２８ ＳＦ 开关设备泄漏故障及应对措施 ＳＦ６开关设备泄漏故障及应对措施 ＳＦ６ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ Ｌｅａｋａｇｅ Ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｍｅａｓｕｒｅｓ 白正立 上海鲁研电力设备监理有限公司 山东 济南 ２ ５０Ｏ０２ 【摘要】阐述了当前Ｓ Ｆ 开关设备运行中暴露出的泄漏故障主要是液压机构漏油和设备本体漏 气的故障情况、泄漏的主要部位、原因后果及改进建议。 【关键词】Ｓ Ｆ 开关 泄漏 故障解决 原因 改进方法 【中图分类号】ＴＭ５６４．３ 【文献标识码】Ａ １ ＳＦ 开关设备泄漏故障情况 当前Ｓ 开关设备运行中暴露出的泄漏故障主 要是液压机构漏油和设备本体漏气。国产设备的泄 漏故障率高于进口设备。其情况如下： １）根据文『１］的统计：１９８９～１９９７年，２２０ｋＶ及 问题，几乎占了故障的一半。 ５）据文『５］，国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）２３—０３特 别丁作组曾对１ｌ家巴西用户的７个制造厂家的２９台 ＧＩＳ进行调查，结果显示：在某些变电站，设备每年 的ＳＦ 泄漏率超过３％，个别情况可高达１０％。对于大 多数巴西的１００～２００ｋＶ的ＧＩＳ，则低于但十分接近容 以上ＳＦ＾断路器和ＧＩＳ发生的泄漏故障中，液压机构 漏油共８０次．其中进口设备为８次；设备本体漏气共 ２６次，其中进口设备为３次。 许值ｌ％。仅在１９９１～１９９３年间，在巴西安装的ＧＩＳ， 由于泄漏至少导致５６２３ｋｇ ＳＦ 排放到大气中，这造 成了可观的经济损失，并污染了环境。 另外．据德国一个大型公用事业设施的故障统 计．在ＳＦ６断路器的主要故障中，驱动机构的故障超 ２）据文『２］的统计：所有故障巾比例最大的是 液压机构。１９９３年北京供电局共处理Ｓ 断路器液 机构漏油ｌ５台次。国产Ｓ 断路器的漏气问题很 突 ，北京供电局所使用的２２０ｋＶＳＦ 断路器中仅 Ｉ９９３年度就有Ｉｉ台断路器中的１Ｉ相本体漏气，全年 共补气ｌ８次 ． 过４０％，居第一位，ＳＦ６泄漏以及辅助和二次回路中 的故障分别居第二位和第三位。 ６）据文『６］，国际大电网会议１３－０６＿Ｔ￣作组１９８８～ １９９０年第二次调查（主要针对ＳＦ６断路器）指出：在 ３）据文 ３］的统计：１９９４年ＳＦ 断路器共发生４９ 次故障，其中液压机构严重漏油９次，设备本体漏气 ｌ６次，国产、进口设备都存在这一问题。 ４）据文ｆ４］的统计：１９８８～１９９５年间国产５００ ｋＶ ｓＦ 断路器共发生２２次故障，其中主要是密封质量 收稿日期：２０１１—０８—１２ １２３ｋＶ级断路器的故障中，液压机构占６９％，２４５ｋＶ 级达６３％，在运行中经常 现漏油、漏Ｎ：、自卫能力 装置失误、电动泵故障等问题。 据文『７］，上述调查还指出：次要故障的２／３是 泄漏，即断路器本体漏气、液压机构漏油和气动机 构漏气。 作者简介： 正 ，（１９７９一），男，泰安人，从事高压开关技术 ｒ作． ．山东电力高等专科学校学报 第１４卷第４期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ ２９ ２泄漏发生的主要部位 １）液压机构的主要漏油部位有：三通阀和放油 障，液压油进入储压筒氮气侧会造成压力异常升高 等，这会影响ＳＦ 断路器安全运行。 阀、高低压油管、压力表和压力继电器接头以及工 作缸活塞杆和贮压筒活塞杆的密封受损处、低压油 箱的砂眼处等。 ２）ＳＦ６断路器本体的漏气部位有：支柱驱动杆 ２）对于ＳＦ６断路器和ＧＩＳ，虽然泄漏到大气中的 ＳＦ 浓度很低，但它在大气中有很长的残存期，并能 吸收红外幅射而产生温室效应。