一種六氟化硫擊穿電壓試驗裝置的研制與應用

張新忠，郭均偉，阮沁沁，李漢釗，楊志華，何俊曄

（廣東電網責任有限公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

1 研制背景

六氟化硫在設備運行過程中，潮氣侵入會導致設備內充裝的六氟化硫氣體濕度升高，絕緣性能下降，影響設備安全運行。一般來說應當在六氟化硫氣體的濕度超過限值之后就及時停電并置換氣室內六氟化硫氣體。但在實際操作中并不能確保每一次都能及時做到，而在氣室濕度超限又不能及時進行氣體置換的情況下，應當如何判斷設備的的運行狀態以及對事故進行預警，一直以來并沒有明確的標準，未能給操作人員提供明確的指導，即便有一些簡單的指導方式，也大多過于籠統，沒有針對性。一切數據本應當由試驗部門進行試驗或運行經驗積累，而利用實際設備進行試驗，由于安全性和操作性方面的局限，顯然不現實。

2 研發需求分析

隨著電網系統發展擴大，六氟化硫氣體在電網運行中成為不可劃缺的重要氣體，但在實際操作中往往存在一定的操作風險。目前六氟化硫電壓擊穿試驗操作頻率高，在省網中的應用范圍廣度大，而由于長期以來缺乏明確指導，操作標準參差不齊，也因為客觀設備因素導致存在一定的安全風險，從根本上降低了六氟化硫的使用效能，因此裝置研制將能彌補這方面的空白，市場需求十分巨大。

3 技術研制方案

3.1 技術設計思路

由于六氟化硫氣體自身的特殊性及使用安全規范，為了保證擊穿電壓試驗可靠安全開展，廣東電網東莞供電局成立了專門研究小組，通過對六氟化硫擊穿電壓試驗相關工作進行深入調研，研究出一種六氟化硫擊穿電壓試驗裝置。為了提高工作安全性及工作效能，本裝置的研發設計必須滿足以下條件：密封端板與石英套管通過螺栓連接必須形成緊密封橡膠圈，形成一個密封的耐壓腔體；放電段根據不同的放電試驗場景可以有不同的設計，如球形、平板形等；安裝座位需要絕緣性好、安全性好。

3.2 裝置技術原理

本裝置由耐壓腔體、電極組件、安裝座構成。其中耐壓腔體由石英套管、密封端板、安裝座組成，其中石英套管作為承壓部件，中部為高強度石英圓管，其兩端設置有與密封端板配合的帶孔法蘭邊。整體裝置結構如圖1 所示，密封端板設置有密封橡膠墊，并且中部設置有外部電極，外部電極為中間有軸向盲孔的金屬體，外部電極與密封端板為氣密式連接，密封端板上還設有氣閥，一邊可以通入六氟化硫氣體，另一邊排走氣體。使用時密封端板與石英套管通過螺栓連接并壓緊密封橡膠圈，形成一個密封的可以承受高氣壓的試驗腔體，此為耐壓腔體。

石英套管內部圓管如圖2 所示。裝置整體效果如圖3 所示。

圖1 整體裝置結構圖

電極組件由電極保持架和電極組成，其中電極保持架為絕緣材料制成的籠狀結構，絕緣部件采用聚四氟乙烯和聚氯乙烯，以確保其絕緣性。兩側正中設有電極安裝孔，并在安裝孔處設有頂絲，結構穩固。電極由導電材料制成，可以分為導電段和放電段兩部分，導電段為圓柱形，放電段根據不同的放電試驗場景可以有不同設計，例如球形、平板形等。使用時，將電極的導電段插入電極安裝孔中，調整兩電極的距離后可以通過頂絲壓緊導電段進行鎖定，此為電極組件。組件向內采用錐形螺紋或者頂絲夾緊方式與試驗電極連接，同軸性好，電極距離可調。電極距離用卡規調整。

圖2 石英套管內部圓管

圖3 裝置整體效果圖

安裝座位由絕緣材料制成，內部加工出容納外電極的空間以及與耐壓測試儀電極相適應的孔道。裝置整體安裝在耐壓儀上進行升壓試驗，可通過透明石英管觀察放電過程。

裝置整體結構為三文治結構，使用時，先分解裝置，取出內部電極支架，安裝電極，調整電極距離和角度。將電極組件的兩個電極的導電段分別插入密封端板上的外電極的盲孔中，然后與剩余部件及安裝座組裝起來，即可進行六氟化硫擊穿電壓試驗。試驗完畢，若需要研究放電產物，可以對氣體進行采樣。

4 技術創新

本裝置在設計上充分考慮到六氟化硫氣體的特殊性，對裝置進行了符合擊穿電壓試驗的安全性能設計，裝置的研發與使用經過東莞供電局多次提出的多種方案后選擇最優方案，然后通過反復測試與實踐，最終設計出性能優良的裝置，其創新手段包括：①外部電極與密封端板為氣密式連接，密封端板上還設有氣閥，一邊可以通入六氟化硫氣體，另一邊排走氣體。使用時密封端板與石英套管通過螺栓連接并壓緊密封橡膠圈，形成一個密封的可以承受高氣壓的試驗腔體，此為耐壓腔體。②電極保持架為絕緣材料制成的籠狀結構，絕緣部件采用聚四氟乙烯和聚氯乙烯，絕緣性好。③放電段可根據不同的放電試驗場景可以有不同設計，靈活性好。④裝置整體安裝在耐壓儀上進行升壓試驗，可通過透明石英管觀察放電過程，效果一目了然。

4.1 應用效能

本裝置通過在惠東莞局試運行，得到了使用人員的一致好評，除了使用時能直觀觀察放電過程，同時放電端可以根據場景進行不同的設計，靈活性高，使用便捷。該裝置可以推廣至各兄弟單位使用，并在實際試驗中提供標準化的指導。

4.2 實現效益

目前對于六氟化硫氣體在各種領域的使用，存在著各種安全風險及使用標準問題。企業人力成本及設備成本容易因使用不當或操作標準不一而增加。通過本成果的應用，有效實現相對標準安全、快速的六氟化硫擊穿電壓試驗，提高了企業的經濟效益，也符合安全用電的標準，使用效能高，供電可靠性得到保證，用戶滿意度自然也得到提高，具有很強的推廣性。