论文部分内容阅读
【摘要】SF6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，第一次被用于斷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110kV及以上电压等级的断路器，包括大部分的35kV断路器已经全部是SF6断路器了。
【关键词】六氟化硫；断路器；应用；分析
1.SF6的物理和化学特性
SF6分子由一个硫原子和六个氟原子构成，六个氟原子以共价键的形式和硫原子结合成一个中性分子，其原子量为146，大约是空气的五倍，也就是说它的密度也大约是空气的五倍。在常温下，SF6气体是无色、无味、无毒并且透明的惰性气体，它非常稳定，通常情况下很难分解；它既不溶于变压器油也不溶于水。
我们都知道，对于理想气体有一个状态方程，即PV=GRT，其中P为气体压力；V为气体的体积；G为气体的重量；R为一个状态常量，对于SF6来说，R=97.2J/g*T；T为绝对温度。当SF6气体的状态发生变化时，它没有完全符合理想气体的状态方程，这主要因为它的分子量较大，当气体压力增大时，气体的密度相应增大，分子间的相互吸引作用开始显露，所以在实际工作中常用SF6的状态参数曲线来表示；SF6的状态参数曲线是一族曲线，每条线对应一个气体密度。
在这里有几个重要的参数：SF6的熔点：温度T=-50.8℃，压力P=2.3kg/cm2，在这一点上，SF6三态共存，即气态、液态、固态三种状态同时存在；SF6沸点：温度T=-63.8℃，压力为一个大气压，在这一点上，SF6可以直接由固体变成气体。如果将饱和蒸汽曲线向上延伸，就得到了SF6 气体的临界温度T=45.6℃，临界压力P=38.5 kg/cm2，临界温度和临界压力表明了SF6气体可以被液化的最高温度和所需的最小压力。
2.SF6断路器的优点
SF6断路器之所以在近年来得到了迅速的发展，其主要的原因就在于SF6气体同其他绝缘介质相比具有很多的优点：
（1）SF6气体的绝缘强度高，决定了SF6断路器单个断口所能承受的电压要比其他形式的断路器要高，据介绍已经有500kV的单断口断路器出现了；SF6气体的熄弧性能好，决定了SF6断路器的灭弧能力强，这样它的开断能力要大于其他形式的断路器，单断口已经能够达到100kA，这是其他形式的断路器无法达到的，尤其是在现在，电力系统的容量越来越大，很多变电站的短路容量已经达到了近五十千安，一些枢纽变电站甚至达到了60-70kA，如果没有SF6断路器，那么就无法满足短路容量的要求，在系统短路时，无法切除故障。
（2）SF6气体在燃弧时的导电性能比较好，电弧电压比较低，小电流的情况下也能够稳定的燃弧，所以，在切断小电流时很少发生截流现象，这样就不会造成过电压，给设备造成损坏。
（3）SF6气体在熄弧后介质强度的恢复速度比较快，能承受比较快的瞬时恢复电压，所以在切断空载线路是不会发生多次重击穿，在切断近区故障时特别有利，就是说它不仅开断短路电流的性能强，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。
3.SF6气体的管理和试验
对于SF6气体我们现在的管理是比较严格的，因为它的质量直接影响到SF6断路器的开断性能和使用寿命。对于新的SF6气体我们要求作气体的全分析，气体的全分析一共包括以下几项内容：
（1）空气含量：我们要检测SF6气体中混入的空气的比例，我们要将新气进行气相色谱试验，国标要求新气中空气的含量不能大于0.05%（体积比）。
（2）CF4含量：我们要检测SF6气体中混入的CF4的含量，这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气中CF4的含量不能大于0.05%（体积比）。
（3）SF6气体的纯度：这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气的纯度不得小于99.8%（体积比）。
（4）酸度：这个试验先要用碱液将SF6气体中的酸性成分吸收出来，再用滴定法测定其中的盐的含量，从而推算出SF6气体中含有多少酸性物质，国标要求新气中的酸度不得大于0.3ppm（质量比）。
（5）可水解氟化物：因为可水解氟化物水解后能够生成酸性物质，所以其测定方法同酸度的测定方法相同，只是所用的碱液不同，国标要求新气中的可水解氟化物含量不得大于1.0ppm（质量比）。
（6）矿物油含量：这个试验先要用CCl4将SF6气体中的矿物油成分吸收出来，再用2930-1波长的红外线进行定波长红外光谱分析，就能测出其中的矿物油的含量。
（7）水分含量：这个试验比较重要，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：
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。
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）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。
4.SF6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。
（1）SF6气体中水分含量的测定方法同SF6气体全分析时测定水分含量的方法相同，在这里就不再介绍了。
（2）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。
这种测量方法是最准确的，但是它受到了多方面的限制，现在SF6断路器的体积都比较大，尤其是高压和超高压的落地罐式断路器的体积就更大，这样要把它完全罩起来，罩子也就要大得多，再者，SF6断路器的体积测量也是一个难题；而且在现场还有引线布置等许多原因要考虑，所以现在很少用这种方法。
