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SF6开关设备抽真空工艺的探讨

文章来源:电力建设2005.26

时间:2005-11-10 14:33:00

    由于SF6开关设备在电气性能、可靠性、经济性、占地面积等方面表现卓越,该产品逐步为广大电力用户认可,特别是在72.5kV以上电压等级领域中,成为城、乡电网使用的产品。但该设备在安装和检修时,它与空气断路器和油断路器有很大差异,具有特殊性。下面对该开关设备的抽真空全过程,即抽真空的目的;真空、真空度单位及真空区域划分;真空中的绝缘强度;抽真空的程序和技术要求;对技术要求和过程的讨论等6部分做探讨。
1  SF6开关设备抽真空的目的
    SF6开关设备,如GCB,GIS,H-GIS,SF6BUS和SF6CT等产品,抽真空是它们注入SF6气体前的一项必要的程序。该SF6开关设备抽真空的目的是:(1)降低SF6开关设备内部的湿度(水蒸汽含量),即去除设备内部微量水分;(2)作为一种定性检漏的方法。实际操作时,由于种种原因,曾出现过一些误操作,致使产品受损或返修。
2  真空、真空度单位及真空区域划分
    所谓真空,是指稀薄气体的状态。凡绝对压力低于正常大气压的状态都可称为真空状态。绝对压力等于0的空间称为绝对真空。
    真空度是以气体的绝对压力来表征,压力越低为真空度越高。真空度量的单位是:在国际单位制中绝对压力以帕(Pa)为单位(即1N/m2作用力)。
    我国将真空区域划分为5个区域:(1)粗真空。真空压力范围:1.01×105~1.33×102Pa;(2)低真空。真空压力范围:1.33×102~1.33×10-1Pa;(3)高真空。真空压力范围:1.33×10-1~1.33×10-6Pa;(4)超高真空。真空压力范围:1.33×10-6~1.33×10-10Pa;(5)极高真空。真空压力范围为小于1.33×10-10Pa。
    SF6开关设备抽真空的压力范围处于1.0l×105~1.33×102Pa,属于粗真空范畴,而真空断路器的压力范围是1.33×10-2~1.33×10-5Pa,属于高真空范畴。二者的绝缘强度截然不同。
3  真空中的绝缘强度
    真空中的绝缘强度如图l所示。该曲线是某电压等级真空管电极间距离为20mm时的实测曲线。从曲线的走向不难看出,当绝对压力降至133.32×10-4Pa以下时,绝缘击穿电压基本保持不变,具有较高值。这是因为气体分子的碰撞游离已经不起作用,击穿电压由其他条件如电极表面情况来决定。真空断路器就是利用这个范围获得高的绝缘强度。当压力处于133.32×10-3Pa左右时,绝缘强度开始下降。在133.32×10-1~133.32Pa之间出现拐点,击穿电压到达最低值。此后随着压力的升高,绝缘强度又呈上升趋势,曲线的变化规律符合帕申(Pasehen)定律。




4  抽真空的程序与技术要求
4.1  抽真空的程序
    《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》GB11023-1989和《气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程》DL/T603-1996对抽真空顺序和技术要求都有明确规定。后者规定:
    (1)真空度达到133Pa开始计算时间,维持真空泵运转至少在30min以上;(2)停泵并与泵隔离,静观30min后才能读取真空度A;(3)再静观5h以上,读取真空度B,要求B-A≤67Pa(极限允许值133Pa)合格,否则,要先检测泄漏点;(4)抽真空要有专人负责,要防止误操作而引起的真空泵油倒灌事故。
4.2  对抽真空技术要求的探讨
    图2表示200L容器内装入20mL的水,在常温下抽真空的试验装置。试验后,得容器内水分和真空度的关系如下:(1)在1333.2Pa左右时,水分沸腾;(2)在533.28Pa左右时,真空度平衡不变,水分慢慢减少;(3)在266.64Pa左右时,水分已除去。由此可知,如果抽真空至133.32Pa,容器内的水分完全能够除去。




