1、发电厂变电站电气设备,发电厂变电站电气设备,第一章 绪论 第二章 电力系统中性点的运行方式 第三章 电弧及电气触头的基本知识 第四章 低压电器 第五章 熔断器 第六章 高压开关电器 第七章 互感器 第八章 母线、电力电缆及绝缘子 第九章 电力电容器和电抗器 第十章 电气主接线 第十一章 自用电接线 第十二章 配电装置 第十三章 接地装置 第十四章 电气设备的选择,第六章 高压开关电器,第一节 高压断路器概述 第二节 油断路器 第三节 真空断路器 第四节 六氟化硫断路器 第五节 高压断路器的操动机构 第六节 隔离开关 第七节 负荷开关 本章小结 思考练习,六氟化硫断路器概述,SF6气体出现于19
2、00年，到1940被用来做电气设备的绝缘介质，现广泛应用在高压开关、变压器、电缆等电气设备中，并逐渐雄踞高压开关的主导地位，成为国内外公认的发展方向。 应用范围：101000kv电压等级的电力系统 优点：机构简单，操作能量小，机电磨损小等优点，基本做到运行期内无维修。与真空和油开关相比在结构、安全性、耐过电压、使用寿命和价格方面都优越得多。,SF6由卤族元素中最活泼的氟原子与硫原子结合而成。分子结构是个完全对称的八面体，硫原子居中，六个角上是氟原子，氟与硫原子间以共价键联结，SF6分子量为146，约是空气分子量的5.1倍，因此同样体积的SF6气体比空气重得多。,迄今为止，工业上普遍采用的SF6
3、制造方法是将单质硫和过量气态氟直接化合。,SF6气体的特点物理特性： SF6气体是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的气体，在通常情况下有液化的可能性，在45摄氏度以上才能保持气态。在均匀电场下，其绝缘性是空气的3倍，在4个大气压下，其绝缘性相当变压器油。化学特性：常温下是一种惰性气体。一般不会与其它材料发生反应。电气特性：绝缘性能佳，还具有独特的热特性和电特性。 SF6气体是电负性气体，其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中的自由电子，生成负离子。负离子的运动比自由电子慢得多，很容易和正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复。分解特性：纯净
4、的SF6气体一般公认是无毒的。 SF6在生产过程中会有少量伴随的生成物，其中S2F10是公认的剧毒气体，但经过净化处理可以完全将它除净。 纯净的SF6气体虽然无毒，但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。 SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。 SF6气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成SF6和空气的混合气体，不会再次分离。 问题严重的是，电弧作用下SF6的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它们都有强烈的腐蚀性和
5、毒性。,1)SF4(四氟化硫)常温下SF4为无色的气体，有类似SO2的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和HF。 SF4气体可用碱液或活性氧化铝(A12O3)吸收。 SF4气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统，其毒性与光气相当。2)S2F2(氟化硫)常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，遇水分能完全水解形成S，SO2和HF。 S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。3)SF2(二氟化硫)SF2的化学性能极不稳定，受热后性能更加活泼，易水解成S，SO2和HF 。 SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。4)SOF2(氟化亚硫酰)SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓促，
