六氟化硫断路器试验.docx

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六氟化硫断路器试验

高压断路器时电力系统中最重要的控制和保护设备之一，在实际运行中，要求高压断路器能在正常的运行情况下（空载或负载）能切、合高压电路，又能在高压电路发生故障时开断巨大的故障电流。

因此，高压断路器对系统安全、可靠和经济的运行有着直接的影响，对于高压断路器来说，其性能包括有热、机械和电气等几方面，这里将着重介绍有关高压断路器电气特性试验。

为了能更好的理解电气试验原理，有必要电气原理的知识做个简单的介绍。

高压电气的基本理论

1、电弧理论及灭弧

电弧是一个客观存在的物理现象。

工程上的电弧焊接和电弧冶炼技术是直接利用电弧为生产服务。

而开关电气中，当接通和断开短路时，触头间产生的电弧却是有害的，要求它尽快熄灭。

开关中的电弧分析是电气的基本理论之一。

不掌握电弧理论，不懂得电弧特性，就无法了解开关电器的机构特点和工作性能。

学习电弧理论，主要是为了达到使用好、维护好、保证设备长周期安全运行目的。

（1）气体放电现象

气体中流通电流的各种形式统称为气体放电现象。

金属能够导电是因为金属中的自由电子在电场力的作用下作定向运动所形成的；液体到电视因为酸、碱、盐在溶液中形成的正、负向异性电极运动的结果。

液体的导电往往伴随着化学反应。

在常温下，气体是不导电的，因为一般气体分子不像金属那样容易释放自由电子，也像酸、碱、盐溶液那样容易分解为正、负离子。

但在某种条件下，气体分子也可以分离为电子和正离子，这种现象称为游离。

气体放电就是游离气体的导电质点即自由电子和正离子在电场力作用下定向运动的结果。

最常见的气体放电现象有电晕放电、火花放电、电弧放电三种形式。

电晕放电。

通常电晕放电现象产生于带高压电的导体周围空间，特别是导体表面有尖角的部位。

由于电场强度高，使周围空间中的气体分子被游离，同时发出吱吱声，在黑暗中可以看到导体周围有蓝色的光圈。

火花放电。

火花放电现象产生于具有电压的两极间，当具备了使气体放电的条件时，由于电源的能量不足，或外回路的阻抗很大限制了放电电流，仅在两极间闪现出贯通两极的断续的明亮细火花迸发出劈啪声。

电弧放电。

电弧放电现象是气体自持放电的一种形式。

所谓自持放电即两电极间的导电质点不断产生和消失，处于一种平衡状态。

它的条件是电源的能量足以维持电弧的燃烧。

时间证明，当开关电器切断有电流的电路时，如果触头间的电压大于10—20V时，电流大于80—10MA，在断开的瞬间触头间便产生强烈白光，这种白光即称为电弧。

此时触头虽已分开，但电流以电弧的形态维持，电路仍处于接通状态。

只有在触头分开到足够的距离，电弧熄灭后，电路才算被切断。

电弧是开关电气器在断开过程中不可避免的现象。

（2）电弧的形成过程

开关电器中电弧的形成是触头间具有电压以及气体分子被游离的结果。

当开关电器用来断开电路时，在触头的分离过程中，由于动、静触头间的接触压力和接触面积不断下降和减少，接触电阻迅速增大，接触的温度急剧升高；另一方面在触头初分瞬间，由于触头的距离很小，其间电场强度很高（间隙距离为10-5cm时，电场强度可高达105—106V/cm）。

作为阴极的触头在高温和强电场的作用下，将发生热电子发射（由于电极的高温而使金属内的自由电子从金属表面溢出）和强电场发射（由于电场力的作用把金属中的自由电子从阴极表面拉出）。

有阴极发射出的电子在电场力的作用下，逐渐加速运动，迅速奔向阳极。

在高速运动的电子奔向阳极的过程中，不断与气体分子碰撞，当积累足够大的动能时，可使中性气体分子分离成自由电子和正离子，这一过程称为碰撞游离。

新产生的电子将和原有的电子一起以极高的速度向阳极运动，当它们和其他中性气体分子碰撞时，再次发生碰撞游离，由此连续不断的碰撞游离，这样气体介质中的带电质点就大量增加，具有很大的电导，在外加电压作用下，气体介质开始被击穿，而形成弧光放电。

