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    產品知識

    淺談SF6負荷開關,充氣柜開關設備【發表日期:2019-04-04】

      本文介紹了SF6負荷開關、充氣柜的國內外產品構成及其發展形式,以及生產此類產品必須具備的的條件和技術難題。

      SF6出現于二十世紀初,它是硫在氟的氣體中燃燒時所形成的氣體。SF6氣體在通常狀態下是一種無色、無味、無毒、不燃燒化學性能穩定的氣態物質,它的密度大約是空氣的5倍。由于其分子的負電性,具有很強的吸附自由電子而形成負離子的能力,因而其耐電強度高,具有優異的絕緣性能。它的離解溫度低,且離解能量大,也是一種具有優異滅弧性能的氣體。SF6氣體以其優良的絕緣性能和滅弧性能以及其氣體具有不能燃燒的特性,逐步被人們作為新型絕緣介質用于電氣設備。

     SF6負荷開關

    SF6負荷開關是一種將負荷開關、隔離開關、接地開關為一體,密封在一個充滿SF6氣體的箱體內,利用SF6優異的絕緣、滅弧性能,滿足關合、隔離、接地三工位功能的開關設備。具有結構簡單、聯鎖可靠、體積小、維修少、安全易安裝等優點,適用于不同的應用場合。

      由于SF6負荷開關與限流熔斷器配合能更好地保護變壓器,在國外己得到普遍使用。在工業發達國家(如歐洲、日本),斷路器與負荷開關之比為1:5~6。在我國,隨著城網建設和改造的不斷深入發展,負荷開關設備在12kV配電系統的環網供電和終端送電的應用也越來越多。目前,國內SF6負荷開關的大部分市場主要還是由國外公司(如ABB、施耐德等)占據,國內已有幾十家生產廠家開發、生產各種不同型號的SF6負荷開關(如溫州開元、寧波天安、鎮江龍源等)。國內生產廠家通過消化、吸收國外豐富的設計、制造、運行經驗,對SF6負荷開關有了更加全面深刻的認識,國產SF6負荷開關的數量和質量已穩步提高。

    C-GIS充氣柜

    柜式SF6氣體絕緣開關設備(簡稱C-GIS充氣柜),是近十幾年來國外新發展起來的高新技術系列產品,逐漸成為金屬封閉開關設備的一個重要品種。我國在近幾年才開始起步。

      C-GIS充氣柜是將所有高壓元件諸如母線、斷路器(或負荷開關)、隔離開關、互感器等封閉在充有較低壓力SF6氣體的不銹鋼殼體內的中壓成套設備。其突出特點是安全、可靠性高,操作簡單,免維護、安裝方便等。其最大特點是不受外界環境條件的影響,如凝露、污穢、小動物及化學物質等,可用在環境惡劣的場所。還有一個重要的特點是,由于使用性能優異的SF6絕緣大大縮小了柜體的外形尺寸,有利于向小型化方向發展。與空氣絕緣相比,SF6充氣柜的安裝面積為其26%,體積為其27%,同時,由于充氣柜配用性能良好的無油開關,大大減少了維修和檢修工作量。既適合網絡節點或用戶終端的要求,又滿足各種二次變電站對緊湊型開關柜靈活使用的需要。特別適用于機場、地鐵、鐵路等用電要求較高的場合,C-GIS適應了小型化、智能化的要求。

      目前,國內幾家大型研究所、開關制造廠通過引進、消化、合作,研制出了新型柜式SF6氣體絕緣開關設備,如西高所、西安森源、鎮江龍源、天水長城開關廠、上海天靈開關廠、廣東順德開關廠等。所有產品都已通過了型式試驗,現已進入小批量試生產及產品完善、系列化階段。由于C-GIS充氣柜對工藝裝備要求極高、加工難度很大,目前在國內的推廣面不是很大。

      SF6氣體在開關設備中的大量使用,推動了開關制造業快速發展的步伐。但SF6氣體在電弧放電時,分解形成硫的低氟化物,這些分解物既有毒又對許多絕緣材料和金屬材料有腐蝕作用。另外SF6氣體對環境溫度也有一定的影響(溫室效應)。原機電部于1991年為保證生產SF6開關設備的質量頒發了《SF6高壓開關設備生產廠必備條件》的通知。對35kV及以下SF6高壓開關生產廠必備條件提出有關要求。簡要的說:

      應有空氣清凈度為100萬級以上,相對濕度低于75%的場地裝配,并且有良好的通風換氣條件;設有SF6檢漏小室、零部件清洗間、干燥裝置;有可靠的SF6充放氣及回收裝置;水壓試驗和氣密性試驗裝置;必備的檢測條件及設備:1、理化檢測;2、絕緣檢測;3、SF6氣體檢測;健全質量管理、工藝管理制度。

