SF6封闭式组合电器及其应用

SF6封闭式组合电器及其应用
摘要：1991年第一台全部国产化500KV SF6全封闭组合电器（GIS）诞生。随着科学技术日新月异的发展，新技术、新设备的不断引进、研发，电力行业也进行着自己的科技创新。近年来，SF6封闭式组合电器在电力系统中得到了越来越广泛的应用，110KV和220KV的GIS已大量投入电网运行，并基本实现国产化。
关键词：SF6封闭式组合电器 GIS 应用

SF6封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘变电站”（Gas Insulated Switchgear），简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、避雷器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。
一、SF6气体的性质
说到GIS，首先谈到的便是作为绝缘和灭弧介质的SF6气体。
SF6是由两位法国化学家Moissan和Lebeau在1900年合成。从60年代起，SF6作为极其优越的绝缘、灭弧介质广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中。在今天，SF6气体几乎成为高压、超高压断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。
    １、SF6气体是无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体，并且容易液化，液化温度与压力有关，压力升高时液化温度也增高。SF6气体都不采用过高的压力，以使其保持气态。
    2、 SF6的化学性质非常稳定。在大气压下以及温度高达500摄氏度的情况下，都具有高度的化学稳定性，一般认为，在电气设备允许的温度范围内，SF6对断路器的材料没有腐蚀作用，因此断路器的检修周期长，检修工作量少。
    3、 SF6分子很容易吸附自由电子，形式负离子，具有较强的电负性。但在一定的电场下，这些离子很难积累足够的能量导致气体电离。同时，因使气体中的自由电子减少，还降低了这些电子容易使气体被击穿的危害。因此，SF6气体具有良好的绝缘性能，在均匀电场中SF6的绝缘强度比空气大2－3倍，在0.3MPa压力下，绝缘强度超过变压器油。但在不均匀电场中，其绝缘强度会下降，因此SF6断路器的部件多呈同心圆状，以使电场均匀。
    4、SF6分子具有较强的电负性，使SF6具有强大的灭弧能力。因为SF6分子吸附自由电子后变为负离子，负离子容易和正离子复合形成中性分子，使电弧空间的导电性很快消失。特别在电弧电流接近零值时，这种作用更加显著。如果利用SF6气体吹弧，使大量新鲜的SF6分子不断和电弧接触，则灭弧更加迅速。
    利用SF6气体吹弧和利用空气吹弧在外形上十分相似，但实际灭弧原理不同。空气吹弧主要是冷却电弧，而SF6气体吹弧主要是利用SF6分子与电弧不断接触进行别弧。SF6气体的灭弧能力较空气大100倍。
    由于SF6气体灭弧能力强，从导电电弧向绝缘体变化速度特别快，所以SF6断路器的开断电流大，开断时间短，在同一电压等级，同一开电流和其它条件相同的条件下，SF6断路器的串联断口较少。
    5、SF6气体是多原子的分子气体，在电弧高温下分解和电离的情况非常复杂。SF6气体中弧心部分导热率低，温度高，电导率大，其外焰部分导热率高，温度低，电导率小，所以电弧电流几乎集中在弧心部分。因此及在SF6气体中，可以看到很细、很亮的电弧，几乎看不到外焰部位。这也是SF6气体灭弧时间短的原因之一。
    当电弧电流减小趋近零值时，SF6分子此时电负性显著，从而使电流保持联系，可使细小的弧心一直存在到极小的电流范围。SF6电弧的这种特点，使断路器开断小电流时，也不会由于截流作用而产生操作过电压。
    6、在电弧高温作用下，很少量的SF6会分解为有毒的SO2F2、SF4和SOF4等，但在电弧过零值后，很快又再结合为SF6。因此，长期密封使用的SF6，虽经多次灭弧作用，也不会减少或变质。电弧分解物的多少与SF6中所含水分有关，因此，把水分控制在规定值以下是十分重要的。常用活性氧化铝或活性炭、合成沸石等吸附剂，清除水分和电弧分解产物。
SF6气体中混入空气时，会使绝缘强度下降，因此断路器及其贮气设备应保持密封。
二、GIS 的特点
1、小型化。因采用绝缘性能好的气体作绝缘和灭弧介质所以能较大程度地缩小变电站的容积。

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