第二節(jié)　SF6斷路器

一、SF6氣體的特性

六氟化硫是一種無毒、不燃的氣體，具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，將其應(yīng)用于斷路器、變壓器和電纜等電氣設(shè)備，顯示出礦物油無可比擬的優(yōu)越性。

1.SF6氣體的優(yōu)良特性

其一，SF6氣體熱容量大。SF6氣體的分子在分解時(shí)吸收的能量多，對(duì)弧柱的冷卻作用強(qiáng)。其二，SF6氣體環(huán)境下的電弧能量小。SF6氣體在高溫時(shí)分解出的硫、氟原子和正負(fù)離子，與其他滅弧介質(zhì)相比，在同樣的弧溫時(shí)有較大的游離度，在維持相同游離度時(shí)，弧柱溫度較低，因此，SF6氣體中電弧電壓較低，燃弧時(shí)的電弧能量小，對(duì)滅弧有利。其三，SF6氣體分子的負(fù)電性強(qiáng)。所謂負(fù)電性，是指SF6氣體分子極易捕獲、吸附自由電子形成低活動(dòng)性負(fù)離子的特性。SF6氣體負(fù)電性強(qiáng)，加強(qiáng)了去游離，降低導(dǎo)電率。在電弧電流過零后，弧柱溫度將急劇下降，分解物急速復(fù)合。因此，SF6氣體弧隙的介電性能恢復(fù)速度很快，能耐受很高恢復(fù)電壓，電弧在電流過零后難重燃。

2.SF6氣體的危害及其對(duì)策

SF6的危害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是高溫電弧分解產(chǎn)物和其本身（或分解產(chǎn)物）與接觸介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成物對(duì)生物的毒性作用；其二是六氟化硫作為一種溫室氣體對(duì)環(huán)境的危害。

電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時(shí)產(chǎn)生某些有毒產(chǎn)物，這種物質(zhì)對(duì)絕緣材料、金屬材料、玻璃、電瓷等含硅材料有很強(qiáng)的腐蝕性。例如，SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應(yīng)；與電極（Cu-W合金）及金屬材料（Al、Cu）反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物；與含有硅成分的環(huán)氧酚醛玻璃絲布板（棒、管）等絕緣件，或以石英砂、玻璃作填料的環(huán)氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學(xué)作用，生成SiF4、Si（CH3）2F2等產(chǎn)物。

因此，在制造、運(yùn)用和檢修SF6斷路器時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面。

①必須嚴(yán)格控制SF6氣體中的水分。現(xiàn)在通常從以下幾個(gè)方面采取措施：加強(qiáng)斷路器的密封；組裝斷路器時(shí)，先要對(duì)零部件進(jìn)行徹底烘干；嚴(yán)格控制SF6氣體中含水量；嚴(yán)格控制斷路器充氣前的含水量；在SF6斷路器內(nèi)部加裝吸附劑。

②由于SF6氣體在滅弧時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，在排放廢氣和拆開斷路器滅弧部件時(shí)，應(yīng)戴防毒面具、防護(hù)手套，穿長(zhǎng)袖工作服，盡量不露出皮膚，處理有毒廢料時(shí)應(yīng)戴防護(hù)手套。

③排出SF6廢氣時(shí)，應(yīng)通過濾罐過濾有毒粉塵后放到大氣中。

④斷路器部件的拆裝、檢修一般應(yīng)在干燥、清潔的室內(nèi)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)天氣應(yīng)穩(wěn)定無雨且空氣濕度不得大于80％。

⑤為防止斷路器內(nèi)部進(jìn)入潮氣和灰塵，拆卸處理過的部件應(yīng)馬上用塑料布（袋）包好并系緊。

二、SF6斷路器的結(jié)構(gòu)類型

常見的SF6斷路器結(jié)構(gòu)按照對(duì)地絕緣方式不同分為以下兩種類型。

①落地罐式　這種斷路器的總體結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。它把觸頭和滅弧室裝在充有SF6氣體并接地的金屬罐中，觸頭與罐壁間絕緣采用環(huán)氧樹脂支持絕緣子，引出線靠絕緣瓷套管引出。該結(jié)構(gòu)便于安裝電流互感器，抗振性能好，但系列性能差。

②瓷柱式　瓷柱式斷路器滅弧室可布置成“T”形或“Y”形，110kV、220kV的SF6斷路器隨開斷電流增大，制成單斷口斷路器，布置成單柱式，如圖2-12所示。滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣瓷套對(duì)地絕緣。

