气，活塞在氮气预充压力P0作用下移动到油的一侧的缸底（图3），在开关投运时，油泵将油打入储能筒，直到达到最大压力Px，油将活塞压至氮气一侧，由此相应升高氮气一侧的压力。
图3液压储能筒从预充压力开始的压缩
当开关操作，压力降到压力监控器的工作压力P1以下，油泵启动，它将油从油箱重新打入到液压储能筒，当压力到达P1时，大约延时3秒后，停泵。控制箱内包含了所有用于开关运行，监测和控制所需的部件，包括油泵组合、液压监控、气体监控、接触器、继电器、计数器、加热器接线端子等，液压油的压力随时由压力监控器监控，压力表可用于观察，通过压力监控器给出信号和产生闭锁，从而立即或延时开关的某种操作。
4 断路器的安装与运行
每相开关都已经进行完工厂测试、调整和编号登记，开关和基础支架都有极柱标记L1、L2、L3，安装时要确保开关与基础支架的极柱标记相互一一对应。安装前检查新设备是否在运输中受到损坏，基础制作完成后，进行安装前的准备工作，SF6设备现场安装的环境做好如下几点a.现场清理，务必将地沟整平并清理杂物；b.安装过程中要特别小心，防止灰尘和潮气进入设备内部；c.户外安装时，避免雨天作业；湿度不大于80℅，温度在零度以上。d.现场应采取防尘、防风措施，如安装现场地面铺塑料薄膜等措施，保持现场清洁，风力不大于5-6级。
断路器安装的技术要求如下：a.熟悉制造厂说明书和图纸等有关的技术资料，编制安装、调试方案，准备好检漏仪器和氮气等；b.本体安装时，各相之间的尺寸要与厂家的要求相符；c.套管吊装时，注意防止损伤套管。接触面紧固以前必须清洁；d.灭弧室安装时，起吊灭弧室必须水平，使用手拉葫芦进行水平调整，嘱咐吊车司机要稳妥而且缓慢，以便能使你更安全的安装曲柄机构装置里面的部件；e.安装的所有螺栓只能使用制造厂提供的螺栓；f.充加SF6气体时，使用西门子公司提供的充气工具，按照充气曲线，根据现场气温，将SF6气体充至合适的压力；g.充完SF6气体后，用检漏仪检查管接头和法兰等处，不得有漏气现象。安装工作全部完成后，断路器进行的现场试验：a.测量绝缘电阻；b.测量直流泄漏电流；c.辅助和控制回路绝缘电阻；d.断路器工频耐压试验，连同均压电容器、合闸电阻器一起试验；e.测量回路电阻；f.对SF6气体进行测量和检查g.检查连锁装置；h.机械操作试验；i.测量跳合闸线圈的直流电阻和最低动作电压；j.测量均压电容器的电容及介损；k.合闸电阻器电阻测量。断路器安装调试结束后，应提交整理厂家及施工资料。厂家资料有说明书，合格证，厂家图纸，出厂试验报告。施工资料有施工记录，安装报告，试验报告，竣工图纸。
运行巡视检查：正常巡视检查的内容重点是开关设备的绝缘介质、液压机构油压、导电部位、传动部位、外绝缘、运行位置、安装基础、闭锁装置等。一般应检查接地线、接地螺栓表面应无锈蚀、压接是否牢固，基础有无下沉、倾斜，分、合闸位置指示器应与实际运行方式相符，引线连接部位是否接触良好，是否存在发热变色现象，套管、瓷瓶是否存在断裂、裂纹、损伤、放电现象，各连杆、转轴、拐臂、传动机构无裂纹、弯曲、变形、锈蚀，轴销齐全等。控制箱的加热器应24小时投入运行以防因温度的变化而产生凝露，从而避免影响电气产品的性能。加热器功率在30W以下，不会影响元器件的绝缘性能。
SF6气压的巡视，可提前发现断路器可能存在的微小的SF6气体泄漏，将设备可能出现的缺陷或故障消除在萌芽的状态，极柱中SF6气体压力由一密度继电器监控并显示在一压力表上。20℃时，SF6额定充气压力为7.0bar，当SF6压力低于6.4bar时（20℃时），发出SF6泄露报警信号送至网控室；当压力低于6.2bar时（20℃时），SF6气体压力不能保证可靠灭弧，总闭锁功能生效，此时断路器所有操作都将无法进行。若发现断路器在运行过程中的SF6气体异常的压力升高现象，尽快排除由于主触头接触电阻偏高而导致的严重后果的发生（排除因负荷电流大而引起温升较大的情况）。多台西门子断路器变电站的巡视：可以不必太在意当时的环境温度，我们可以通过开关之间的横向比较来判断开关是否存在泄漏的可能性。
