高電壓工程2(六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備)

專題.六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備簡(jiǎn)介1900年SF6首次出現(xiàn)；1960’s開始作為絕緣和滅弧介質(zhì)使用；SF6的電氣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍，滅弧能力高達(dá)空氣的100倍以上，目前廣泛應(yīng)用于220kV以上電氣設(shè)備中，如SF6斷路器、氣體絕緣變壓器（GIT)、充氣管道輸電線(GIC)、封閉式氣體絕緣組合電器(GIS)等。GIS：GasInsulatedSwitchgear(Substation)GIT：GasInsulatedTransformerGIC：GasInsulatedCable一.

SF6的理化特性1.液化問題在－40℃<T<80℃，P<0.8MPa范圍內(nèi)氣態(tài)占優(yōu)勢(shì),一般使用范圍內(nèi)不存在液化問題，在高寒地區(qū)，需考慮采取措施，如加熱、采用SF6-N2混合氣體。2.毒性分解物純凈SF6是無色，無味，無毒，不燃的惰性氣體，由于電子碰撞、熱以及光輻射導(dǎo)致SF6氣體分解出有毒分解物；電弧的高溫、火花放電、電暈或局部放電都會(huì)使SF6分解；常用措施：采用活性氧化鋁和分子篩等吸附劑，吸附分解物和水分3.含水量水分影響氣體分解物，SOF2、SO2F2、SOF4等分解物發(fā)生水解作用，形成氫氟酸HF，引起材料腐蝕，導(dǎo)致機(jī)械故障；在低溫時(shí)引起固體介質(zhì)表面結(jié)露，使閃絡(luò)電壓降低。因此在設(shè)備安裝、運(yùn)行時(shí)要檢測(cè)含水量，不超過容許值。4.SF6混合氣體采用SF6-N2，CO2、空氣的混合氣體，使液化溫度降低、減小對(duì)電場(chǎng)的敏感度、降低價(jià)格二.

SF6具有高電氣強(qiáng)度的原因1.氟是鹵族元素中電負(fù)性最強(qiáng)的，因此SF6分子具有很強(qiáng)的電負(fù)性，容易吸附電子成為負(fù)離子，阻礙放電的形成和發(fā)展；2.SF6分子的直徑比氧、氮分子的要大，使得電子在SF6氣體中的平均自由行程縮短，不易積累能量；而SF6的電離電位又比氧、氮分子的大，因而減小了電子碰撞電離的可能性；3.SF6分子量比空氣大5倍，離子遷移率小，更容易復(fù)合（消電離），此外，電子與SF6分子相遇時(shí)，還會(huì)因極化等過程增加能量損失，減弱其碰撞電離的能力；三.

均勻和稍不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿1.電子電離系數(shù)和附著系數(shù)—電子附著系數(shù)，表示一個(gè)電子在電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm的行程所發(fā)生的電子附著次數(shù)的平均值—有效電子碰撞系數(shù)2.均勻電場(chǎng)中的電子崩增長(zhǎng)規(guī)律3.均勻電場(chǎng)中電負(fù)性氣體的流注放電條件p－氣壓，MPa；d－極間距離，mm在工程應(yīng)用中，通常pd>1MPa·mm，所以kV對(duì)SF6氣體，實(shí)驗(yàn)得出K＝10.5，相應(yīng)的擊穿電壓為：4.

稍不均勻電場(chǎng)中的極性效應(yīng)與極不均勻電場(chǎng)中的情況相反，此時(shí)負(fù)極性下的擊穿電壓比正極性時(shí)低10％左右。因?yàn)樵谏圆痪鶆螂妶?chǎng)中不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電暈起始電壓就是其擊穿電壓四.影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的其他因素除電場(chǎng)均勻程度外，主要有：2.導(dǎo)電微粒－不利影響，在裝配和維修時(shí)注意清潔1.電極表面缺陷－表面越粗糙，擊穿場(chǎng)強(qiáng)越低；電極表面積越大，擊穿場(chǎng)強(qiáng)越低“面積效應(yīng)”五.

封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）1.什么是GIS，GasInsulatedSwitchgear(Substation)

GIS是把整個(gè)變電站除變壓器外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)（刀閘）、互感器、避雷器、母線、連線和出線終端等組合在一個(gè)充SF6氣體的金屬密閉室中而組成。典型的雙母線GIS間隔：1－母線及隔離開關(guān)/接地開關(guān)組合2－斷路器3－電流互感器4－電壓互感器5－線路隔離開關(guān)及接地開關(guān)6－安全接地開關(guān)7－電纜接頭8－控制柜2.采用GIS組合電器的好處▲與敞開式相比，大大節(jié)省占地面積和空間體積，額定電壓越高，節(jié)省得越多；▲運(yùn)行安全可靠，GIS的金屬外殼是接地的，既可防止運(yùn)行人員觸及帶電導(dǎo)體，又可使設(shè)備的運(yùn)行不受污穢、雨雪、霧露等不利的環(huán)境條件的影響；▲現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量小，檢修周期長(zhǎng)

Sweden:某132/10kV變電站，兩路130kV母線，兩臺(tái)

30MVA變壓器，20臺(tái)10kV開關(guān)柜ConventionalURBAN3.GIS使用現(xiàn)狀

GIS設(shè)備自1960’s開始實(shí)用化,在超高壓、特高壓領(lǐng)域變電站使用,在我國

,110～500kV電力系統(tǒng)中,GIS的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。目前國外生產(chǎn)GIS的公司主要有：ABB、ALSTOM、西門子、施奈德、三菱、東芝、日立等；我國有沈陽高壓開關(guān)廠、平頂山高壓開關(guān)廠、北京開關(guān)廠、西安高壓開關(guān)廠等通過合作開發(fā)方式，如西開－三菱，沈開－日立4.GIS的發(fā)展趨勢(shì)

▲高電壓、大容量▲小型化、復(fù)合化▲二次智能化母線和隔離開關(guān)/接地開關(guān)組合1－動(dòng)觸頭2－隔離開關(guān)觸頭3－接地開關(guān)觸頭4－絕緣子5－橫向裝配組件隔離開關(guān)主要用于電路無電流投入和切除斷路器和集成電流互感器1－滅弧室2－電流互感器3－絕緣子4－液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)六.

氣體絕緣電纜（GIC）與充油電纜相比具有的優(yōu)點(diǎn)：▲電容小；大約只有充油電纜的1/4，因此其充電電流小，臨界傳輸距離長(zhǎng)▲損耗??；常規(guī)充油電纜因?yàn)榻閾p大而難以用于高電壓，而

GIC的絕緣主要是SF6，其介損可以忽略不計(jì)▲傳輸容量大；常規(guī)電纜芯截面一般不超過200mm2，而GIC