SF6断路器在寒冷地区运行中的问题

摘要：近年来，SF₆断路器作为一种换代产品被广泛地运用于电力系统中。但就在高寒地区使用时，会出现一些问题，本文对这些问题进行了分析，并提出了解决的方法。

关键词：SF₆、密度继电器、临界温度

1　引言

SF₆是一种无色无味、没有毒性，化学性能稳定，不燃烧，在常温常压下呈气态的物质。它以其良好的绝缘、灭弧和导热性能，已被应用于10～220kV断路器中作为绝缘中灭弧介质。由于SF₆断路器具有良好的开断性能，而且免维护，安全性能高等优越性，在我国的很多地区得到了广泛的应用。

新疆引额济克工程水利枢纽"635"电厂与35kV变电所也采用了SF₆断路器，电厂和变电所共有SF₆断路器21台，其中户外型35kV断路器(LW8-35)两台，户内型10kV断路器(LN₂-10)19台，自投运以来，户内型断路器运行情况基本良好，但是，户外型SF₆断路器在运行中由于环境温度的影响，出现了一些问题。

2　运行中出现的问题

由于该电厂与变电所位于新疆阿勒泰地区的福海县境内，全年平均气温3.4℃，夏季最高气温39.4℃，冬季最低气温可达-42.7℃，年平均封冻天数为133天，折合4.5个月。温差较大，对户外电气设备的使用环境要求较高。35kV变电所使用的SF₆型断路器在冬季运行中，当环境温度达到-39℃时，出现SF₆气体压力下降(降至0.39MPa)而闭锁断路器控制回路的现象。而室内使用的10kV的SF₆断路器在冬季运行时，开关室的温度保证在-5℃以上，所以户内SF₆断路器未出现上述问题。

3　产生问题原因分析

SF₆是一种大分子量、密度较大的气体(在压力0.1MPa、温度20℃时的密度为6.25kg/m³)，其临界温度(即通过加大压力可使之液化的最高温度)为-45.6℃(N₂为-147℃，O₂为-118.8℃)，常温下SF₆气体压力与温度成正比，压力对SF₆气体的绝缘强度有较大的影响，在较均匀电场下，绝缘强度随气体压力的增加而增加，但增量并不成线性比例。

SF₆和其它物质一样，有固态、液态、气态三种状态，SF₆物质的三态转化临界点图，如图1所示：

图1　绝缘气体温度

图1中KTS曲线表示气态转变为液态或固态的临界线，也就是饱和蒸汽压X曲线。曲线之右侧为气态区域，曲线之左侧为液态和固态区域。由图1中可查得，-20℃时额定压力为0.6MPa，绝对压力为0.7MPa的SF₆气体，可查得其密度约为47kg/m³，相应的液化温度约-26℃。而LW8-35型断路器的额定压力为0.45MPa，所以，当环境温度为-37℃时，断路器本体内的SF₆气体就会转化为液态。如果此时分闸，断路器的灭弧能力将会降低，可能造成断路器事故。

对出现的问题进行探讨分析，可知SF₆型断路器的使用环境条件为-30℃～+40℃，额定压力0.45MPa，闭锁压力0.4MPa，分析结果也可以用玻义耳-马略特气体状态方程PV/T=P₁V₁/T₁进行计算验证。其中：P为压力；V为体积；T为温度(绝对温度) ；P₁为变化后压力；V₁为变化后体积；T₁为变化后温度。

当体积不变，SF₆气体压力随着温度的变化而变化，可计算出LW8-35型断路器的SF₆气体压力变化值，将参数代入式中得：

P₁=P×T₁/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa

当SF₆气体温度由20℃变至-39℃时，SF₆气体压力由0.45MPa变至0.36MPa，已经低于闭锁压力0.4MPa了。