SF6当前气温的压力近似计算公式：
其中:Pt=当前温度下的SF6压力；t=环境温度； ；；时开关本体气体的额定压力值（单位bar)在判断为SF6泄漏之前还须排除以下几种情况：气压表本身是否能准确指示开关内的实际压力。本开关是否存在有经多次测量微水而没有及时补充气体的情况。是否确实存在比站内其他开关气体压力低的情况。建议记录站内所有开关每次做微水测试后的气体压力值和相关的补气情况，以作判断依据。
液压系统的压力巡检以及记录：其目的主要是了解断路器在运行过程中的压力的高低，避免由于储能系统的故障导致断路器在较低的油压下的运行的情况的出现。至于断路器在运行过程中，由于环境温度的升高而导致的液压系统压力的升高，最高有可能达到375bar，甚至达红线，只要断路器的储能系统马达没有起动，不发出任何的报警信号，断路器可以安全运行。液压系统安全阀的动作压力：375bar,下限：10bar，上限：375bar，即安全阀的动作范围：365-412.5bar，安全阀动作后会自行关闭，关闭压力最低值高于油泵起动值约10bar，同时，在液压机构断路器的巡检过程中，还需要检查断路器的周围有无异常情况的出现，如：一次回路主接线端子温度有无异常，断路器机构箱的下方有无油迹，控制箱的内部有无液压油的渗漏等等。
2台断路器投产6年，仅发生1次液压机构油泵频繁打压现象，此现象是由于断路器的运行时间过长，导致在液压系统的油泵低压部分以及部分高压油系统的内部储能筒以及高压油缸积聚了一定的气体，气体的来源来自储能筒正常运行所允许的氮气泄漏。由于气体的存在，油泵不能有效地将液压油从低压部分输出到高压部分，进而出现油泵持续运转，但是油压不能升高的情况，现场解决该类的问题只要对液压系统，包括油泵、储能筒、油缸，进行排气即可，建议例行断路器每2年左右排气1次的工作，可以结合其它的停电工作进行，以预防故障的发生。
西门子3AT3-EI型户外交流SF6高压断路器，设备运行稳定、可靠，液压油系统密封好，维护简单。仅需定期检测SF6气体微水含量，和定期给极柱的瓷瓶涂刷RTV防污闪涂料，由于断路器大修周期可达25年（灭弧室解体），节约了人力物力，达到了预期效果。
[1]GB 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》[S]
[2]SD 147-～500kV高压断路器和隔离开关进口设备的技术规范》[S]
关键词： 液压机构，氮气储能，定开柜石墨双喷嘴压气式
来源：《电工技术》2011年3月刊
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SF6 断路器优缺点的分析
    
　　SF6 断路器，是用SF6 气体作为来弧和绝缘介质的断路器。它与空气断路器同　　属于气吹断路器，不同之处在于：①工作气压较低；②在吹弧过程中，气体不排　　向大气，而在封闭系统中循环使用。　　1 SF6 的优点　　SF6 的分子和自由电子有非常好的混合性。当电子和SF6 分子接触时几乎100%　　的混合而组成重的负离子，这种性能对剩余弧柱的消电离及灭弧有极大的的使用　　价值。即SF6 具有很好的负电性，它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。　　这些负离子的导电作用十分迟缓，从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率，因此　　有很好的灭弧性能。在1.01×105Pa 气压下，SF6 的灭弧性能是空气的100 倍，　　并且灭弧后不变质，可重复使用。　　SF6 气体优良的绝缘和灭弧性能，使SF6 断路器具有如下优点：开断能力强，　　断口电压使于做得较高，允许连续开断次数较多，适用于频繁操作，噪音小，无　　火灾危险，机电磨损小等，是一种性能优异的"无维修"断路器。