【SF6微水儀】淺談SF6負(fù)荷開關(guān)及C-GIS充氣柜技術(shù)
SF6氣體在通常狀態(tài)下是一種無色、無味、無毒、不燃燒化學(xué)性能穩(wěn)定的氣態(tài)物質(zhì)，它的密度大約是空氣的5倍。SF6出現(xiàn)于二十世紀(jì)初，它是硫在氟的氣體中燃燒時所形成的氣體。由于其分子的負(fù)電性，具有很強的吸附自由電子而形成負(fù)離子的能力，因而其耐電強度高，具有優(yōu)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(yōu)異滅弧性能的氣體。SF6氣體以其優(yōu)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(zhì)用于電氣設(shè)備。
SF6負(fù)荷開關(guān)
SF6負(fù)荷開關(guān)是一種將負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、接地開關(guān)為一體，密封在一個充滿SF6氣體的箱體內(nèi)，利用SF6優(yōu)異的絕緣、滅弧性能，滿足關(guān)合、隔離、接地三工位功能的開關(guān)設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)簡單、聯(lián)鎖可靠、體積小、維修少、安全易安裝等優(yōu)點，適用于不同的應(yīng)用場合。
由于SF6負(fù)荷開關(guān)與限流熔斷器配合能更好地保護(hù)變壓器，在國外己得到普遍使用。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家(如歐洲、日本)，斷路器與負(fù)荷開關(guān)之比為1:5~6。在我國，隨著城網(wǎng)建設(shè)和改造的不斷深入發(fā)展，負(fù)荷開關(guān)設(shè)備在12kV配電系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)供電和終端送電的應(yīng)用也越來越多。目前，國內(nèi)SF6負(fù)荷開關(guān)的大部分市場主要還是由國外公司(如ABB、施耐德等)占據(jù)，國內(nèi)已有幾十家生產(chǎn)廠家開發(fā)、生產(chǎn)各種不同型號的SF6負(fù)荷開關(guān)(如溫州開元、寧波天安、鎮(zhèn)江龍源等)。國內(nèi)生產(chǎn)廠家通過消化、吸收國外豐富的設(shè)計、制造、運行經(jīng)驗，對SF6負(fù)荷開關(guān)有了更加全面深刻的認(rèn)識，國產(chǎn)SF6負(fù)荷開關(guān)的數(shù)量和質(zhì)量已穩(wěn)步提高。
C-GIS充氣柜
柜式SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(簡稱C-GIS充氣柜)，是近十幾年來國外新發(fā)展起來的新技術(shù)系列產(chǎn)品，逐漸成為金屬封閉開關(guān)設(shè)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(fù)荷開關(guān))、隔離開關(guān)、互感器等封閉在充有較低壓力SF6氣體的不銹鋼殼體內(nèi)的中壓成套設(shè)備。其突出特點是安全、可靠性高，操作簡單,免維護(hù)、安裝方便等。其最大特點是不受外界環(huán)境條件的影響，如凝露、污穢、小動物及化學(xué)物質(zhì)等，可用在環(huán)境惡劣的場所。還有一個重要的特點是，由于使用性能優(yōu)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(fā)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(guān)，大大減少了維修和檢修工作量。既適合網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(guān)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(yīng)了小型化、智能化的要求。
目前，國內(nèi)幾家大型研究所、開關(guān)制造廠通過引進(jìn)、消化、合作，研制出了新型柜式SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備，如西高所、西安森源、鎮(zhèn)江龍源、天水長城開關(guān)廠、上海天靈開關(guān)廠、廣東順德開關(guān)廠等。所有產(chǎn)品都已通過了型式試驗，現(xiàn)已進(jìn)入小批量試生產(chǎn)及產(chǎn)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(nèi)的推廣面不是很大。
SF6氣體在開關(guān)設(shè)備中的大量使用，推動了開關(guān)制造業(yè)快速發(fā)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(huán)境溫度也有一定的影響(溫室效應(yīng))。原機電部于1991年為保證生產(chǎn)SF6開關(guān)設(shè)備的質(zhì)量頒發(fā)了《SF6高壓開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠必備條件》的通知。對35kV及以下SF6高壓開關(guān)生產(chǎn)廠必備條件提出有關(guān)要求。簡要的說：
應(yīng)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(fēng)換氣條件；設(shè)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(shè)備：1、理化檢測；2、絕緣檢測；3、SF6氣體檢測；健全質(zhì)量管理、工藝管理制度。
