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SF6 断路器低温运行压力闭锁原因分析

收藏打印发给朋友发布者：宁琳于观超国网冀北电力有限公司检修

浏览338次时间：2015年1月19日 16:39

宁琳于观超国网冀北电力有限公司检修分公司 100045

【文章摘要】

对SF6 断路器在低温运行中SF6 气体压力闭锁动作的原因进行了分析，提出了解决方案，以供参考。

【关键词】

解决方案；低温运行；压力闭锁；SF6 断路器

【Abstract】

Analysing cause of SF6 pressure block when the SF6 circuit-breaker operates under low temperature ,gives treatments to meet the emergency.

【Key words】

R e s o l v e s ；o p e r a t i n g u n d e r l o w temperature ；pressure block ；SF6 circuit-breaker

1 低温运行状况

2010-01-05，03 ：10，华北地区某500kV 变电站10 组某开关厂生产的HPL-550B2 断路器相继报“SF6 低气压报警”，SF6 压力表的读数为0.62~0.63MPa， 30 分钟后, 其中1 组报“SF6 总闭锁”，压力表的读数B 相为0.6MPa，其它两相为0.62 MPa，站内气温为-26℃。当日气温回升，信号相继消失。

2010-01-05，04 ：10，华北地区某500kV 变电站9 组某开关厂生产的3AQ1EE-252 型SF6 断路器报“SF6 低气压报警”，SF6 压力表读数为0.5MPa 左右， 20 分钟后报“SF6 总闭锁”， SF6 压力表的读数为0.45MPa 左右，当时的室外环境温度-24℃。当天在气温回升，“SF6 总闭锁” 消失。

2 压力报警/ 闭锁原因分析

两组断路器的额定充气压力都是0.7MPa（20℃）。根据当时的环境温度，结合图1 进行分析，造成SF6 压力报警/ 闭锁的直接原因是环境温度急剧降低，断路器气室内SF6 气体液化。SF6 断路器设置密度继电器的主要功能是检测断路器的SF6 泄露情况。对于低温引起的SF6 气体液化，进而引起的SF6 压力降低，尽管总体上断路器内SF6 密度没有变化，但是已经造成断路器内SF6 气体分布不均，影响到断路器的灭弧性能（开断能力）。在这种状况下，密度继电器通过测量误差闭锁断路器。见图SF6 断路器SF6 气体压力- 温度特性曲线 ( 图一)。

对于3AQ1EE-252 型SF6 断路器,SF6 压力表仅仅具有压力指示作用，不带温度补偿，压力表指示断路器的真实压力；密度继电器采用标准气室充入SF6 气体作为温度补偿的方式（图2）。在低温条件下，由于机构箱内加热器的作用（图3），使得密度继电器内SF6 气体高于断路器内SF6 气体的温度（相差5~7℃），通过这种温度差而引起的密度继电器动作，造成SF6 压力报警/ 闭锁。

对于ABB 的HPL-550B2 型SF6 断路器，SF6 压力表与密度继电器组合为一个整体，通过双金属片进行温度补偿（图4），压力表指示断路器的经温度补偿后的压力。在低温条件下，尽管双金属片的测量误差增大（比较于正常工作环境温度），但基本上还是按照图一的a 线进行线性补偿（a 线延长线），但是断路器内SF6 气体压力已经按照液化线e 下行，通过这种温度差而引起的测量误差使得密度继电器动作，造成SF6 压力报警/ 闭锁。

3 气体压力报警和闭锁动作解决方案探讨

（1）方案一充混合气体

采用对断路器内充SF6 气体和N2(CF4) 混合气体，解决SF6 液化的方案，已经获得了应用。但是这种方案应用较多的是用在设备选型时。对于设备运行后作为解决SF6 液化问题的方案：一是如果采用SF6 和N2 混合气体，首先要考虑的因素是，在混合气体保持原额定压力的条件下，断路器的额定开断电流将下降约20%，采用该方案，需要核对断路器安装位置的开断容量是否满足，同时为了保证混合气体的灭弧特性，需要重新调整断路器的机械特性。经过厂方技术核实，如果断路器的密封性能能够承受更高的压力时，可以提高断路器SF6/N2 混合气体的额定压力，以获得相等的开断容量。这种情况下带来的问题是，断路器灭弧元件的使用寿命可能要降低，断路器的分/ 合闸速度可能会因此降低。

二是如果采用SF6 和CF4 混合气体，虽然不会降低断路器的开断容量，但是因为CF4 有毒，并且价格高，也会带来一些管理上的问题。同时，有些厂家为了保证断路器的灭弧性能，需要更换灭弧室内的喷口等灭弧元件。

对于运行部门，该方案带来的问题是于气体的补充都增加了难度。该方案的可行性，需要电网规划计算部门、断路器生产厂家及设备运维部门的合作，进行计算、试验、现场检验后，方可决定。

