SF6断路器及GIS电器

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1、 SF6断路器及GIS电器运 行一、概述 SF6断路器及GIS电器是利用优质的SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质的电器。1、SF6气体具有优异的绝缘性能和灭弧性能。50年代，高压电器的绝缘的介质就利用SF6气体代替了空气；2、60年代中期，美国制造了第一套GIS设备，使高压电器发生了质的飞跃，同时也给配电装置带来了一次革命。3、GIS电器除主变之外，其它元件全部密封、不受环境干忧、可靠性高、运行方便、检修周期性长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优点从而引起世界电力部门的普遍重视。4、30年来，GIS设备发展很快。欧洲、美洲、中东电力公司都规定配电装置要用GIS设备。在亚洲、非洲、澳洲的发达

2、国家也基本上规定要用 GIS设备。5、GIS电器目前世界在南非有800KV设备投入运行。6、1992年国际大电网会议统计，各国已投入运行的GIS变电站近2000座。至今已达到6000座左右 。7、GIS设备占地面积少，占地面积的比例与常 规设备相比：500KV为2.4%;110KV220KV 为5%7%。8、GIS设备的应用特别适用城市和发达地区。二、我国及省内GIS设备的发展1、我国60年代起步于研究GIS设备。与发展中国家 基本同步。2、1971年首次试制成功110KVGIS设备并投入运行 。3、80年代以来国产大型 GIS设备也投入运行共计 达407个间隔。较大的有广西天生桥水电站的50

3、0KVGIS设备。其次是渭南的330KVGIS和上海杨树浦电厂的220KVGIS设备。4、本省87年在杭州市电力局照庆变进口投运110KVGIS电器、2002年杭州市电力局在运河变投运了220KVGIS设备，全省目前已有GIS设备变电站28座。三、SF6气体特点；1、SF6气体是无色、无臭、无毒、不易燃烧极其 稳定惰性气体，其比重是空气5.1倍。2、具有良好绝缘性能，其绝缘能力高于空气2.53倍。3、具有较强灭弧能力，其灭弧能力高于空气近100倍。4、它的电气性能受电场的均匀程度，水份，杂质影响特别大。5、在高温作用下，使SF6气体分解为有毒的低氟 化合物，如 SF2 、SF4 、SOF4、S

4、OF2、SO2F2。四、SF6气体在高温下的分解特性；(一）分子分解时；1、含水量在标准范围内：分解反应时吸收能量，SF6气体在电弧作用下；分子分解加快；其分解变化与温度关系；（1）1502000K；不会分解。（2）2000K2500K；分子分解加快；（3）3000K时；绝大多数SF6分子直接分解成“S”和“F”单原子；（离子和电子）（4）4000K时；SF6开始电离成正离子“S+ ”与“F-”原子，经过扩散冷却，约在10-710-6秒后又重新结合成SF6分子。因此，SF6气体介质具有自恢复特性。2、当SF6气体中含有杂质时，其化学反应 就复杂了。（1）SF6气体分解物在电弧中第一次的杂质化学

5、反应是与触头的金属蒸汽：（2）与铜蒸汽的反应是：SF6+CUSF4+ CUF2;(3) 与钨蒸汽的反应是: 3SF6+WSF4+ WF6;(4) CUF2 是固体粉末; WF6是活泼的气体; SF4是活泼的化 合 物, WF6 和SF4不能以其原状长期存在,遇上水分子就会产生 二次反应.3、水分含量超标时；（1）在常温下，SF6气体化学性能很稳定。当温度低 于500 时，一般不会自行分解。（2）SF6气体水分含量超标时，但温度在200 以上 就开始分解，其反应式为2SF6+6H202SO2+12HF+O2(3) HF又称氢氟酸:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮 肤有强烈 的腐蚀作用.(4) S

6、O2遇水化合变为氩硫酸H2SO3,也有强烈的腐蚀 性.4、（另一部分）SF6气体在电弧高温的作用下，与水发生的化学反应从中还会分解出SOF2、SO2F2、SOF4、HF等既有害又有毒杂质。其化学反应式如下：（1）SF4+H2OSOF2+2HF(2) SOF4+H2OSO2F2+2HF（3）SOF2+H2OSO2+2HF （二氧化硫）（4）SO2F2+2H2OH2SO4+2HF （硫酸）反应物O2 含量H20含量电极绝缘材料 备注SOF2 很小极强烈极强烈 很小气态，0。05%致死SOF4极强烈极强烈很大无影响气态、有毒SO2F2极强烈极强烈极强烈很大气态，0。04%致死HF很小极强烈极强烈很大

7、气态、有毒 、有腐WF6无影响极强烈很小无影响气态、有毒CO2极强烈无影响无影响极强烈气态OS2极强烈极强烈无影响很小有毒再说；WF6+3H2O WO3 +6HF（1） WO3 是固体粉末,极易吸潮,当其附在绝缘体、固体表面时，造成沿面闪络电压值下降。 （2）HF有腐蚀性、对瓷套内壁釉面涂层有破坏作用。（3）SF4对动物的肺有伤害作用，其毒性会影响呼吸系统：（4）SO2F2称为“氟化氩硫酸”，它是无色有窒息性臭味的剧毒气体，能造成动物的严重肺水仲，使肺部产生大 量的渗出物并阻止气体在肺部的上交换。使动物窒息 致死。（5）SO2F2是无色无臭的气体。动物吸入后会组织上起全身性痉挛麻痹，使呼吸器官