弧光放电时，弧柱的温度可高达5000—13000℃.弧柱中的气体分子在高温作用下，产生剧烈的热运动，且动能很大，使气体分子间相互撞击，分离出新的自由电子和正离子，这种现象称为热游离，弧柱的导电就是靠热游离来维持的，热游离形成的带电质点分别向阴极和阳极移动。

正离子向阴极移动的过程中受阴极压降区强电场的作用，不断撞击阴极，保持阴极电子连续发射，于是电流就以电弧的形态在已分开的触头间持续流通。

由于电弧放电主要靠热游离维持，因此，维持电弧稳定燃烧的电压就不需要很高。

上述电弧的形成过程实际上是一个连续的过程。

最初，由阴极借强电场和热电子发射提供起始自由电子，然后，由碰撞游离而导致介质击穿，产生电弧，最后靠热游离来维持。

1）电弧电压

电弧形成后，维持电弧稳定燃烧的电压称为电弧电压。

电弧电压沿电弧的全长的分布可分为三个部分：

阴极压降区、弧柱和阳极压降区

阴极和阳极压降有一集中区域，该区域仅占电弧全长的极小部分。

阴极压降区上的电压很高，一般约为10—20V；阳极压降区上的电压一般均小于阴极压降区的电压，且随电弧电流的增大而减小，甚至接近于零；二弧柱占弧长的大部分，电压的变化却不很大。

由此可见当电流很大时，要维持电弧燃烧，加在电弧上的电压不低于阴极电压降和弧柱电压降之和。

在低压电路中阴极电压降对灭弧具有重大意义。

2）电弧的去游离及影响去游离得因素

以上所时形成电弧的基本游离形式。

然而在游离的同时，还存在着一种与游离现象相反的过程，及带电质点互相中和为不导电的中性质点，使带电质点大大减少，这种现象称为去游离。

去游离的强弱是能否熄灭电弧的主要因素。

在电弧的形成过程中，游离和去游离同时存在。

当游离作用大于去游离作用时，电弧电流越来越大；如两者作用平衡，则电弧稳定燃烧，游离作用小于去游离时，则电弧电流减小，直至熄灭。

因此，要使电弧迅速熄灭，就应人为的创造一种条件，加强区游离作用。

开关电气中的灭弧装置就是在这一理论上实现的。

电弧的去游离方式。

电弧的去游离方式有复合和扩散两种。

A、异性带电质点的电荷彼此中和成为中性质点的现象称为复合。

两异性带电质点在一定的时间内处于相近的距离才能完成复合。

由于电子运动速度约为离子运动速度的100倍，所以正、负离子间的复合要比电子和正离子的复合容易的多。

通常，利用电子在碰撞时，有些电子附在中性质点上，形成负离子后，再与正离子复合。

另外，电弧与固体物质表面接触，也可以加强复合，其原理是：

使电子首先附在固体介质表面上，然后再把正离子吸引到固体介质表面上来进行中和。

B、扩散：

弧柱的带电质点，由于热运动而从弧柱内部溢出，进入周围介质的一种现象称为扩散。

电弧中发生扩散式由于电弧与周围介质的温度相差很大，以及弧柱内与周围介质中的例子浓度相差很大的缘故。

扩散作用的存在，使弧柱内的带电质点减少，有助于电弧的熄灭。

影响区游离的因素如下：

A、介质特性。

电弧中区游离的程度，在很大程度上决定于电弧燃烧在介质的特性：

如气体介质的导热系数、介电强度、热游离温度和热容量等。

若上述各项数值越大，则去游离过程越强烈，电弧越容易熄灭。

气体介质中，氢气具有良好的灭弧性能和导热性能，其灭弧能力约为空气的7.5倍；水蒸气、二氧化碳和空气次之；六氟化硫气体的灭弧能力更强，约为空气的100倍。

B、冷却电弧。

电弧是由热游离维持的，降低电弧唯独就可以减弱热游离，减少新带电质点的形成，同时使带电质点运动速度减小，复合作用加强。

迅速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，使电弧与固体介质表面接触等，都可以加强电弧的冷却。

