六氟化硫气体绝缘专业：电机与电器六氟化硫绝缘气体前言电气设备传统的绝缘介质和灭弧介质是绝缘油。

电力变压器几乎全是采用绝缘油的，这是因为绝缘油具有比空气强度高的多的绝缘特性，其比热比空气大一倍，且液态受热后具有对流特性，故使它在变压器内既作绝缘介质又作冷却介质。

油断路器开断电流时，绝缘油被电弧能量所分解，形成以氢气为主体的高温气体，积贮压力，达到一定值后形成气吹，由于氢的导热率极高，使弧道冷却去游离，导致电弧在电流过零时熄灭，同时使断口间获得良好的绝缘恢复特性，保证了大电流的顺利开断，因此油在断路器内既是良好的绝缘介质，又是优异的灭弧介质。

但绝缘油的最大缺点是可燃性，而电气设备一旦发生损坏短路，都有可能出现电弧，电弧高温可使绝缘油燃烧而形成大火。

电力系统因此而形成的火灾事故是有不少教训的。

六氟化硫气体具有不可燃的持性，并具有良好的绝缘性能和灭弧性能，60年代时首先被用于断路器中，接着扩大应用于变压器、电缆……等各种电气设备。

SF6气体绝缘的电气设备与充油电气设备相比，它具有以下主要特点：(1)不易着火、安全性高。

常温、常压下的SF6为不燃气体，万一设备本身出现故障或周围发生火灾时，SF6不会燃烧，可防止火势的蔓延。

封闭组合电器的带电部分全部密封在接地的金属壳内，无触电的危险，面且不存在因飞来物等外因引起的有关事故，能确保安全运行。

(2)使用寿命和检修周期长。

SF6电气设备为完全密封结构，外部的空气、水分和其它杂质等不易侵入，一般不会出现内部受潮和气、尘污染等现象，其内各部件又为不活泼的SF6所包围，从而减缓了电气材料的老化。

SF6本身不易变质，沉积物和其它污染杂质也较少，与充油设备相比，相对延长了设备的使用寿命和检修周期。

(3)占地面积小，安装、操作简便。

全封闭的SF6组合电器设备，其结构十分紧凑，体积小，使用、安装的占地面积也小。

据统计，一个采用全封闭组合电器的变电所的占地面积仅为敞开式变电所的20％。

SF6断路器和变压器的安装、操作比较简单，其总重量比充油设备轻得多，运行时的噪声也较小。

(4)性能优良、远行可靠。

SF6的绝缘特性比空气好，开断容量大，为优良的灭弧介质。

在相同条件下，其灭孤能力相当于空气的100倍；灭孤后又不产生游离碳之类的炭质物，运行安全可靠。

第一章 SF6气体的性质一理化性质纯净的SF6气体无色、无味、无毒、不燃烧，属惰性气体在0.098ＭＰa压力下，相对于空气的比重为 5.19（6.9/1.29），液化温度为-62℃。

它是由一个硫原子和六个氟原子组成。

其分子结构由硫原子位于中心，六个氟原子位于顶端的正八面体。

图1 结构式图2 正八面体示意图表1 SF6重要物理性质名称数值升华温度（0.101325MPa,℃）—50.8临界温度（℃）—63.8临界压力（MPa）45.6介电常数（0.101325MPa,25℃） 1.002热导率（w/cm,℃）0.0147（0.10325Ma.30℃）密度气态（mg/cm3） 6.46 液态（mg/cm3） 1.57 固态（mg/cm3） 2.51（1）溶解度溶解水正庚烷异辛烷甲苯四氯化碳三氟三氯乙烷二硫化碳溶解度×104）0.05 100.55 153.5 33.95 65.54 278.6 9.25（2）热稳定性SF6在常温甚至较高温度下一般不会发生自分解反应，它的热分解温度在500℃左右。

热分解时形成的组分十分复杂，且因温度不同。

（3）化学性质SF6气体不溶于水和变压器油，在温度低于800℃时仍然为惰性气体，不燃烧，在炽热温度下也不与氢气、氧气、铝、铜以及其它许多物质发生作用，水、酸、碱也不会使它分解。

因此，它的化学性质比较稳定。

二电气性能（1）绝缘性能：如前所述，SF6分子结构是以一个硫原子为中六个氟原子处于各顶端的正八而体，而氟原子又是一个在各元素中电负性名列前茅的元素，也就是说它的电子捕获截面极大，据有极强的吸附电子的能力。

而且—个SF6分子中有六个氟原子之多，可想而知，它的电负性是十分可观的(SF6的电子亲和力为EA＝3.4ev)。

正是出于上述理由，进行了大量的实验研究工作，证实了它的确是一种电绝缘性能超群的化合物。

1937年法国首先将其作为绝缘介质用于高压绝缘电器设备中。

实验表明，在相同的压力和温度SF6的绝缘耐力(击穿强度)为空气的2—3倍，在三个大气压下可与常压下的绝缘油相匹敌。

（2）灭弧性能：SF6气体广泛应用于高压开关系统的重要原因之—就在于其优越的灭弧性能。

灭弧时在电弧过零的瞬间，电极间的电子，借助于SF6分子的强电负性而附着其上。

由于SF6分子质量为电子质量的几十万倍，故它移动得很慢，不能获得使电子再次冲击的速度从而使电弧熄灭。

SF6的灭弧能力约为空气的100倍，因此特别适用于高电压大电流的开断。

其优越之处如下：①即使在电弧作用下发生分解时它也不会象绝缘油那样产生能导电的碳原子而是产生出极微量的电能性类似于SF6的含硫低氟化物。

②电弧时间常数是反映灭弧速度的一个重要指标。

对圆柱体电弧而言，该值与电弧的半径的平方成比例。

即使在静止状态下，SF6的电弧时间常数也是非常小的，要比空气等介质优越两个数量级以上[3]。

正是由于其极小的电弧时间常数，以及SF6分子在电弧作用下分解迅速恢复能力，SF6断路器发挥了优越的绝缘恢复特性。

表2 SF6与空气和绝缘油之间的比较三 SF6气体的毒性问题纯净的新的SF6气体无色、无味、无臭、不燃，在常温下化学性能稳定，属惰性气体。

但在电力系统，由于SF6气体主要充当绝缘和灭弧介质，在断路器或GIS 分断操作过程中，在点弧作用、电晕、火花放电和局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解，它的分解物遇到水分后变成腐蚀性电解质，尤其是某些高毒性分解物，如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2，它们会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果吸入量大，还会引起头晕和肺水肿，甚至致人死亡。

