高壓開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)15641222 1 6

高壓開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)四川菲博斯科技有限責(zé)任公司

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頁(yè)數(shù)SF6相關(guān)特性電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高壓開(kāi)關(guān)組成主接線圖電氣主接線類型其他相關(guān)工程圖紙?CopyrightSichuanPhoibos,2006A.

SF6相關(guān)特性

1900年，法國(guó)兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau合成了SF61940年正式提供商業(yè)用途（當(dāng)前主要用于電力工業(yè)中）

SF6氣體是目前電氣工業(yè)普遍應(yīng)用的優(yōu)良滅弧和絕緣介質(zhì)，通常狀態(tài)下是一種無(wú)色、五味、無(wú)毒、不然、化學(xué)性能穩(wěn)定的氣態(tài)物質(zhì)。認(rèn)識(shí)SF6SF6氣體主要用于四種類型的電氣設(shè)備SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)設(shè)備SF6絕緣輸電管線SF6變壓器及SF6絕緣變電站SF6斷路器及GIS（Gas-InstulatedSwitchgear）80%100%0用氣量高中壓電氣設(shè)備氣體特性1.強(qiáng)電負(fù)性，具有優(yōu)異的滅弧性能；2.絕緣強(qiáng)度高，在大氣壓下為空氣的3倍；

1個(gè)大氣壓3.熱傳導(dǎo)性能好且易復(fù)合，特別是當(dāng)SF6氣體由于放電或電弧作用出現(xiàn)離解是；4.室溫下加壓容易液化，方便在小的氣罐里儲(chǔ)存；

SF6的臨界壓力和臨界溫度都很高（個(gè)大氣壓，45.6℃）。臨界溫度表示氣體可以被液化的最高溫度，臨界壓力表示在這個(gè)溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。5.供氣方便，價(jià)格相對(duì)便宜。SF6氣體的化學(xué)特性一、SF6的基本特性SF6是一種非常穩(wěn)定的且呈惰性的氣體；是已知的最不活潑的氣體之一，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不燃燒、不溶于水。在通常條件下，不侵蝕與它接觸的物質(zhì)。

分子式SF6摩爾質(zhì)量146.05g/mole硫含量21.95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氟含量78.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分子結(jié)構(gòu)在6個(gè)棱角上帶有F原子的八面體鍵共價(jià)鍵分解溫度500℃分子結(jié)構(gòu)圖二、SF6的制造方法在工業(yè)上SF6的制造方法是單質(zhì)硫磺與過(guò)量的氣態(tài)氟直接化合

S+3F2SF6+Q(放熱)合成的粗品中還含有很多種雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)水洗、堿洗、熱解、用吸附劑吸附等一系列的凈化處理過(guò)程，才能得到純度合格的產(chǎn)品，再裝入鋼瓶用液態(tài)運(yùn)輸。在氣體運(yùn)輸和安裝過(guò)程中，還可能有少量的空氣、水分和雜質(zhì)殘存在SF6氣體中。在GIS設(shè)備安裝完畢后還要除去各種雜質(zhì)和水分。三、SF6氣體分解物的毒性和其他性質(zhì)SF6氣體本身無(wú)毒，但在生產(chǎn)過(guò)程中有少量伴生物，其中以S2F10是公認(rèn)的劇毒氣體。SF6雖無(wú)毒，但因其不含O2，所以可能導(dǎo)致窒息。SF6的重量是空氣的5倍，如果泄露會(huì)在低洼處沉積，將空間的氧氣排出，人會(huì)因無(wú)氧而窒息。所以在GIS室內(nèi)，要裝抽風(fēng)機(jī)，定時(shí)將室內(nèi)的氣體派出室外，使室內(nèi)的SF6氣體濃度限制在1000ppm之內(nèi)。在高溫小電流電弧作用下，SF6會(huì)分解一些低氟化物，這些分解物又和電極材料、水分、氧氣等進(jìn)一步反應(yīng)組成有毒性的其他化合物

SF6的自分解溫度在800K左右，分解式為：

SF6SF4+F2

在GIS的斷路器開(kāi)斷過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)電弧，SF6氣體在電弧的高溫下分解，并以硫和氟的單原子狀態(tài)存在，但它在滅弧后的瞬間大部分又迅速?gòu)?fù)合成SF6分子。

SF6S+6F

在上述復(fù)合過(guò)程中，也有少部分SF6氣體與電極材料發(fā)生反應(yīng)。以銅-鎢電極為例：

4SF6+W+Cu4SF4+WF6+CuF22SF6+W+Cu2SF2+WF6+CuF24SF6+W+Cu2S2F2+3WF6+CuF2

以上反應(yīng)可以看作SF6氣體在電弧作用下的第一段。而所產(chǎn)生的SF2和S2F2還會(huì)發(fā)生非均化反應(yīng)生成SF4和S：

