SF6断路器低温环境下运行的应对措施初探

SF6断路器低温环境下运行的应对措施初探

于庆平

(广西电网有限责任公司桂林供电局广西省桂林市541002)

摘要：随着经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，越来越需要一些新能源的开发或者新技术的提升。在寒冷的冬季，一些设备会受温度的影响而停止运行，从而影响到人们的生活。在SF6断路器的使用过程中，如果遇到极低的气温条件，SF6气体就会液化而影响断路器的运行，甚至是出现安全事故。本文基于SF6断路器低温环境下运行的应对措施初探展开论述。

关键词：SF6气体；断路器；低温运行

1、纯净SF6气体及混合气体的特点

1.1纯净SF6气体

1930年法国人首先发现了六氟化硫气体，六氟化硫是一种惰性气体，其化学分子式为SF6。无味、无毒、呈负电性，物质分子结构稳定，化学性质不活泼，在同一温度下介电强度是空气的2倍，灭弧性能却是空气的100倍，是目前十分理想的绝缘及灭弧介质。正是六氟化硫的这些特性使得SF6断路器具有灭孤性能好、烧孤时间短、开断电流大的特点，因而近年来SF6断路器所占比重也日益增大。但SF6气体也有它的缺点，在超低温环境下会产生液化现象，导致SF6气体压力及密度下降，对电网运行可靠性影响很大。

1.2混合气体

国内外已有部分厂家通过在灭弧室内按比例充入SF6混合气体的方法来解决SF6气体在低温环境下液化的问题，确保SF6断路器可在寒冷气温下稳定运行。目前常见的SF6+N2和SF6+CF4两种混合气体已在断路器中进行应用，满足了部分低温地区的运行要求。试验表明，西门子公司对环境温度在－40℃地区而研究生产的123～800kV断路器，ABB公司研制的ELF-SL4型断路器等，采用压气式灭弧原理以及60%SF6气体混合40%N2，取得了成功。但是在开断短路电流实验中，SF6+N2混合气体方式断路器开断额定短路电流时，电弧直径要大于纯SF6气体中的电弧，相应灭弧能力有所降低。而采用SF6+CF4混合气体不影响热及绝缘的开断能力，即使在最低的环境温度下，SF6+CF4混合气体也能保持其开断能力不变。因SF6+CF4的混合气体具有良好的低温性能，甚至在－50℃下仍能正常工作，但是，CF4有很强的毒性，高浓度可能引起窒息，窒息可能会造成无预警的失去意识，其速度非常快，受害人不能保护自己，操作者可能需要佩备自给式呼吸器。综上，对断路器本体灭弧室充入混合气体可以从一定范围内解决设备报警、闭锁隐患的发生。

2、保障SF6断路器稳定运行的三个应对措施

2.1灭弧室使用混合气体

SF6气体本身具有很好的性能，而被制造商所看重，将其作为断路器的灭弧和绝缘介质。然而，纯净的SF6气体在低温环境下容易液化，因此，在寒冷地区不能使用。为了扩大SF6气体的适用范围，降低其液化的可能而将N2，CF4或CO2气体添加到纯SF6气体中。现在的国内市场上，已经有很多制造商将混合气体用在断路器的灭弧和绝缘介质，来提高SF6的耐低温性，降低其液化的可能。

现在国外的断路器一般是使用混合气体作为绝缘介质，来提高低温条件下SF6短路器的开断能力，这样一来虽然能够有效的提高低温开断能力，但是却有着比较高的产品价格。这种方式有着比较高的技术要求，气体混合后，对组分进行检测的过程比较麻烦，气体回收的处理工艺也十分复杂，而我国大多数生产厂家没有对这种混合气体断路器进行生产的能力，不过这可以作为高压断路器的一种发展目标。混合气体的断路器应用可以有效提高断路器的开关能力，但是因造价过高和生产工艺问题都决定了其难以大量应用到国内生产过程中，所以也难以大量的应用起来。

2.2采用加热装置对SF6气体进行加热保温

采用加热装置对SF6气体进行加热的目的是使其脱离液化温度。根据实际使用需求，断路器加热装置应具备随环境温度的变化而自动投入和切断的功能。自动投入和切断的温度整定值可根据不同地区实际情况而人为设定，以满足现场运行需要。SF6气体加热的方法比较普遍的是罐式SF6断路器，通常是罐式SF6断路器外壳接地，且是金属外壳导热性能较好，因此加装加热装置比较容易。而对于瓷套式SF6断路器来说难度较大，因为SF6断路器由支持瓷套和灭弧室瓷套组成，长且细，散热面积大，并且外面不能增加保温层，只能在支持瓷套的下端设计增加加热装置，效果不理想。罐式断路器的加热保温措施对于罐式断路器可采用在灭弧室下方加装一个筒装容器，筒内设置数个与外壳焊接密封的圆筒，供安装加热器使用，加热器个数根据所需加热功率而定。图1所示为日本东芝公司252kV断路器筒体内安装14个60W的电加热棒为断路器内SF6气体进行加热。但该方法需注意加热器的加热温度不要过高，以免使筒体表面掉漆，并且高温状态下SF6气体和加热管会发生化学反应，引起腐蚀，最终导致气室绝缘水平下降。IEC推荐，SF6产品最高使用温度180℃。保险起见，建议加热器最高加热温度定为150℃。

图1罐式断路器的加热装置

2.3降低灭弧室SF6气体压力

目前，在SF6断路器的消弧室中使用的气体SF6压力为0.6MPa。在温度很低的环境下，还可以通过减少SF6气体的压力来减小SF6气体的液化临界温度，并且在低温环境中断路器的操作能力可以得到很大提升，但是这将降低其灭弧能力以及绝缘断路器的性能，为了解决这一矛盾，可以通过优化消弧室的结构降低SF6气体压力实现。

3、SF6断路器的检查与维护

在SF6断路器的检查与维护过程中，其密封性检查是基础的检验工作。断路器漏气现象的产生原因主要涉及检查SF6断路器密封具体情况、管道的接头完整情况、物件与物件之间的焊接情况等，如发现上述位置中产生裂痕或者其他不正常现象，那么SF6断路器出现漏气的概率就会提高。如果断路器内有漏气现象，那么很大程度上会影响断路器正常工作。如果断路器出现大范围的气体泄漏，为了保障工作人员安全，需要第一时间进行人员疏散和撤离，并对故障进行严格分析且拟定出处理办法后，维修人员再穿着好防护服进入现场维修，维修工作时要保证房间通风，不可长时间在维修区域内逗留。

结束语

SF6断路器已经取代了传统的油断路器成为目前广泛使用的电力设备。本文对断路器的特点和优势展开了阐述，并分析了低温环境下SF6断路器的应对措施，对SF6断路器的检查与维护的要点进行了探讨，希望推动该断路器的维修工作更好更快地进行，加快电力企业的进一步发展。

参考文献

[1]赵成华,李斌,杨伟.SF_6断路器气体压力值的后台监控分析[J].通讯世界,2018(08):155-156.

[2]张婷婷,郭志明,陈朝亮.变电站内SF_6断路器性能特点及其运行维护[J].电气开关,2018,56(04):103-106.