SF6 断 路 器 东北电网有限公司大连培训中心 内容提要 一、概况 二、LW6 —220H断路器的技术参数 三、SF6气体的特性 四、 SF6断路器灭弧室结构 五、 SF6断路器整体结构 六、均压电容器 七、 SF6气体压力的监控 八、 SF6断路器投入前的技术要求 九、 SF6断路器的运行维护 一、概况 （一）SF6断路器的主要优点： 1、性能稳定，开断电流大。根据导国外有的 产品220KV时甚至能切断80KA大电流，与同等额定 电压级的空气断路器比较，其断流容量大得多； 2、适用于超高压大容量的电力系统中；也适用 于电压较低的装置中，不过用于电压低的装置中目 前还不太多。 3、灭弧室介质强度恢复的很快，开断近区故 障显得非常有利。SF6断路器触头不必并联电阻就 能开断各种故障； 4、因为SF6绝缘强度高，介质强度恢复的很快， 于是每个灭弧室的工作电压可以提高很多。这样， 在超高压系统中断路器每相串联的灭弧室数目少， 导致断路器结构简单，尺寸减小，安装时减少了变 电所场地面积。 5、SF6断路器漏气极少，每次开断触头烧损极 微小，所以允许连续开断次数多，检修周期长，运 行维护很方便。 6、制作工艺要求高，特别是密封工艺和零件光 洁度要求高，所以目前SF6断路器价格比较贵。 （二）SF6断路器的型号： 例如：LW6 —220H 二、LW6 —220H断路器的技术参数 型 号 LW6 —220H 气体压力（MPa） 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A) 额定开断电流(KA) 50 45 125 50 125 12.5 154 0.6 220 252 0.4 3150 40 36 100 40 100 10 近区故障开断电流(KA) 动稳定电流（峰值）(KA) 热稳定电流（峰值）(3S/KA) 额定关合开断电流（峰值）(KA) 失步开断电流（KA） 空载开断电流（A） 续表：LW6 —220H断路器的技术参数 固有分闸时间(ms) 合闸时间(ms) 全开断时间(周波) 金属接触时间(ms) ≤30 ≤90 ≤2.5 ≤70±5 相 间 分闸 合闸 分闸 合闸 ≤3 ≤10 ≤2 ≤3 6300 操作同期(ms) 同 相 每台重量 (kg) 每台气体重量 (kg) 31 22 0.6 Mpa适用于-30-40度的地区； 0.4 Mpa适用于-40-40度的地区； LW6系列SF6断路器有500、500H、220、220H， 其共同特点是都采用LW6型灭弧室，220H与220的区 别只是液压操动机构采用了箱体发泡（冰箱）结构， 可防止因温差太大造成气体压力的波动，保证低温 条件下的动作特性。 三、通用技术参数 1、年漏气率：＜1%；气体含水率≤150ppm 2、首相开断系数：1.5； 3、满容量连续开断次数：50KA×19次； 4、累计开断电流（电气寿命）：4200KA；机械寿命： 3000次。 三、SF6气体的特性 （一）、SF6气体的物理化学特性 1、无色、无味、无毒、不燃烧。 是一种惰性气体，化学性质非常稳定。加热到 500-6000C也不会分解，把SF6气体充入电气设备中， 不会作用于导电材料、导磁材料和绝缘材料。在干 燥情况下，即使加热到1000C，也不会与铜、铝和 钢等材料发生化学作用，2000C以上才与铜、铝发 生轻微化学反应。 2、 SF6是一种重分子，分子量较大（146），分子 体积也较大。 3、导热系数比较大（比空气略小）。能把其中的 热量较快地传导出去。 4、绝热系数不大（为1.07，空气为1.4）。 5、比热很大，在250C一个大气压时定压比热为23.22， 空气为6.85，这是由于其分子量大的缘故。 6、 SF6气体在低温条件下容易液化。 