1、六氟化硫氣體絕緣特性以及在設(shè)備絕緣中應(yīng)用目錄 SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 均勻及稍不均勻電場中SF6的擊穿特性 極不均勻電場中SF6的擊穿特性 SF6氣體的沖擊擊穿特性 SF6氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電 含SF6的混合氣體2SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 1940年之后作為絕緣氣體被使用于核物理高壓研究裝置 50年代末起，用作斷路器的內(nèi)部絕緣和滅弧介質(zhì) 1965年已出現(xiàn)了SF6金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS） 現(xiàn)在電纜、電流互感器、電壓互感器、套管、電力變壓器、避雷器和試驗變壓器等設(shè)備中3SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 SF6氣體間隙絕緣這是設(shè)備中主要的絕緣結(jié)構(gòu)，要求電場盡可能均勻?？刹捎?/p>

2、同軸圓柱結(jié)構(gòu)導(dǎo)體拐彎部分應(yīng)制成圓弧形4SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點5SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 SF6固體介質(zhì)分界面絕緣要注意固體介質(zhì)對電場的影響，以及固體介質(zhì)表面狀況對沿面放電過程的影響。6SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點7SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 出線絕緣這是指SF6電力設(shè)備高壓引出線的絕緣。高壓導(dǎo)體與接地外殼之間采用SF6為主要絕緣，并用瓷套將SF6與其它介質(zhì)(如空氣、油)隔離。8SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點9SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 SF6-薄膜組合絕緣應(yīng)用于SF6變壓器和互感器中，作為導(dǎo)體的匝間和層間絕緣10SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 空氣絕緣的敞

3、開式開關(guān)設(shè)備(AIS) 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS) 混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備(MTS) 敞開式組合電器 復(fù)合式GIS (Hybrid Gas Insulated Switchgear)11SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 空氣絕緣的敞開式開關(guān)設(shè)備(AIS) AIS以優(yōu)化投資成本為特征空氣絕緣的敞開式開關(guān)設(shè)備(AIS)以瓷套作為設(shè)備外殼及外絕緣,優(yōu)化了投資成本。但占地面積大旦因設(shè)備外露部件多,易受氣候環(huán)境條件的影響,不利于系統(tǒng)的安全及可靠運行。12SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點13SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 SF6金屬封閉開關(guān)設(shè)備（即GIS）（Gas Insulated Switchge

4、ar)簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一切設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計有機地組合成一個整體。14SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點實踐證明，GIS運行安全可靠、配置靈活、環(huán)境適應(yīng)能力強、檢修周期長、安裝方便。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域變電站也被使用，在我國，63500kV電力系統(tǒng)中，GIS的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛15SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點16SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點GIS變電站優(yōu)點：1.占地小。2.不受環(huán)境條件和環(huán)境污染的影響。3.使運行人員不受電場和磁場的影響。4

5、.安裝工作量小。17SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點GIS設(shè)備缺點：1.造價高2.故障停電范圍廣、修復(fù)時間長、查找故障點困難3.擴建設(shè)備與原有設(shè)備的參數(shù)要嚴格配合且施工干擾大18SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點GIS變電站設(shè)計應(yīng)注意的問題：主接線設(shè)計和氣室劃分應(yīng)充分考慮擴建和故障檢修的靈活性（單元化，相互獨立的氣室有利于防止事故范圍擴大）戶內(nèi)通風(fēng)裝置設(shè)計應(yīng)防止氣體泄漏造成窒息事故19SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備(MTS)復(fù)合式GIS (H-GIS)是三相空氣絕緣且不帶母線的單相GIS?；拘吞枮閆HW，國內(nèi)將H-GIS亦稱為準GIS,簡化GIS等。20SF6氣體絕緣的應(yīng)用

6、及其理化特點 H-GIS的優(yōu)勢(1)MTS開關(guān)設(shè)備完全解決了戶外隔離開關(guān)運行可靠性問題。同時由于各元件組合,大大減少了對地絕緣套管和支柱數(shù)(僅為常規(guī)設(shè)備的3050)。這也減少了絕緣支柱因污染造成對地閃絡(luò)的概率,有助于提高運行的可靠性21SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點(2)由于元件組合,縮短了設(shè)備間接線距離,節(jié)省了各設(shè)備的布置尺寸。相對于傳統(tǒng)的AIS,大大縮小了高壓設(shè)備縱向布置尺寸,減少占地面積達406022SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點(3)由于采用在制造廠預(yù)制式整體組裝調(diào)試、模塊化整體運輸和現(xiàn)場施工安裝的方式,現(xiàn)場施工安裝更為簡單、方便。同時減少了變電站支架、鋼材需用量。又由于基礎(chǔ)小,工

