SF6断路器课件

SF6断路器东北电网有限公司大连培训中心一、概况二、LW6—220H断路器的技术参数九、SF6断路器的运行维护三、SF6气体的特性四、SF6断路器灭弧室结构五、SF6断路器整体结构六、均压电容器七、SF6气体压力的监控八、SF6断路器投入前的技术要求内容提要一、概况（一）SF6断路器的主要优点：1、性能稳定，开断电流大。根据导国外有的产品220KV时甚至能切断80KA大电流，与同等额定电压级的空气断路器比较，其断流容量大得多；2、适用于超高压大容量的电力系统中；也适用于电压较低的装置中，不过用于电压低的装置中目前还不太多。3、灭弧室介质强度恢复的很快，开断近区故障显得非常有利。SF6断路器触头不必并联电阻就能开断各种故障；4、因为SF6绝缘强度高，介质强度恢复的很快，于是每个灭弧室的工作电压可以提高很多。这样，在超高压系统中断路器每相串联的灭弧室数目少，导致断路器结构简单，尺寸减小，安装时减少了变电所场地面积。5、SF6断路器漏气极少，每次开断触头烧损极微小，所以允许连续开断次数多，检修周期长，运行维护很方便。6、制作工艺要求高，特别是密封工艺和零件光洁度要求高，所以目前SF6断路器价格比较贵。（二）SF6断路器的型号：例如：LW6—220H二、LW6—220H断路器的技术参数型号LW6—220H气体压力（MPa）最高工作电压(KV)额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)近区故障开断电流(KA)动稳定电流（峰值）(KA)热稳定电流（峰值）(3S/KA)额定关合开断电流（峰值）(KA)失步开断电流（KA）0.60.4220252315050404536125100504012510012.510空载开断电流（A）154续表：LW6—220H断路器的技术参数固有分闸时间(ms)全开断时间(周波)金属接触时间(ms)操作同期(ms)相间同相分闸合闸合闸分闸每台重量(kg)每台气体重量(kg)合闸时间(ms)≤30≤90≤2.5≤70±5≤3≤10≤2≤363003122LW6系列SF6断路器有500、500H、220、220H，其共同特点是都采用LW6型灭弧室，220H与220的区别只是液压操动机构采用了箱体发泡（冰箱）结构，可防止因温差太大造成气体压力的波动，保证低温条件下的动作特性。0.6Mpa适用于-30-40度的地区；0.4Mpa适用于-40-40度的地区；三、通用技术参数1、年漏气率：＜1%；气体含水率≤150ppm2、首相开断系数：1.5；3、满容量连续开断次数：50KA×19次；4、累计开断电流（电气寿命）：4200KA；机械寿命：3000次。三、SF6气体的特性（一）、SF6气体的物理化学特性1、无色、无味、无毒、不燃烧。是一种惰性气体，化学性质非常稳定。加热到500-6000C也不会分解，把SF6气体充入电气设备中，不会作用于导电材料、导磁材料和绝缘材料。在干燥情况下，即使加热到1000C，也不会与铜、铝和钢等材料发生化学作用，2000C以上才与铜、铝发生轻微化学反应。2、SF6是一种重分子，分子量较大（146），分子体积也较大。3、导热系数比较大（比空气略小）。能把其中的热量较快地传导出去。4、绝热系数不大（为1.07，空气为1.4）。5、比热很大，在250C一个大气压时定压比热为23.22，空气为6.85，这是由于其分子量大的缘故。6、SF6气体在低温条件下容易液化。常温下，SF6气体是不容易液化的，在200C时即使压力达到21个大气压，仍为气态。但在压力较高时，SF6遇到低温就出现液化现象。例如，在8个大气压下，液化温度为-220C。液化的SF6绝缘和灭弧性能大大降低，所以低温地区应断路器的低温液化问题，必要时投入电加热装置。7、纯净的SF6气体是无毒的。但在下列情况下可能存在少量剧毒物质：SF6气体制造过程中残留的少量的S2F10及SF4等其他具有剧毒的杂质。在SF6气体中产生的电弧或电晕放电时，一小部分分解为低氟化合物（S2F10、SF4、SOF4、SOF2、SO2F2）。