（2）方案二调整密度继电器的定值

3AQ1EE-252 型SF6 断路器在设备选型时是按照-25 ℃ ~50 ℃ 选型的，即在-25 ℃ 时，SF6 压力为0.46MPa 时， “SF6 闭锁”。实际上，根据厂方技术人员的介绍及技术资料，原工作环境温度的选择有一定的保守性。该类断路器适用于-30℃ ~+50℃的环境。基于这种考虑，更换适用于-30℃ ~50℃密度继电器，将“SF6 泄露”定值调整为0.52MPa，“SF6 总闭”定值调整为0.5MPa，以适应断路器运行于低温-30℃的工作环境。

（3）方案三改动SF6 总闭锁二次线，在环境温度低的情况下临时解除闭锁

该方案原理是在低温环境引起的“SF6 压力低闭锁闭锁”报警时，运行人员就打开闭锁回路中的保护压板，临时解除“SF6 压力低闭锁”功能；等待天气回暖， SF6 压力降低闭锁返回，投入保护压板。

该方案的实施比较简单，但是带来的风险是：对于低温引起的SF6 断路器内气体液化后SF6 气体压力降低，如果要保证断路器的额定开断容量，断路器能有多少安全裕度的问题。尽管有些厂家给出了断路器在环境温度设计范围下限可以短时间运行的经验，但是经验的依据是在这种条件下运行没有出现问题，而不是经受住切断额定短路容量的考验。

该方案的实施，需要制定严格的管理办法，主要包括：对闭锁信号的正确判断、解除闭锁后加强环境温度、SF6 压力监视，更重要的是制定环境温度继续恶化时的应急预案。同时，该方案因为存在着严重的安全风险，特别是在恶劣的雨雪天气，可能引起电网的崩溃，其应该作为一种临时措施。

作为对该方案的改动，某些运行单位采用断开控制电源的方案，把低温状况下的SF6 断路器作为投入运行的隔离开关使用，使得此时的SF6 断路器不具备灭弧功能，仅具备绝缘功能。但是这种方案把该断路器的保护责任外推，有可能造成本区段的故障范围扩大，同样存在着严重的安全隐患。029

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（4）方案四 SF6 气体加热

在低温环境下，采用间接对SF6 气体加热方式，将加热带缠绕并固定在拐臂箱表面，外面采取保温措施，使SF6 断路器脱离液化点。这种方案已经成功应用于35~126kV 断路器，尚无成功应用于252kV 断路器的先例，原因在于灭弧室较高（4~6m），根本感受不到加热，而如果加热器功率太大，可能会因为温度局部偏高会导致密封圈受热老化的恶果。尽管如此，这种方案因为实行起来比较方便，即使加热的效果不是很好，也能改善断路器的运行状况，仍然具有进行现场试验的意义。

直接对252kV 柱式断路器的气体加热方法，是采用电加热器内置于拐臂箱内的传动拉杆四周，断路器的温升可达到10℃左右。但是这种方案对于已经运行的断路器，实施难度大。

（5）方案五改进SF6 断路器的选型

首先，依据SF6 的液化曲线、当地的环境温度，并考虑到一定的安全裕度，选择断路器的额定压力。如果断路器的额定压力选择0.7MPa，那么根据图一的曲线a，该型断路器仅适用于最低环境温度-20℃的地区。对于北京及周边地区，根据多年的运行经验，SF6 断路器的理性额定压力应该选择为0.5MPa，甚至可以选择0.4MPa。张家口地区某500kV 变电站扩建间隔选用的某厂LW25-252 型SF6 断路器，额定充气压力是0.4MPa，以适应当地寒冷的环境条件。

其次，合理选择SF6 压力表、密度继电器的安装位置。对于SF6 压力表、密度继电器的安装位置，已经有很多经验，主要是避免阳光直射引起的读数误差。为了保证低温SF6 液化状况下断路器能及时闭锁，通过上述分析可以看到，需要利用安装位置引起的误差。

对于依靠标准气室内SF6 气体作为温度补偿的密度继电器，需要将密度继电器安装于机构箱内，以利用机构箱内加热器对于密度继电器的影响；对于依靠双金属片进行温度补偿的密度继电器，需要将密度电器安装于机构箱外，以避免机构箱内加热器对于密度继电器的影响。

4 总结

华北电网运行着大批量的SF6 柱式断路器。在2010 年大雪降温过程中，电网承受着严峻的考验。进行SF6 断路器运行中气体低温液化解决方案的探讨，具有重要的意义。

对华北地区两座500kV 变电站的SF6断路器“ SF6低气压闭锁”原因进行分析，从充入SF6 混合气体、加强设备选型等方面提出了5 类解决方案，通过这5 类解决方案比较可以看出，解决问题的关键在于设备选型环节根据当地的气候条件，选择适合的SF6 气体压力。对于投入运行的断路器，需要进行综合比较，选择合理的解决方案。