SF6断路器与SF6气体在线报警系统

  断路器是变电站的主要电气设备之一。它不仅在系统正常运行时能切断和接通高压线路及各种空载和负荷电流，而且当系统发生故障时，通过继电保护装置的作用能自动、迅速、可靠地切除各种过负荷电流和短路电流，防止事故范围的发生和扩大。由于电力系统负荷日益增长，供电可靠性要求逐步提高；变电站的开关也逐渐由油开关换代成新型的SF6断路器。

    SF6断路器是利用SF6气体作绝缘介质和灭弧介质的新型开关。SF6气体是无色、无味、无毒，不可燃的惰性气体，具有很高的抗电强度和良好的灭弧性能，介电强度远远超过传统的绝缘气体。SF 6 的分子和自由电子有非常好的混合性。当电子和SF 6 分子接触时几乎100%的混合而组成重的负离子，这种性能对剩余弧柱的消电离及灭弧有极大的的使用价值。即SF 6 具有很好的负电性，它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。这些负离子的导电作用十分迟缓，从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率，因此有很好的灭弧性能。在1.01×10 5 Pa气压下，SF 6 的灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。

    SF6断路器由本体结构（采用三箱共箱式结构）、操作机构、灭弧装置三部分组成。具有结构简单，体积小，重量轻，断流容量大，灭弧迅速，允许开断次数多，检修周期长等优点，是今后电力系统推广应用的方向。SF6断路器内经常充满了3~5个大气压的SF6气体作为断路器的内绝缘，在断路器断开的过程中，由动触头带动活塞压气，以形成用来吹熄电弧的气流。SF6断路器灭弧室的基本结构由动触头，绝缘喷嘴和压气活塞连在一起，通过绝缘连杆由操作机构带动。定触头制成管形，动触头是插座式，动、定触头的端部都镶有铜钨合金。绝缘喷嘴用耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯制成。开关进行分闸时，动触头、活塞一起向右运动。动、定触头分开后产生电弧，活塞向右迅速移动时使右侧的气体受压缩，产生气流通过喷嘴，对电弧进行纵吹，使电弧熄灭。此后，灭弧室内的气体通过定触头内孔和冷却器排入开关本体内。开关进行合闸时，操作机构带动动触头、喷嘴和活塞向左运动，使定触头插入动触头座内，使动、定触头有良好的电接触，达到合闸的目的。

    SF6断路器是利用SF6密度继电器来监视气体压力的变化的。当SF6气体压力下降到第一报警值时，密度继电器动作，报出补气压力的信号。当SF6气体压力下降到第二报警值时，密度继电器动作，报出闭锁压力的信号，同时把开关的跳合闸回路断开，实现分、合闸闭锁。

    在正常情况下，SF 6 是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约有空气的2倍。但SF 6 气体在电弧作用下，小部分会被分解，生成一些有毒的低氟化物，如SOF 2 、SF 4 、SOF 4 和SO 2 F 2 等，对体健康有影响，对金属部件也有腐蚀和劣化作用。对于SF₆断路器和GIS，虽然泄漏到大气中的SF₆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SF₆气体的大量泄漏，不仅影响设备安全运行，也影响人身健康。

    为了确保设备的正常安全运行，充分保障现场人员的身体健康和人身安全，必须采取有效手段对设备区域的SF6气体泄漏进行在线监测和告警，防止意外事故发生。空气中微量SF6气体的检测是比较困难的，国外广为应用的方法有：电化学技术、电击穿技术和红外光谱吸收技术等。相比之下，红外光谱吸收技术更成熟，更适合SF6定量检测和SF6在线监测。

    红外光谱吸收技术(又称激光技术）的原理是SF6作为温室气体，对特定波段的红外光有很强烈的吸收特性。其是采用主动抽取测试点气体方式，检测原理：采用进口微型真空泵依次吸起各路的样气送入内部气体分析室，当气体分析室红外光通过待测SF6气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律，即SF6气体对红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变化取决于被测气体的浓度。浓度微弱信号通过放大、AD转换、运算得出SF6气体的浓度信号，红外光谱技术的特点是成本高，结构复杂，灵敏度高，不受环境的影响和干扰，对环境的温度和湿度的变化所带来的检测误差很小，测量精度可高于百万分之一，检测分辨率达到1ppm量级，而且重复性好，稳定可靠，使用寿命长，定量分析，实现了大范围的连续空间的监测，操作简单，故障率少。

    SF6在线监测报警系统由监控主机、SF6/O2采集模块或传感器、温湿度传感器、人体红外探头、声光报警器以及LED显示屏等组成。当SF6/O2采集模块或传感器、温湿度传感器检测现场SF6浓度、氧气含量及温湿度等环境数据后，通过485总线通讯和采集的氧气数据一同送给监控主机处理，通过大量数据分析处理做出控制以及告警。

    SF6在线监测报警系统工作流程：在110KV、35KV母线室设置SF6气体和02监测点，重点监测室内的SF6气体和02含量，温湿度监测作为辅助的监测手段；监控主机放置在主控室（或母线室入口处）较为适宜，巡视工作人员可直接通过监控主机，查阅各种数据，实时了解设备现场各种环境的变化，根据情况采取各种措施，可监控主机上进行操作，如启动风机等，为了能让第一线巡视人员对现场情况有更加直观感觉和人性智能，系统中可以增加人体红外探头、声光报警器及LED显示屏等辅助科技手段，当工作人员巡视到母线室门口，靠近母线室时，通过红外微波感应，系统将会自动启动风机，风机启动的时间用户可根据需要进行设置。当现场发生SF6气体泄漏或缺氧时，系统将会自动进行声光报警。系统中还设置了自动背光管理程序，通过红外感应，识别有人无人，并进行自动开启主机屏幕背光，节约能源，体现人性操作。同时，监控主机通过协议通讯，可以实现远程同上位机连接，对SF6在线监测报警系统进行远程集中监控管理。

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