化学反应过程：受电能作用分解为硫原子和氟原子，在电极附近由于金属蒸汽参与反应，生成金属化合物和低氟化物：4SF6+Cu+W=4SF4+CuF2+WF62SF6+Cu+W=2SF2+CuF2+WF6如气体中含有水蒸汽时，还会生成腐蚀性较大的氢氟酸：SF4+H2O=SOF4+2HFSOF2+H2O=SO2+2HF在水份较多的条件下，200以上也会发生分解反应：2SF6+H2O=2SO2+12HF+O2反应的生成物，对于绝缘材料，金属材料都有严重的腐蚀作用，有很大的危害。为防止毒气对电气运行和检修人员的危害，采取的措施：1、充入SF6断路器中的新鲜气体，其SF6质量应符合国家规定，杂质含量要求如下：水份（H2O）：≤8PPM（W/W）空气（O2+N2）：O2≤0.05%（W/W）N2≤0.25%（V/V）CF4：≤0.05（W/W）游离酸（以HF计）：≤1.0PPM（W/W）矿物油：≤10PPM（W/W）SF6毒性试验：79%SF6和21%的O2混合气体中，小白鼠染毒24小时应无异常。2、在SF6断路器的气体管路上装设净化系统，用以水份和有毒分解物。净化用的吸附剂为活性氧化铝（AL2O3）或合成沸石（分子筛为4Á或5Á）等。3、SF6气体制造厂提供的是经质量检查合格的无毒气体，但遭受电弧放电的气体是可能有毒的，在断路器上进行作业应注意：(1)穿专用的帽子和衣服，以避免和SF6气体接触。(2)戴上有粉尘过滤器和吸附剂的防毒面具，以保护呼吸系统。(3)检修时发现瓷套内壁等处有粉末状物质，切不可用手直接接触，也不允许将它扬起，要用专用的真空吸尘器吸除。因SF6气体分解物呈气态或固态出现。(7)工作后要洗手。(5)不使脸部，特别是眼睛接触SF6分解物。(6)在无毒的SF6上工作，也要站在通风良好的地方。(4)严禁在工作现场吸烟。4、分解气体等对含硅材料如玻璃、电瓷等有极强的的腐蚀性。因此，凡与SF6气体接触的零件应避免使用含硅材料。可用高分子材料如四氟乙烯、环氧树脂等耐分解的材料代替。（二）SF6气体的绝缘特性1、在均匀电场条件下，SF6气体有很强的绝缘能力。P（atm）变压器油空气SF6由图可以看出，在1atm下，SF6的绝缘强度比空气大2.5~3倍；在3atm下，SF6的绝缘强度就达到或超过变压器油的绝缘强度。所以SF6不容易被击穿，用它作为断口绝缘、相间绝缘和对地绝缘都很适宜。其高绝缘强度是由于SF6气体分子体积大，使气体中电子自由行程减小所致。123420406080100Uj(KV)（直径75mm，间隙12.5mm工频电压）2、SF6的绝缘能力与电场的均匀程度关系很大，在不均匀电场中SF6击穿电压大大降低。SF6断路器或充气的电气设备中，应尽可能地避免不均匀电场。绝缘结构要避免因电场不均匀而出现电晕现象，以防止SF6气体分解产生腐蚀性物质，而且在中的电晕容易发展成间隙闪络放电，使绝缘损坏。导电的金属零件要有良好的光洁度，结构上尽量保证不出现不均匀电场。3、SF6间隙的击穿电压饱和现象。在短间隙时，SF6气体击穿电压与间隙的距离成正比增大，继续增大间隙击穿电压趋于饱和。Φ1401.5/40冲击电压0.5atm1.5atmSKV100050050100150200（三）SF6气体的灭弧特性SF6有极强的灭弧能力，原因在于：1、SF6气体的导热性能好。2、具有强烈的“负电性”。使电弧沿半径方向温度急剧下降，电弧直径变得很细，电流集中在电弧中心，即使电流接近零值时也不会出现截流现象。所谓“负电性”，就是中性分子具有吸附自由电子形成负离子能力。T（103K）R：电弧半径SF6电弧空气电弧其反应过程方程式：SF6+eSF6-由于SF6-同SF6一样重量大、体积大，SF6-负离子在电场中的活动性很差，很容易与弧隙内已经电离的正离子SF6+产生复合作用：SF6-+SF6+2SF6SF6分子以及由它分解的氟原子或其他氟化合物都具有“负电性”。由于吸附和复合作用，使弧隙中的带电粒子很快减少，弧隙电导率很快降低，电弧电流过零后介质恢复过程大大加快，这便是SF6时间常数很小的主要原因。