500kV SF6高壓斷路動作過程產生分解物的分析與對策

梁斌儒

摘 要：文章通過對500kv高壓斷路器分閘過程電弧的產生和相關分解物的分析，了解開關切斷故障電流內在的變化情況，結合500kv五邑站500kv開關在臺風期間的開關動作情況、開關氣體化學分析報告，了解開關動作過程產生分解物的危害，并從變電站運行人員的安全角度分析采取對策，提高500kv開關安全運行的可靠性。

關鍵詞：斷路器；電弧；分解物

引言

高壓斷路器是電力系統中最主要的控制、保護元件，500kv超高壓斷路器對電網的安全運行更是起著至關重要的作用。斷路器本身的運行狀況決定著斷路器是否安全可靠，如果斷路器出現故障，輕者影響正常供電，重者造成大面積停電。隨著科學工藝的提高，斷路器在正常工作狀態下，其可靠性、穩定性很高。但在進行故障電流切斷后，斷路器的內部情況變化很大，斷路器的觸頭存在電磨損及內部產生破壞性氣體，這些都直接影響著斷路器后期的安全運行。下面結合五邑站500kv陽五甲線開關動作情況及氣體分析報告，說明產生的氣體成份、氣體危害，并從運行角度提出對策。

1 電弧產生過程

當用斷路器斷開電流時，如果電壓不低于10～20伏，電流不小于80～100mA，斷路器的觸頭間便會產生電弧。電弧的形成是觸頭間中性質子（分子和原子）被游離的過程。開關觸頭分離時，觸頭間距離很小，電場強度E很高（E=U/d）。當電場強度超過3×10-6V/m時，陰極表面的電子就會被電場力拉出而形成觸頭空間的自由電子。這種游離方式的強電場發射而產生電弧。

觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙。電弧形成后，弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量而向外發射，形成熱電場發射。同時在高溫的作用下（電弧中心部分維持的溫度可達10000℃以上），氣體中性質點的不規則熱運動速度增加。當具有足夠動能的中性質點相互碰撞時，將被游離而形成電子和正離子，這種現象稱為熱游離。

隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場強度E逐漸減小，這時電弧的燃燒主要是依靠熱游離維持的。

2 SF6氣體的產生

SF6其自身的分解溫度>500℃，在正常運行的情況下分解物極少。當SF6設備中發生絕緣故障時，放電產生的高溫電弧使SF6氣體發生分解反應，生成SF4、SF3、SF2、和S2F10等多種低氟硫化物。如果是純凈的SF6氣體，上述分解物將隨著溫度降低會很快復合、還原為SF6氣體。實際上使用中的SF氣體總含有一定量的空氣、水分，由于上述分解生成的多種低氟硫化物很活潑，即與SF6氣體中的微量水分和氧氣等發生反應。

多年來的檢測數據表明，SF6電氣設備中斷路器正常開斷產生的分解產物微乎其微。SF6電氣設備內斷路器非正常開斷的氣體分解產物主要有：CF4，SOF2，SO2F2，S2OF10，SO2，H2S，CO，CO2，HF。現階段我們在對SF6斷路器進行氣體分析時，我們主要分析SO2，H2S，CO，H2O四項指標。

檢測四項指標目的：

二氧化硫SO2（SOF2）：SO2是SF6電氣設備故障時分解的主要特征組分，正常運行的設備中SO2的含量極少。若發生故障時，SO2會增長10倍以上。

氟化硫H2S（HF）：SF6氣體在電弧下會分解氟硫離子，若水分含量較高下會產生HF或H2S。

一氧化碳CO和二氧化碳CO2：當設備內電弧（或過熱）灼傷固體絕緣部件時，會產生CO和CO2。

濕度H2O：濕度是影響SF6氣體形成水解氟化物的重要因素，在設備中的氣體濕度會影響設備的絕緣強度。

3 案例分析

2013年8月14日13：39至14：33，五邑站500kv陽五甲線5063開關A相開斷故障短路電流達6次，開關B相開斷故障短路電流2次，開關C相開斷故障短路電流達6次，故障相電流均在5kA至8kA范圍內，當天檢查開關本體、SF6氣壓、儲能等無異常現象，抄錄的開關動作次數數據顯示動作相符。2013年8月19日試驗研究所化學班抽取頻繁動作的5052、5062、5053、5063開關SF6氣體進行化學試驗。