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。
【关键词】六氟化硫；断路器；应用；分析
1.SF6的物理和化学特性
SF6分子由一个硫原子和六个氟原子构成，六个氟原子以共价键的形式和硫原子结合成一个中性分子，其原子量为146，大约是空气的五倍，也就是说它的密度也大约是空气的五倍。在常温下，SF6气体是无色、无味、无毒并且透明的惰性气体，它非常稳定，通常情况下很难分解；它既不溶于变压器油也不溶于水。
我们都知道，对于理想气体有一个状态方程，即PV=GRT，其中P为气体压力；V为气体的体积；G为气体的重量；R为一个状态常量，对于SF6来说，R=97.2J/g*T；T为绝对温度。当SF6气体的状态发生变化时，它没有完全符合理想气体的状态方程，这主要因为它的分子量较大，当气体压力增大时，气体的密度相应增大，分子间的相互吸引作用开始显露，所以在实际工作中常用SF6的状态参数曲线来表示；SF6的状态参数曲线是一族曲线，每条线对应一个气体密度。
在这里有几个重要的参数：SF6的熔点：温度T=-50.8℃，压力P=2.3kg/cm2，在这一点上，SF6三态共存，即气态、液态、固态三种状态同时存在；SF6沸点：温度T=-63.8℃，压力为一个大气压，在这一点上，SF6可以直接由固体变成气体。如果将饱和蒸汽曲线向上延伸，就得到了SF6 气体的临界温度T=45.6℃，临界压力P=38.5 kg/cm2，临界温度和临界压力表明了SF6气体可以被液化的最高温度和所需的最小压力。
2.SF6断路器的优点
SF6断路器之所以在近年来得到了迅速的发展，其主要的原因就在于SF6气体同其他绝缘介质相比具有很多的优点：
（1）SF6气体的绝缘强度高，决定了SF6断路器单个断口所能承受的电压要比其他形式的断路器要高，据介绍已经有500kV的单断口断路器出现了；SF6气体的熄弧性能好，决定了SF6断路器的灭弧能力强，这样它的开断能力要大于其他形式的断路器，单断口已经能够达到100kA，这是其他形式的断路器无法达到的，尤其是在现在，电力系统的容量越来越大，很多变电站的短路容量已经达到了近五十千安，一些枢纽变电站甚至达到了60-70kA，如果没有SF6断路器，那么就无法满足短路容量的要求，在系统短路时，无法切除故障。
（2）SF6气体在燃弧时的导电性能比较好，电弧电压比较低，小电流的情况下也能够稳定的燃弧，所以，在切断小电流时很少发生截流现象，这样就不会造成过电压，给设备造成损坏。
（3）SF6气体在熄弧后介质强度的恢复速度比较快，能承受比较快的瞬时恢复电压，所以在切断空载线路是不会发生多次重击穿，在切断近区故障时特别有利，就是说它不仅开断短路电流的性能强，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。
3.SF6气体的管理和试验
对于SF6气体我们现在的管理是比较严格的，因为它的质量直接影响到SF6断路器的开断性能和使用寿命。对于新的SF6气体我们要求作气体的全分析，气体的全分析一共包括以下几项内容：
（1）空气含量：我们要检测SF6气体中混入的空气的比例，我们要将新气进行气相色谱试验，国标要求新气中空气的含量不能大于0.05%（体积比）。
（2）CF4含量：我们要检测SF6气体中混入的CF4的含量，这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气中CF4的含量不能大于0.05%（体积比）。
（3）SF6气体的纯度：这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气的纯度不得小于99.8%（体积比）。
（4）酸度：这个试验先要用碱液将SF6气体中的酸性成分吸收出来，再用滴定法测定其中的盐的含量，从而推算出SF6气体中含有多少酸性物质，国标要求新气中的酸度不得大于0.3ppm（质量比）。
（5）可水解氟化物：因为可水解氟化物水解后能够生成酸性物质，所以其测定方法同酸度的测定方法相同，只是所用的碱液不同，国标要求新气中的可水解氟化物含量不得大于1.0ppm（质量比）。
（6）矿物油含量：这个试验先要用CCl4将SF6气体中的矿物油成分吸收出来，再用2930-1波长的红外线进行定波长红外光谱分析，就能测出其中的矿物油的含量。
（7）水分含量：这个试验比较重要，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：
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。
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）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。
4.SF6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。
（1）SF6气体中水分含量的测定方法同SF6气体全分析时测定水分含量的方法相同，在这里就不再介绍了。
（2）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。
这种测量方法是最准确的，但是它受到了多方面的限制，现在SF6断路器的体积都比较大，尤其是高压和超高压的落地罐式断路器的体积就更大，这样要把它完全罩起来，罩子也就要大得多，再者，SF6断路器的体积测量也是一个难题；而且在现场还有引线布置等许多原因要考虑，所以现在很少用这种方法。
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。