220kV的SF6斷路器在高速客運(yùn)專線鐵路牽引變電所得到應(yīng)用。

SF6斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)可分為單壓式和雙壓式兩種。

①單壓式（壓氣式）滅弧室　單壓式滅弧室又稱壓氣式滅弧室，只有一個(gè)氣壓系統(tǒng)，即常態(tài)時(shí)只有單一壓力的SF6氣體。滅弧室的可動(dòng)部分帶有壓氣裝置，分閘過程中，壓氣缸與觸頭同時(shí)運(yùn)動(dòng)，將壓氣室內(nèi)的氣體壓縮。觸頭分離后，電弧即受到高速氣流縱吹而將電弧熄滅。滅弧室中，壓氣活塞是固定不動(dòng)的，靜觸頭與動(dòng)觸頭之間的開距也是固定不變的。

②雙壓式滅弧室　它有高壓和低壓兩個(gè)氣壓系統(tǒng)。滅弧時(shí)，高壓室控制閥打開，高壓SF6氣體經(jīng)過噴嘴吹向低壓系統(tǒng)，再吹向電弧使其熄滅。滅弧室內(nèi)正常時(shí)充有高壓氣體的稱為常充高壓式；僅在滅弧過程中才充有高壓氣體的稱為瞬時(shí)充高壓式。

三、瓷柱式單壓力SF6斷路器結(jié)構(gòu)與工作原理

瓷柱式SF6氣體斷路器是一種定開距、單壓力、雙向縱吹、瓷瓶支柱式高壓開關(guān)。正常運(yùn)行中，SF6氣體壓力在20℃時(shí)為0.5MPa。配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，三相聯(lián)動(dòng)或兩相聯(lián)動(dòng)，用于牽引變電所110kV側(cè)（220kV側(cè)）和55kV牽引側(cè)，作110kV（220kV）電源進(jìn)線的控制、保護(hù)之用。其結(jié)構(gòu)如圖2-13所示。

1.結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

該斷路器主要由機(jī)構(gòu)箱、支持瓷套、開斷元件三部分組成。

（1）機(jī)構(gòu)箱

斷路器的機(jī)構(gòu)箱一般由輕型鋁合金鑄成，如圖2-14所示。

機(jī)構(gòu)箱下部裝有緩沖裝置，用于吸收斷路器分閘末期剩余操作功；機(jī)構(gòu)箱下部還裝有分閘彈簧裝置，在斷路器合閘過程中被壓縮或拉伸儲(chǔ)存能量，分閘時(shí)釋放能量帶動(dòng)斷路器分閘。

機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部隔成兩個(gè)氣室，空氣室和SF6氣室。中間隔板上裝有大軸和若干拐臂組成的水平變直機(jī)構(gòu)，用于將水平拉桿（與操動(dòng)機(jī)構(gòu)相連）水平方向上的操作功變?yōu)榻^緣提升拉桿垂直方向上的操作功，驅(qū)使斷路器分、合閘。

空氣室中大軸上的兩個(gè)拐臂分別與水平拉桿和分閘彈簧或緩沖器相連。SF6氣室中大軸上的拐臂與支持瓷套管中的絕緣提升拉桿相連，內(nèi)充SF6氣體。該氣室外殼上裝有充氣閥（用于充放SF6氣體）和密度監(jiān)測(cè)計(jì)（用于監(jiān)視SF6氣體的壓力）。若因泄漏，使SF6氣體壓力下降時(shí)，能發(fā)報(bào)警信號(hào)及進(jìn)行閉鎖操作。

機(jī)構(gòu)箱固定在金屬框架上，金屬框架固定在鋼支柱上。

（2）支持瓷套［圖2-15（a）］

支持瓷套為斷路器開斷元件的支持絕緣件，使滅弧室開斷元件帶電部分與接地部分之間絕緣，并承受操作力及外力。支持瓷套內(nèi)裝有絕緣提升拉桿，其上端與壓氣缸操動(dòng)桿相連，下端與機(jī)構(gòu)箱中SF6氣室內(nèi)拐臂相連，并充有SF6氣體。

（3）開斷元件［圖2-15（b）］

開斷元件是斷路器重要組成部分，它主要由以下幾部分組成。

①滅弧瓷套　滅弧瓷套是斷路器滅弧室的主體。內(nèi)充SF6氣體，同時(shí)作為斷口間的外絕緣，在開斷情況下，將帶電的上靜主觸頭、靜弧觸頭與相應(yīng)的下靜主觸頭、動(dòng)弧觸頭隔離，并支撐帶電的上蓋。

