第六节-SF6断路器

《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）教学内容本节教学内容一、六氟化硫气体的特性二、SF6断路器的特点三、SF6断路器的灭弧室四、SF6断路器的附件五、SF6断路器的结构类型六、SF6断路器的使用知识首页《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）一、六氟化硫气体的特性六氟化硫气体（SF6）是由两位法国化学家于1900年合成的，它所具有的优良的灭弧和绝缘性能，六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体。1．SF6气体的物理特性2．SF6气体的化学特性3．SF6气体的电气特性4．SF6气体的分解特性在标准条件下，SF6为无色、无味的气体，难溶于水和油，容易液化，SF6的工作压力为0.2～0.7MPa。SF6气体比空气重，有向低处积聚的倾向。SF6气体在常温（低于500℃）下是一种化学性能非常稳定的惰性气体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用的，它不侵蚀与它接触的物质。具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度为空气的2.5～3倍；具有优异灭弧性能，SF6气体的灭弧能力为空气的100倍，开断能力大约为空气的2～3倍。这是由于SF6气体及其分解物具有极强的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。电流过零前的截流小，能避免产生较高的过电压。SF6气体的分解主要有三种情况，即在电弧作用下的分解；在电晕、火花和局部放电下的分解；在高温下的催化分解。SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。纯SF6气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性强的电解质，会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及类似材料易受损害）采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合物）清除设备内的潮气和SF6气体的分解物。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）二、SF6断路器的特点优点：1．开断短路电流大，一般能达到40～50kA以上，最高可以达到80kA。2．载流量大（额定电流可达12000A），触头的烧损小，电气寿命长。3．SF6气体介质强度恢复速度快，开断近区故障的性能好，开断电容电流时不产生重燃，通常不加并联电阻就能够可靠地切断各种故障而不产生过电压，可降低设备的绝缘水平。4．SF6断路器的采用全密封结构，减少了设备事故的可能性，使用安全，运行可靠性高。5．SF6断路器没有爆炸和火灾的危险。噪声低、无污染、无公害，安全性较高。6．SF6断路器结构设计紧凑，体积减小，能大幅度地减小占地面积。7．安装调试简单方便，施工周期较短，220kV的SF6断路器只需2～3小时就可装好。8．检修周期长，日常维护工作量极小，年运行费用大为降低。缺点：1．制造工艺要求高，制造成本高，价格昂贵。2．SF6气体处理和管理工艺复杂，要有完备的气体回收、分析测试设备，工艺要求高。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）三、SF6断路器的灭弧室1.压气式SF6断路器的灭弧室压气式SF6断路器灭弧室的可动部分带有压气装置，在开断过程中利用操作机构带动活塞和气缸的相对运动，压缩SF6气体形成气体吹弧而熄灭电弧。对操作功率要求大。压气式SF6断路器结构简单，断路器内的SF6气体只有一种压力，又称单压式。工作压力一般为0.6MPa。压气式SF6断路器主要用于252kV以上电压等级。按灭弧室结构可分：为变开距和定开距。变开距灭弧室：在灭弧过程中，触头的开距是变化的。变开距灭弧室按吹弧方式分为单向纵吹（适用于中小容量断路器）和双向纵吹（高压大容量断路器）。1－主静触头；2－弧静触头；3－喷嘴；4－弧动触头；5－主动触头；6－压气缸；7－逆止阀；8－压气室；9－固定活塞；10－中间触头触头系统：包括工作触头、弧触头和中间触头。主喷口：用聚四氟乙烯或以聚四氟乙烯为主的填料制成的复合材料等绝缘材料制成。逆止阀的作用：使分闸过程中压气室的气体集中向喷嘴吹弧，而在合闸过程中不致在压气室形成真空。特点：变开距灭弧室内的气体利用率高。断口电压可做得较高（断口间隙可达150～160mm），但开断电流受到限制。绝缘喷嘴易被电弧烧伤，会影响弧隙的介质强度。定开距灭弧室：断路器的触头由两个带嘴的空心静触头3、5和动触头2组成。在关合时，动触头2跨接于静触头3、5之间，构成电流通路；开断时，断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距。1－压气罩；2－动触头；3－静触头；4－压气室；5-静触头；6-固定活塞；7-拉杆特点：喷口采用耐电弧性能好的金属或石墨等导电材料制成。灭弧室断口电场均匀，灭弧开距小，（126kV的断路器只有30mm）电弧能量较小，熄弧能力强，燃弧时间短，可以开断很大的短路电流。但是压气室的体积较大。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）三、SF6断路器的灭弧室2.自能式SF6断路器利用电弧自身的能量来熄灭电弧的断路器，可减少对操动机构操作功率的要求，可以提高断路器的可靠性。自能式SF6断路器旋转式热膨胀式混合式利用设置在静触头附近的磁吹线圈在开断电流时自动地被电弧串接进回路，被开断电流流过线圈，在动、静触头之间产生磁场，电弧在磁场的驱动下高速旋转，电弧在旋转过程中不断地接触新鲜的SF6气体，使电弧受到冷却而熄灭。利用电弧本身的能量，加热灭弧室内的SF6气体，建立高压力，形成压差，并通过喷口释放，产生强力气流吹弧，从而达到冷却和吹灭电弧的目的。