110kV SF6组合电器的探讨

　　
　　1、概述
　　由于主绝缘是SF6气体，SF6组合电器导体之间、导体对地之间的最小电气距离可以极大地缩小，在110kV设备中，电气净距可以小到45cm，一般可在60～90cm之间。因此，组合电器的体积和占地面积可以比一般敝开式的设备大大减少，这对于人口密集的大城市和用地紧张的地方，有着重要的意义。
　　广东A变电所采用了进口的110kVSF6全封闭三相共箱式组合开关电器，这套设备共有6个户内间隔，每个间隔长是5.4m，宽是1.1m，两间隔之间的中心距离是1.5m，设备本体总占地面积为47m2，将其它附属设备和三个备用间隔考虑在内，整个110kV部分的厂房总占地面积为23×105=241.5m2。而使用敞开式常规设备110kV部分的总占地面积为51×30=1530m2，对比之下，SF6组合电器的占地面积只有常规设备的16%。
　　随着电压等级的升高，组合电器的占地面积还会减少，对于220kV的设备，是5%，330kV及以上的设备，可以降到2.5%以下。SF6组合电器在世界先进国家已经作为先进技术和设备广泛使用。其电压范围从66kV一直使用到750kV，其优越性随着电压等级的升高而越明显。SF6电器设备在世界各国正在风起云涌地发展着。我国从70年代起也在逐步开展SF6开关设备的研制工作。引进这套SF6组合电器，对我国SF6开关设备的研制、安装、运行、检修等方面将会提供必要的数据和经验。
　　2、组合电器内SF6气体的几个问题
　　虽然SF6气体本身极稳定，有很高的绝缘强度和灭弧能力，这是它被广泛使用的重要原因。但是，充SF6气体的断路器和电器设备的稳定性和可靠性完全取决于SF6气体的纯洁度。如果纯度受到破坏，例如混入了过量的水分、杂质及加工余屑和金属粉末等，它的稳定性就会受到破坏，同时绝缘强度和灭弧能力也会大大降低。在这种情况下更加受到弧光温度的作用和影响，还可以分解出有害的分解物，在严重的情况下甚至会产生对人体有害的物质。
　　2.1水分的影响
　　SF6气体内的水分来源主要有三个原因：
　　1)SF6气体本身在制造过程中就存在着水分，或在安装过程中混入水分。
　　2)水分来源于断路器的材料，如环氧树脂绝缘子、垫圈和容器本身不干燥等，这些材料本身含有水分，在组装后蒸发出来。
　　3)水分通过密封垫圈渗入。这决定于密封垫圈的材料，结构等。
　　如何正确和准确地控制新气和运行中气体的水分，这在实际中要作为一个重点问题来对待。国外某变电所500kVSF6组合电器在60年代就是因为水分问题相继发生了绝缘事故，我们没有这方面的经验，又地处湿热带，为了确保安全，建议进一步研究和掌握SF6气体内水分控制的方法以及正确的水分测量技术和分析方法。
　　吸附剂部分地可以吸收断路器内SF6气体中的水分。但仍存在两个问题，一是在将吸附剂装进以后，不可能随时更换，这样一来就有一个吸附剂饱和后不起作用的问题。在这种情况下等于没有吸附剂，又不能方便地更换吸附剂，这是不安全的。另外，吸附剂装在断路器顶部，而这种断路器没有强力气体循环装置，因而靠自然扩散和接触来吸附水分，很不彻底，离吸附剂远的地方的水分就可能会出现死点。根据试验，远离吸附剂2m处的水气，差不多要100天才能将水分降低一半，这当然是在实验室中试验的。但总的来说，吸附剂除水，仅是一种辅助办法，主要还是要控制水分的进入。
　　2.2杂质的影响
　　尘埃、导电微粒和其他杂质可能无意中进入开关设备内部，也就是说开关内部很可能受到机械混杂物的污染，这些污物沉积在支持绝缘子的表面，即使是很微小的颗粒，也会大大降低绝缘子表面的闪络电压。空气中的尘埃，包括灰尘、煤烟、烟和雾四种。SF6组合电器在安装、检修过程中总是难免与上述几种尘埃相接触，故空气的清洁度对这种设备的质量威胁很大，必须认真控制。同时，在安装过程中对厂房要进行净化，严格控制测定其尘埃含量。