高壓開關(guān)生產(chǎn)廠要生產(chǎn)SF6負(fù)荷開關(guān)及充氣柜開關(guān)設(shè)備，主要解決以下幾個方面的技術(shù)難題：
信息整理：
高壓開關(guān)生產(chǎn)廠要生產(chǎn)SF6負(fù)荷開關(guān)及充氣柜開關(guān)設(shè)備，主要解決以下幾個方面的技術(shù)難題：
(1)密封問題
漏氣率一直是各生產(chǎn)廠家和用戶關(guān)注的焦點。SF6負(fù)荷開關(guān)及充氣柜年泄漏率都在1%/年以下。開關(guān)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(dāng)箱體內(nèi)SF6氣體壓力下降到大氣壓力時，似乎內(nèi)外壓力相等，氣體不存在泄漏。但從滲透角度考慮，箱體內(nèi)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(nèi)，空氣又將通過縫隙進(jìn)入箱體內(nèi)。時間一長，雖然箱體內(nèi)氣體壓力仍為大氣壓強，但氣體成分發(fā)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(dǎo)致事故，因此密封問題必須重視。
SF6負(fù)荷開關(guān)普遍采用密封圈來實現(xiàn)氣體的動靜密封(如ABB的SFG、施耐德的SM6開關(guān))；也有極個別采用了不銹鋼焊接和密封圈相結(jié)合的密封形式(VEI的SF6開關(guān))；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(shè)備和焊接技術(shù)達(dá)不到要求，至少要用氬弧焊或激光焊接設(shè)備進(jìn)行焊接(目前國內(nèi)也有幾家從國外引進(jìn)了焊接機械手生產(chǎn)設(shè)備)，以保證焊接質(zhì)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(nèi)的氣體濃度來推算年泄漏率。
另外還要考慮環(huán)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(guān)質(zhì)量的主要檢測指標(biāo)之一，其大小直接影響了開關(guān)的絕緣水平。
SF6氣體中的水份，當(dāng)其含量低于該狀態(tài)溫度下的飽和值時，水份以氣體狀態(tài)存在于SF6氣體中，試驗證明此時SF6開關(guān)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(jié)于開關(guān)內(nèi)部固體絕緣物的表面，進(jìn)而降低其沿面閃絡(luò)電壓，對于開關(guān)的滅弧性能也有影響。因此DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，新投運和大修后SF6開關(guān)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(guī)定值(一般水份含量為15 ppm)。
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(nèi)的水分含量不致超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。密封箱體內(nèi)所有的零部件(包括密封箱體、傳動件、觸頭刀片等)、標(biāo)準(zhǔn)件都要嚴(yán)格按各元件的烘烤溫度、烘烤時間進(jìn)行烘烤，嚴(yán)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(guān)設(shè)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(guī)范的SF6開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)工藝流程。
(3)零部件質(zhì)量問題
零部件質(zhì)量好壞直接關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。SF6負(fù)荷開關(guān)及充氣柜都是免維護(hù)或少維護(hù)的開關(guān)設(shè)備，一旦密封箱體內(nèi)的零部件有質(zhì)量問題，將極有可能遭成整臺開關(guān)設(shè)備的報廢。
保證零部件質(zhì)量就要嚴(yán)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(shù)滿足產(chǎn)品的要求。對要求裝入的零部件進(jìn)行更加嚴(yán)格的檢查，對整個裝配過程要求給以更加嚴(yán)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(nèi)的傳動環(huán)節(jié)和觸頭的表面的潤滑應(yīng)該是在整個產(chǎn)品壽命周期內(nèi)永久有效的，觸頭的接觸壓力應(yīng)該嚴(yán)格控制，開關(guān)主回路電阻值壽命周期內(nèi)滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市用電負(fù)荷的不斷增長，對供電可靠性的要求越來越高，高性能的環(huán)網(wǎng)配電、多回路配電、開閉所等已成為二次配電系統(tǒng)中不可替代的重要設(shè)備之一，特別是緊湊型、可擴(kuò)展的SF6開關(guān)設(shè)備已成為二次配電系統(tǒng)中的主導(dǎo)設(shè)備。隨著數(shù)字技術(shù)、集成化技術(shù)和機電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，SF6開關(guān)設(shè)備將會得到更大的發(fā)展。信息整理：
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