将几种灭弧原理同时应用在断路器的灭弧室中。如旋弧＋热膨胀，压气＋热膨胀，压气＋旋弧，旋弧＋热膨胀＋助吹。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）四、SF6断路器的附件2.起监视作用，一般采用弹簧管式压力表。3.利用压力来控制有关指令和信号的输出，用于控制操动机构电动机的起动、停止，输出闭锁断路器分闸、合闸、重合闸的指令。8.用于电动机油泵或空气压缩机系统的一种安全保护装置，当油压或气压超过规定的最高压力值时，机构装置动作，泄压至规定的压力值时自动关闭。5.测量SF6气体的专用表计，起监视作用，带指针及有刻度。有的SF6气体密度表也带有电触点，兼作密度继电器使用。9.用来测量SF6气体的专用表计，起控制和保护作用，不带指针及刻度。7.用于降低断路器触头间弧隙的恢复电压速度，提高近区故障开断能力，装设在63kV及以上电压等级的单断口SF6断路器。1.限制合闸或分闸以及重合闸过程中的过电压，改善断路器的使用性能。4.主要由过滤罐和吸附剂组成。10.活性炭、分子筛、氧化铝、硅胶。6.分为压力释放阀和防爆膜。气体压力表压力继电器安全阀气体密度表密度继电器并联电容并联电阻净化装置吸附剂压力释放装置《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）五、SF6断路器的结构类型1.瓷柱式SF6断路器1-并联电容；2-端子；3-灭弧室瓷套；4-支持瓷；5-合闸电阻；6-灭弧室；7-绝缘拉杆；8-操动机构箱结构特点：灭弧室安装在高强度瓷套中，用空心瓷柱支承和实现对地绝缘。灭弧室和绝缘瓷柱内腔相通，充有相同压力的SF6气体，通过控制柜中的密度继电器和压力表进行控制和监视。穿过瓷柱的绝缘拉杆把灭弧室的动触头和操动机构的驱动杆连接起来，通过绝缘拉杆带动触头完成断路器的分合操作。优点：系列性强，结构简单，用气量少，单断口电压高、开断电流大、运动部件少，价格相对便宜，运行可靠性高和检修维护工作量小。缺点：重心高，抗震能力较差，且不能加装电流互感器，使用场所受到一定限制。“I”形布置一般用于220kV及以下的单柱单断口断路器“Y”形布置一般用于220kV及以上的单柱双断口断路器“T”形布置一般用于220kV及以上特别是500kV的单柱双断口断路器《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）五、SF6断路器的结构类型瓷柱式SF6断路器《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）五、SF6断路器的结构类型2.罐式SF6断路器1－套管；2－支持绝缘子；3－电流互感器；4－静触头；5－动触头；6－喷口工作缸；7－检修窗；8－绝缘操作杆；9－油缓冲器；10－合闸弹簧；11－操作杆结构特点：灭弧室安装在接地的金属罐中，高压带电部分用绝缘子支持，对箱体的绝缘主要靠SF6气体。绝缘操作杆穿过支承绝缘子，把动触头与机构驱动轴连接起来，在两个出线套管的下部都可安装电流互感器。优点：结构重心低，抗震性能好，灭弧断口间电场较好，断流容量大，可以加装电流互感器，还能与隔离开关、接地开关、避雷器等融为一体，组合成复合式开关设备。借助于套管引线，基本上不用改装就可以用于全封闭组合电器之中。缺点：罐体耗用材料多，用气量大，系列性差，难度较大，造价比较昂贵。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）五、SF6断路器的结构类型罐式SF6断路器《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）六、SF6断路器的使用知识1．SF6气体密度的监测2．SF6断路器的检漏3．SF6断路器的含水量监测4．SF6断路器在运行中的检查压力表监测：在运行中可直观地监测气体的压力的变化，平均压力是否异常。密度继电器监：当气体泄漏时，先发补气信号，继续泄漏，对断路器进行分闸闭锁，并发闭锁信号。定性检漏：判断泄漏率的相对程度。方法有：抽真空检漏、发泡液检漏、检漏仪检漏、局部蓄积法、分割定位法、压力下降法等。定量检漏：测定SF6气体的泄漏率，方法有：挂瓶法、扣罩法、局部包扎法等。定量测量应在充气24h后进行，判断标准为：年漏气率不大于1％。测量方法：重量法、电解法、露点法、电容法、压电石英振荡法、吸附量热法和气相色谱法。重量法是国际电工委员会（IEC）推荐的仲裁方法，电解法和露点法为其推荐的日常测量方法。运行中除了按断路器的一般检查项目进行检查外还应特别注意检查气体压力是否保持在额定范围，发现压力下降即表明有漏气现象，应及时查出泄漏部位并进行消除。严格防止潮气进入断路器内部。《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）六、SF6断路器的使用知识5、检修（1）SF6气体中的杂质及处理（2）SF6断路器的补气（3）SF6气体的回收净化处理（4）SF6断路器的检修注意事项SF6新气的纯度不应低于99.8％，充入设备后SF6气体的纯度不低于97％，运行中SF6气体的纯度不低于95％。充气前，所有管路冲洗干净，充气后气压稍高于要求值。充气时，先开钢瓶阀门，再开减压阀，使SF6气体缓慢充入设备，并观察气压变化；充气至额定气压后，先关减压阀，再关钢瓶气阀。采用带有净化器的SF6气体回收装置。断电源；气体回收；氮气洗；通风换气；白色粉末吸尘器或柔软卫生纸拭净；金属部件清洗剂或汽油清洗；绝缘件无水酒精或丙酮清洗；新密封圈；吸附剂更换；绝缘件干燥；避潮气《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）思考习题思考练习1.SF6气体有哪些特性？SF6断路器有何特点？2.SF6断路器有哪些灭弧室结构？各有何特点？3.SF6断路器有哪些附件？其作用分别是什么？4.SF6断路器的检漏方法有哪些？年漏气率标准是什么？5.水分和杂质对SF6断路器的使用有何影响？允许的含水量和纯度各是多少？《发电厂变电所电气部分》第二章开关电器第二节高压断路器（四）