2SF2SF4+S2S2F2SF4+3S

電弧作用下SF6分解物的性質(zhì)SF4S2F2SOF4SF2S2F10SOF2SO2F2破壞肺部，影響呼吸系統(tǒng)刺激氣體，影響呼吸系統(tǒng)有毒劇毒，破壞呼吸系統(tǒng)導(dǎo)致肺水腫，使人和動(dòng)物窒息導(dǎo)致全身痙攣和麻痹呼吸器官對(duì)肺部有侵害作用SF6氣體的物理特性SF6是最重的已知?dú)怏w之一。在通常條件下，比空氣重大約5倍。注：空氣的摩爾質(zhì)量為29g/mole，SF6為在同空氣未充分混合的條件下，此氣體有向低處積聚的傾向?？繉?duì)流和擴(kuò)散同空氣混合緩慢，但一經(jīng)混合則不再分離。SF6氣體的熱導(dǎo)率低，但由于其黏度較低且密度大，所以總的熱導(dǎo)率比空氣好2~5倍。在輸配電設(shè)備中，SF6通常的壓力范圍（絕對(duì)壓力）在之間GIS設(shè)備中的水分一、水分的來(lái)源

GIS設(shè)備中水分產(chǎn)生的原因有：GIS設(shè)備在制造、運(yùn)輸、安裝、檢修過(guò)程中都有可能接觸水分，將水分浸入到設(shè)備的各個(gè)元件里去；GIS設(shè)備的絕緣件帶有0.1%~0.5%ppmv的水分，在運(yùn)行過(guò)程中，慢慢地向外釋放；GIS設(shè)備中的吸附劑本身就含有水分；SF6氣體中含有水分，但其含水量在規(guī)定范圍之內(nèi)；雖然GIS設(shè)備有可靠的密封系統(tǒng)，但水蒸汽的分子直徑3.2×10-10m，而SF6的分子直徑為4.56×10-10m，水蒸汽的分子直徑小于SF6氣體，水仍然可以進(jìn)去。 由于以上五種原因，GIS設(shè)備運(yùn)行以后，SF6氣體的含水量會(huì)增大。二、SF6氣體中含水量的單位及其換算1. 體積濃度單位 氣體的濃度就是氣體與氣體中水分的體積比，用百萬(wàn)分之一計(jì)算，單位用ppm表示。 例如：1m3體積SF6氣體中含有1mL的水蒸汽，就叫1ppmv，V代表體積，所以叫體積比，用ppmv表示。質(zhì)量濃度單位 和體積濃度單位相似 例如：1KG氣體中含有1mg的水蒸汽，就叫1ppmw，W表示質(zhì)量，質(zhì)量比用ppmw表示。SF6氣體中質(zhì)量比和體積比的換算 因SF6的分子量為146，水的分子量為18，體積相同時(shí)，SF6的質(zhì)量是水分質(zhì)量的倍 所以SF6氣體的含水量體積比=含水量質(zhì)量比三、水分對(duì)GIS設(shè)備的危害

1.水分引起設(shè)備化學(xué)腐蝕 原因：SF6在溫度低于500℃的情況下，一般不會(huì)自解，但若氣體中含有較多水分時(shí)，溫度在200℃以上就開(kāi)始水解。

2SF6+6H2O2SO2+12HF+O2生成物中HF叫氫氟酸，是酸中腐蝕性最強(qiáng)的，對(duì)人的皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用；另一種生成物SO2遇水化合變?yōu)閬喠蛩酘2SO3，也有較強(qiáng)的腐蝕性。SF6氣體在電弧作用下，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，分解出SOF2、SO2F2、HF等有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)都有毒性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定新SF6氣體的含水量不得高于8ppmw。

2.水分對(duì)電器設(shè)備絕緣件的危害對(duì)絕緣件和金屬不見(jiàn)產(chǎn)生腐蝕作用；在電氣設(shè)備表面產(chǎn)生凝結(jié)水，附著在絕緣件表面，造成沿面閃絡(luò)。四、GIS中水分的控制措施

嚴(yán)格控制新的SF6氣體的含水量，不能超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)改善GIS設(shè)備密封材料的質(zhì)量，嚴(yán)格遵守安裝密封環(huán)的工藝規(guī)程在GIS設(shè)備中放置防腐劑GIS設(shè)備盡量使用室內(nèi)式布置

