SF6高压断路器结构及工作原理

SF6断路器原理、结构及性能特征青海电力科学试验研究院2009年7月1、SF6气体1.1 SF6气体的基本特性纯净的SF6是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物。

SF6气体的化学性质非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应，在低于150℃时，SF6气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。

与传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都较为突出。

SF6气体是由最活泼的氟原子和硫原子结合而成，分子结构是个全对称的八角体。

其分子量较大，为146；SF6气体难溶于水，在常温甚至较高温度下都不会发生化学反应；SF6气体的热传导性能差，仅为空气的2/3，但是其散热性能比空气要好。

图1 SF6分子结构1.2 SF6气体的绝缘性能断路器开断后，触头间间隙绝缘能力的恢复是电弧熄灭的重要因素，间隙中带电粒子的多少决定了绝缘能力的大小。

当触头分开产生电弧后，带电粒子主要是热游离和碰撞游离产生的，由于SF6气体是负电性的气体，而且体积比较大，对电子捕获较易，并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子，其自由行程短，使间隙间难以再产生碰撞游离，大大减少了间隙中的带电粒子。

因此，在一个大气压下，SF6气体的绝缘能力超过空气的两倍，在三个大气压下，其绝缘能力和变压器油相当。

1.3 SF6气体优良的灭弧性能SF6气体在电弧的作用下，接受电能而生成低氟化合物，但电弧电流过零时，低氟化合物能迅速再合成SF6气体。

故弧隙介质强度恢复较快，所以SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。

1.4 影响SF6气体击穿电压的部分因素SF6气体的自屏蔽效应：在极不均匀电场下，当棒电极发生电晕放电后，放电所产生的空间电荷，因热运动向周围扩大，从而形成较为均匀的电晕层，它改善了棒极周围的电场分布，相当于扩大了棒极的半径一样，这种作用叫做电极的自屏蔽效应。

由于SF6气体的分子直径大，分子量大，故与空气相比，它的空间电荷热运动低，使棒极周围的空间电荷密集，而不易向外扩散，因此SF6气体的自屏蔽效应不如空气好。

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4.操动机构
主要指各种型式的操动机构和传动机构 , 它的作用是实现对断路器规定的操作程序 , 并使断路器能够保持在相应的分、合闸位 置。
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3.根据所配置操动机构类型的不同
根据所配置操动机构类型的不同 , 也可分为 液压机构式、气动机构式、弹簧机构式 SF6 断路器等 ;
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SF6 断路器基本结构 及灭弧过程
一、SF6 断路器的基本结构组成 二、灭弧室结构及灭弧过程
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3.变开距 灭弧室的基本结构图
图 －1
变开距灭弧室基本结构
( a ）合闸状态； ( b ）压气过程；（3）吹弧过程； ( d ）分闸状态

早期的SF6断路器都用双压式灭弧装置 ，由于其结构复杂，所需辅助设备多，维 护不便，已逐渐为单压式灭弧装置所取代 。（灭弧室有活塞，原理类似于打气筒）
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单压式灭弧装置
1、只有一种压力（一般为304-808kPa) 。在开断过程中，灭弧室所需的吹弧压力 由动触头系统运动时的压气活塞产生；
2、图11-2为单压式单向灭弧室的原理图 。图中，喷嘴2、压气罩3及动触头（导电 杆）4机械上为一体。
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储能模块
主要由储能活塞缸、储能 活塞、碟型弹簧组成.在液压 油的作用下通过储能器活塞压 缩碟形弹簧并将液压能长期存 储在储能活塞缸内，为断路器 分、合闸操作做好必要的能量 储备。
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碟簧
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控制模块
主要由电磁阀、换 向阀组成，通过主控室 给出的电信号命令使相 应电磁阀打开阀口，使 换向阀换向从而达到分 闸或合闸的目的。
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监测模块
主要由行程开关、安 全阀组成，通过对碟簧的 压缩量的监测带动行程开 关凸轮旋转来断开或闭合 微动开关触点达到为主控 室报警及自动闭锁的目的 。当压力高于规定值时泄 压阀自动开启达到保护机 构的目的。
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以上五个模块通过连接管连接后，可与工作 缸组成一个紧凑的整体，实现可靠的动作，其结 构特点具有以下几个优点： 1. 模块式结构具有结构简单紧凑，零件量少，通 用性强，性能可靠且便于检查。 2. 液压集成回路具有无外部油管，损耗小，传动 效率高，泄漏量低。 3. 优质碟簧储能器具有不存在氮气泄漏，系统压 力稳定，应力松弛小，寿命长，可靠性高 4. 优良的液压缓冲系统具有操作平稳，无反跳， 噪音低，易与和调速系统不同断路器适配。
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(2)保护作用。当电力系统某一部分发生 故障时，它和保护装置、自动装置相配合， 将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电 范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气 设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运 行。

2.断路器本体结构与工作原理
产品单极剖面图
2.1灭弧室 整个灭弧室由三部分组成。 动触头装配：由喷管(6)、动触 头环(7)、动弧触头(8)、压气 缸(9)、动触头(10)、缸体(11) 组成。 静触头装配：由静触头座(1)、 均压罩(2)、触指(3)、触指弹 簧(4)、静弧触头(5)组成。 瓷套装配：由鼓形瓷套及法兰 组成。
330KV六氟化硫（SF6）高压 断路器课件
大唐八〇三发电厂设备部 二〇一五年十二月
六氟化硫（SF6）高压断路器简介
• 六氟化硫断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能 和灭弧特性都大大高于油断路器，由于其价格较高，且对SF6气体的应用、管理、运行 都有较高要求，故在中压（35、10KV）应用还不够广，主要应用于110kV以上的电压等 级。 瓷柱式结构：取积木式，系列性强，可用多个相同的单元灭弧室和支柱瓷套组成不同 电压等级的断路器。中国FA4－550型SF6断路器为瓷柱式结构,其额定电压为500千伏， 最高工作电压为550千伏。断路器由三个独立的单相和一个液压、电气控制柜组成。每 相由两个支柱瓷套的四个灭弧室（断口）串联而成。在每个支柱瓷套顶部装着两个单 元灭弧室，为120°夹角V形布置,两个均压并联电容器为水平布置。这种结构布置既考 虑到结构的机械应力状态，又照顾到绝缘的要求。灭弧室和支柱瓷套内均充有额定压 力的 SF6气体。瓷柱式断路器使用液压操作机构。液压机构的控制和操作元件以及线 路均设于控制柜内。每相断路器的下部装有一套液压机构的动力元件，如液压工作缸 等。灭弧室由液压工作缸直接操动。支柱瓷套内装有绝缘操作杆，操作杆与液压工作 缸相连接。 罐式结构：采用了箱式多油断路器的优点，将断路器与互感器装在一起，结构紧凑， 抗地震和防污能力强,但系列性较差。中国LW-220型罐式SF6断路器单相结构如图。此 种断路器为三相分装式。单相由基座、绝缘瓷套管、电流互感器和装有单断口灭弧室 的壳体组成。每相配有液压机构和一台控制柜，可以单独操作，并能通过电气控制进 行三相操作。断路器采用双向纵吹式灭弧室,分闸时,通过拐臂箱传动机构，带动气缸 及动触头运动。灭弧室充有额定气压为6表压(20℃)的SF6气体。