C、气体介质的压力。

电弧在气体介质中燃烧时，气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。

气体的压力越大，则单位体积的质点数量就越多，质点间的距离就越小，复合作用越强。

因此，增加气体介质的压力，电弧就容易熄灭。

开关电气的灭弧装置中，广泛利用了这一特性。

D、触头材料。

触头的材料对去游离也有一定的影响，触头应采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属，以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气。

综上所述，触头间电弧的形成与熄灭决定于游离和去游离的强弱。

触头间的电压和电场强度是碰撞游离的主要条件，而电弧温度是影响游离和去游离的重要因素。

电弧的温度是影响游离和去游离的重要因素。

电弧的温度一方面决定电弧的能量（当电弧电压和电弧电流一定时，电弧能量和电弧燃烧时间成正比），另一方面又决定于电弧的冷却情况。

当电弧能量一定时，电弧的熄灭决定于电弧被冷却后的去游离作用。

六氟化硫断路器试验

该断路器时用SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器。

SF6气体具有优良的绝缘和灭弧性能，所以，SF6断路器有如下优点：

开断能力强，断口电压便于做的较高，允许连续开断次数多，适于频繁操作，噪音小、无火灾危险等。

近年来在各等级电压中应用越来越多。

缺点：

它的电气性能受电场均匀程度及水分等杂质影响特别大，故对SF6断路器的密封结构、元件结构及SF6气体本身质量的要求相当严格。

我站采用的是LW10-252型SF6断路器，该产品为单柱单断口型式，其实验项目、周期和要求如下表：

七高压断路器试验

高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备之一，在实际运行中，要求高压断路器能在正常的运行情况下（空载或负载）能切、合高压电路，又能在高压电路发生故障时开断巨大的故障电流。

1、断路器的绝缘试验

断路器的绝缘试验包括有：

测量绝缘电阻，测量介质损失角正切值tgδ，测量泄漏电流，交流耐压试验和绝缘油试验（对于油断路器而言）等，分别说明如下。

（1）绝缘电阻的测量

测量绝缘电阻是断路器试验的基本项目。

一般在大修时或1-3年进行1次绝缘电阻的测量。

通过绝缘电阻的测量能有效地发现断路器的受潮和贯穿性缺陷（如拉杆受潮、伤痕、裂缝等）对于断路器的一次回路部分，应在断路器合闸状态下测量导电部分对地的绝缘电阻，以及在断路器分闸状态下测量断口间的绝缘电阻。

测量时，分别检查拉杆、瓷瓶、套管、灭弧室的绝缘是否受潮或有其他缺陷。

测量时应使用2500V兆欧表。

在《电气设备预防性试验规程》中，对于断路器的整体绝缘电阻没有做具体规定，可与出厂值及历年试验结果或统类型的断路器作相互比较来判断。

对于110KV及以上SF6断路器，一次回路对地绝缘电阻应大于5000MΩ。

用有机物制成的拉杆，因为绝缘拉杆用于实现跳合闸操作的传动，当断路器合闸后，它处于全电压的作用下，其绝缘电阻不应低于12-17中所列数值。

试验类别

额定电压（KV）

3-15

20-35

63-220

330

大修后

1000

2500

5000

10000

运行中

300

1000

3000

5000

（2）介质损失角正切值tgδ的测量

测量35KV及以上非纯瓷套管和多油断路器的介质损失角正切值tgδ，是为了检查引出线套管的绝缘，以及检查其他绝缘部件（灭弧室、绝缘拉杆、导向杆、油箱绝缘围屏、绝缘油等）的绝缘状态。

35KV以下断路器可不进行此项测量。

由于少油断路器和空气断路器的绝缘结构主要是瓷绝缘和环氧玻璃丝布一类的绝缘。

对于少油断路器的瓷套中虽然充有绝缘油，但由于断路器本身电容量很小（仅十至几十PF），加上测量仪器，接线、温度、湿度、被试品周围设备布置和电场干扰等因素的影响，致使测量数据分散性较大，故一般对少油断路器和空气断器不作此项试验。

