500kV SF6高压断路动作过程产生分解物的分析与对策

梁斌儒

摘 要：文章通过对500kv高压断路器分闸过程电弧的产生和相关分解物的分析，了解开关切断故障电流内在的变化情况，结合500kv五邑站500kv开关在台风期间的开关动作情况、开关气体化学分析报告，了解开关动作过程产生分解物的危害，并从变电站运行人员的安全角度分析采取对策，提高500kv开关安全运行的可靠性。

关键词：断路器；电弧；分解物

引言

高压断路器是电力系统中最主要的控制、保护元件，500kv超高压断路器对电网的安全运行更是起着至关重要的作用。断路器本身的运行状况决定着断路器是否安全可靠，如果断路器出现故障，轻者影响正常供电，重者造成大面积停电。随着科学工艺的提高，断路器在正常工作状态下，其可靠性、稳定性很高。但在进行故障电流切断后，断路器的内部情况变化很大，断路器的触头存在电磨损及内部产生破坏性气体，这些都直接影响着断路器后期的安全运行。下面结合五邑站500kv阳五甲线开关动作情况及气体分析报告，说明产生的气体成份、气体危害，并从运行角度提出对策。

1 电弧产生过程

当用断路器断开电流时，如果电压不低于10～20伏，电流不小于80～100mA，断路器的触头间便会产生电弧。电弧的形成是触头间中性质子（分子和原子）被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高（E=U/d）。当电场强度超过3×10-6V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式的强电场发射而产生电弧。

触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下（电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上），气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。

随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。

2 SF6气体的产生

SF6其自身的分解温度>500℃，在正常运行的情况下分解物极少。当SF6设备中发生绝缘故障时，放电产生的高温电弧使SF6气体发生分解反应，生成SF4、SF3、SF2、和S2F10等多种低氟硫化物。如果是纯净的SF6气体，上述分解物将随着温度降低会很快复合、还原为SF6气体。实际上使用中的SF气体总含有一定量的空气、水分，由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼，即与SF6气体中的微量水分和氧气等发生反应。

多年来的检测数据表明，SF6电气设备中断路器正常开断产生的分解产物微乎其微。SF6电气设备内断路器非正常开断的气体分解产物主要有：CF4，SOF2，SO2F2，S2OF10，SO2，H2S，CO，CO2，HF。现阶段我们在对SF6断路器进行气体分析时，我们主要分析SO2，H2S，CO，H2O四项指标。

检测四项指标目的：

二氧化硫SO2（SOF2）：SO2是SF6电气设备故障时分解的主要特征组分，正常运行的设备中SO2的含量极少。若发生故障时，SO2会增长10倍以上。

氟化硫H2S（HF）：SF6气体在电弧下会分解氟硫离子，若水分含量较高下会产生HF或H2S。

一氧化碳CO和二氧化碳CO2：当设备内电弧（或过热）灼伤固体绝缘部件时，会产生CO和CO2。

湿度H2O：湿度是影响SF6气体形成水解氟化物的重要因素，在设备中的气体湿度会影响设备的绝缘强度。

3 案例分析

2013年8月14日13：39至14：33，五邑站500kv阳五甲线5063开关A相开断故障短路电流达6次，开关B相开断故障短路电流2次，开关C相开断故障短路电流达6次，故障相电流均在5kA至8kA范围内，当天检查开关本体、SF6气压、储能等无异常现象，抄录的开关动作次数数据显示动作相符。2013年8月19日试验研究所化学班抽取频繁动作的5052、5062、5053、5063开关SF6气体进行化学试验。

根据跳闸情况我们对500kv阳五甲线5063开关进行风险分析：

3.1 从苏州AREVAGL317X型SF6操作手册中开关触头的电磨损的限值对应公式为：

∑NI2=28，000kA2（N=开断电流I的次数）

其曲线如下：

图1 开断电流与开断次数关系图

按本次开断短路电流值最大8kA计算，可开断437次，其中开断次数最多为5063开关A相与C相，均为6次，远少于理论值，同时一次外观检查、红外测温并无异常。

3.2 从化学班检测结果判断5052、5053、5062、5063开关三相的SF6气体中湿度H2O一项符合电力设备预防性试验规程规定：运行中≤300。但SO2，H2S，CO，H2O含有量已明显多于正常运行开关数值。

六氟化硫（SF6）气体是惰性非燃烧气体，但由于生产工艺上不能保证100%无水分及杂质，故在开断较大的故障电流时，经电晕、火花和放电作用，便分解产生各种有毒或腐蚀性气体。这些分解物含有SO2、H2S、CO等产物。分解物含量的增加会降低六氟化硫（SF6）气体耐电强度。如没有及时关注该设备，长此以往将造成开关灭弧能力大大下降，随时有开关爆炸的风险存在，威胁设备与运行人员的安全。

4 提出对策

经过多次分断大故障电流，五邑站5063开关运行状况数据明显差于未进行故障电流切断的开关。为了更好地掌握此开关运行情况，保证开关设备安全运行，避免人身事故的发生。五邑站提出了以下几点控制对策：

4.1 将设备异常情况反馈全站运行人员，同时告知设备主人，每月跟踪设备消缺情况，按停电计划或采样的报告情况，制定相应的停送电运维方案。

4.2 密切留意试验研究所化学班反馈的详细分析报告，应视设备的具体情况缩短检测周期，跟踪分解物的变化情况，以策安全，有必要时进行停电大修或返厂检修。

4.3 丰富SF6气体成分检测手段，应使用性能优异，检测成分多样，量程精准的测试仪器，及时、准确发现5062、5063开关运行的异常，超前防控事故的发生，提高设备的可靠性，保证电网的安全与稳定。

4.4 日常巡视需重点注意开关SF6气体压力是否在正常范围，是否有异常声响，由于抽气较频繁还需注意塞子是否拧紧。

4.5 恶劣天气巡视该开关时需两人以上进行，先远观再听声后近看。

4.6 开关停送电远控操作前需检查现场人员远离开关位置，检查分合闸位置需先远观再听声后近看。

4.7 由于H2S等属有毒气体，采样过程应防止由于泄漏导致试验人员中毒，必要时应佩戴防毒面具、防护服和手套；当发生泄漏事故发生时，污染区的人员应迅速撤离至上风侧，进入污染区抢救人员时必须佩戴正压自给式空气呼吸器，并须有监护人员看护，从上风处进入现场使患者脱离现场至空气新鲜处，进行心肺复苏抢救。

5 结束语

通过对断路器开端过程电弧的产生原理、SF6气体分解物的产生原因分析了解，让运行人员对SF6气体分解物危害、断路器设备状态评价有了深一步的认识和把握。运行人员通过对断路器切断故障电流后试验数据的分析，判断断路器性能状态，进行风险分析，从设备安全运行、避免人身事故角度出发，提出相对应的运行管控措施，并落实执行，真正做到设备主人的职责，保障电网安全运行，确保避免大面积停电等社会责任事件出现。

参考文献

[1]高压断路器运行规程[Z].电供（1991）30号.

[2]王宇.SF6分解物检测技术及其在故障判断中的运用[Z].