7、程量少,混凝土用量少,大大減少了基礎(chǔ)工作和費用開支23SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點(4)由于MTS模塊化,非常靈活,特別適用于老式變電站的改造。MTS正是適應(yīng)歐洲50年代和60年代老電站需要改造而興起。MTS減少了老變電站升級改造的施工難度和投資規(guī)模,同時提高了可靠性。24SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點 混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備(MTS)目前發(fā)展狀況目前國內(nèi)三家大型企業(yè)(西開電氣、平高集團和新沈高)正在積極研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。25SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點根據(jù)廣東的經(jīng)驗,H-GIS相比GIS具有明顯的價格優(yōu)勢。如550kV一間隔設(shè)備費用約為720萬美元(2002年

8、到岸價),而H-GIS一間隔約為183萬美元(橫瀝站2002年DDV價),約為GIS價格的1/4,同時GIS擴建麻煩,而H-GIS不帶母線,分相布置,當(dāng)一相斷路器需維護或擴建時,只需斷開與三相母線的連接線,因此H-GIS相比GIS占有價格低和擴建維修的優(yōu)勢。26SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點H-GIS綜合費用比AIS雖貴些,但它的技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越,特別減少了套管數(shù)量(約為AIS的50),支柱絕緣子數(shù)(約為其20),設(shè)備支架數(shù)(為其20%),占地面積(為其60),安裝工作量(為其50),維護工作量(為其20)等。27SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點28SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點29SF6

9、氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點無色、無味，具有的氣體較高的電氣強度，優(yōu)良的滅弧性能，良好的冷卻特性，不可燃。SF6氣體的缺點是：放電時SF6會發(fā)生分解形成硫的低氟化物。這些產(chǎn)物有毒，并能腐蝕許多絕緣材料和導(dǎo)電材料，在較高的壓力下，SF6會液化。30SF6氣體絕緣的應(yīng)用及其理化特點分子量較大，（復(fù)合性強）較高壓力下易液化，SF6絕緣通常使用范圍（-40溫度80，壓力(ph)crit時，突出物即會產(chǎn)生影響而使Eb/p小于（E/P）crit，即在高壓下，即使是一個很微小的突出物，也會對擊穿電壓產(chǎn)生很大影響，使Ub值降低。45均勻電場中六氟化硫的擊穿SF6氣體對于灰塵和導(dǎo)電微粒十分敏感。1.形成突出物，造

10、成電場局部強化。2.交流場中，導(dǎo)電微粒在某一極充電，然后在極性相反的電極上產(chǎn)生微弱放電，并導(dǎo)致整個間隙擊穿；沖擊電壓作用下，微粒來不及移動，影響很小。46均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著球形微粒直徑的增加，擊穿電壓逐步下降。47均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著電極面積增大，擊穿電壓下降的現(xiàn)象稱為面積效應(yīng)。電極表面越光滑，氣壓越高，面積效應(yīng)也越大。沖擊電壓下，因電壓作用時間較短，影響擊穿電壓的偶然因素出現(xiàn)的概率減少，所以面積效應(yīng)也較工頻電壓下弱。48均勻電場中六氟化硫的擊穿 小結(jié)1：電極表面狀態(tài)的影響導(dǎo)電微粒的影響面積效應(yīng)49稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⒌臈l件即為間隙擊穿的條件。實際設(shè)備

11、中，電場不可能完全均勻，而極不均勻電場又使SF6的優(yōu)越性不能充分發(fā)揮。因此設(shè)計SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備時，應(yīng)盡量采用稍不均勻電場結(jié)構(gòu)。50稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿條件：同軸圓柱電極，r=1cm,R/r=e,p=0.1MPa,施加電壓U，電極表面光滑51稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿 Ex=U/(xIn(R/r)=U/x =27.7(Ex-85.5)=27.7(U/x)-2451 當(dāng) 0，即在xU/Ecrit=x0區(qū)域內(nèi)，電子崩可不斷發(fā)展，若電子崩能轉(zhuǎn)化成流注，則間隙擊穿，此時存在臨界電子崩長度Xc Xc=Xo-r52稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿通過試算法可求得擊穿電壓Ub=99.5kV53稍

12、不均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著間隙距離的增加，擊穿電壓的增加出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。這是因為隨著間隙距離的增加，電場的不均勻程度增加，擊穿電壓的增加越來越慢的緣故。54稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿 稍不均勻電場中，根據(jù)經(jīng)驗公式：不均勻度f=Emaxd/U,U為外施電壓,f與電場分布中的最大場強Emax成正比。 擊穿電壓Ub=E0d/f, f越小，Ub越大（E0為臨界擊穿場強）。 在稍不均勻電場中，應(yīng)在可能的情況下盡量降低最大場強，來提高擊穿電壓。 為降低最大場強，經(jīng)常采用的數(shù)據(jù)是：對同軸圓柱結(jié)構(gòu)，R=3r；對同心圓球結(jié)構(gòu)，R=2.2r。55稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿 實際中，一般采用稍不均勻場的電極布