测量多油断路器的tgδ，应在分闸状态下按每支套管进行测量。

20℃时多油断路器的非纯瓷套管的tgδ（%）标准见表12-18。

20KV及以上非纯瓷套管的tgδ（%）标准

套管形式

额定电压（KV）

20-35

63-220

330-500

充油式

大修后

3.0

2.0

运行中

4.0

3.0

油浸纸电容式

大修后

1.0

0.8

运行中

1.5

1.0

胶纸式

大修后

3.0

2.0

运行中

4.0

3.0

充胶式

大修后

2.0

运行中

3.0

胶纸充胶或充油式

大修后

2.5

1.5

1.0

运行中

4.0

2.5

1.5

当测量的tgδ值超出上述标准，或是与以前的测量值比较有显著增大时，必须萍油箱进行分解试验。

对结构上不能落下油箱的断路器，则应将油放出，使套管下部及灭弧室处于油外，然后进行分解试验。

当需进行分解试验时，按下列步骤进行。

1、落下油箱或对结构上下能落下油箱者放出绝缘油，使灭弧室及套管下部露出油面后进行测试。

若tgδ值（5）明显下降，降低的数值超过规定值（如DW1-35降低到3%以上时），则可认为引起tgδ值（5）降低的原因是由于油箱绝缘（绝缘油、绝缘围屏等）不良所致。

可取油样试验核实后处理。

2、如落下油箱或放油后，tgδ值仍无明显变化，则应将油箱内的套管表面擦净，并采取措施消除来弧室的影响（可在灭弧室外加一金属屏蔽罩或包铝箔接于电桥的屏蔽回路，或者拆掉灭弧室）后再进行测试。

如tgδ值（5）明显下降（实测经验数据为tgδ值（5）降低2.5%以上时），则说明灭弧室受潮，否则说明套管绝缘不良。

（3）测量泄漏电流

测量泄漏电流是35KV及以上少油断路器和空气断路器的重要试验项目。

一般在大修时或1-3年进行1次测量。

通过泄漏电流测量能比较灵敏地发现断路器表面的严重污秽，能有效地发现绝缘拉杆受潮、瓷套裂纹、灭弧室受潮及油质劣化、碳化物过多、空气断路器中因压缩空气相对湿度增高带进潮气，使管壁结露等缺陷。

对于少油断路器和空气断路器可按图12-30的接线方式进行试验。

试验应在断路器的跳闸状态下进行。

将A，A端接地，试验电压加在B处。

这种接班中以同时对三个元件施加直流电压。

试验时滤波电容C取0.01-0.1μF即可。

在试验前须先空试线路，并记录下此空试线路的泄漏电流值，然后再正式进行断路器的试验，并将此μA数作为断路器的泄漏电流测试结果，否则将引进误差，尤其是当断路器绝缘较好泄漏电流很小时，所引进的误差相对较大，甚至会导致错误的判断。