6、并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。 SOF2为剧毒气体可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。,5) SO2F2 (二氟化硫酰)SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到150 C时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收。 SO2F2是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。 6)SOF4(四氟亚硫酰)SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2 。 SOF4是有害气体，对肺部有侵害作用。 7)HF(氢氟酸)HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿
7、和肺炎等。,六氟化硫气体与温室效应,1997年防止全球变暖的京都议定书中，将包括SF6气体的6种气体列为温室效应气体，它们对温室效应的影响依次为C02，CH4，N2O，PFC，HFC，SF6。 将SF6气体列为温室效应气体的原因，主要是SF6气体对温室效应有着相当大的潜在危险，其原因有二：(1)SF6分子对温室效应的潜在影响大。若以CO2气体的全球变暖系数为1，则SF6气体为23900。这就是说，一个SF6分子对温室效应的影响为CO2的23900倍。（2） SF6气体排放大气后，它的寿命长，约为3200年。,检修SF6电器设备不可避免会接触到SF6分解物。另外， SF6电器设备损坏时，例SF6
8、绝缘的封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放装置动作或者外壳烧穿时会有大量SF6气体及其分解物向外排放到大气中。为了保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成的影响，应该采取一些必要的预防措施。 预防措施有： 1)所有安装有SF6电器设备的场所内应该装置有合适的自然通风或强制通风装置。这些通风装置应能保证在最坏的条件下，例如有大量的SF6气体及其分解物向外排出时足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。在安装场所的入口处，工作人员应能方便地启动通风装置。另外，也可利用SF6的检测装置对部分通风装置实行自动启动。还要防止SF6 气体及其分解物进入其它没有通风装置的房间中。,2)除对检修人员进行安全知
9、识的培训外，还应给检修人员配备合适的保护衣服和轻袜手套，化学型的工业防护照镜，防毒面具，有活性过滤器的呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配备有氧气呼吸装置的急救设备。 3)利用真空吸尘器、吸附剂尽快消除SF6电器设备内部存在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干烘、不起毛的抹布来清除。清扫过程中已被玷污的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对环境的污染。SF6电器设备的应用己50余年，在这段时间内已经积累了大量SF6气体方面的知识和经验。只要严格按照国家或制造厂的有关规程进行工作，就能确保SF6电器设备安全可靠以及有关人员的人身安全。,SF6断路器的
10、特点 优点： 1、开断短路电流大 2、截流量大，寿命长 3、操作过电压低 4、运行可靠性高 5、安全性高 6、体积和占地面积小 7、安装调试方便 8、检修维护量小 缺点： 1、制造工艺要求高、价格贵 2、气体管理技术要求高。,SF6断路器的灭弧室SF6断路器有双压式、单压式、自能式及二次技术智能化等形式。其中，双压力式SF6断路器工作性能虽然良好但必须配置一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构复杂、价格昂贵。另外，1.5MPa（表压力）高压SF6气体的液化温度高，工作温度必须保持在8C以上，低温环境下需要加热才能工作，这也是一个致命的弱点。因此很快被第二代SF6断路器，即单压力（压气）式SF6