根據跳閘情況我們對500kv陽五甲線5063開關進行風險分析：

3.1 從蘇州AREVAGL317X型SF6操作手冊中開關觸頭的電磨損的限值對應公式為：

∑NI2=28，000kA2（N=開斷電流I的次數）

其曲線如下：

圖1 開斷電流與開斷次數關系圖

按本次開斷短路電流值最大8kA計算，可開斷437次，其中開斷次數最多為5063開關A相與C相，均為6次，遠少于理論值，同時一次外觀檢查、紅外測溫并無異常。

3.2 從化學班檢測結果判斷5052、5053、5062、5063開關三相的SF6氣體中濕度H2O一項符合電力設備預防性試驗規程規定：運行中≤300。但SO2，H2S，CO，H2O含有量已明顯多于正常運行開關數值。

六氟化硫（SF6）氣體是惰性非燃燒氣體，但由于生產工藝上不能保證100%無水分及雜質，故在開斷較大的故障電流時，經電暈、火花和放電作用，便分解產生各種有毒或腐蝕性氣體。這些分解物含有SO2、H2S、CO等產物。分解物含量的增加會降低六氟化硫（SF6）氣體耐電強度。如沒有及時關注該設備，長此以往將造成開關滅弧能力大大下降，隨時有開關爆炸的風險存在，威脅設備與運行人員的安全。

4 提出對策

經過多次分斷大故障電流，五邑站5063開關運行狀況數據明顯差于未進行故障電流切斷的開關。為了更好地掌握此開關運行情況，保證開關設備安全運行，避免人身事故的發生。五邑站提出了以下幾點控制對策：

4.1 將設備異常情況反饋全站運行人員，同時告知設備主人，每月跟蹤設備消缺情況，按停電計劃或采樣的報告情況，制定相應的停送電運維方案。

4.2 密切留意試驗研究所化學班反饋的詳細分析報告，應視設備的具體情況縮短檢測周期，跟蹤分解物的變化情況，以策安全，有必要時進行停電大修或返廠檢修。

4.3 豐富SF6氣體成分檢測手段，應使用性能優異，檢測成分多樣，量程精準的測試儀器，及時、準確發現5062、5063開關運行的異常，超前防控事故的發生，提高設備的可靠性，保證電網的安全與穩定。

4.4 日常巡視需重點注意開關SF6氣體壓力是否在正常范圍，是否有異常聲響，由于抽氣較頻繁還需注意塞子是否擰緊。

4.5 惡劣天氣巡視該開關時需兩人以上進行，先遠觀再聽聲后近看。

4.6 開關停送電遠控操作前需檢查現場人員遠離開關位置，檢查分合閘位置需先遠觀再聽聲后近看。

4.7 由于H2S等屬有毒氣體，采樣過程應防止由于泄漏導致試驗人員中毒，必要時應佩戴防毒面具、防護服和手套；當發生泄漏事故發生時，污染區的人員應迅速撤離至上風側，進入污染區搶救人員時必須佩戴正壓自給式空氣呼吸器，并須有監護人員看護，從上風處進入現場使患者脫離現場至空氣新鮮處，進行心肺復蘇搶救。

5 結束語

通過對斷路器開端過程電弧的產生原理、SF6氣體分解物的產生原因分析了解，讓運行人員對SF6氣體分解物危害、斷路器設備狀態評價有了深一步的認識和把握。運行人員通過對斷路器切斷故障電流后試驗數據的分析，判斷斷路器性能狀態，進行風險分析，從設備安全運行、避免人身事故角度出發，提出相對應的運行管控措施，并落實執行，真正做到設備主人的職責，保障電網安全運行，確保避免大面積停電等社會責任事件出現。

參考文獻

[1]高壓斷路器運行規程[Z].電供（1991）30號.

[2]王宇.SF6分解物檢測技術及其在故障判斷中的運用[Z].