SF6分解产物测试在330kV断路器故障排除中的应用
国网甘肃省电力公司电力科学研究院的研究人员陈宏刚、温定筠等，在2015年第1期《电气技术》杂志上撰文，对一起典型的断路器SF6分解产物异常进行了研究分析。通过对断路器内部的测试分析，发现了设备重大安全隐患，确保了设备的运行安全，是一起SF6气体标志性分解产物发现设备内部故障的典型案例。对充SF6气体设备的运行、维护及试验检测具有借鉴意义。
随着电力设备的发展，油载断路器逐渐淡出电力设备的舞台，现今，采用SF6气体作为绝缘介质的电气设备主要有断路器、变压器、电缆、GIS站等。
在我国，220kV电压等级的设备约有一半以上采用SF6气体绝缘；330V电压等级的设备将近100%采用SF6气体绝缘；550V电压等级的设备及GIS全部采用SF6气体绝缘；在110kV及以上新建输变电设备与城网改造中，SF6设备成为首选。因此，及时测定SF6纯度、湿度、泄露，分析判断SF6气体分解产物的含量对故障部位的查找显得日益重要。
在对某330kV变电站SF6断路器带电检测时，发现3322断路器A相SF6气体分解产物含量异常，通过专项诊断检测及取样色谱分析，判断设备存在重大安全隐患，停运了设备，并对其进行解体检查，发现并排除了设备重大安全隐患。
1 设备基本情况及参数
该330kV变电站3322断路器2003年5月投运。三相开断次数分别为A相22次、B相19次、C相12次；无切断故障电流和不良工况。2009年4月进行例行试验，试验数据均合格。
断路器主要参数见“表1”。
表1 330kV 变电站3322断路器参数表
2 设备异常情况
某日，对3322断路器A相进行SF6分解产物、纯度、微水检测时，测得CO为417μL/L，SO2为3μL/L,H2S为0，微水92.52μL/L,纯度98.9%。随后现场取样，送检测单位进行气相色谱分析(分析结果见“表2”)。同时安排对3322断路器进行精确测温，现场精确测温无异常。
表2 330kV变电站3322断路器A相SF6分解产物测试数据表
通过与相同型号、同工况其他断路器测试结果对照，该断路器SF6分解产物数据明显偏大，CO值尤其突出，初步判断内部存在过热故障。为查明设备异常原因，确保设备安全运行，对设备进行了现场解体检查。
3 断路器A相解体检查情况
3.1解体前的试验情况
断路器解体前进行了SF6气体测试及开关特性试验。
3.1.1开关机械特性试验情况
表3 辅助回路绝缘及机构动作检查表
表4 开关时间及同期测试数据表
表5 断口回路电阻测试数据表
表6 操作机构工作缸活塞杆行程测量数据表
3.1.2断路器SF6气体测试情况
为了准确了解断路器三个气室SF6气体分解产物浓度分布情况，在解体前在不带电的情况下，进行了数次操作，操作后进行分解产物测试；在排出气体的过程中，进行了数次测试，数据见“表7”。
表7 3322断路器SF6气体测试数据表
从气体分解产物测试数据情况分析，当断路器A相分合操作3次后SO2、CO含量均有增加，判定故障应存在于断路器灭弧室内。
3.2 A相本体解体检查情况
对A相灭弧室及三联箱整体起吊，对A1、A2灭弧室与三联箱进行解体检查，并对A1、A2灭弧室动静触头进行分解（本体支柱未解体）。
图1 断路器外观
3.2.1 A相解体检查中发现的问题
（1）三联箱及支柱
灭弧室及三联箱装配整体起吊后，发现支柱导向密封面残留有大量不规则金属铝屑，经检查均为铝制导向槽与滚轮磨损脱落物，并发现A1侧四连杆变向机构转动轴的轴承脱落（即转动轴未固定在轴承内），转动轴端部边缘磨损严重并与轴承脱离，三联箱装配吸附剂盖板对应轴承位置有明显转动摩擦痕迹，同时，未发现转动轴端部限位弹性挡圈，也未发现掉落的弹性挡圈。
图2 支柱顶部导向密封面残留有大量不规则金属铝屑
图3 铝制导向槽磨损
图4 A1侧固定轴销的轴承脱落
图6 灭弧室动触头铝制导向槽磨损
图7 轴销边缘磨损严重
图8 对应轴承位置有明显转动摩擦痕迹
（2）A1、A2灭弧室解
1）A1灭弧室 A1灭弧室解体后发现，瓷套内壁有一道延伸向底部的油脂流淌痕迹，即硅脂涂抹过量受热流淌所致；静弧触头（铜钨合金）外表面出现多道严重划伤，已露出内部铜导体；动触头上端与静触指接触处，出现多道严重啃伤，镀银层脱落；喷口内表面根部出现偏向一边的灼伤痕迹，已碳化变色（材料为聚四氟乙烯）。
图9 静触头瓷套内壁
图10 静弧触头外表面多道严重划伤
图11 动触头出现多道严重啃伤
图12 喷口内碳化变色
2）A2灭弧室 A2灭弧室解体后发现，瓷套内壁有一道延伸向底部的油脂流淌痕迹，即硅脂涂抹过量受热流淌所致；静弧触头（铜钨合金）外表面光滑平整，无损伤痕迹；动触头上端与静触指接触处有轻微接触啃伤痕迹，镀银层基本完好。
图14 灭弧室静触头解体
图15 静触头瓷套内壁
图16 动触头轻微接触啃伤
4 原因分析
A相断路器三联箱内四连杆机构转动轴固定轴承的弹性挡圈未安装，致使运行中A1灭弧室侧轴承脱落，导致动触头装配及连杆机构发生偏斜，三联箱内导轨组件严重损伤。
分合闸过程中，四连杆机构侧向受力，造成动触头装配中心位置发生偏离，导致A1断口动静弧触头、主触头啃伤，由于三联箱内四连杆机构失稳，波及到A2断口，造成A2灭弧室主触头异常磨损，同时断路器灭弧室接口接触面严密度受到影响，致使接口处局部过热，喷口烧蚀局部碳化，从而出现SF6分解产物测试结果中CO值异常偏高的现象。
5 结论
SF6气体检测分析方法在开关设备故障诊断方面具有广泛的应用前景，跟踪监测SO2、H2S或CF4的含量，为设备可靠性评估提供技术指导。但需进行更细致深入的研究，包括模拟试验和实测数据的支持，应用数理可靠性统计方法，分析SF6开关设备与分解产物的关系，掌握SF6气体分解产物的变化趋势和规律，逐步完善建立设备状态检修系统。