此外，频繁补气和 ＳＦ 气体的大量泄漏，不仅影响设备安全运行，也影 响人身健康。 和密封圈划伤处、充气阀密封不良处、支柱瓷套根 部有裂纹处、法兰联接处、灭弧室顶盖有砂眼处、ｊ 联箱盖板、气体管路接头、密度继电器接口、二次压 力表接头、焊缝和密封槽与密封圈（垫）尺寸不配合 等处。 ３）ＧＩＳ的漏气部位有：隔室、绝缘子、０型密封 圈、开关绝缘杆、互感器二次线端子、箱板连接点、 气室母管、附件砂眼处和气室伸缩节接口等处。 其类型详细情况如下： （１）法兰类密封面漏气 这类漏气的位置是各处法兰对接面。如壳体对 接面、壳体端面，一般是由于紧固螺栓松动、密封部 位有异物、法兰面划伤、密封面腐蚀、密封圈质量问 题等因素引起。 （２）轴密封面漏气 一 这类漏气的位置是各处直动密封、转动密封面，如 传动部分的一些密封面，漏气原因与法兰类密封面 相同。 （３）壳体漏气 这类漏气主要是壳体材质质量引起的，如铸造 气孔、沙孔等 （４）焊缝漏气 这类漏气主要是焊接质量引起，如焊缝不实、 气孔等。 （５）元器件漏气 这类漏气主要是密控器、阀门质量问题引起。 （６）自然环境引起的漏气 这类漏气主要是自然环境长期对ＧＩＳ影响引起 的，短时的环境骤变也会引起。 ３泄漏的后果 １）对液压机构．漏油会引起短时频繁启泵打压 或补压时间过长，阀体大量内渗油会造成失压故 ４泄漏原因分析 １）对液压机构，其主要原因是： （１）制造方面：对工作缸、贮压筒活塞杆等动密 封结构的设计考虑欠周．元部件加ｌＴ表面粗糙、洁 净度差，致使一些杂物（金属颗粒，棉纱等）滞留于 密封表面并污染液压油，在机构运转时这些杂物研 磨密封圈甚至划伤贮压筒内表面，频繁打压、压力 异常升高等故障多数由此引起。 ｒ（２）使用方面：投运前验收不严、不细；露天检 修．不能确保机构元部件不受污染。 ２）对ＳＦ６断路器和ＧＩＳ，从２０余年的运行情况来 看，不管是国产还是进口设备，都存在ＳＦ６气体泄漏 的问题。泄漏的原因主要来自制造厂，如铸件有砂 眼、焊接处有裂纹、密封槽和密封圈尺寸不配合、密 封圈老化、密封圈材质与法兰材质不相容、组装中 密封工艺处理不当以及密度继电器存在质量缺陷 等。 （１）运行方面：由于液压操动机构存在渗漏油 的疑虑，世界上大部分液压机构的生产厂家始终在 不断的对液压机构的密封性能、阀体设计、管路连 接和工艺材质等方面进行完善和改进，以图减少密 封环节和管路的连接，尽量提高密封性能降低渗漏 的几率。目前大部分液压操动机构都采用模块式功 能元件的设计。尽量减少元件数量和内外管路的连 接，以减少漏点。 （２）改进方面：面对崛起的弹簧机构的挑战，故 要保持液压操动机构配ＧＣＢ的主导地位，必须在精 心设计、零部件精密加工、产品精细装配、各密封环 节质量保证及内部清洁等方面下功夫，彻底解决渗 漏油问题，确保立于不败之地。 ＳＦ 开关设备同油或空气断路器一样，也是需 ３０ ＳＦ 开关设备泄漏故障及应对措施 Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．４ 要进行维护和检修的。文［５］指出，制造商可根据运 行时间、操作周期和开断短路电流次数来确定维修 间隔，标准维修间隔为ｌ２年。现代ＳＦ 断路器希望的 维修间隔大于２０年。水力发电机特别是抽水蓄能发 电机断路器由于其操作次数较多，故检修间隔较 短。 目前我国检修周期、检修工艺、检修方式、备品 备件等问题还都处于摸索阶段，而我国２２０ｋＶ及以 上ＳＦ 开关设备的运行时间大多已接近ｌ２年检修间 隔．这在一定程度上也造成了泄漏故障的发生。 ５ ＧｌＳ中ＳＦ６气体泄漏的处置步骤 根据不同情况可做如下处理： １）根据检测记录，如果漏气量轻微，可暂时补 气至额定压力，并将相关情况通报生产厂家，择时 停电维修处理。 ２）如果漏气速度比较快，应尽快将相关设备退 出运行（如漏气点在主母线位置，应将该段母线上 的所有ＧＩＳ设备退出运行，如果是分支母线，可将分 支母线所在间隔退出运），并将相关情况通报生产 厂家，择时维修处理。 ３）对于外部密封环节漏气，如密控器、外部连 接管路（相间连接管路），若设备的运行管理人员接 受过该设备的相关培训，在做好安全措施后，可自 行进行相关部件更换（附表）；其它位置的漏气，大 多需要解体检修，应通知生产厂家，制定详细检修 方案后进行（附参考方案）。 ６ ＧｌＳ解体检修时的安全技术措施 １）ＧＩＳ解体前，必须执行工作票制度，必须对备 解体部分确定完全处于停电状态，并进行可靠的工 作接地后．方可解体检修。 ２）ＧＩＳ解体前，如有必要及条件允许时，可取样 分析，根据有毒气体的含量采取相应的安全防护措 施。 ３）ＧＩＳ解体前．应用气体回收装置回收净化处 理ＳＦ６气体，抽真空后要用高纯氮（９９．９９％以上）冲 洗３次，且每次排放氮气后均应抽真空，每次充氮气 压力应接近ＳＦ 额定压力。排放氮气及抽真空应用 专用导管，操作人员必须站在上风方位。 ４）工作人员必须穿防护服，戴防护手套，以及 配戴备有氧气呼吸器的防毒面具，做好防护措施。 封盖打开后，人员暂时撤离现场３０ｍｉｎ，让残留的 ＳＦ 及气态分解产物经室内通风系统排至室外，然 后才准进入现场。 ５）分解设备之前，应确认临近气室没有向待 修气室漏气的情况。分解设备时，必须先用真空 吸尘器吸除零件部件上的固态分解物，然后才能 用无水乙醇或丙酮清洗金属零部件及绝缘零部 件。 ６）工作人员工作结束后应立即清洗手、脸及人 体外露部分，其中： 下列物品应作有毒废物处理：真空吸尘器的过 滤器及清洗袋、防毒面具的过滤器、全部抹布及纸， 断路器或故障气室的吸附剂、气体回收装置中使用 过的吸附剂等。严重污染的防护服也视为有毒废 物。 处理方法：所有上述物品不能在现场加热或燃 烧，必须用２０％浓度的氢氧化钠溶液浸泡１０ｈ以上， 然后装入塑料袋内深埋。 防毒面具、塑料手套、橡皮鞋剂其他防护用品 必须用肥皂洗涤后晾干，并应定期进行检查试验， 使其经常处于备用状态。 ７改进建议 １）对液压机构，制造厂应改进密封结构设计， 提高加工和装配工艺水平，严格外购件进厂后和整 机出厂前的质量检验，以进一步提高产品的可靠 性。 最好是采用弹簧机构。因为弹簧机构的突出 优点是结构简单、直观、无漏油问题、维护量少、 维护费用低，相对其它类型操动机构具有较高的 可靠性。从表１、２可以看到弹簧机构的运行可靠 性明显高于气动机构和液压机构。为此建议尽快 推出配２２０ｋＶ、４０～５０ｋＡ自能式Ｓ 断路器的弹簧 机构 此外，使用单位应执行国家电力公司１９９９年８ 月颁发的《高压开关设备反事故技术措施》 山东电力高等专科学校学报 第１４卷第４期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ ３１ 表１ 机械故障情况 断路器额定 机构运行台数 机构故障台数 机械故障率％ 电压（ｋＶ） 气 液 弹 气 液 弹 气 液 弹 动 压 簧 动 压 簧 动 压 簧 ４００ ８７ ９６ ４７ ２６ ２９ ２ ２９－８ ３０ ４．２ ２５０ １３１ ２１６ １００ ３１ １６ ０ ２３．６ ７＿３ ０ 表２断路器及其配用机构的故障情况 。 故障率／ 分配比例％ 断路器及配用机构＼ 百台年 断路器 操动机构 ＳＷ１０Ｗ４—一２２０ｉ￣－ｄ ＣＴ６ＸＧ 弹簧机构 机构０．５ ８６ １４ ＳＷ６—１２２０ｌ １０ ￣ＣＹ３ 液压机构液压机构 Ｏ．７５ １５ ８５ １１ＳＷ２—２０配ｃＹ５液压机构 ０．７ １８ ８２ ２０防液压机构漏油、慢分的规定，在产品质量监 督管理方面执行国家电力公司１９９９年８月颁发的 《高压开关设备质量监督管理办法》中的规定。 