5、气体的绝缘强度很高，当介质强度恢复后，再击穿困难。4、电弧电流过零后，介质强度恢复很快。SF6电弧时间常数只有空气的1/100，因而介质强度的恢复速率比空气快100倍，灭弧能力高于空气100倍。3、电弧电阻小，弧柱导电率高，燃弧期间电弧电压低，因而弧柱能量较小。四、SF6断路器灭弧室结构SF6断路器的灭弧原理是利用高压的SF6气体，当高压区SF6气体流向低压区时，在喷口处形成强力气流，把触头间的电弧吹熄。SF6断路器灭弧室有两种：单压式和双压式。单压式：只有一个气压系统，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞气缸的相对运动，造成短时间的SF6气压升高，产生吹弧作用来熄灭电弧，我国研制的均采用单压式灭弧室。单压式灭弧室又有定开距和变开距两种结构。双压式：有高、低压两个气压系统，灭弧时喷嘴打开，高压SF6气体吹向低压系统，使电弧熄灭。1、定开距灭弧室断路器的触头由两个带喷嘴的空心静触头3、5和动触头2组成。断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距。在合闸位置时，动触头跨接于两个静触头之间，构成电流通路。由绝缘材料构成的固定活塞6和与动触头连成整体的压气罩1之间构成压气室4。操作机构通过连杆7带动动触头和压气罩所组成的可动部分。（1）组成：（2）动作过程：分闸操作时，压气罩同动触头向右运动，使压气室内气体压缩，当喷口被打开时形成气流吹弧。（3）特点：利用了气体介质强度大的优点，触头开距小，110KV的开距仅有30mm,触头的行程很短，熄弧时间短，但压气室的体积比较大。2、变开距灭弧室（1）组成：变开距灭弧室的结构形式是少油断路器设计体系发展起来的，其灭弧室的结构与少油断路器相似。触头系统有工作触头、弧触头和中间触头。工作触头和中间触头放在外侧，可以改善散热条件，提高热稳定性。可动部分由动触头、喷嘴和压气缸组成。设置逆止阀是为了使分闸过程中压气室的气体集中喷向喷嘴吹弧，而在合闸过程中又不在压气室形成真空。合闸时打开分闸时关闭。（2）动作过程：分闸时，可动部分向右移动，此时压气室的压力增加，吹弧过程开始时工作触头首先分离，然后弧触头分离产生电弧，同时也产生气流向弧嘴吹弧。（3）特点：触头在分闸过程中不断增大，最终开距比较大，起始介质强度恢复速度较快。喷嘴的形状不受限制，有利于提高开断能力，但容易被烧坏。3、定开距与变开距灭弧室的比较：（1）定开距灭弧室开距短，断口电场分布较均匀，绝缘性能稳定；变开距灭弧室开距大，断口电场分布较差，绝缘喷嘴置于断口之间，多次灼伤之后，可能影响断口的绝缘能力。（2）定开距灭弧室在熄弧瞬间，开距一定，电弧长度一定，电弧能量较小，对熄弧有利；变开距灭弧室在熄弧时，开距较大，电弧拉的较长，电弧电压高，电弧能量较大，对熄弧不利。（3）定开距灭弧室吹弧时间短，压气室的气体利用较差；变开距灭弧室吹弧时间长，压气室的气体利用充分。（4）定开距灭弧室动触头行程较长，金属接触时间较长；变开距可动部分行程较短，金属接触时间也较短，对缩短断路器的动作时间，有利于提高系统的稳定性。目前，国产的LW6-220和LW6-500均采用变开距灭弧室。五、整体结构LW6-220断路器主要由灭弧室、三联箱、支柱、联结座、密度继电器和动力单元（主储压器、工作缸、供排油阀）等组成。1、组成：2、动作过程：工作缸内的活塞受到来自供排油阀的和、分命令后，驱动支柱内的绝缘拉杆做上、下运动，经过三联箱内的连杆机构变换后，使灭弧室中的压气缸、主动触头和弧触随之运动，实现分合闸。断路器分闸时，压气缸内的气体被压缩后向电弧喷吹，使电弧冷却、去游离直至熄灭。六、均压电容器220KV及以上电压等级的断路器几乎都采用串联灭弧室，积木式总体布置。所谓积木式总体布置，就是根据断路器的电压等级，选用相同的灭弧室、三联箱和支持绝缘瓷套“拼凑”起来。（1）无均压电容：CKCKU1U2C0UUC