SF6断路器在寒冷地区运行中的问题
摘要:近年来,SF6断路器作为一种换代产品被广泛地运用于电力系统中。但就在高寒地区使用时,会出现一些问题,本文对这些问题进行了分析,并提出了解决的方法。
关键词:SF6、密度继电器、临界温度
1 引言
SF6是一种无色无味、没有毒性,化学性能稳定,不燃烧,在常温常压下呈气态的物质。它以其良好的绝缘、灭弧和导热性能,已被应用于10~220kV断路器中作为绝缘中灭弧介质。由于SF6断路器具有良好的开断性能,而且免维护,安全性能高等优越性,在我国的很多地区得到了广泛的应用。
新疆引额济克工程水利枢纽"635"电厂与35kV变电所也采用了SF6断路器,电厂和变电所共有SF6断路器21台,其中户外型35kV断路器(LW8-35)两台,户内型10kV断路器(LN2-10)19台,自投运以来,户内型断路器运行情况基本良好,但是,户外型SF6断路器在运行中由于环境温度的影响,出现了一些问题。
2 运行中出现的问题
由于该电厂与变电所位于新疆阿勒泰地区的福海县境内,全年平均气温3.4℃,夏季最高气温39.4℃,冬季最低气温可达-42.7℃,年平均封冻天数为133天,折合4.5个月。温差较大,对户外电气设备的使用环境要求较高。35kV变电所使用的SF6型断路器在冬季运行中,当环境温度达到-39℃时,出现SF6气体压力下降(降至0.39MPa)而闭锁断路器控制回路的现象。而室内使用的10kV的SF6断路器在冬季运行时,开关室的温度保证在-5℃以上,所以户内SF6断路器未出现上述问题。
3 产生问题原因分析
SF6是一种大分子量、密度较大的气体(在压力0.1MPa、温度20℃时的密度为6.25kg/m3),其临界温度(即通过加大压力可使之液化的最高温度)为-45.6℃(N2为-147℃,O2为-118.8℃),常温下SF6气体压力与温度成正比,压力对SF6气体的绝缘强度有较大的影响,在较均匀电场下,绝缘强度随气体压力的增加而增加,但增量并不成线性比例。
SF6和其它物质一样,有固态、液态、气态三种状态,SF6物质的三态转化临界点图,如图1所示:
图1 绝缘气体温度
图1中KTS曲线表示气态转变为液态或固态的临界线,也就是饱和蒸汽压X曲线。曲线之右侧为气态区域,曲线之左侧为液态和固态区域。由图1中可查得,-20℃时额定压力为0.6MPa,绝对压力为0.7MPa的SF6气体,可查得其密度约为47kg/m3,相应的液化温度约-26℃。而LW8-35型断路器的额定压力为0.45MPa,所以,当环境温度为-37℃时,断路器本体内的SF6气体就会转化为液态。如果此时分闸,断路器的灭弧能力将会降低,可能造成断路器事故。
对出现的问题进行探讨分析,可知SF6型断路器的使用环境条件为-30℃~+40℃,额定压力0.45MPa,闭锁压力0.4MPa,分析结果也可以用玻义耳-马略特气体状态方程PV/T=P1V1/T1进行计算验证。其中:P为压力;V为体积;T为温度(绝对温度) ;P1为变化后压力;V1为变化后体积;T1为变化后温度。
当体积不变,SF6气体压力随着温度的变化而变化,可计算出LW8-35型断路器的SF6气体压力变化值,将参数代入式中得:
P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa
当SF6气体温度由20℃变至-39℃时,SF6气体压力由0.45MPa变至0.36MPa,已经低于闭锁压力0.4MPa了。
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