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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。
SF6断路器使用中应注意的问题随着新技术的推广和新设备、新材料的应用，SF6断路器以其安全可靠、维护方便和使用寿命长等优势，在电力系统中得到了广泛使用，并对电力系统的安全、经济、稳定运行起到了重要的作用。
韶关电力工业局在110，220，500 kV电压等级中几乎全部使用SF6断路器，给运行中的巡视检查、维护、检修等工作带来了许多方便，减少了许多维护费用。
但是，使用的SF6断路器由多个厂家生产，其本体结构和操作机构多种多样。
不同厂家、不同型号、不同电压等级的SF6断路器，使用的标准也有差别，给安装、运行、检修人员对SF6断路器的应用带来困难，从而影响施工和检修质量，以及对故障的正确判断，给电力系统的安全运行带来一定的影响。
以下谈一谈SF6断路器使用中的注意事项。
1 区别1.1 压力表制造标准的区别(1) 我国生产厂家或一些中外合作厂家(简称为“前者”)生产的SF6断路器，产品说明书中的压力数和压力表读数，符合下列压力关系，即：P0＝Pg＋Pa (MPa)P0＝Pa－Pv (MPa)Pg＝P0－Pa (MPa)式中：Pg-表压力(MPa)；P0-绝对压力(MPa)；Pa-大气压力(MPa)；Pv-真空度(MPa)。
(2) 某大型中外合作生产厂家(简称为“后者”)生产的SF6断路器，产品说明书中的压力数和压力表读数，都是指绝对压力P0＝Pg。
1.2 “SF6气体压力－温度曲线”的区别以SF6气体额定压力为0.5 MPa为例，“前者”绘制的“SF6气体压力－温度曲线”如图1所示，而“后者”绘制的“SF6气体压力－温度曲线”如图2所示。
两者压力曲线之差为大气压力。
1.3 按环境温度修正压力所用计算公式的区别(1) “前者”根据环境温度的变化，修正压力使用的公式为： (1)式中：t－环境温度(℃)；Pt－环境温度下的SF6压力(MPa)；P20－20℃下的SF6压力(MPa)。
A－液化线 B－密度线a－充气密度线b－发信密度线c－闭锁密度线图2 “后者”的SF6气体压力－温度曲线(2) “后者”按环境温度变化修正压力所使用的公式为：式中：Pt、P20为绝对压力(MPa)。
![[发电厂变电站电气设备][第六章 高压开关电器]第四节 SF6断路器](https://img.taocdn.com/s1/m/36d152250722192e4536f6cc.png)
1.SF6断路器的特点1.1 SF6气体特性简介：SF6是无色、无味、无毒，不可燃的惰性气体，具有优异的冷却电弧特性，介电强度远远超过传统的绝缘气体。
在均匀电场下，SF6的介质强度为同一气压下空气的2.5—3倍，在4个大气压下，其介质电强度与变压器油相当。
由于SF6的介质强度高，对相同电压级和开断电流相近的断路器，SF6的串联断口要少。
例如：220kV少油断路器要4个断口，500kV少油开关要6-8个断口，而220kVSF6断路只要1个断口，500kVSF6断路器只要3-4个断口。
一是因为SF6的分子量大，比热大，其对流的传热能力优于空气，二是SF6在高温下的分解特性，在分解反应过程中吸收能量。
SF6这种优良导热性能，是形成SF6灭弧性能的原因之一；另外，SF6吸附自由电子而形成负离子的现象也是其成为优良灭弧介质的原因。
1.2 SF6断路器具有下列优点：六氟化硫断路器具有断口电压高、开断能力强、允许连续开断次数多，噪声低和无火花危险，而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、维修量少、检修周期长等优点。
这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比，在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器；另外在中压配电方面，六氟化硫断路器具有在开断容性电流时不重燃，以及开断感性电流时不产生过电压等优点，正逐步取代其他类型的断路器。
六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。