13、置結(jié)構(gòu)，例如同軸圓柱或同心圓球（半球）。 為降低最大場強，經(jīng)常采用的數(shù)據(jù)是：對同軸圓柱結(jié)構(gòu)，R=3r；對同心圓球結(jié)構(gòu)，R=2.2r。56極不均勻場中六氟化硫的擊穿與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6氣體在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣大。 當(dāng)電極曲率半徑小、氣壓低的時候，尖電極在SF6中的局部放電起始電壓約為在空氣中的2倍，只有當(dāng)尖電極的曲率半徑加大才增加到3倍左右57極不均勻場中六氟化硫的擊穿 極不均勻電場中SF6的擊穿電壓與空氣相比，提高得不會很多。 1.SF6氣體中有效電離系數(shù)隨電場強度而增加的速率比空氣的大，約為空氣的幾十倍。這就縮小了極不均勻電場中的SF6和空氣的Uc的差值。

14、2.SF6氣體電離后在高氣壓下不容易形成能改善電極附近電場分布的均勻空間電荷層（氣壓提高時空間電荷擴散得較慢，屏蔽作用減弱）。58極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻場，隨著間隙距離增加，擊穿電壓的增加有飽和現(xiàn)象，由于曲率較大的電極處局部放電產(chǎn)生的空間電荷的影響，SF6的正極性擊穿電壓比負極性的低。59極不均勻場中六氟化硫的擊穿壓力增大時，負極性擊穿電壓低于正極性擊穿電壓，這可能和高氣壓下球電極附近不易形成空間電荷層有關(guān)60六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性SF6氣體中，由于分子對電子的強烈吸附作用而減少了有效電子出現(xiàn)的概率，與空氣相比，其統(tǒng)計時延的分散性大，平均統(tǒng)計時延也長。61六氟化硫氣體的沖擊擊穿

15、特性負極性擊穿電壓低于正極性負極性放電時延分散性較小氣壓越高，放電分散性越大td在24s時，曲線開始上翹62六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性負極性操作沖擊電壓的沖擊系數(shù)較小SF6電氣設(shè)備的絕緣尺寸取決于雷電沖擊實驗電壓63六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數(shù)與電極尺寸，電壓波形以及電場均勻程度有關(guān)64六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性 1.與空氣相比，統(tǒng)計時延的分散性大 2.實際中多采用稍不均勻場操作沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓基本相同。 3.操作沖擊的擊穿電壓低于雷電沖擊的擊穿電壓。 4.負極性擊穿電壓低于正極性；負極性放電時延分散性較??；氣壓越高，放電分散性越大。65六氟化硫氣體沿固體介質(zhì)表面的放電值小，閃

16、絡(luò)電壓將下降66六氟化硫氣體沿固體介質(zhì)表面的放電設(shè)計SF6電力設(shè)備中的絕緣子時，應(yīng)注意固體介質(zhì)的外形結(jié)構(gòu)，不致因 值的下降而影響閃絡(luò)電壓，制造絕緣子的材料，以介電常數(shù)較小的為宜。67六氟化硫氣體沿固體介質(zhì)表面的放電電極附近的介質(zhì)表面粗糙，才使得沿面閃絡(luò)電壓降低。68六氟化硫氣體沿固體介質(zhì)表面的放電固體電介質(zhì)表面臟污、受潮，則閃絡(luò)電壓也會明顯下降69六氟化硫氣體沿固體介質(zhì)表面的放電電場不均勻程度對閃絡(luò)電壓的影響固體介質(zhì)表面粗糙度對閃絡(luò)電壓的影響固體介質(zhì)表面狀況對閃絡(luò)電壓的影響70含六氟化硫的混合氣體將SF6氣體與價格較低的空氣、氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）等氣體混合，其介電強度雖比純SF6氣體低，但只要混合比例合適，介電強度的下降并不很大。用這些含SF6的混合氣體來制造需用氣體量大的電氣設(shè)備（如SF6電纜），在經(jīng)濟上是合算的。71含六氟化硫的混合氣體72含六氟化硫的混合氣體當(dāng)SF6含量降到40%時，混合氣體的（E/p）c比純SF6下降20%，仍為空氣的3倍左右73含六氟化硫的混合氣體74含六氟化硫的混合氣體75含六氟化硫的混合氣體負極性操作沖擊電壓下，N2-SF6混合氣