    本试验若继续抽真空,真空度到达13.332~19.998Pa时处于饱和状态,该饱和点是到达133.32Pa压力后,再抽真空30min的开始点。图3为到达规定真空度所经过的时间。
    由上所述,采用设备内部抽真空的方法,可除去残存的水分,但是从有机绝缘材料中析出的水分也用抽真空的方法除去的话,则必须进行较长时间的抽真空,这部分水分必须用吸附剂除去。
    上述介绍可了解用抽真空去除水分的过程和试验结果;也可了解标准中所规定的133.32Pa和继续抽真空30min的作用。
5  对抽真空程序的探讨
    进行抽真空程序经常会遇到以下5种误操作,要注意防范。
5.1  抽真空和真空保持时应施加的电压
    SF6开关设备的抽真空属于粗真空范畴;绝缘击穿电压和真空度的关系是处于图1的右侧;在133Pa左右时,击穿电压处于最低点。因此,在抽真空和真空保持期问所施加的电压,即使是低电压,也是极其危险的。现举下述典型事例供参考。
    事例1:某工程126kV GIS抽真空到133Pa并处于真空保持期间,为了实现交叉作业缩短工期,对其做了回路电阻试验。虽然施加电压仅6V,但已构成放电条件,造成盆式绝缘子沿面闪络。
    事例2:某工程550kV罐式SF6断路器(带合闸电阻)含水量超标,安装单位先用充高纯氮(气)、后用红外线灯烘烤的方法,都未能充分去除水分。以后,他们试图在罐体外侧缠绕线圈用涡流法加热,施加电压于合闸电阻上驱除水分,与此同时再通过抽真空去除水分。显然,该方案如果付诸实现必将带来严重后果。
    综上所述,建议:(1)抽真空和保持真空期间切记勿施电压,即使是低电压。(2)对于扩建工程,如果新装产品处于高电压覆盖区,例如处于高压母线下方,抽真空作业时应谨防感应电压的伤害。建议将产品进、出线接线端子直接接地。
5.2  读取真空度时不停泵和不与泵隔离
    标准规定应停泵和与泵隔离。但操作时,有时因图方便或不理解,出现不停泵和不与泵隔离的情况下读取真空度的现象。其后果往往是读取值为虚假值。
    与泵隔离常用方法是关闭位于真空泵进气口侧的截止阀(图2中截止阀1)。目的是为了保证读取值能正确反映产品内部的绝对压力。反之,读取值极大可能是真空泵进气口的数值。该值通常都大于产品实际到达的真空度。
5.3  返油现象
    返油是指真空泵处于抽真空运行期间,因失电而引起泵油倒灌进入产品的事故。当前,抽真空配用的泵大多是叶片泵或柱塞泵。将它与SF6气瓶等原件组合在一起成为“充气装置”。将它与压缩机、储气罐等元件组合在一起成为“充放气装置”。正规的“装置”都配有防返油装置。
    防返油措施有多种,常见在真空泵进气口处(图2截止阀1左侧)装1个电磁阀。当失电时,电磁阀开启并与大气相通,使真空泵进气口与出气口压力迅速达到一致,可有效地防止返油。反之,正在运行的真空泵会因进气口和出气口的压力差,迫使泵油由高压区进入低压区,通过管道进入产品。
    一旦出现返油应迅速处理,不应延误修复,因为返油会危及产品性能及安全运行。
    因此,建议:(1)使用“充气装置”或“充放气装置”前应将电磁阀动作可靠性列入检查项目。(2)真空泵单独使用时应了解该泵有无防返油装置或措施。若有,应检验其可靠性;若无,应采取相应措施。(3)对于已购但尚无防返油措施的“装置”应尽早改造;(4)应设专人负责。对设备保养、精通业务及监督“装置”运行都十分有益。
5.4  真空保持时间问题
    上述2个标准规定的真空保持时间都是5h以上,即再静观5h以上读取真空度B。这是为了让隐藏在绝缘件、铸件、金属件及金属焊缝等处的水分在真空状态下逐步汽化。通过B-A值判别产品内部元件装配前的干燥状态及能否进行下一程序。
    对此,笔者认为5h应是下限。真空保持的时间应视产品而异(特别是GIS),国外一些制造厂规定值为24h,将24h作为上限也许是有利的。
5.5  真空检漏问题
    GBll023-1989将真空检漏确定为2种定性检漏的方法之一。标准规定:试品抽真空到真空度113×10-6MPa,再维持真空泵运转30min后停泵,30min后读取真空度A,5h后再读取真空度B,如果B-A值小于133×10-6Pa,则认为密封性能良好。
    在执行该标准时,往往认为:B-A值超过133×10-6MPa时,试品肯定密封不良、存在泄漏点。笔者认为不应绝对化,具体情况应具体分析。如果B-A值远大于133Pa,密封不良的可能性较大;如果差值较小,有可能是由于真空保持期间,隐藏在试品元件内部水分汽化所致。为了确认这一点,建议再重复进行1次上述标准规定的测试。如果B-A值降低至133Pa以下,则可排除密封不良的结论。
6  结束语
    上述5.1~5.3属于误操作。如果能理解和执行标准,5.2与5.3的误操作是极易避免的。5.1是因为未能充分注意真空状态对SF6开关设备的影响。5.4与5.5是笔者提供的参考操作。它与标准并不相违,仅存在理解问题。如5.4中标准规定真空保持时间为5h以上,未提上限,笔者建议上限为24h;5.5中,标准规定B-A值小于133Pa,则认为密封良好,但并未作出明确的相反结论。笔者根据自身的经验,提出再进行1次测试的建议。5.4与5.5可作为参考意见,可在不违背标准的前提下斟酌采用。