对一些行之有效的措施。如缩短液压机构大修 周期、两次大修间隔进行液压油质的过滤、开展液 压机构检修车间化等均可借鉴。 ２）对Ｓ 断路器本体和ＧＩＳ，制造厂除提高现有 产品的可靠性外，更应设法减少ＳＦ 气体对温室效 应的影响。如提高断口电压以减少断口数，以东芝 公司产品为例，若以双断口断路器为１００％，则单断 口的充气量可减至约６０％，此￣＇ｔ＇ＧＩＳ在超高压领域 减少断口数．在高压领域发展三相共箱式、复合或 箱式（Ｃ—ＧＩＳ）都可以减少ＳＦ６的充气量。 在产品设计中减少ＳＦ 气体使用量的同时，还 应在产品的结构中加强密封性，以减少ＳＦ 气体的 排放量。 文『５］中用户反映，ＧＩＳ中盆式绝缘子和Ｏ型圈 是泄漏的重要部位．并提出使用不同材质例如 ＥＰＤＭ的Ｏ型圈来更换所有的Ｏ型圈及对所有的法 兰进行特殊处理以改善现用Ｏ型圈材质与法兰材 质之问的不相容性。为此建议制造厂应开展密封材 质的研究，使其使用期不低于２Ｏ年，此外在使用单 位方面应创造条件，逐步开展设备的检修工作，并 做好Ｓ 气体质量控制、压力和水份含量的监测与 管理工作。 ３）加强对未来液压操动机构开发研制采用计 算机仿真分析等必要手段。通过仿真预测产品的主 要技术性能，了解系统中各个参数对性能的影响， 寻找一组既能满足工艺又能满足系统性能要求的 设计参数。超高压断路器分闸过程的要求远高于合 闸过程。在充分考虑系统中阀口流量、蓄能器、气体 压力等各种非线性因素后，建立了新型液压操动机 构的数学模型，并进行了计算机仿真，综合分析仿 真结果，得出合理优化的结构参数。 参考文献 ［１］中国电能成套设备总公司，电力工业部电力科学研究院 开关所．１９８９—１９９７年全国电力系统２２０ｋＶ及以上Ｓ 开 关设备运行情况『ＨＩ．１９９８． ［２］华北电力科学研究院．华北电网开关运行报告［Ｒ］．１９９７． ［３］崔景春，杜产明．１９９４年全国高压开关工作总结和事故 分析．中国电力科学研究院，１９９５． ［４］施文耀．试论高压自能式Ｓ 断路器的开发与研制．华通 技术［３ ３．２０００，（０１）． ［５］李建基．单压式高压ＳＦ６断路器的可靠性［Ｊ］．高压电器技 术，１９９６，（Ｏ４）． ［６］杨成汉．浅析高压断路器液压操动机构发展历程［Ｊ］．高 压电器通讯，２０１０，（Ｏ１）． ［７］国家电网公司．７２．５ｋＶ气体绝缘金属封闭开关设备 （ＧＩＳ）检修及试验规程［Ｓ］．２００７． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ＳＦ６ ｓｗｉｔｃｈ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｅｘｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｏ ｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｏｉｌ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ，ｌｅａｋａｇｅ ａｉｒｔｉｇｈｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔ，ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｅｅｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＦ６ ｓｗｉｔｃｈ；ｌｅａｋａｇｅ；ｔｒｏｕｂｌｅｓｈｏｏｔｉｎｇ；ｒｅａｓｏｎ； ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