      高壓開關生產廠要生產SF6負荷開關及充氣柜開關設備,主要解決以下幾個方面的技術難題:

      (1)密封問題

      漏氣率一直是各生產廠家和用戶關注的焦點。SF6負荷開關及充氣柜年泄漏率都在1%/年以下。開關使用壽命一般都在30年左右。密封要考慮到密封元件的壓縮量、壽命、老化、可靠性方面的因素。

    當箱體內SF6氣體壓力下降到大氣壓力時,似乎內外壓力相等,氣體不存在泄漏。但從滲透角度考慮,箱體內SF6氣體濃度顯然高于柜外,SF6氣體仍向外滲出,反之箱體外空氣濃度高于箱體內,空氣又將通過縫隙進入箱體內。時間一長,雖然箱體內氣體壓力仍為大氣壓強,但氣體成分發生變化。SF6氣體所占百分比減少,待SF6比例降到40%時,有可能由于絕緣性能下降而導致事故,因此密封問題必須重視。

    SF6負荷開關普遍采用密封圈來實現氣體的動靜密封(如ABB的SFG、施耐德的SM6開關);也有極個別采用了不銹鋼焊接和密封圈相結合的密封形式(VEI的SF6開關);C-GIS充氣柜的密封方式有焊接密封、密封圈密封及金屬波紋管密封等。采用了焊接密封,要保證焊縫的氣密性,一般焊接設備和焊接技術達不到要求,至少要用氬弧焊或激光焊接設備進行焊接(目前國內也有幾家從國外引進了焊接機械手生產設備),以保證焊接質量。

      常用的SF6氣體檢漏方法有兩種:一是定性檢漏即查漏點;二是定量檢漏即密封24h后測量密封容積內的氣體濃度來推算年泄漏率。

      另外還要考慮環境因素對密封性能的影響,如高溫或低溫條件下密封性能是否滿足要求。

      (2)氣體水份含量問題

      SF6氣體水分含量是SF6開關質量的主要檢測指標之一,其大小直接影響了開關的絕緣水平。

      SF6氣體中的水份,當其含量低于該狀態溫度下的飽和值時,水份以氣體狀態存在于SF6氣體中,試驗證明此時SF6開關的絕緣性能基本不受影響;若氣體水份含量超過飽和值時,部分水汽會凝結于開關內部固體絕緣物的表面,進而降低其沿面閃絡電壓,對于開關的滅弧性能也有影響。因此DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》規定,新投運和大修后SF6開關水份含量不得超過150ppm,運行中則不得超過300ppm。

      對于新SF6氣體,首先要檢驗氣體本身水份含量,不超過規定值(一般水份含量為15ppm)。

      密封箱體放入適量干燥后的吸附劑,吸附劑主要用來吸附水份以保證密封箱體內的水分含量不致超出標準規定。密封箱體內所有的零部件(包括密封箱體、傳動件、觸頭刀片等)、標準件都要嚴格按各元件的烘烤溫度、烘烤時間進行烘烤,嚴格控制零部件本身的水份含量,并且保證零部件的封裝時間。

      SF6開關設備抽真空、充氣時,用高純氮氣或六氟化硫氣體清洗充氣管道,控制管道中水分的含量,制定規范的SF6開關設備生產工藝流程。

        零部件質量好壞直接關系產品質量的好壞。SF6負荷開關及充氣柜都是免維護或少維護的開關設備,一旦密封箱體內的零部件有質量問題,將極有可能遭成整臺開關設備的報廢。

      保證零部件質量就要嚴格控制零部件的材料、加工工藝和檢驗方法,其機械強度、電氣性能等各方面參數滿足產品的要求。對要求裝入的零部件進行更加嚴格的檢查,對整個裝配過程要求給以更加嚴格的工藝過程控制和工序檢驗的控制,以保證裝配的正確性和一致性。特別是密封箱體內的傳動環節和觸頭的表面的潤滑應該是在整個產品壽命周期內永久有效的,觸頭的接觸壓力應該嚴格控制,開關主回路電阻值壽命周期內滿足產品技術要求。

      隨著社會經濟的快速發展,城市用電負荷的不斷增長,對供電可靠性的要求越來越高,高性能的環網配電、多回路配電、開閉所等已成為二次配電系統中不可替代的重要設備之一,特別是緊湊型、可擴展的SF6開關設備已成為二次配電系統中的主導設備。隨著數字技術、集成化技術和機電一體化技術的廣泛應用,SF6開關設備將會得到更大的發展。


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