11、断路器所取代。,一、单压式SF6断路器单压式SF6断路器又称为压气式SF6断路器。它的灭弧室的可动部分带有压气装置。主要应用在252kV以上的电压等级。单压（压气）式SF6断路器，外形上与双压式无多大差别。断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。按灭弧室结构的不同，可以分为变开距灭弧室和定开距灭弧室。,变开距灭弧室： 触头开距在整个分闸过程中是不断改变的。吹弧方式有单向纵吹和双向纵吹，前者适用于小容量断路器，后者适用于高压大容量断路器。 优点是开距大，断口电压可以做得较高，熄弧后介质强度恢复速度较快，喷口形状不受限制，可以设计得比较合理，有利于改
12、善吹弧效果。缺点是电弧长电弧电压高，电弧能量大，不利于提高开断电流,定开距灭弧室：两个静触头式中保持固定的开距，气流向静触头喷口处对电弧进行双向对称纵吹。 优点是触头开距小，行程短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。可以开断很大的短路电流。 缺点是压气室的体积较大。,压气式灭弧室的开断过程分为两个阶段： （1）预压缩阶段为使触头分离产生电弧时就能实行有效的气吹，压气灭弧室应先进行一段预压缩过程，使压气室中的气体压力提高后再打开喷口产生吹弧作用。压气灭弧室要求有较大的预压缩行程(超行程)，达到全行程的40。压气式SF6断路器的分闸时间比其它断路器要长些。 （2）气吹阶段要保证电弧可靠熄灭，在气
13、吹阶段中，要压气室中的气体压力仍保持较高的比值。这就要求压气室体积的压缩率足够高，足以补偿喷口流出气体引起的压力下降。,二、自能式SF6断路器,自能式SF6断路器是在压气式基础上发展起来的，又称第三代SF6断路器。用电弧自身的能量建立灭弧所需要的压力差。 自能式SF6断路器的开断能力与电弧能量有关。 可采用弹簧操动机构 按灭弧原理可分为旋弧式、热膨胀式。,旋弧式SF6断路器,旋弧式SF6断路器利用SF6气体中电弧在磁场作用下快速转动而使电弧熄灭。 旋弧式SF6断路器多用于中压系统中。,磁吹线圈设置在静触头附近，在开断电流时，线圈被电弧串联接进回路，电流流过线圈，在动静触头间产生磁场，电弧在磁场
14、的驱动下旋转，在旋转时受到冷却而熄灭。 按照磁吹和电弧的运动方式不同可分为径向旋弧式和纵向旋弧式。,热膨胀式,利用电弧本身的能量，加热灭弧室内的SF6气体，建立高压力，形成压差，并通过喷口释放，产生强力气流吹弧，从而达到冷却和吹灭电弧的目的。,将几种灭弧原理同时应用在断路器的灭弧室中。如旋弧热膨胀，压气热膨胀，压气旋弧，旋弧热膨胀助吹。,混合式,SF6断路器按灭弧室分类,SF6断路器的附件,断路器本体及操动机构的附属部件。 1压力表、压力继电器。监视SF6气体压力的变化情况。 2密度表和密度继电器。测量SF6气体密度 3并联电容和并联电阻。改善断路器分闸和合闸特性。 4净化装置。用来吸附杂质。
15、 5压力释放装置。用来保护断路器不受过量的正压和负压的影响,压力表、压力继电器,压力表：起监视作用。一般采用弹簧管式。 压力继电器：主要配置在操动机构上，有多对电触点，可以控制操动机构的动作。起控制和保护作用。 安全阀：是压力继电器的一种特殊形式，它与压力继电器的不同之处在于安全阀不带电触点，且动作方式不同。,密度表和密度继电器,密度表：在SF6断路器上装设的SF6气体密度表，带指针及有刻度的称为密度表； 密度继电器：不带指针及刻度的称为密度继电器；有的SF6气体密度表也带有电触点，即兼作密度继电器使用。它们都是用来测量SF6气体的专用表计。,并联电容和并联电阻,并联电容又称为均压电容，与断路
16、器灭弧断口并联，可以降低断路器触头间弧隙的恢复电压速度，提高开断能力。 并联电阻又称为合闸电阻，可以用来限制合闸或分闸时的过电压，其安装方式有两种，一种是并联电阻片与断口放在同一个瓷套内，有利于热量的扩散。另一种是将电阻片与辅助断口不放在同一个瓷套内，各自成独立元件，串联后并联在灭弧室的两端。电阻值的大小对影响着限制过电压的程度。一般使用的是400450欧姆的并联电阻值,净化装置,主要由过滤罐和吸附剂组成。 吸附剂：吸附SF6气体中的水分和气体的分解物。常用的有： 1活性炭。黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。 2分子筛具有网状结构的天然或人工合成的化学物质。