进行断路器泄漏电流很小时，所引进的误差相对较大，甚至会导致错误的判断。

进行断路器泄漏电流试验时，每一元件的直流试验电压标准如表12-19所示。

断路器的泄漏电流试验电压标准

额定电压（KV）

35以上

直流试验电压（KV）

（4）交流耐压试验

断路器的交流耐压是鉴定断路器绝缘强度最有效和最直接的方法，断路器的交流耐压应在上述的绝缘试验项目以及绝缘油的击穿电压试验合格之后方可进行。

对于过滤油和新加油的油断路器，应在油经过充分静置、油中的气泡全部逸出之后才能进行交流耐压试验，以免油中气泡引起不必要的放电或击穿。

对于SF6断路器则应在充满合格的SF6气体后进行试验。

断路器的交流耐压试验一般在大修时进行。

10KV及以上的油断路器，真空断路器1-3年进行1次，在必要时，对63KV及以上的油断路器进行交流耐压试验，对于SF6断路器则在灭弧室解体大修时进行。

断路器的交流耐压试验应在合闸状态下，于导电部分对地之间和跳闸状态下的断口间进行（多油断路器不进行断口间耐压试验）。

对三相在同一箱中的断路器，各相应分别进行试验，对一相进行耐压试验时，其余二相和外壳应一起接地。

110KV及以上断路器，若因现场试验设备限制可以不作整体交流耐压试验。

对于SF6断路器应在分、合闸状态下分别进行试验，试验电压标准按出厂试验电压的80%。

对于其他类型的断路器的试验电压人如表12-20所示。

断路器的交流耐压电压标准

额定电压

110

154

220

330

出厂

155

250

470

570

交接及大修

105

140

225

（260）

（330）

425

油断路器的绝缘拉杆经过更换或干燥后，必须进行耐压试验，耐压设备下不能满足时可分段进行。

交流耐压试验以耐压前后绝缘电阻不下降30%为合格。

若在试验过程中出现时续时断的轻微放电声，则应放下油箱进行检查。

必要时应对油进行重新过滤处理。

若出现学生击穿声响或冒烟，则为不合格，必须重新进行处理。

如有机绝缘材料烧坏，就应予以更换，并查明击穿原因，否则不得轻易重试，以免造成损失。

若试验过程偶尔有微弱放电声响，经摇动油箱后，声响消失者应认为合格。

对于真空断路器除了对其主绝缘（包括绝缘支座和绝缘拉杆）进行交流耐压试验外，还应对来弧室内的动、静触头间的绝缘进行耐压试验。

当在运行中发现有下列情况之一者，即应对真空灭弧室进行交流耐压试验，以决定是否需要更换。

1、断路器未合闸而一端带电时，真空灭弧室出现红色或乳白色的辉光；

2、真空灭弧室内部零件氧化变色或失去铜的光泽；

3、玻璃壳上有大片的沉积物。

对真空灭弧室进行交流耐压试验时，应使真空断路器处于跳闸状态，然后在两触头间施加试验电压，持续时间1min，在耐压持续时间内，如无闪络、击穿现象，则说明真空灭弧室内动、静触头间的绝缘良好，否则应予更换。

