极端气温下防止SF6气体液化的新措施
摘要：由于忻州地区所处黄土高原，有部分县为高寒地区，极端最低气温-40 ℃，导致部分变电站因气温较低，sf6气体液化造成断路器闭锁动作的事件发生，严重影响变电设备和电网的安全稳定运行。我们开展了《改善高寒地区变电设备运行环境科技创新》研究，该项目的开展，可有效改善sf6设备运行环境，极大的提高sf6断路器运行工况，确保设备、电网的安全稳定运行，具有极大的社会效益和经济效益。
关键词：高寒地区 sf6断路器 防止sf6气体液化 措施 1 措施的研究背景
sf6是一种无色、无味、无毒、化学性能稳定、不燃、在常温常压下呈气态的物质。这种物质导热、灭弧、绝缘效果较好，所以在10～220kv断路器中被当做绝缘中灭弧介质得到了推广和应用。sf6断路器具有良好的开断性能，不用维护，而且使用方便、安全可靠，可广泛应用在实际工作中。近几年来，电网设备更新换代较快，全部设备性能有了明显提高，110kv及以上断路器已全部更换为sf6设备，极大的提高了电网运行的可靠性和稳定性。但由于忻州地区所处黄土高原，有部分县为高寒地区，极端最低气温-40℃，导致部分变电站因气温较低，sf6气体液化造成断路器闭锁动作的事件发生，严重影响变电设备和电网的安全稳定运行。义井220kv变电站，220kv断路器原来厂家规定sf6气体密度继电器额定压力是0.6mpa，报警压力0.52mpa，闭锁压力0.5mpa；因气温原因，更换
sf6气体密度继电器后额定压力是0.5mpa，报警压力0.45mpa，闭锁压力0.4mpa，从而降低了断路器的短路开断能力，给断路器开断短路电流埋下了隐患。
为此，研究低温气象条件下，因sf6气体液化造成sf6断路器闭锁动作的措施就显得尤为重要。 2 措施研究的意义
为了改变这种对设备、电网运行极为不利的局面，我们开展了《改善高寒地区变电设备运行环境科技创新》研究，该项目的开展，可有效改善sf6设备运行环境，极大的提高sf6断路器运行工况，确保设备、电网的安全稳定运行，具有极大的社会效益和经济效益。 3 运行中出现的问题
忻州供电公司义井220kv变电站位于神池县境内，年平均气温4.3-4.6℃，一月份气温最低，平均气温为：-14℃，极端最低气温：-41.5℃；年平均降水量为481.3毫米，年平均日照时数为2816.7小时，无霜期平均110天。境内常年多刮偏西风，年平均风速4.1米/秒。温差大，户外电气设备对气温环境方面的要求就变得比较严格。该变电站使用的sf6型断路器在冬季运行中，若外界气温达到-30℃，则sf6气体压力会下降到0.498mpa，发生闭锁断路器控制回路的现象。 4 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℃），sf6的气体压力在常温条件下和温度成正比，sf6气体的绝缘强度与压力之间存在着密切的联系，在较均匀电场下，绝缘强度的增减与气体压力的增减成正比，但增量并不成线性比例。
sf6包括气、液、固三种状态，下图1是这三种状态转化的临界点图：
图1中afb曲线表示气态转变为液态或固态的临界线，也就是饱和蒸汽压力曲线。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；而lw10b-252型断路器的额定压力为0.6mpa，所以，当环境温度为-30℃时，断路器本体内的sf6气体是在气态液态的临界点，如果温度持续下降会转化成液态。若这在个时候分闸，可能影响断路器的灭弧作用，严重者断路器可能发生故障。
对上述问题产生的根源进行整体的分析后我们不难发现，sf6型断路器的使用环境条件为-30℃～+40℃，额定压力和闭锁压力分别为0.6mpa、0.5mpa，通过玻义耳-马略特气体状态方程pv/t=p1v1/t1进对分析结果进行计算。式中，p、p1、v、v1、t、t1、分别表示压力、变化后的压力、体积、变化后的体积温度（绝对温度） 、变化后的温度。
当体积不变，sf6气体压力随着温度的变化而变化，可计算出lw10b-252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℃-30℃）/（273℃+20℃）=0.498mpa
当sf6气体温度由-20℃变至-30℃时，sf6气体压力由0.6mpa变至0.498mpa，已经低于闭锁压力0.5mpa了。
根据断路器的控制及保护原理可以进行如下推断：通过安装在操作机构箱上的压力表对断路器本体中的sf6气体压力进行观测，当温度变化使压力降至0.5mp时，压力表的电接点闭合，断路器的跳闸回路也随之闭合，若此时线路出现故障，线路保护被开启以后，而断路器不能可靠动作，可能加剧线路故障的危害，最终损坏设备，或使保护越级动作。由此可见，温度是导致sf6气体压力下降使断路器控制回路闭锁的必要原因。 5 目前的解决方法
国内目前在sf6气体中混入一定比例的其他气体（如cf4或n2气体）能解决sf6气体在高寒地区冬天寒冷的环境温度下饱和、压力或密度降低的问题。但以sf6、n2或者ce4混合气体为绝缘和灭弧介质的sf6短路器的绝缘开断能力和热开断能力都要降低一个等级，且混合的比例极难掌握，不便于现场实际操作，实用性不大。 6 防止sf6气体液化新措施的技术路线
在断路器sf6储气罐外部安装一个加热装置，装置由温控器、交流接触器、电热器组成，由防sf6液化管理系统综合监控。使用交流220v电源，每相加热功率为200w，当加热装置内部温度低于-10℃时，装置自动投入，开始加热，热量通过绝缘电加热带，以绝缘导热的形式传导至sf6储气罐金属外壳，再传导给断路器内部的sf6气体，加热装置外面用橡塑保温材料密封起来，可以防止热
量散失，当加热装置内部温度分别达到50℃时，温控装置自动停止，开始保温。
防sf6液化管理系统对每个加热点设置同设备编号相同的编码，及时监控每个加热点的运行情况。正常工作信号的传输由温控器工作信号接点提供到后台机防sf6液化管理系统，同时该系统与现有生产管理系统接口，从而实现远程监控。因为sf6气体的热导率（导热系数）在常温下比空气低30%，但由于sf6气体分子量大（146.05），热容量大，如果包括气体对流效应，总的热传导能力远比空气好。而sf6气体的化学性质是非常稳定的，在已知的气态物质中是稳定性最好的物质之一，其惰性与氮气相似。在纯净状态下，甚至在玻璃熔融温度500-600℃下也不分解。一般在150℃以下，化学性质是稳定的。
7 目标及预期效果
推行上述措施以后，sf6气体压力由于环境温度下降而出现闭锁控制回路和发生液化的现象得到了有效地控制，实践表明，这些新的举措可以在实际工作中进一步推广应用。 参考文献：
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