耐低溫混合氣體斷路器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王路平++李炳葉++薛紅濤

摘 要：近年來，SF6/N2和SF6/CF4的混合氣體應(yīng)用于高壓開關(guān)設(shè)備中?；旌蠚怏w斷路器在低溫條件下容易出現(xiàn)局部液化，采用加熱器、耐低溫材料以及準(zhǔn)確的氣體混合工藝，可以確?；旌蠚怏w斷路器可在北方寒冷氣溫下穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：斷路器設(shè)計(jì)；低溫；混合氣體

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.192

我國地域遼闊，東西南北氣候差異巨大，在我國的新疆、內(nèi)蒙部分地區(qū)及東北地區(qū)，由于冬季氣候非常寒冷，混合氣體斷路器在這些溫度條件下使用時(shí)會(huì)發(fā)生六氟化硫氣體液化而無法正常工作，同時(shí)由于環(huán)境溫度太低，導(dǎo)致斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)特性發(fā)生變化，特別是液壓機(jī)構(gòu)的閥系統(tǒng)，在低溫環(huán)境下嚴(yán)重的可能會(huì)發(fā)生拒動(dòng)，嚴(yán)重威脅著斷路器的安全運(yùn)行。為適應(yīng)這些特殊環(huán)境的需要，需對(duì)斷路器采取特殊措施，以適應(yīng)極端環(huán)境下的工作。

1 使用殼體加熱器

為防止在低溫條件下斷路器性能降低，可以使用一個(gè)加熱器來避免六氟化硫液化引起氣體密度的降低。當(dāng)斷路器表面覆蓋一個(gè)外絕緣體時(shí)，可明顯降低加熱器的功率要求。罐式斷路器和罐式緊湊型斷路器普遍采用加熱帶和絕緣體。通常情況下，如果是罐式斷路器，那么殼體和安裝的套管共用一個(gè)氣室，這意味著氣室中的熱量可以經(jīng)過瓷套表面或復(fù)合套管表面散發(fā)。加熱器的功率必須增加上這部分的熱耗。

2 六氟化硫和氮?dú)饣蛩姆嫉幕旌蠚怏w的使用

添加氮?dú)饣蛩姆伎墒棺畹筒僮鳒囟冉档偷?60℃。兩種氣體在相當(dāng)?shù)偷臏囟纫夯?。?dāng)使用含有氮?dú)饣蛩姆嫉牧蚧旌衔飼r(shí)，如果六氟化硫的局部要壓力達(dá)到液化極限時(shí)，僅六氟化硫部分液化。六氟化硫的局部壓力越低，在相同的充氣壓力，斷路器的最低操作壓力越低。在低溫使用混合氣體時(shí)，就沒必要使用加熱帶。

表1規(guī)定了混合氣體斷路器氣體不同比率下的各氣體分壓（額定充氣壓力0.85MPa）。

3 混合氣體的處理及其特性

給斷路器充混合氣體有三個(gè)不同的確定過程：

（1）從制造廠作為最終產(chǎn)品得到混合氣體，這個(gè)混合氣體用于充到斷路器單元內(nèi)。必須規(guī)定氣體容器內(nèi)的氣體混合壓力，以確保在整個(gè)處理過程中（包括運(yùn)輸和充氣過程）六氟化硫不會(huì)出現(xiàn)局部液化。液化會(huì)導(dǎo)致氣體混合物發(fā)生變化和斷路器絕緣性能下降。（2）可以從獨(dú)立的氣體容器按順序向斷路器內(nèi)充氣，每個(gè)氣體容器包含混合氣體成分。在這個(gè)過程中，在相對(duì)應(yīng)的分壓值充六氟化硫氣體，然后添加其它成分氣體（氮?dú)饣蛩姆迹┲敝吝_(dá)到規(guī)定的充氣壓力。經(jīng)驗(yàn)證明，甚至斷路器在較長的時(shí)間沒有動(dòng)作，混合物也保持充分混合。一般在充氣三天后檢查混合物比例，以防斷路器性能受到影響。（3）使用商用混合設(shè)備，在充氣過程中控制氣體成分和流速，斷路器內(nèi)的混合氣體滿足目標(biāo)密度關(guān)系，這個(gè)充氣過程非常準(zhǔn)確，因而沒有必要進(jìn)行控制測量。

如果斷路器在裝配安裝或運(yùn)行中出現(xiàn)漏氣，斷路器內(nèi)的混合氣體就會(huì)發(fā)生變化，這種情況下，要使用六氟化硫比例測量儀測量混合物氣體成分，根據(jù)測量結(jié)果，添加單個(gè)成分氣體。

4 作為滅弧介質(zhì)的六氟化硫和六氟化硫混合氣體

對(duì)于斷路器的滅弧和開合能力來說，在熱和絕緣滅弧能力之間有所區(qū)別。在氣體密度降低情況下，兩個(gè)方面都有所劣化，這用于兩種情況，即短路開合能力和容性電流開合能力。

當(dāng)與最低溫度為-30℃的標(biāo)準(zhǔn)斷路器比較時(shí)，充有混合氣體的低溫?cái)嗦菲鞯臏缁『筒僮髂芰σ灿兴档汀．?dāng)使用N2作為最低溫度為-50℃的混合氣體斷路器中的第二種氣體成分時(shí)，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，下降接近額定短路電流的一個(gè)額定值水平；然而，如果使用CF4，預(yù)計(jì)最大下降僅為電流水平的一半。如果保持滿短路電流水平，那么根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，額定電壓水平必須下降一個(gè)額定值水平。

5 耐低溫?cái)嗦菲鞯脑O(shè)計(jì)

5.1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制元件用輔助加熱器

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制元件安裝在一個(gè)柜內(nèi)。每個(gè)柜包含一個(gè)冷凝加熱器和通風(fēng)系統(tǒng)。冷凝加熱器經(jīng)常操作來模擬通風(fēng)。對(duì)于-40℃或更低的環(huán)境溫度，連接一個(gè)經(jīng)過恒溫器控制的輔助加熱器，這可防止彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)緩沖器中出現(xiàn)較高的液體粘度。

5.2 特殊材料

將低溫不脆化的耐低溫鋼用于斷路器的支撐結(jié)構(gòu)，比如斷路器支架、底架和支柱。凹口桿構(gòu)件要足以承受斷路器的重力。用在低溫保持足夠彈性的橡膠材料制造的襯墊用于密封氣室和拐角齒輪上。用在溫度范圍從-60℃到130℃使用的潤滑脂對(duì)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所有軸承、運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)和拐角齒輪進(jìn)行潤滑。滅弧室單元與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中的相同。

6 型式試驗(yàn)

所有耐低溫混合氣體斷路器和其它斷路器一樣，都要進(jìn)行整套型式試驗(yàn)。這個(gè)型式試驗(yàn)包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的絕緣試驗(yàn)、短路電流開斷試驗(yàn)和負(fù)載電流開合試驗(yàn)。正如要求那樣，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行M1或M2機(jī)械壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)的焦點(diǎn)是所謂的氣候試驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)中，在最低和最高操作溫度的溫度循環(huán)中檢查機(jī)械操作特性。

7 結(jié)語

耐低溫混合氣體斷路器包括良好的和經(jīng)過試驗(yàn)測試過的元件，通過使用氣體混合物，提高了這些元件和其他密封材料、潤滑劑和附件加熱器（如要求）的性能。這意味著對(duì)每種應(yīng)用都有一個(gè)良好的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]徐國政等.高壓斷路器原理和應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2000.

作者簡介：王路平（1983-），男，河南新野人，主要從事高壓開關(guān)制造工藝研究工作。