17、如交联葡聚糖、沸石等 。 3氧化铝又称三氧化二铝，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土。 4硅胶又称为硅橡胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。 另外，还有漂白土、氧化镁等各种吸附剂。目前国内用的最多的是分子筛和氧化铝。,压力释放装置,分为压力释放阀和防爆膜两种。 压力释放阀一般装在罐式SF6断路器上 防爆膜一般装设在支柱式SF6断路器上，防爆膜一旦开启后不能够再闭合。,SF6断路器的结构类型,1.瓷柱式SF6断路器,1-并联电容； 2-端子； 3-灭弧室瓷套； 4-支持瓷； 5-合
18、闸电阻； 6-灭弧室； 7-绝缘拉杆； 8-操动机构箱,结构特点：开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地电位绝缘。灭弧室安装在高强度瓷套3中，用空心瓷柱4支承和实现对地绝缘。灭弧室和绝缘瓷柱内腔相通，充有相同压力的SF6气体，通过控制柜中的密度继电器和压力表进行控制和监视。 7是绝缘拉杆，它穿过了整个瓷柱4，把灭弧室6里面的动触头和操动机构箱8中的驱动杆连接起来，通过绝缘拉杆带动触头完成断路器的分合操作。,“I”形布置 一般用于220kV及以下的单柱单断口断路器 “Y”形布置 一般用于220kV及以上的单柱双断口断路器 “T”形布置 一般用于220kV及以上特别是50
19、0kV的单柱双断口断路器,优点：结构重心低，抗震性能好，灭弧断口间电场较好，断流容量大，可以加装电流互感器，还能与隔离开关、接地开关、避雷器等融为一体，组合成复合式开关设备。借助于套管引线，基本上不用改装就可以用于全封闭组合电器之中。 缺点：罐体耗用材料多，用气量大，系列性差，难度较大，造价比较昂贵。,2.罐式SF6断路器,1套管；2支持绝缘子；3电流互感器；4静触头；5动触头；6喷口工作缸；7检修窗；8绝缘操作杆；9油缓冲器；10合闸弹簧；11操作杆,结构特点：灭弧室安装在接地的金属罐中，高压带电部分用绝缘子2支持，对箱体的绝缘主要靠SF6气体。绝缘操作杆穿过支承绝缘子，把动触头5与机构驱动
20、轴连接起来，在两个出线套管的下部都可安装电流互感器。结构比较稳定，常在额定电压高的高压和超高压断路器中使用，抗地震性能好，称为外壳接地断路器,罐式SF6断路器,1套管；2支持绝缘子；3电流互感器；4静触头；5动触头；6喷口工作缸；7检修窗；8绝缘操作杆；9油缓冲器；10合闸弹簧；11操作杆,五、SF6断路器的使用知识,1SF6气体密度的监测2SF6断路器的检漏3SF6断路器的含水量监测4SF6断路器在运行中的检查,压力表监测：在运行中可直观地监测气体的压力的变化，平均压力是否异常 。,密度继电器监：当气体泄漏时，先发补气信号，继续泄漏，对断路器进行分闸闭锁，并发闭锁信号。,定性检漏：判断泄漏率
21、的相对程度。方法有：抽真空检漏、发泡液检漏、检漏仪检漏、局部蓄积法、分割定位法、压力下降法等。,定量检漏：测定SF6气体的泄漏率，方法有：挂瓶法、扣罩法、局部包扎法等。定量测量应在充气24h后进行，判断标准为：年漏气率不大于1。,测量方法：重量法、电解法、露点法、电容法、压电石英振荡法、吸附量热法和气相色谱法。,重量法是国际电工委员会（IEC）推荐的仲裁方法，电解法和露点法为其推荐的日常测量方法。,运行中除了按断路器的一般检查项目进行检查外还应特别注意检查气体压力是否保持在额定范围，发现压力下降即表明有漏气现象，应及时查出泄漏部位并进行消除。严格防止潮气进入断路器内部。,SF6断路器的使用知识
22、,5、检修 （1）SF6气体中的杂质及处理（2）SF6断路器的补气（3）SF6气体的回收净化处理（4）SF6断路器的检修注意事项,SF6新气的纯度不应低于99.8，充入设备后SF6气体的纯度不低于97，运行中SF6气体的纯度不低于95。,充气前，所有管路冲洗干净，充气后气压稍高于要求值。充气时，先开钢瓶阀门，再开减压阀，使SF6气体缓慢充入设备，并观察气压变化；充气至额定气压后，先关减压阀，再关钢瓶气阀。,采用带有净化器的SF6气体回收装置。,断电源；气体回收；氮气洗；通风换气；白色粉末吸尘器或柔软卫生纸拭净；金属部件清洗剂或汽油清洗；绝缘件无水酒精或丙酮清洗；新密封圈 ；吸附剂更换；绝缘件干燥；避潮气,六氟化硫断路器,六氟化硫断路器,六氟化硫 断路器,