8、肌肉失去正常功能时而造 成窒息。注：（其危险性在于无刺激性味，待发现中毒往 往迅速造成死亡。）5、水分对电器设备绝缘的危害(1)水分在电器设备中，除了对绝缘件和金属部件产生腐蚀作用之外，还在它的表面产生凝结水，附在绝缘件的表面，而造成沿面闪络。(2)当水分由液态变为固态后，从物理学上知道，对电器绝缘材料的危害性可以大大减少，即水变为冰之后，它对电器设备的危害减少。(3)要使SF6气体中的水蒸汽将凝结水或变为冰其条件主要决 定于水蒸汽的压力和密度，在什么温度下 会达到饱和。人们知道SF6断路器和GIS电器设备内，SF6气体的体积是不会变的，水蒸汽的饱和只和压力、温度有关。(4)当SF6断路器和G

9、IS电器设备的水蒸汽及温度达到某一值时，其压力和密度达到饱和后，水蒸汽就不会凝结为露水，而直接变为冰了。这时对绝缘材料的 危害就降低许多.SF6气体中水蒸汽的饱和压力与饱和密度水蒸汽温度（） 饱和压力（Pa） 饱和密度（g/m3）50 1176 83240 736 51230 423 30320 233 17310 123 9096 934 6910 61 452-10 26 192-20 103 076-30 38 028五、SF6气体水分可能的来源1、断路器内部绝缘件处理不良，含水量较多。2、SF6新气质量较差。3、充气工艺不佳。4、抽真空工艺不良。5、充气管道、接头等元件处理不彻底。6、

10、断路器密封结构不可靠。运行中水份渗入断路器内部。六、水分的控制1、确保电器所有密封部件都具有良好的密封性能 。2、应严格控制新的SF6气体的含水量（8ppmw)3、抽真空度的要达到规定值。真空度达到133.3Pa并至少维持2h以上。抽真空时间越长，真空度越高，则对降低气体水分的含量越有利。4、充气设备必须良好。5、充气工艺必须规范。6、提高检修安装的质量七、SF6气体微水测量的方法常用的SF6气体微水测量方法有；1、露点法；（1）当测试系统的温度略低于样品气体中的水蒸气饱和温度（露点）时，水蒸气结露，通过光 电转换输出信号显示其水分比例。下限可在PPm级。适用于间歇测定（2）装置较为复杂，要致

11、冷剂，测量精度与测量仪器质量关系不大2、电解法；（1） 其测量原理是将气体样品通过一个特别的电解池，被电解池上的P5O5膜层吸附，同时又被电解.根据气体定律和库仑电解定律计算出1ppm水消耗的电流数。从指示仪表直接读出含水量。（2）适用于连续在线分析。但测定灵敏度较低，测量值一般要大于10PPm为好.(3) 间歇测定时达到稳定的时间较长八、SF6气体的含水量测定的要求1、测量所需的水分仪、减压阀、必须用高纯氮预 先干燥。2、测量前应检查本体内SF6气体压力为额定压力。3、测量时间选择在充入SF6气体24h进行。4、严禁在雨天气进行该项工作。5、测量系统的密封性能一定要好，防止外界水分 进入。6

12、、为了保证测量正确性，所以每次测量的环境温度最好控制在20C左右为好，以利于比较。九、SF6气体的负电特性；1、负电特性：是指这种气体分子或原子生成负离子倾向性。由电弧电离所产生的电子，被SF6气体分子和它所产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的移动性显著降低，并由于正离子和负离子极易复原为中性分子和原子。2、同时，SF6气体吸附电子后，外层的形成8个电子稳定结构，自由行程比电子自由行程小，在同样的电场强度下产生的碰撞游离机会减少。3、SF6气体击穿电压高于空气的原因 ；是因为SF6气体具有负电特性，即当周围有电子存在时，能为SF6气体捕获而成负离子，由于SF6是重气体，在电场作用下流

13、动迟缓，不象电子那样容易加速而使气体在电场作用下击穿。4、随着交流电流从零上升到峰值时弧心变粗，从峰值下降时弧心又随之变细。从而电弧在过零前不发生截流现象，也不会引起有害的过电压，有利于开断空载变压器和电动机。十、SF6气体与传统绝缘介质相比存在问题：1、电场均匀程度对SF6气体绝缘击穿电压的影响十 分显著。2、SF6气体电器的闪络电压值受微量杂质的影响特 别大。十一、SF6气体的含水量必须要严格控制；1、新投产SF6断路器灭弧气室内的含水量不能超过150PPM/V或18.5ppm/u（150uL/L）， 运行中则不能超过300PPM/V 37ppm/u（300uL/L） 。（质量比/体积比是

14、1/8.11）。2、水份对SF6气室内绝缘件表面闪络电压的影 响；（1）当SF6气体中混入水分，其内在是以H20的 气体份子形式混杂于SF6气体之中，则SF6气体与绝缘件固体的分界面的闪络特性几乎不受影响。（2）若水分含量较多时，在温度下降时能在固体表面结露，其绝缘性能就会下降，导致沿面闪络。一般以-10C的露点来控制水分（3）水分对SF6气体电弧分解生成物的影响（4）由于上述危害，所以在运行中每年要监视复测，含水量超标要进行处理。十二、SF6断路器SF6气体含水量在运行中升高原因：从试验和运行经验 得知：一台密封性能十分良好的六氟化硫断路器及GIS电器运行或放置多年后，SF6气体从电器往外泄漏量是微小，而电器内部的水蒸汽 密度却增大。1、从气体压力来言：电器内部SF6气体压力高于外部的空气压力；对于水蒸汽来说其内部压力远低于外部压力 。例如：当环境温度为20C，相对湿度为80%：PS =0.823.8 10-4=19 10-4 (M