常温下， SF6气体是不容易液化的，在200C时 即使压力达到21个大气压，仍为气态。 但在压力较高时， SF6遇到低温就出现液化现 象。例如，在8个大气压下，液化温度为-220C。 液化的SF6绝缘和灭弧性能大大降低，所以低温 地区应断路器的低温液化问题，必要时投入电加热 装置。 7、纯净的SF6气体是无毒的。但在下列情况下可能 存在少量剧毒物质： SF6气体制造过程中残留的少量的S2F10及SF4等其 他具有剧毒的杂质。 在SF6气体中产生的电弧或电晕放电时，一小部 分分解为低氟化合物（ S2F10 、 SF4 、 SOF4 、 SOF2 、 SO2F2 ）。 化学反应过程： 受电能作用分解为硫原子和氟 原子，在电极附近由于金属蒸汽参与反应，生成金 属化合物和低氟化物： 4 SF6 +Cu +W=4 SF4 + CuF2 +W F6 2 SF6 +Cu +W=2 SF2 + CuF2 +W F6 如气体中含有水蒸汽时，还会生成腐蚀性较 大的氢氟酸： SF4 +H2O= SOF4 + 2H F SOF2 +H2O= SO2 + 2H F 在水份较多的条件下，200以上也会发生分 解反应： 2SF6 +H2O= 2SO2 + 12H F +O2 反应的生成物，对于绝缘材料，金属材料都 有严重的腐蚀作用，有很大的危害。 为防止毒气对电气运行和检修人员的 危害，采取的措施： 1、充入SF6断路器中的新鲜气体，其SF6质量 应符合国家规定，杂质含量要求如下： 水份（H2O） ： ≤8PPM（W/W） 空气（O2 +N2 ） ： O2 ≤0.05%（W/W） N2 ≤0.25%（V/V） CF4 ： ≤0.05 （W/W） 游离酸（ 以H F计 ）： ≤1.0 PPM（W/W） 矿物油：≤10 PPM（W/W） SF6毒性试验：79%SF6和21%的O2混合气体中， 小白鼠染毒24小时应无异常。 2、在SF6断路器的气体管路上装设净化系统， 用以水份和有毒分解物。净化用的吸附剂为活性氧 化铝（ AL2O3 ）或合成沸石（分子筛为4?或5 ? ） 等。 3、SF6气体制造厂提供的是经质量检查合格的 无毒气体，但遭受电弧放电的气体是可能有毒的， 在断路器上进行作业应注意： (1)穿专用的帽子和衣服，以避免和SF6气体接触。 (2)戴上有粉尘过滤器和吸附剂的防毒面具，以 保护呼吸系统。 (3)检修时发现瓷套内壁等处有粉末状物质，切 不可用手直接接触，也不允许将它扬起，要用专用 的线气体分解物呈气态或固 态出现。 (4)严禁在工作现场吸烟。 (5)不使脸部，特别是眼睛接触SF6分解物。 (6)在无毒的SF6上工作，也要站在通风良好的 地方。 (7)工作后要洗手。 4、分解气体等对含硅材料如玻璃、电瓷等有 极强的的腐蚀性。因此，凡与SF6气体接触的零件 应避免使用含硅材料。可用高分子材料如四氟乙烯、 环氧树脂等耐分解的材料代替。 （二） SF6气体的绝缘特性 1、在均匀电场条件下， SF6气体有很强的绝缘能 力。 Uj(KV) SF6 由图可以看出，在1 100 atm下， SF6的绝缘强度比空 变压器油 80 气大2.5~3倍；在3 atm下， SF6的绝缘强度就达到或超 60 空气 过变压器油的绝缘强度。所 40 以SF6不容易被击穿，用它 20 P（atm） 作为断口绝缘、相间绝缘和 1 2 3 4 对地绝缘都很适宜。其高绝 缘强度是由于SF6气体分子 （直径75mm，间隙 体积大，使气体中电子自由 12.5mm工频电压） 行程减小所致。 2、SF6的绝缘能力与电场的均匀程度关系很大， 在不均匀电场中SF6击穿电压大大降低。 SF6断路器 或充气的电气设备中，应尽可能地避免不均匀电场。 