高电压技术 第三章 六氟化硫和气体绝缘电气设备

专题.六氟化硫和气体绝缘电气设备简介1900年SF6首次出现；1960’s开始作为绝缘和灭弧介质使用；SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力高达空气的100倍以上，目前广泛应用于220kV以上电气设备中，如SF6断路器、气体绝缘变压器（GIT)、充气管道输电线(GIC)、封闭式气体绝缘组合电器(GIS)等。GIS：GasInsulatedSwitchgear(Substation)GIT：GasInsulatedTransformerGIC：GasInsulatedCable一.SF6的理化特性1.液化问题在－40℃T80℃，P0.8MPa范围内气态占优势,一般使用范围内不存在液化问题，在高寒地区，需考虑采取措施，如加热、采用SF6-N2混合气体。2.毒性分解物纯净SF6是无色，无味，无毒，不燃的惰性气体，由于电子碰撞、热以及光辐射导致SF6气体分解出有毒分解物；电弧的高温、火花放电、电晕或局部放电都会使SF6分解；常用措施：采用活性氧化铝和分子筛等吸附剂，吸附分解物和水分3.含水量水分影响气体分解物，SOF2、SO2F2、SOF4等分解物发生水解作用，形成氢氟酸HF，引起材料腐蚀，导致机械故障；在低温时引起固体介质表面结露，使闪络电压降低。因此在设备安装、运行时要检测含水量，不超过容许值。4.SF6混合气体采用SF6-N2，CO2、空气的混合气体，使液化温度降低、减小对电场的敏感度、降低价格二.SF6具有高电气强度的原因1.氟是卤族元素中电负性最强的，因此SF6分子具有很强的电负性，容易吸附电子成为负离子，阻碍放电的形成和发展；2.SF6分子的直径比氧、氮分子的要大，使得电子在SF6气体中的平均自由行程缩短，不易积累能量；而SF6的电离电位又比氧、氮分子的大，因而减小了电子碰撞电离的可能性；3.SF6分子量比空气大5倍，离子迁移率小，更容易复合（消电离），此外，电子与SF6分子相遇时，还会因极化等过程增加能量损失，减弱其碰撞电离的能力；三.均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿1.电子电离系数和附着系数—电子附着系数，表示一个电子在电场方向运动1cm的行程所发生的电子附着次数的平均值aa＝—有效电子碰撞系数2.均匀电场中的电子崩增长规律daaenn)(03.均匀电场中电负性气体的流注放电条件Kda)(p－气压，MPa；d－极间距离，mm在工程应用中，通常pd1MPa·mm，所以pdUb5.88kV对SF6气体，实验得出K＝10.5，相应的击穿电压为：kVpdUb38.05.88四.影响击穿场强的其他因素除电场均匀程度外，主要有：2.导电微粒－不利影响，在装配和维修时注意清洁1.电极表面缺陷－表面越粗糙，击穿场强越低；电极表面积越大，击穿场强越低“面积效应”五.封闭式气体绝缘组合电器（GIS）1.什么是GIS，GasInsulatedSwitchgear(Substation)GIS是把整个变电站除变压器外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关（刀闸）、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等组合在一个充SF6气体的金属密闭室中而组成。典型的双母线GIS间隔：1－母线及隔离开关/接地开关组合2－断路器3－电流互感器4－电压互感器5－线路隔离开关及接地开关6－安全接地开关7－电缆接头8－控制柜2.采用GIS组合电器的好处▲与敞开式相比，大大节省占地面积和空间体积，额定电压越高，节省得越多；▲运行安全可靠，GIS的金属外壳是接地的，既可防止运行人员触及带电导体，又可使设备的运行不受污秽、雨雪、雾露等不利的环境条件的影响；▲现场安装工作量小，检修周期长Sweden:某132/10kV变电站，两路130kV母线，两台30MVA变压器，20台10kV开关柜ConventionalURBAN3.GIS使用现状GIS设备自1960’s开始实用化,在超高压、特高压领域变电站使用,在我国,110～500kV电力系统中,GIS的应用已相当广泛。目前国外生产GIS的公司主要有：ABB、ALSTOM、西门子、施奈德、三菱、东芝、日立等；我国有沈阳高压开关厂、平顶山高压开关厂、北京开关厂、西安高压开关厂等通过合作开发方式，如西开－三菱，沈开－日立4.GIS的发展趋势▲高电压、大容量▲小型化、复合化▲二次智能化母线和隔离开关/接地开关组合1－动触头2－隔离开关触头3－接地开关触头4－绝缘子5－横向装配组件隔离开关主要用于电路无电流投入和切除断路器和集成电流互感器1－灭弧室2－电流互感器3－绝缘子4－液压操动机构六.气体绝缘电缆（GIC）与充油电缆相比具有的优点：▲电容小；大约只有充油电缆的1/4，因此其充电电流小，临界传输距离长▲损耗小；常规充油电缆因为介损大而难以用于高电压，而GIC的绝缘主要是SF6，其介损可以忽略不计▲传输容量大；常规电缆芯截面一般不超过200mm2，而GIC则无此限制，所以传输容量大，电压等级越高，这一优点约明显除了以上介绍的的气体绝缘电气设备外，SF6还广泛应用在其他一些电气设备中，如断路器、气体绝缘开关柜、电抗器、电容器等