吸附劑應(yīng)放在低溫環(huán)境中，可以提高其吸水能力；吸附劑應(yīng)有良好的吸附SF6分解物的能力；吸附劑SF6氣體分解物反應(yīng)時(shí)，不得產(chǎn)生二次有害物質(zhì)；吸附劑在工作時(shí)，不粉化、不潮解。有利于控制室內(nèi)溫度、濕度，減少產(chǎn)生水分的機(jī)會(huì)，避免灰塵和其他雜質(zhì)侵入到設(shè)備里去。1234五、SF6氣體雜質(zhì)的檢測(cè)

1. SF6氣體中具體含有哪些雜質(zhì)？

氟化硫的化合物全氟烴類H、C、O等元素和氟與硫的化合物

水（H2O）SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O、HF、SO2、COS、CS2SF2、S2F2、SF4、S2F10CF4、C2F6

國(guó)家規(guī)定以下六中雜質(zhì)在新SF6氣體中必須進(jìn)行檢測(cè)：

空氣——O2、N2

四氟化碳——CF4

水分——H2O 游離酸——用HF表示 可水解氟化物——也用HF表示 礦物油SF6氣體雜質(zhì)和水分的檢測(cè)方法水分的測(cè)定方法：A.重量法B.電解法C.露點(diǎn)法空氣和四氟化碳的測(cè)定方法礦物油的測(cè)定方法：用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定游離酸的測(cè)定方法可水解氟化物的測(cè)定方法：用比色分光光度分析法和氟離子選擇電極兩種方法SF6和混合氣體主要是和N2的混合為什么選擇N2？

SF6/N2的混合氣體，其電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度和N2中SF6的濃度及壓力有關(guān)，通常情況下，N2占40%時(shí)，電強(qiáng)度幾乎無(wú)差異變化。是否能和純SF6一樣做絕緣和滅弧氣體？由于N2只有絕緣性能（惰性氣體），不具有滅弧的性質(zhì)，所以SF6/N2混合氣體只能做絕緣介質(zhì)，不能用作滅弧。B.

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖一、電力系統(tǒng)用戶配電電網(wǎng)開(kāi)關(guān)輸電電網(wǎng)變壓器變壓器開(kāi)關(guān)發(fā)電機(jī)C.

高壓開(kāi)關(guān)組成

高壓開(kāi)關(guān)的作用高壓開(kāi)關(guān)的組成部分?jǐn)嗦菲鳎℅CB）母線（Bus）隔離開(kāi)關(guān)（DS）接地開(kāi)關(guān)（GS）快速接地開(kāi)關(guān)（HSGS）電流互感器（CT）電壓互感器（VT/PT）線纜終端（CHD）敞開(kāi)式斷路器（AIS）高壓開(kāi)關(guān)封閉組合電氣（GIS）占地20%體積小、重量輕模塊化設(shè)計(jì)GIS的優(yōu)點(diǎn)噪音和電場(chǎng)發(fā)射低抗干擾間隔的概念間隔是GIS的特有的概念。就是一套包括了所有基本模塊的封閉式的組合電器的獨(dú)立單位。145kV8DN8型的間隔寬度為800mm，252kV8DN9型的間隔寬度為1500mm，550kV8DQ1型的間隔寬度為3600mmGIS主要模塊斷路器滅弧室模塊電流互感器CT母線隔離開(kāi)關(guān)電壓互感器PT電纜封閉終端西門子110GIS西門子220GIS西門子550GIS開(kāi)關(guān)圖解進(jìn)（出）線間隔圖示開(kāi)關(guān)圖解隔離開(kāi)關(guān)D.

主接線圖電氣主接線圖1符號(hào)表示電流互感器電流互感器電流互感器斷路器斷路器接地開(kāi)關(guān)接地開(kāi)關(guān)電氣主接線圖2雙母線結(jié)構(gòu)主接線母線表示電壓互感器表示電壓互感器母線母線母線電氣主接線圖3隔離開(kāi)關(guān)的表示雙母線中隔離開(kāi)關(guān)、斷路器與兩條母線的連接隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)E.