　　尘埃对密封性能的影响也是很大的。在装配时如果有一根短发落入密封面，则会造成严重的漏气现象。因此，为了保持SF6组合电器的密封持久稳定，在安装时应该严格控制密封面的清洁度。试验结果表明，尘埃粒度直径为0.02mm时，将会产生0.5ml(一个大气压)/min的漏气量，并且一旦形成漏气路径，要直漏至变成微小漏气才能稳定。按厂家规定，年漏气量不得大于1%。能否做到，需要我们认真对待污染问题，提高安装工艺水平，做到准确精密。总之，水分、尘埃杂质等都是SF6组合电器的大敌，它们直接影响安装质量，直接影响到SF6组合电器能否长期安全可靠运行。所以，在变电所组装SF6组合电器之前，对厂房要进行彻底清扫、封闭，同厂家共同商定厂房内环境条件，必须符合条件才能安装。
　　3、110kVSFMT型三相共箱式开关的灭弧结构特点分析
　　广东A变电所进口的SF6绝缘SFMT型三相共箱式开关电器，设计结构紧凑，占地面积小，占空间体积也小。由喷嘴、压缩气体活塞和气缸等装置组成，如图1所示：
　　上部为固定触头，分主触头和灭弧触头，均设计成园筒形。主触头在外，灭弧触头在主触头之内，两触头为一体，上端敞开作为排气之用的空腔。上引出线用螺丝固定于主触头上端。下部为动触头，也分为动主触头和动灭弧触头。动触头在外，为园筒式，动灭弧触头在内部，为触指式。它们均装于操作杆上端，两者之间并装有环氧树脂喷咀。主动触头本身也是一个压缩气体的一个气缸，气缸的内部是固定不动的活塞，其外部是外下引出线相接的指形触头(固定不动)。合闸时，操作机械使操作杆向上运动，带动喷咀、动灭弧触头，动主触头插入固定触头之内，形成导电通路。同时，气缸内充满SF6气体。分闸时，操作杆往下运动，带动喷咀、动灭弧触头，动主触头往下运动，这时，气缸中的气体被固定活塞所压缩。在灭弧触头分离之后，电弧点燃，同时喷咀的通道也打开，气缸内的高压气体即由喷咀喷射出来，正好喷到电弧之中，这股气体分三个方向排出：一是上下触头之间，二是上部固定灭弧触头的管腔，三是动灭弧触头的管腔。这三路气体的流动形成对电弧的纵向和横向气吹，带走大量电弧能量，在电流过零之后将电弧熄灭。请注意这个断路器下部多了一个固定指形触头。即是说这种断路器的设计为了有气缸和活塞，不得不多一套触头。在检修中除了注意动触头和固定触头外，不要忘记还有固定指形触头。
　　这种灭弧结构有下列特点：即灭弧的能量主要是依靠气缸在分闸时向下运动由活塞压缩产生的高压SF6气体通过喷咀吹灭电弧，不考虑利用电弧热能。也就是说灭弧能量全靠操作机构的机械功，而跳闸机械功基本上是固定不变的，所以灭弧能量也是不变的。这就不同于依靠电弧能量来灭弧的一般断路器，所以当断开大电流时，同断开小电流时，其灭弧能量是一样的。这对于断开小电流很有意义，因此它具有比较强的断开小电容电流和小电感电流的能力。但是，在断开比较大的电流电弧时，它的灭弧能力反而会大大加强。这是由于利用了“喷咀堵塞“效应所致。所谓“喷咀堵塞”，就是在电弧能量较大的情况下，被大电弧高温加热了的气体急剧膨胀，在喷咀内一时喷不出去，造成喷咀间的气体“积压”，即是瞬间“堵塞”了喷咀，同时也使气缸内的压力升高。随着动触头的往下运动，喷咀距离加大，气流通道进一步开放，高压气缸气流就会突然喷出，形成对电弧更有力的吹灭作用。而且，被加热了的气体具有很大的热焓(5000K时SF6气体热焓为常温下的9倍)。在高速气流带动下，能迅速地将电弧能量排出，有利于电弧的熄灭。这种断路器的设计，合理地利用“堵塞”效应来节制喷咀气流。提高气缸的利用率，所以灭弧性能好，截流过电压也限制在额定电压的2倍以下，而且可以减少气缸体积，降低分闸速度及操作功。由于这种断路器的灭弧能力强，触头的烧损情况极轻微，因此，运行中不需检修的累计次数和一般油断路器比大很多倍。当断开30%容量时可达60次以后才要检修，而断开60%为40次，断开100%全容量为20次。
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