②上、下端蓋　上、下端蓋和滅弧瓷套共同組成斷路器的滅弧室，上端蓋從頂端密封滅弧室，上端蓋下表面與上集電筒電連接并固定有吸收劑容器（裝在上集電筒內(nèi)，內(nèi)裝兩種吸收劑，分別吸收分合閘時(shí)，電弧的高溫分解SF6氣體產(chǎn)生的有害分解物和SF6氣體中殘留的濕氣），同時(shí)上端蓋經(jīng)上接線板與電流進(jìn)線連接。下端蓋上表面與下集電筒電連接并從底端密封，支撐滅弧瓷套，同時(shí)經(jīng)下接線板將電流引出。

③上、下集電筒　上、下集電筒均為斷路器導(dǎo)電回路的固定部件。上集電筒內(nèi)中部連接固定有棒狀靜弧觸頭，筒下端內(nèi)側(cè)連接固定上靜主觸頭。下集電筒頂端安裝固定有壓氣活塞，筒上部外表安裝有下靜主觸頭。壓氣活塞和下靜主觸頭與壓氣缸滑動(dòng)接觸。筒內(nèi)有壓氣活塞支撐裝置，并使壓氣缸操動(dòng)桿通過其中。上、下集電筒間形成一定開距，即觸頭間隙。下集電筒照片如圖2-16。

④壓氣缸及滅弧噴口　壓氣缸為一銅質(zhì)圓筒，圓筒蓋上面固定有動(dòng)弧觸頭，滅弧噴口套裝在動(dòng)弧觸頭之外，噴口下部外表面安裝有動(dòng)主觸頭。圓筒頂蓋下面固定壓氣缸的空心操動(dòng)桿。空心操動(dòng)桿與支持瓷套內(nèi)的絕緣提升拉桿相鉸接。

⑤動(dòng)靜觸頭系統(tǒng)　該斷路器動(dòng)靜觸頭系統(tǒng)由一對(duì)主觸頭和一對(duì)弧觸頭組成，合閘時(shí)主觸頭、弧觸頭均接觸導(dǎo)電，主觸頭起到主導(dǎo)電作用；分閘與合閘過程中，弧觸頭總是先于主觸頭分離或接觸，電弧首先在弧觸頭上燃燒，起到保護(hù)主觸頭的作用。一對(duì)弧觸頭由桿狀的下動(dòng)弧觸頭和上靜弧觸頭構(gòu)成，其照片如圖2-17。

2.瓷柱式SF6斷路器的工作過程及導(dǎo)電回路圖

①合閘過程　斷路器在分閘位置時(shí)，壓氣缸頂蓋坐落在下集電筒壓氣活塞上，壓氣缸因圓筒插入下集電筒上，壓氣缸及滅弧噴口與上集電筒觸頭脫離，電路斷開。

當(dāng)操動(dòng)斷路器合閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作使水平傳動(dòng)桿向右運(yùn)動(dòng)，通過空氣室側(cè)的拐臂，使大軸逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)分閘彈簧儲(chǔ)能（壓縮）為分閘作準(zhǔn)備，SF6氣室側(cè)與絕緣拉桿相連的拐臂逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過絕緣提升拉桿、壓氣缸操動(dòng)桿驅(qū)使壓氣缸（與壓氣活塞滑動(dòng)接觸）向上運(yùn)動(dòng)，滅弧噴嘴上的動(dòng)主觸頭與上靜主觸頭接觸，上靜弧觸頭（棒形）與滅弧噴嘴內(nèi)的動(dòng)弧觸頭接觸，斷路器完成合閘。

②分閘過程　分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣，使分閘彈簧釋放能量（伸展），驅(qū)使機(jī)構(gòu)箱內(nèi)拐臂順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)拐臂、大軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)→與絕緣拉桿相連的拐臂順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)支持瓷套內(nèi)的絕緣提升拉桿及壓氣缸向下運(yùn)動(dòng)→使動(dòng)主觸頭與上靜主觸頭先脫離接觸，隨后，動(dòng)、靜弧觸頭脫離接觸，弧觸頭間產(chǎn)生電弧。

壓氣缸向下快速運(yùn)動(dòng)，使位置固定的壓氣活塞壓縮壓氣缸內(nèi)的SF6氣體，產(chǎn)生滅弧所需的壓力，壓縮的SF6氣體通過滅弧噴口與動(dòng)弧觸頭間的弧道（間隙）分別向上、向下縱吹電弧，使電弧熄滅，斷路器完成分閘。

滅弧過程如圖2-18所示。

3.瓷柱式SF6斷路器的導(dǎo)電回路

電流引入線→上端蓋接線板→上集電筒及上靜主觸頭和靜弧觸頭→壓氣缸→下靜主觸頭及下集電筒→下端蓋接線板→電流引出線。