【SF6微水儀】淺談SF6負荷開關(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(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負荷開關(guān)
SF6負荷開關(guān)是一種將負荷開關(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負荷開關(guān)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(yè)發(fā)達國家(如歐洲、日本)，斷路器與負荷開關(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負荷開關(guān)有了更加全面深刻的認識，國產(chǎn)SF6負荷開關(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、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、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：
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高壓開關(guān)生產(chǎn)廠要生產(chǎn)SF6負荷開關(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)達不到要求，至少要用氬弧焊或激光焊接設(shè)備進行焊接(目前國內(nèi)也有幾家從國外引進了焊接機械手生產(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準規(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(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負荷開關(guān)及充氣柜都是免維護或少維護的開關(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(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)濟的快速發(fā)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(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：xiaopianyu.cn
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