電氣主接線類型概述電氣主接線——將電氣一次設(shè)備按一定順序接起來(lái)的電路，可表示電能生產(chǎn)流程的電路。電氣主要線圖——由各種電氣設(shè)備的圖形符號(hào)聯(lián)接成線所組成的表示電能生產(chǎn)流程的電路圖。所有電器均用規(guī)定的電氣符號(hào)表示，并按它們的“正常狀態(tài)”畫(huà)出→電器所處的電路無(wú)電壓存在及無(wú)任何外力作用（如QF、QS是斷開(kāi)位置）基本要求1、可靠性及電能質(zhì)量地位重要的骨干電站，應(yīng)采用兩個(gè)獨(dú)立的電源，因事故被迫中斷供電的機(jī)會(huì)越小，影響范圍越小，停電時(shí)間越短，可靠性越高2、靈活性——在正常運(yùn)行時(shí)能滿足各種運(yùn)行方式；在發(fā)生事故時(shí)能采用相應(yīng)的運(yùn)行措施，避免大面積停電3、運(yùn)轉(zhuǎn)方便——接線力求簡(jiǎn)明清晰、簡(jiǎn)化運(yùn)行操作4、具有擴(kuò)建的可能性——預(yù)留備用出線回路和備用容量5、技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理主接線的基本形式規(guī)律:特殊情況下，各臺(tái)G都有停機(jī)的可能，——各臺(tái)G之間互為備用。供電線路應(yīng)做到連續(xù)供電←每回線應(yīng)能從任一臺(tái)G獲得電源正常運(yùn)行的，任一主要設(shè)備的投退不影響其它設(shè)備←QF；檢修設(shè)備時(shí)，應(yīng)隔離電源←QS高壓開(kāi)關(guān)接線結(jié)構(gòu)介紹接地開(kāi)關(guān)斷路器電流電壓互感器母線電纜終端隔離開(kāi)關(guān)避雷器單母線接線只有一組母線，接線簡(jiǎn)單明顯，配電裝置的建造費(fèi)用低，運(yùn)行時(shí)操作方便，便于擴(kuò)建；供電可靠性不高分段母線上的電源被切除，減少了水電站的出力。適用于進(jìn)出線不多，容量不大的中小型發(fā)電廠和變電所單母線提高運(yùn)行可靠性和靈活性提高運(yùn)行可靠性和靈活性；但隔離開(kāi)關(guān)作為操作電器容易誤操作，轉(zhuǎn)移母線時(shí)仍將短時(shí)停電。采用雙母線分段，進(jìn)一步減少母線故障影響范圍。大容量的重要水電站和變電所中已廣泛應(yīng)用雙母線連接橋設(shè)置在變壓器側(cè)，缺點(diǎn)是變壓器的投入和切除操作較復(fù)雜，主變故障和檢修時(shí)，將影響線路暫時(shí)停電，較長(zhǎng)的線路和變壓器不需要經(jīng)常切換的場(chǎng)合連接橋設(shè)置在線路側(cè)，線路的投入和切除操作比較復(fù)雜；適用于線路較短和變壓器需經(jīng)常切換。廣泛使用在220kV及以下的變電所中橋形接線兩種連接形式兩種連接形式兩種連接形式此隔離開(kāi)關(guān)只用于檢修，不作為操作電器，誤操作可能性小。接線難于擴(kuò)建。用于進(jìn)出線回路數(shù)不多的大中型水電站；在國(guó)外，有時(shí)也作為大型水電站初期接線環(huán)形接線很高的供電可靠性和靈活性。配電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占地面積小,土建投資少。用斷路器較多，投資大、而且繼電保護(hù)裝置復(fù)雜一般使用在220kV以上的超高壓系統(tǒng)中3/2接線

特點(diǎn)和一臺(tái)半斷路器雙母線接線一樣,有較高的供電可靠性和靈活性。國(guó)外已開(kāi)始在500--750KV超高壓特大容量電站和變電所應(yīng)用。三分之四接線一般在110-220kv配電裝置中，當(dāng)出線在5回路以上時(shí)，采用此接線。旁路母線的接線單母線接線只有一條母線，且每一支路均有QF主接線的基本構(gòu)成：電源——母線——出線1、簡(jiǎn)單的單母線接線（單母不分段）優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備用量少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；有利用電源互為備用及負(fù)荷間的合理分配；正常投切與故障投切互不干擾，靈活方便。缺點(diǎn)：母線范圍內(nèi)發(fā)生故障或母線及母線QS檢修時(shí)，需停止供電；各單元QF檢修時(shí)，該單元中斷工作?！罹毩?xí)：試畫(huà)出三個(gè)電源，三回出線的單母線不分段接線圖2、分組單母線接線單母線接線3、QF分段單母線——用QF將母線分為兩組

①縮小了母線故障和母線檢修時(shí)的停電范圍②有利于電源間的相互備用和負(fù)荷的合理分配兩種形式：并列的QF分段單母線——QF合閘優(yōu)：當(dāng)I組母線發(fā)生故障時(shí)，QF跳開(kāi)，退出故障母線而保證非故障母線繼續(xù)運(yùn)行缺：短路電流大；在母線必須裝設(shè)繼保裝置不并列的QF分段單線線——用QS斷開(kāi)當(dāng)I組母線發(fā)生故障時(shí)，可投入QF，使兩組母線并列運(yùn)行用QS分段單母線——用QSf將母線分為兩組與