六氟化硫气体在GIS组合电器中的应用

六氟化硫气体在GIS组合电器中的应用

张曦文武鹏王志彬阎历

（国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司辽宁省葫芦岛市125001）

摘要：六氟化硫气体是二十世纪初发现的，它应用于电工设备是在四十年代，第一次被用于断路器是在五十年代初。由于SF6气体同空气和变压器油相比有许多优异的电气绝缘和灭弧性能，近年来，SF6在电气设备上的应用有了很大的发展，尤其是在高压和超高压断路器上，还有全封闭组合电器。现在，新安装的66kV及以上电压等级的断路器已经全部是SF6断路器了。

关键词：六氟化硫；设备；绝缘；应用

引言

六氟化硫作为绝缘性能和灭弧性能均很优异的气体，于1937年由美国通用电力公司首先把六氟化硫作为绝缘介质应用于低压电气设备，克服了充油电器设备一旦发生损坏短路，形成高温电弧将绝缘油引燃形成大火。我国从六十年代开始研制六氟化硫绝缘电器设备，目前在我国66-500kv电压等级中，六氟化硫断路器和六氟化硫全封闭组合电器的应用已相当普遍。

1.六氟化硫气体的电气性能：

1.1影响六氟化硫气体击穿电压的因素：

SF6气体的击穿电压除了与压力有关以外，还与电极表面的光洁度和洁净度有关；电极表面越洁净、越光洁，其击穿电压就越高。

1.2六氟化硫气体的绝缘性能

因为SF6气体具有负电性，就是说SF6分子能够吸附气体中的自由电子，而变成负离子，这种负离子的质量远远大于自由电子的质量，因此运动速度大大降低，此外，间隙中自由电子的数量减少了，就难以形成击穿通道。所以其绝缘性能比较好。另外，这种负电性在高温下，也就是在灭弧时也是十分有利的。

1.3六氟化硫气体的消弧能力

气体导热性能增强，电弧的散热就加快了，这样就有利于电弧熄灭后间隙中的绝缘介质迅速降温，有利于低氟化物复合成SF6，同时有利于恢复绝缘，大大降低了电弧的复燃，有利于熄唬

2.六氟化硫设备

2.1六氟化硫断路器

2.1.1六氟化硫断路器的优点

六氟化硫气体的绝缘强度高，SF6气体在燃弧时的导电性能比较好，SF6气体在熄弧后介质强度的恢复速度比较快，在一些特别的开断情况下，SF6断路器的开断性能也是很好的。

由于SF6气体中不含氧的成分，而且燃弧时电弧能量小，所以，它对内部金属部件，包括触头、导电杆等的氧化作用就很小，触头在燃弧时的烧蚀也比较轻微，而SF6气体在电弧作用下分解后又能够很快的重新复合，所以整个SF6断路器能满容量开断的次数比其他形式的断路器要大大增加了，相应的检修周期就延长了。

2.1.2六氟化硫断路器发展的过程

简单开断，双压式吹弧，单压式吹弧.

SF6断路器又可以按照总体布置被分为瓷柱式和落地罐式。

2.2.GIS

GIS是气体绝缘全封闭组合电器的简称，它是由断路器、隔离开关、接地（快速）开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线（三相或单相）、连接管和过渡元件（SF6—电缆头、SF6—套管）等电器元件组成，它用金属筒做外壳，把导电杆和绝缘件封闭在内部，在筒中充入一定压力的SF6气体，SF6气体作为绝缘和灭弧介质。GIS一般在室内布置得比较多，但也有在户外布置的。

GIS与常规变电站相比，它的占地面积和空间显著减少，而且电压等级越高，就越明显；以500kV为例，它的占地面积仅为常规变电站的1.2%—2%，体积只有常规变电站的千分之几。所以它特别适合在山区和人口稠密地区使用。GIS的重心和落地罐式断路器的重心相当，都是比较低的，所以抗震能力强，适合用于高地震烈度地区。GIS的检修周期比较长，一般在10—20年，也有一些厂家提出不需要检修，这就大大降低了检修的人工和费用。

3.六氟化硫气体的质量监督与管理

SF6气体的质量监督的主要内容是：新气的质量验收、设备安装过程中的质量监督和运行气体的质量检测。

3.1六氟化硫气体试验方法

根据辽宁省电力有限公司《输变电设备状态检修试验规程实施细则》，对新气的验收主要做水分含量的试验。不仅新气要做，而且充到SF6断路器以后还要进行，他的实验方法主要有三种：