在高压我中应用　　越来越多。常用的SF6 断路器有LN1-35 型、HB36 型两种　　2 SF6 的缺点　　纯净的SF6 气体是良好的灭弧介质，若用于频繁操作的低压电器中，由于频　　繁操作的电弧作用，金属蒸汽与SF6 气体分解物起反应，结合而生成绝缘性很　　好的细粉末(氢氟酸盐、硫基酸盐等)，沉积在触头表面，并严重腐蚀触头材料，　　从而接触电阻急剧增加，使充有SF6 气体的密封触头不能可靠地工作。因此对　　于频繁操作的低压电器不适宜用SF6 作灭弧介质。　　因为SF6 气体在放电时的高温下会分解出有腐蚀性的气体，对铝合金有严重　　的腐蚀作用，对酚醛树脂层压材料、瓷绝缘也有损害。若把SF6 和N2 混合使用，　　当SF6 含量超过20%～30%时，其绝缘强度已和全充SF6 时绝缘强度相同，而　　腐蚀性又大大减少，因此SF6 常混合N2 使用，在SF6 断路器中，SF6 气体的含　　水量必须严格规定不能超过标准。水会与电弧分解物中的SF4 产生氢氟酸　　(H2O+SF4→SOF2+2HF)而腐蚀材料。当水分含量达到饱和时，还会在绝缘件表　　面凝露，使绝缘强度显著降低，甚至引起沿面放电。运行经验及上述论析都表明：　　SF6 断路器由于绝缘结构体积较小，若SF6 气体的含水量较高，则将使绝缘水平　　大大下降，接触电阻急剧增加，在运行中易发生损坏或爆炸事故。因此，各制造　　厂及运行部门都要求有严格的密封工艺，同时规定SF6 气体的含水量不得超过
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SF6断路器优缺点的分析
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SECB SF6断路器充气和补气装置
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SECB SF6断路器充气和补气装置专为SF6断路器充气和补气使用。SF6断路器在安装、检修工作中需进行抽真空、充气和微水测试工作，平时每一单项操作时，需要换不同装置。应用本装置后，一次连接可连续完成多项操作。
SF6断路器充气和补气装置又称为：SF6断路器充气和补气仪、气体断路器充补气装置、SF6断路器充补气装置
1、重量轻携带方便
2、可与微水仪共用各种断路器气室接口专用转接头
操作步骤：本品应用于SF6断路器充气（或补气）、测试时使用；
软管一端接SF6减压阀出气口，另一端连接SF6断路器的转接头或仪器。
1、充气时:先把管道一端和对应的断路器转接头对接，并连好断路器接口， 打开断路器阀门；再将管道另一端接SF6减压阀出气口，打开气源的总阀，调节SF6减压阀上的二级压力表上的压力值到开关所需的压力值，此时气源里的气将被缓缓充进SF6断路器内，直到压力相平。
2、SF6测试时:将软管和SF6减压阀连接处脱开，再把软管连接到测试仪器上，打开阀门既将被测气体引入测试仪器内，进行测试。
3、测试SF6气瓶时：将SF6减压阀与SF6气瓶连接好，再将软管和SF6减压阀连接好，再把软管连接到测试仪器上，打开阀门将被测气体引入测试仪器内，进行测试。
4、拆下时，先关闭所有阀门，再断开管道与仪器或断路器转接头的连接，取下断路器转接头，封好断路器接口，然后脱开管道与SF6减压阀出气口的连接，盘好收起；最后卸下SF6减压阀，旋松顶针，封口并入箱。
注意事项：
☆本品承受最大压力为&1Mpa ；
☆使用管道时不要将管道弯成&90度；
☆使用结束，一定要关闭气源的总阀；
☆禁止在有油和腐蚀性气体环境使用，要先清洁各接口处；
☆请注重各接口的清洁！！！
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