浅析低温下SF6断路器的选用

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摘要：由于六氟化硫气体有优良的化学稳定性，是当前最理想的绝缘和灭弧介质，尤其作为电力断路器的灭弧介质被广泛应用。但六氟化硫气体在超低温环境下产生液化对sf6气体断路器应用产生了影响。

关键词：SF6气体，断路器，低温，罐式

中图分类号：TM561文献标识码： A 文章编号：

前言

六氟化硫为惰性气体，气体化学分子式为SF6，无味、无毒、是负电性物质，分子结构稳定，化学性质不活泼和堕性气体差不多，在同一温度下介电强度是空气的2．5—3倍，灭弧性能却是空气的100倍，在四个大气压时其绝缘能力大致和变压器油相仿，是当前最理想的绝缘和灭弧介质。1930年法国人首先发现了SF6气体，五十年代出现了用SF6气体做灭弧介质的高压断路器，很快地引起各制造厂和电力部门的注意，各制造厂竞相研制各种SF6高压断路器，到七十年代自70千伏到800千伏各电压等级几乎都有采用SF6气体断路器的。

采用SF6气体做介电材料和灭弧介质的断路器有很多优点：

一、单断口电压高，单断口电压现在已达到300千伏，而一般空气断路器油断路器单断口电压在100千伏以下，所以一个500千伏SF6断路器只要一个立柱两个断口就行了，目前国产的500千伏空气断路器需要4个立拄八个断口、220千伏少油断路器是两个立拄四个断口，减少了灭弧断口，结构简化，提高下了可靠性也减少了占地面积。

二、SF6断路器灭孤性能好、烧孤时间短，不检修开断电流累计能达到2000千安，这相当于20一25年电网运行故障和正常开断次数的累计开断电流，所以SF6断路器很可能成为理想的“不检修断路器”，(实际上还需要更换吸潮剂并补充SF6气体，能保证在五至十年内不检修)，SF6断路器能开断较大的电流，SF6断路器是通过吹出SF6气体来完成吹弧，它的吹弧速度快、燃弧时间短、开断电流大，能有效保护中、高压电路的安全。六氟化硫断路器在断开电容或电感电流后，不存在重燃和复燃的危险。现在一般能开断63—80千安甚至100千安的电流，SF6断路器的灭弧时间短，现在一般灭弧时间是两个赫兹(0．04秒)，而国产的220千伏少油断路器灭弧时间是7—8赫兹(约0．15秒)，而且对一些过电压较高的大小电流都能顺利地开断。可以说SF6高压断路器是结构比较理想的输电用高压断路器。三、电气寿命长，六氟化硫断路器的使用寿命很长、检修周期长，并能适应短时间内的频繁操作，有良好的安全性和耐用性。六氟化硫断路器在50kA满容量的情况下能连续开断19次，断开的电流累计达到了4200kA。

四、绝缘水平高，六氟化硫断路器是使用六氟化硫气体作为绝缘介质，这种气体的绝缘水平极高，在0.3MPa气压下，能轻松通过各种绝缘实验，并有较大的裕度。

五、密封性能好，六氟化硫断路器的结构简单、密封性好，灭弧室、电阻和支柱成独立气隔，且六氟化硫本身的含水量较低。六氟化硫断路器的安装和检修方便，不需打开断路器的内部结构，能保持六氟化硫断路器内部良好的密闭性。

因此，近年来SF6断路器所占比重也日渐增多，除了极寒冷地区以外，SF6断路器已遍布世界各个角落。目前六氟化硫断路器已成为城网和农网推广使用的换代产品。

但是SF6气体也有它的缺点，在超低温环境下产生液化，导致SF6气体压力及密度下降(见图1)。我国幅员辽阔，相同型号的产品运行环境条件的差别很大。特别是对于充SF6气体为绝缘介质的产品，如果没有得当的措施，在冬季的超低温环境下运行对其的可靠性影响是很大的。在严寒地区户外环境温度能达-40℃，部分地带甚至达到-50℃。由图可见，SF6气体因温度的变化而改变状态，严重影响以SF6气体作为绝缘介质和灭弧用的断路器正常工作，当SF6气体压力降低到断路器设定的闭锁值时，断路器只能退出运行，为此可能造成大面积停电。为解决高压SF6断路器特别是结构的SF6断路器在严寒地区能够可靠运行的问题，国内外相关的研究院(所)和开关制造厂家对此进行了大量的分析、试验及研制工作，采用了各种方法取得了许多经验和获得了结果。

目前电网中在超低温环境下运行的SF6断路器所采用的几种方式有：1. 采用混合气体作为灭弧、绝缘介质的方法；2. 采用降低SF6气压来达到SF6气体液化点降低的方法；3. 对断路器内的SF6气体加热的技术。前两种方法由于对设备的制造工艺有很高的要求，而且设备对实际维护运行的要求也很高，目前并没有得到广泛的应用。解决严寒地区SF6断路器可靠运行的另一种方法就是直接对SF6气体进行加热。这种设计结构已被国内外部分开关制造厂家采用，并取得运行经验。对SF6气体进行加热的关键是：合理、有效地在断路器结构上设计增加加热装置。当环境气温下降到一定温度时(-25℃)，加热装置自动投入运行，对断路器内的SF6气体进行加热。就是环境温度降到非常低(-50℃)时，经试验验证适当调整自动温控器的温度区间，断路器内的SF6气体温度可以始终保持(高于)SF6气体液化温度。解决了严寒地区断路器内SF6气体低温液化的问题。此种方法较经济实用，得到了广泛的应用。

SF6断路器按照结构形式可分为和罐式两种。其中SF6断路器。其灭弧装置在支持瓷套的顶部，由绝缘杆进行操动。这种结构的优点是系列性好，用不同个数的标准灭弧单元和支柱瓷套，即可组成不同电压等级的产品；其缺点是稳定性差，不能加装电流互感器。罐式SF6断路器,其总体结构类似于箱式多油断路器，它的灭弧装置用绝缘件支撑在接地金属罐的中心，借助于套管引线，基本上不改装就可以用于全封闭组合电器之中。这种结构便于加装电流互感器，抗震性好，但系列性较差，且造价比SF6断路器稍贵。综合考虑，使用罐式SF6断路器可以省去电流互感器的购置和安装，这样使用罐式和综合造价相差无几。

使用对断路器内的SF6气体加热的方法比较普遍的是罐式SF6断路器，一般情况是罐式SF6断路器外壳接地，并且是金属外壳导热性能较好，因此加装加热装置比较容易。对于SF6断路器来说有难度，SF6断路器由支持瓷套和灭弧室瓷套组成，细又长，散热面积大，并且外面不能增加保温层，只能在灭弧室支持瓷套的下端设计增加加热装置，效果不是很好。

综上所述，户外采用罐式SF6断路器加热方式，能够确保在低温地区(-40℃～-50℃)时SF6气体不液化，不降低开断能力在电网中可靠运行，特别适合在我国东北、内蒙、新疆等地区使用。