3.1.1电解法

在一个容器中放入两个用铂金丝制成的电极，再在容器中加入浓磷酸，先将浓磷酸电解，生成P2O5，它有很强的吸水性，再将SF6通入其中，P2O5就将气体中的水吸收出来，生成少量磷酸，再测量其中磷酸的含量，就可以得到SF6中的含水量了；

3.1.2阻容法

就是把一张铝箔的一面氧化，使之生成一层致密的Al2O3膜，再在膜上加一层铝箔，这就组成了一个电容，当SF6气体流过其间时，Al2O3膜会吸收气体中的水分，从而改变自身的介电常数，使这个电容的电容量发生微小的变化，通过测量这个变化量，就可以得到SF6中的含水量了；

3.1.3露点法

就是有一个金属的表面非常光洁的露镜，它的背面有一个能够制冷的装置，测试时制冷装置工作，给露镜降温，同时SF6气体流过露镜的镜面，当露镜的温度下降到一定程度时，SF6气体中的水分就会在露镜上开始凝露，这个温度就叫做露点，SF6气体中含的水分越多，它的露点就越高，这样就可以测出SF6气体的含水量了。

3.2六氟化硫断路器的现场检查试验

SF6断路器在安装完成后也要进行一系列的检查试验，除了常规的试验项目外，对于SF6断路器还要进行气体中水分含量的测定和SF6气体年漏气率的测定。

3.2.1六氟化硫气体检漏方法

SF6气体年漏气率的测定方法主要有两种，一种是扣罩法，一种是局部包扎法；扣罩法就是将整个的SF6断路器都罩在其中，罩子中的容积是已知的，测定扣罩24小时后罩子中的SF6气体的浓度，就可以计算出24小时内SF6断路器泄漏出的SF6气体的量，将这个量乘以365，再除以SF6断路器中所充的SF6气体的重量，就得到了SF6气体的年漏气率。

局部包扎法就是将SF6断路器的每一个密封面都用塑料布包扎起来，在24小时后测量每个包扎部位的SF6气体浓度，再用近似的方法算出SF6气体的年漏气率，甚至有些厂子只要求定性测量那些密封面是否漏气就可以了；这种测量方法是很不准确的，在实际中没有太大的意义，但是因为方法简单，容易实现，所以现在基本上都采用这种方法。

3.3六氟化硫气体中水分控制标准

国家标准规定：对于新安装的SF6断路器中的水分含量，则要求不大于150ppm（体积比），对于运行中的SF6断路器，则要求不大于300ppm（体积比）；对于GIS，还有一个特殊的地方，就在于GIS中的某些气室是没有电弧的，如母线、CT、PT、避雷器等气室，对于没有电弧的气室中的SF6气体的水分含量，国标要求交接时不大于250ppm（体积比），运行时不大于500ppm（体积比），而对于有电弧的气室，则按照断路器的标准要求。

4.结论

六氟化硫断路器以其优异的绝缘性能和开断性能使之成为当今世界之潮流并进而在超高压领域中取代传统的少油和空气断路器，而以六氟化硫断路器为主体所组成的以六氟化硫气体为绝缘介质的全封闭组合电器，即GIS，则成为满足现代变电站小型化、无油化设计的无可替代的现代化电器设备。

参考文献：

[1]《六氟化硫气体分析技术》朱芳菲等著；兵器工业出版社

[2]《电力用油与六氟化硫》罗竹杰；中国电力出版社

[3]《国家电网公司设备状态检修规章制度和技术标准汇编》国家电网公司生技部；中国电力出版社

作者简介：

张曦文（1992.6-），女，辽宁兴城人，毕业于英国曼彻斯特大学电力系统工程专业工学硕士，单位：国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向：电气工程。

武鹏（1986.4-），男，辽宁兴城人，毕业于东北电力大学电气工程专业工学硕士，单位：国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向：电气工程。

王志彬（1963.4-），男，辽宁葫芦岛人，单位：国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向：电气工程。

阎历（1975.1-），女，辽宁沈阳人，毕业于辽宁工业大学化学工程专业，单位：国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向：电气工程。