1.3检修维护方面，SF6断路器比油断路器省时省力。
规程规定高压油断路器每3~5年需要大修一次，一台断路器需要12人次/天；一台DW2 -35需要6人次/天，并且需要更换大量的绝缘油，还需要吊车等大型作业工具。
而SF6断路器的检修周期为10年，仅需3人次/天的检查任务，即可检查所有项目。
1.4 SF6断路器所配用机构为弹簧储能型，优于油断路器所用电磁或液压机构。
油断路器配用的电磁机构需要大功率的合闸电源，给运行维护带来一定的不便，所用的液压机构，每到高温天气容易发生泄压、渗漏油等问题。
CY型SF6开关液压机构有关说明
PSAF组件（包括四组微动开关）
1、KP1油泵启停：液压机构内部的油压下降至31．6MPa时，油压开关中的微动开关KP1的接点闭合，电动机启动，带动油泵打压储能；当油压上升至32．6MPa时，微动开关KP1返回，KM失电返回，电机电源被切除。
2、KP2合闸闭锁：闭锁值27.8±0.8Mpa。
表示断路器若原在分闸位置时，液压机构内部的油压下降至此值，合闸闭锁（即不能合闸）。
3、KP3分闸闭锁：闭锁值25.8±0.8Mpa。
表示断路器若原在合闸位置时，液压机构内部的油压下降至此值，分闸闭锁（即不能分闸，不允许分闸）。
4、KP4零压闭锁：（包括：开关失压到零压，油泵电机不打压，在开关于合闸位
置情况不能打压。
）
备注：
1、控制阀、三极阀两边弹簧、钢球为防慢分用；
2、供排油阀兰区锥阀应在黄区左侧，弹簧为复位弹簧，在分闸时失去压力收缩；
3、工作缸两边的点点为缓冲弹簧；
4、防震容器兰区为自动释放阀；
5、PSAF下端为手动释放阀；
6、辅助储压器作用是维护三极阀压力；
7、PSAF氮气维护该组件压力；
8、主储压器维护整套设备压力；
六氟化硫开关液压机工作原理
以图纸为例
油泵打压原理：
在分闸位置时，红区常高压，兰区为低压，黄区为无压（但不等于无油）。
1、压力低到31.6兆帕时，PSAF组件下部钢珠下移，上部微动接点闭合，（常压时接点打开）启动电机打压，32.6MPA停止。
2、油泵打压，机油泵由左向右移动，循环动作，左兰区活塞阀封闭，机油泵区低压油顶开钢珠阀进入高压区打压。
（进入防震容器）防震容器兰区为高压释放阀，正常时闭锁，油压过高时打开，过高的油进入主油箱，打压后油进入所有红色油区。
3、油泵打压要求每日不超过2次。
合闸过程：
1、合闸时，合闸电磁铁启动，向下压开钢珠阀（控制阀中的合闸一级阀，时间80毫秒）高压油过钢珠阀进入控制阀的二级阀，此时，分闸一级阀（钢珠
阀）闭锁，下部二级锥阀闭锁。
同时，三极高压阀（锥阀）下移打开，高压油进入黄区，一部分进入分闸一级阀自保持，一部分进入三极阀，（注：控制阀由合闸一级阀、分闸一级阀，兰区二级锥阀，红区三极锥阀组成）以及信号缸。
（注：）
2、高压油经黄区进入三极阀后，使兰区锥阀下移闭锁低压油，红区锥阀下移打开。
3、红区锥阀下移打开，高压油进入工作缸，使供排油阀兰区闭锁（左移），供排油阀红区锥阀左移打开打开高压油进入工作缸，使开关合闸。
（工作缸高压油受压，使高压油压迫操动杆上移合闸，带点的为缓冲弹簧）
4、合闸时，控制阀黄区高压油同时进入信号缸，使锯形阀片转动90°，使指示牌至合闸位置呈现在观察孔中。
5、合闸后黄区为高压区。
分闸过程：
1、分闸电磁铁启动，使分闸一级阀钢珠下移（50毫秒）。
黄油区分闸一级阀钢珠下移打开，黄油区高压油进入低压油区，控制阀中的三极阀（锥阀返回闭锁）二级锥阀上移打开。
（主要通过二级阀放油）
2、三极阀中兰区锥阀打开。
（因为三极阀上部黄区高压油失压返回）工作缸中的供排油阀中黄区高压油进入经兰区打开的锥阀进入主油箱。
同时，因供排油阀黄区失压，供排油阀红区锥阀闭锁，兰区锥阀失压打开，工作缸黄区中大部分油进入辅助油箱缓冲，互进入主油箱，开关分闸。
3、信号缸在黄区失压时返回。
其他相关说明：
机械机构（液压机构）开关顺序：
从左至右：
湿度加垫开关、分闸开关、合闸开关、油泵打压开关、计数器及检修电源开关OF5 OF1 OF2 OF3 OF4（4连）
单双双双
PSAF组件：
KP1 起、停控制（油泵电机打压）
KP2 合闸闭锁
KP3 分闸闭锁
KP4 零压闭锁
各续电器顺序以左至右：
K1:合闸继电器 KL3合闸闭锁 KL4 SF6低压闭锁 KL2分闸闭锁
K2防继跳出口 KL1零压闭锁 KT时间继电器 K3合、K4分。