绝缘结构要避免因电场不均匀而出现电晕现象， 以防止SF6气体分解产生腐蚀性物质，而且在中的电晕 容易发展成间隙闪络放电，使绝缘损坏。导电的金属 零件要有良好的光洁度，结构上尽量保证不出现不均 匀电场。 3、 SF6间隙的击穿电压 1000 饱和现象。 在短间隙时， SF6气体击 500 穿电压与间隙的距离成正比 增大，继续增大间隙击穿电 压趋于饱和。 KV Φ140 1.5/40冲击电压 1.5atm 0.5atm S 50 100 150 200 （三） SF6气体的灭弧特性 SF6有极强的灭弧能力，原因在于： 1、 SF6气体的导热性能好。 使电弧沿半径方向 温度急剧下降，电弧直 径变得很细，电流集中 在电弧中心，即使电流 接近零值时也不会出现 截流现象。 2、具有强烈的“负电性”。 空气电弧 T（103K） SF6电弧 R：电弧半径 所谓“负电性”，就是中性分子具有吸附自 由电子形成负离子能力。 SF6分子以及由它分解的氟原子或其他氟化合 物都具有“负电性”。 其反应过程方程式： SF6 +e SF6- 由于SF6-同SF6一样重量大、体积大，SF6-负离 子在电场中的活动性很差，很容易与弧隙内已经电 离的正离子SF6+产生复合作用： SF6- +SF6+ 2SF6 由于吸附和复合作用，使弧隙中的带电粒子 很快减少，弧隙电导率很快降低，电弧电流过零后 介质恢复过程大大加快，这便是SF6时间常数很小的 主要原因。 3、电弧电阻小，弧柱导电率高，燃弧期间电 弧电压低，因而弧柱能量较小。 4、电弧电流过零后，介质强度恢复很快。 SF6电弧时间常数只有空气的1/100，因而介质强度 的恢复速率比空气快100倍，灭弧能力高于空气100 倍。 5、气体的绝缘强度很高，当介质强度恢复后， 再击穿困难。 四、 SF6断路器灭弧室结构 SF6断路器的灭弧原理是利用高压的SF6气体， 当高压区SF6气体流向低压区时，在喷口处形成强 力气流，把触头间的电弧吹熄。 SF6断路器灭弧室有两种：单压式和双压式。 单压式：只有一个气压系统，灭弧室的可动部 分带有压气装置，靠分闸过程中活塞气缸的相对运 动，造成短时间的SF6气压升高，产生吹弧作用来 熄灭电弧，我国研制的均采用单压式灭弧室 。单 压式灭弧室又有定开距和变开距两种结构。 双压式：有高、低压两个气压系统，灭弧时喷 嘴打开，高压SF6气体吹向低压系统，使电弧熄灭。 1、定开距灭弧室 （1）组成： 断路器的触头 由两个带喷嘴的空 心静触头3、5和动 触头2组成。断路 器的弧隙由两个静 触头保持固定的开 距。 在合闸位置时，动触头跨接于两个静触头之间，构 成电流通路。 由绝缘材料构成的固定活塞6和与动触头连成整体 的压气罩1之间构成压气室4。操作机构通过连杆7带动 动触头和压气罩所组成的可动部分。 （2）动作过程：分闸操作时，压气罩同动触头向 右运动，使压气室内气体压缩，当喷口被打开时形成 气流吹弧。 （3）特点：利用了气体介质强度大的优点，触头 开距小，110KV的开距仅有30mm,触头的行程很短，熄 弧时间短，但压气室的体积比较大。 2、变开距灭弧室 （1）组成：变开距灭弧 室的结构形式是少油断路器 设计体系发展起来的，其灭 弧室的结构与少油断路器相 似。 触头系统有工作触头、 弧触头和中间触头。工作触 头和中间触头放在外侧，可 以改善散热条件，提高热稳 定性。 可动部分由动触头、喷嘴和压气缸组成。设置逆 止阀是为了使分闸过程中压气室的气体集中喷向喷嘴 吹弧，而在合闸过程中又不在压气室形成真空。合闸 时打开分闸时关闭。 （2）动作过程：分闸时，可动部分向右移动，此 时压气室的压力增加，吹弧过程开始时工作触头首先 分离，然后弧触头分离产生电弧，同时也产生气流向 弧嘴吹弧。 （3）特点：触头在分闸过程中不断增大，最终开距 比较大，起始介质强度恢复速度较快。