在密闭空间，由于空气流通缓慢，分解物在室内沉积，不易排出，从而对检修与巡视人员产生极大的危险；而且由于SF6装置室发生SF6气体泄漏，极有可能造成恶性事故。

第二章SF6气体绝缘电气设备与检测一封闭式气体绝缘组合电器（GIS）GIS由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭在SF6金属外壳中。

与传统的敞开式配电装置相比，GIS具有下列突出优点：①大大节省占地面积和空间体积：额定电压越高，节省得越多。

②运行安全可靠：GIS的金属外壳是接地的，即可防止运行人员触及带电导体，又可使设备运行不受污秽、雨雪、雾露等不利的环境条件的影响。

③有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场的影响。

④安装工作量小、检修周期长。

图3封闭式气体绝缘组合电器二气体绝缘管道输电线（GIC）气体绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆（GIC)，它与充油电缆相比具有下列优点：①电容量小：GIC的电容量大约只有充油电缆的1/4 左右，因此其充电电流小、临界传输距离长。

②损耗小：常规充油电缆常因电介质损耗较大而难以用于特高压，而GIC的绝缘主要是气体介质，其介质损耗可忽略不计，已研制成特高压等级的产品。

③传输容量大：常规电缆由于制造工艺等方面的原因，其缆芯截面一般不超过2000mm2，而GIC则无此限制，所以GIC的传输容量要比充油电缆大，而且电压等级越高，这一优点越明显。

④能用于大落差场合。

图4气体绝缘管道输电线三检测原理六氟化硫化学性能稳定，在常温常压下不会发生任何反应。

但在运行过程中，当存在故障电弧、火花放电、局部放电、过热故障时，由于高温或电子碰撞作用，六氟化硫分子会发生离解。

对六氟化硫电气设备进行故障诊断，主要依据之一，是设备内的放电故障类型不同会产生不同成分的六氟化硫分解产物，即特征气体。

因此通过分析设备内六氟化硫分解产物，可以判断放电故障类型及故障程度。

大量研究表明大量研究表明：不管哪种形式的放电，SF6发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系，并且当处在高能量放电形式(如电弧放电)下时将产生大量的分解气体，出现局部放电下很少出现的气体成分如SF4、CF4等，且产物中SOF2含量较其他形式放电而言要高。

因此，目前普遍认为通过SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大，SO2含量增多，SOF2/ SO2F2体积分数之比增大等；通过H2S组分含量大小可判断故障的放电能量及故障是否涉及固体绝缘；通过CF4含量可分析判断固体绝缘情况。

表3 各种放电类型下SOF2和SO2F2生成量的比较放电形式放电时间或操作次数SO2F2（x10-6）SOF2（x10-6）SO2F2/ SOF2（比值）电晕放电，局部放电（10~15pC）260h 15 35 0.43火花放电，170kV 隔离开关开断电容性放电200次400次521971460.050.14245kV断路器开断电弧放电31.5kA，5次18.9kA，5次<50<5033901560<0.01<0.03第三章 SF6气体变压器一．SF6变压器的结构（1）铁心结构气体的导热性能远不如绝缘油，所以铁基本与油浸式变压器相同，由于SF6心的磁密略低于油浸变压器，对冷却回路设计要求较高。

由于SF气体的电气绝6缘性能在常压下低于绝缘油。

所以中小型变压器绕组的绝缘距离稍大，冷却气道要大些，铁心尺寸要比油浸变压器大些。

大型变压器的铁心要增加冷却气道。

（2）绕组绕组型式有圆筒式，回旋式，纠结式和内屏蔽式。

导线采用E级，F级或H 级绝缘，大型变压器采用曲折型导向冷却气道。

绕组要求场强均匀避免尖端效应。

（3）绝缘在正常大气压下SF气体的电气绝缘强度为空气的2-3倍，随气压的增高，6绝缘强度亦成倍增加。

为了降低成本，中小型气体变压器箱内的气压，在室温下，仅为大气压的1.2倍左右。

高电压气体变压箱内的气压为大气压的2-3倍左右，这时气体的绝缘强度可以接近绝缘油的强度，绕组的绝缘距离可缩小，然而面箱壳需加固，以承受较高的气压。

气体的冲击绝缘系数较低约为1.2-1.4。

（4）气体压力及监视气体变压器的正常充气电压为137.3kPa，高压电缆箱及有载调压开关SF6气体压力分别为392.3kPa和29.4kPa，气体变压器的绝缘在98.1kPa压力时也能耐受系统的最高电压。

气体变压器上装有温度补偿压力开关，可以根据用户要求设置高、低气压的报警及跳闸压力。

虽然气体的压力随温度的变化而变化，但由于进行了温度补偿，温度补偿开关压力指示的气体压力为折算到20℃时的压力。

（5）气泵气泵是气体变压器的重要部件，一般当主变负荷率达到50%以上时，需将气泵投入运行，以增加散热效果。