12.5.2测量导电回路直流电阻

断路器导电回路的电阻主要决定于触头的接触电阻。

通常所说的接触电阻的测量，就是指的对每相导电回路电阻的测量。

通过对接触电阻的测量可以发现断路器在通过正常工作电流时是否会产生不能容许的发热以及在通过短路故障电流时的遮断性能。

一般在大修时或1-3年进行1次每相导电回路电阴的测量。

测量时应直流电压证进行试验。

由于被测电阻很小，通常以μΩ计，因此在测量时要注意避开引线电阻和剩女头电阻的影响。

目前常用的测量方法有两种：

一种是电桥法，另一种是电压降法。

（1）电桥法

因为导电回路的电阻很小（以μΩ计），故一般应用双臂电桥进行测量。

测量时，要将电压引线接在靠近触头侧，电流引线接在电压引线外侧，宜分开不宜重叠。

此两测量接头务须接触良好，接线卡子可采用汽车蓄电池卡子。

应用双臂电桥测量导电回路电阻的具体测试方法，可按电桥使用说明进行。

（2）电压降法

用电压降法测量断路器每相导电回路电阻的接线如图12-31所示。

在开关K合上之后，先调好电流值，再接通毫伏表。

毫伏表的连接线不应走出该表规定的电阻值，且应接于靠近触头侧。

在测量导电回路之前，须先将断路器电动跳合几次，以便使触头表面氧化膜冲破，触头得以良好地接触，从而使测试结果能反映真实情况。

若受现场条件的限制，只能用手动和千斤顶合闸时，必须在取去千斤之后再进行测量。

如果对测得数值有怀疑时，应多加复测。

一般对几次测得结果应取分散性较小的三次平均值。

断路器每相导电回路电阻的标准可参考《电气设备预防性试验规程》，在大修时测量值应符合制造厂标准。

在运行中的标准可比上述标准所列数值增加20%。

如果断路器实际工作电流（I）小于其额定电流（IN）时，导电回路电阻允许增大。

运行中允许增大的导电回路电阻值（R允）可按下式计算：

式中R——制造厂给定的导电回路电阻标准值。

SF6断路器和GIS的试验项目、周期和要求

序号

项目

周期

要求

说明

湿度（20℃体积分数）（X10-6）

（1）1-3年（35KV以上）

（2）大修后

（3）必要时

（1）断路器灭弧室气室大修后不大于150；运行中不大于300

（2）其他气室大修后大于250；运行中不大于500

（1）按GB12022、SD306《六氟化硫气体中水分含量测定法（电解法）》和DL506-1992《现场SF6气体水分测定方法》进行

（2）新装及大修后1年内复测1次，如湿度符合要求，则正常运行中1-3年1次。

（3）周期中的“必要时”是指新装及大修后1年内复测湿度不符合要求成年漏气率超过1%和设备异常时，按实际情况增加的检测。

密度（标准状态下）（kg/m3）

必要时

6.16

按SD308《六氟化硫新气中密度测定法》进行

毒性

必要时

无毒

按SD312《六氟化硫气体毒性生物试验方法》进行

酸度（μg/g）

（1）大修后

（2）必要时

≤0.3

按SD307《六氟化硫新气中酸度测定法》或用检测管进行测量

四氟化碳（质量分数）（%）

（1）大修后

（2）必要时

（1）大修后不大于0.05

（2）运行中不大于0.1

按SD311《六氟化硫新气中空气-四氟化碳的气相色谱测定法》进行

空气（质量分数）（%）

（1）大修后

（2）必要时

（1）大修后不大于0.05

（2）运行中不大于0.2

按SD311《六氟化硫新气中空气-四氟化碳的气相色谱测定法》进行

可水解氟化物（μg/g）

（1）大修后

（2）必要时

≤1.0

按SD309《六氟化硫气体中可水解氟化物含量测定法》进行

矿物油（μg/g）

（1）大修后

（2）必要时

≤10

按SD310《六氟化硫气体中矿物油含量测定法（红外光谱法）》进行

SF6气体泄漏试验

（1）大修后

（2）必要时

年漏气率不大于1%或按制造厂要求

（1）按GB11023方法进行

（2）对电压等级较高的断路器以及GIS，因体积大可用局部包扎法检漏，每个密封部位包扎后历时5h，测得的SF6气体含量（体积分数）不大于30×10-6

辅助回路和控制回路绝缘电阻

（1）1-3年

（2）大修后

绝缘电阻不低于2MΩ

采用500V或1000V绝缘电阻表

耐压试验

（1）大修后

（2）必要时

交流耐压或操作冲击耐压的试验电压为出厂试验电压值的80%

（1）试验在SF6气体额定压力下进行

（2）对GIS试验时不包括其中的电磁式电压互感器及避雷器，但在投运前应对它们进行试验电压值为Um的5min耐压试验

（3）罐式断路器的耐压试验方式：

合闸对地；分闸状态两端轮流加压，另一端接地。

建议在交流耐压的同时测量局部放电。

（4）对瓷柱式定开距型断路器只作断口间耐压

辅助回路和控制回路交流耐太坏试验

大修后

试验电压为2KV

耐压试验后的绝缘电阻值不应降低

断口间并联电容器的绝缘电阻电容量和tanδ

（1）1-3年

（2）大修后

（3）必要时

（1）对瓷柱式断路器和断口同时测量，测得的电容值和tanδ与原始值比较，应无明显变化

（2）罐式断路器（包括GIS中的SF6断路器）按制造厂规定

（3）单节电容器按第十一章表11-1规定

（1）大修时，对瓷柱式断路器应测量电容器和断口并联后整体的电容值和tanδ，作为该设备的原始数据

（2）对罐式断路器（包括GIS中的SF6断路器）必要时进行试验，试验方法按制造厂规定

合闸电阻值和合闸电阻的投入时间

（1）1-3年（罐式断路器除外）

（2）大修后

（1）除制造厂另有规定外，阻值变化允许范围不得大于±5%

（2）合闸电阻的有效接入时间按制造厂规定校核

罐式断路器的合闸电阻布置在罐体内部，只有解体大修时才能测定

断路器的速度特性

大修后

测量方法和测量结果应符合制造厂规定

制造厂无要求时不测

断路器的时间参量

（1）大修后

（2）机构大修后

除制造厂另有规定外，断路器的分、合闸同期性应满足下列要求：

相间合闸不同期不大于5ms

相同分闸不同期不大于3ms

同相各断口间合闸不同期不大于3ms

同相各断口间分闸不同期不大于2ms

分、合闸电磁铁的动作电压

（1）1-3年

（2）大修后

（3）机构大修后

（1）操动机构分、合闸电磁铁或合闸接触器端子上的最低动作电压应在操作电压额定值的30-65%之间

（2）在使用电磁机构时，合闸电磁铁绕组通流时的端电压为操作电压额定值的80%（关合电流

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