喷嘴的形状不受 限制，有利于提高开断能力，但容易被烧坏。 3、定开距与变开距灭弧室的比较： （1）定开距灭弧室开距短，断口电场分布较 均匀，绝缘性能稳定；变开距灭弧室开距大，断 口电场分布较差，绝缘喷嘴置于断口之间，多次 灼伤之后，可能影响断口的绝缘能力。 （2）定开距灭弧室在熄弧瞬间，开距一定，电 弧长度一定，电弧能量较小，对熄弧有利；变开距 灭弧室在熄弧时，开距较大，电弧拉的较长，电弧 电压高，电弧能量较大，对熄弧不利。 （3）定开距灭弧室吹弧时间短，压气室的气体 利用较差；变开距灭弧室吹弧时间长，压气室的气 体利用充分。 （4）定开距灭弧室动触头行程较长，金属接 触时间较长；变开距可动部分行程较短，金属接 触时间也较短，对缩短断路器的动作时间，有利 于提高系统的稳定性。 目前，国产的LW6-220和LW6-500均采用变开距 灭弧室。 五、整体结构 1、 组成： LW6-220断路器主要由灭弧室、三联箱、支柱、 联结座、密度继电器和动力单元（主储压器、工作 缸、供排油阀）等组成。 2、动作过程： 工作缸内的活塞受到 来自供排油阀的和、分命 令后，驱动支柱内的绝缘 拉杆做上、下运动，经过 三联箱内的连杆机构变换 后，使灭弧室中的压气缸、 主动触头和弧触随之运动， 实现分合闸。 断路器分闸时，压 气缸内的气体被压缩后向 电弧喷吹，使电弧冷却、 去游离直至熄灭。 六、均压电容器 220KV及以上电压等级的断路 器几乎都采用串联灭弧室，积木 式总体布置。所谓积木式总体布 U 置，就是根据断路器的电压等级， 选用相同的灭弧室、三联箱和支 持绝缘瓷套“拼凑”起来。 （1）无均压电容： U1 =U（CK + C0 ）/（2 CK + C0 ） U2 =UCK /（2 CK + C0 ） U U1 CK C0 U2 CK CK U1 C0 CK U2 如CK = C0 ： U1 =2U/3 ，U2 =U/3 当电弧电流过零熄灭时，断口上的恢复电压是 不相等的，第一个断口可能首先击穿，随即第二个 断口又击穿产生电弧重燃而难以熄灭。 U1 C U CK C C0 CK U2 （2）有均压电容： 为充分发挥每个灭弧室的作 用，在每个灭弧室外面人为地并 联均压电容器C： U1 =U（C+CK + C0 ）/ （ 2 C+ 2 CK + C0 ） U2 =U（C+CK ） / （ 2 C+ 2 CK + C0 ） C很大， C和CK很小： C+CK 》 C0 U1 ≈U（C+CK ）/ （ 2 C+ 2 CK ）=U/2 U1 ≈U（C+CK ）/ （ 2 C+ 2 CK ）=U/2 不均匀系数=断口实际电压/均匀分配电压≤1.1。 可见，恢复电压将较平均地分配在每个断口上， 如一个灭弧室能开断126KV、40KA的短路电流，两个 断口就能开断252KV、40KA的短路电流。 LW6—220H型断路器每相两台，每台容量为 2500PF，每台电容器的容量在2000PF以上即可。 七、 SF6气体压力的监控 SF6气体若有泄漏，压力会随之降低，就会引起 绝缘击穿强度的降低。虽然制造厂声明降为零表压 力时，其绝缘强度仍能耐受2倍相电压，但零表压力 是不正常状态，也将影响断路器的灭弧能力，是不 允许继续运行的。所以要对断路器SF6压力进行监控， 及时发出补气警报。 制造厂规定的补气表压力（200C）： 额定表压力（ MPa ） 补气压力 0.4 0.6 0.32 0.52 闭锁压力 0.3 0.5 正常运行条件下，气体年漏气量：≤2% （一）密度继电器 用以监控断路器内SF6气体的压力，也可以对 断路器进行补气。其工作原理如下： 波纹管密封着一部分SF6气体，与外界是隔绝 的，继电器的大自动接头与被监视设备相连接，储 气杯中的气体与被监视设备中的气体压力相等。 由于温度变化引起气体的压力变化，在波纹管 和储气杯中是相同的，继电器不会动作。 当被监视设备因漏气压力降低时，波纹管内的 压力不变，使之发生变形，推动微动开关动作，经 过软线、导杆接到控制电缆，通过出套线送出。 （二）充气装置 一般来说，每六年对断路器补气一次，装置 如图所示，充气应注意的几点： 1、首先用气体将管路中的 空气排出。 2、充气装置应在设备附近 放置3小时才能进行。 压力表 充气 设备 自动接头 软连接管 排气阀 3、控制流量、缓慢进行， 使气室温度平衡、压力稳定。 气瓶 隔离阀 4、根据设备所在环境确定充气压力。 八、 SF6断路器投入前的技术要求 以LW6—220H型SF6断路器为例， 投入前应做以 下检查和调整，并满足说明书给出的规定值： （1）按规定充入SF6气体后，按LW6系列检漏规程检漏。 （2）按系列断路器现场水分测量规程对气体进行含 水量测定，含水量应不大于200ppm（V/V） （3）检查和调整液压系统有关油压值，应符合下表： 项 目 规定值（ MPa ） 项 18±1.0 31.6±1.0 目 规定值（ MPa ） 27.8±0.8 25.8±0.7 储压器充压（ 150C ） 油泵启动压力 油泵停止压力 合闸闭锁压力 分闸闭锁压力 32.6±1.0 注：环境温度为 t 0C ，则按下式折算： P t= P 15 0 C +0.9(t-15) （4）检查密度继电器压力降低和闭锁压力（ 150C）： 额定压力（ MPa ） 0.4 0.6 报 警 闭 锁 0.32±0.015 0.52±0.015 0.30±0.015 0.50±0.015 （5）对SF6断路器用手力泵慢合一次，本体 动作应正常。 （6）液压机构打压至额定油压，对SF6断路器进 行单分、单合操作各二次， 0.3s合分二次，测量各 项参数，应符合规定值。 （7）检查断路器电气控制线）防跳试验：断路器分别处于分、合闸位置时， 分合闸信号同时送入，断路器应不产生跳跃，并最 终处于分闸位置。 2）拒动试验（分相操动机构的）：当三相间的 分闸位置不一致时，应延时进行三相分闸，并发出 信号。 （8）测量灭弧室的回路电阻：每个灭弧室处于 合闸位置时，通以100A的电流，在其进出线板两端 的电压降应不大于3.5mV。 （9）断路器的电气控制回路对地加1KV耐压1分钟， 不应发生闪络或击穿。 九、 SF6断路器的运行维护 （一）每年的检查维护 1、维护前的准备 将断路器推出运行，并使之处于分闸状态， 断开交、直流电源，液压机构油压释放到零。 2、 SF6断路器的检查维护项目 （1）检查外观，清洗。 （2）检查并清洗瓷套。 （3）检查各油管急动力单元有无漏油。 （4）检查气体压力。 （5）检查密度继电器的动作值，如发现问题加以更 换。 3、液压机构检查项目 （1）检查机构的管路、元气件有无渗漏油。 （2）检查主油箱的油位是否符合规定。 （3）检查、清理辅助开关触点。 （4）检查储压器预压力（用手力泵打压油压上升突 然变缓时的压力）。 （5）检查油泵启动、停止压力值。 （6）检查分、合闸闭锁压力，在压力监视下徐徐放 油，微动开关给出动作信号。 （7）检查单分、单合操作油压降。 4、试验 液压机构恢复电源，打压至额定油压，电 动操作断路器应动作正常。 （1）每年的检查项目。 （2）将液压油全部排出，清理油箱。 （3）将油箱注满新油至规定油位。 （4）做排气操作后，打压至额定油压。 （二）每五年的检查和维护 （5）、试验： 1）进行20次合、分和2次0.3s合、分。 2）用示波器测量断路器各动作时间，同期，或 分、合闸速度。 敬请指导 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
