CN1921048A - 提高sf6断路器低温工况开断能力的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高SF₆断路器低温工况开断能力的方法，是涉及SF₆断路器在低温状态下开断能力的方法。为了解决现有断路器在低温状态下开断能力下降的问题，本发明提供一种基于采用加热装置来提高低温工况下断路器开断能力的方法。本发明的步骤是：首先在拐臂箱背向拐臂一侧加装可以容纳两个加热器的筒状容器，该筒状容器与拐臂箱使用材料相同，并通过螺栓固定连接，以密封圈保持气密性，然后在筒状容器内安装两个螺旋状加热器，加热器通过圆盘固定于筒状容器上，圆盘与筒状容器之间由螺栓连接，将三相SF₆气体连接管路以保温材料包裹起来。本发明步骤简单，安装使用方便快捷，有效的解决了现有低温状态下断路器开断能力低的问题。

Description

提高SF6断路器低温工况开断能力的方法

技术领域：

本发明是涉及SF₆断路器在低温状态下开断能力的方法。

背景技术：

额定短路开断电流是标志高压断路器开断短路故障能力的参数。它是指断路器在规定条件下能保证正常开断的最大短路电流。

当环境温度降低到一定程度时，断路器灭弧室内SF₆气体将出现液化现象。随着环境温度的进一步降低，SF₆气体密度将逐渐减小，部分气体由气态变为液态，从而会造成断路器的绝缘性能和开断能力急剧下降，将严重影响电器设备的安全运行。所以使SF₆断路器的应用受到了地域的限制。

具体的说，假定断路器内SF₆气体额定充气压力为0.55Mpa(20℃绝对压力)，则当环境温度为20℃时，SF₆气体的密度为35kg/m³，这是产品技术条件规定的额定值。

当环境温度下降时，在灭弧室内气体密度保持不变的条件下，SF₆气体的工作点将向下滑动。当环境温度降到-35℃时，这时灭弧室内的SF₆气体即将出现液化现象。如果环境温度继续下降到-40℃时，此时气室内部分气体由气态变为液态，剩余部分仍处于气态，但气体密度将变为30kg/m³。由于断路器的绝缘性能和开断能力决定于气体密度，所以断路器的绝缘性能和开断能力都将降低。

在环境温度低于产品原设计中规定的允许最低环境温度的情况下，如果想继续保持或者提高断路器原设计的技术性能指标，现在一般采用以下三种方式：

第一种方式为产品设计中采用低气压的SF₆气体额定充气压力。在相同条件下，降低SF₆气体压力，可以使其液化温度降低。采用低气压的SF₆气体额定充气压力，可以使断路器在更低温度下工作，但其代价是降低了断路器的开断能力。因此，这种方法应用没有普遍性，对于一些既要求耐受低温又要求高的额定开断电流的地区就不能适用。

第二种方式为气室内采用混合型气体作为工作介质使SF₆的气体分压力处于较低水平。目前，国外断路器制造厂家以混合气体作为绝缘介质来提高SF₆断路器在低温环境下的开断能力的做法较为普遍，但其产品价格也很昂贵。该种方式中，不同气体混合后的组份检测、气体回收处理工艺较复杂，在技术上要求较高。我国各开关制造厂还不具备生产混合气体断路器的生产技术。但这种方式可以作为高压断路器的一种发展趋势。

第三种方式为采用对气室内SF₆气体加热的方式，加热随环境温度的改变具备自动投入和切除的功能，自动投切的温度整定值可以根据具体地区的实际情况进行人为调整，以满足现场运行的需要。在环境温度达到和低于整定温度值时启动运行，当环温高于整定温度值时退出运行。调试、操作均在低电位下进行，安全可靠。在国内开关生产厂家现有的技术水平上，这种方式对于72.5kV和126kV电压等级的高压SF₆断路器是一种较为合适的选择。对于220kV高压SF₆断路器，需要的加热功率较大，能量损耗和运行费用相应增大，且存在断路器内的温度分配不均匀、温差过大等问题，这几个问题也是气体加热方式被国外开关生产厂家所拒绝的原因，故低温地区的220kV系统推荐使用混合气体断路器。

技术内容：

本发明为了解决上述问题，提供一种基于采用加热装置来提高低温工况下断路器开断能力的方法。

本发明的步骤是：

首先在拐臂箱背向拐臂一侧加装可以容纳两个加热器的筒状容器，该筒状容器与拐臂箱使用材料相同，并通过螺栓固定连接，以密封圈保持气密性，然后在筒状容器内安装两个螺旋状加热器，加热器通过圆盘固定于筒状容器上，圆盘与筒状容器之间由螺栓连接，将三相SF₆气体连接管路以保温材料包裹起来。

本发明可以在外部单独设置一个智能温度控制箱通过导线与其连接。

本发明步骤简单，安装使用方便快捷，有效的解决了现有低温状态下断路器开断能力低的问题，防止了断路器内的气体液化现象，并且大大地提高了在低温状态下断路器的绝缘性能和开断能力。并对现有三种解决方式在存在的问题也相应的得到了解决。加热功率相应降低，能量损耗和运行费用相应减小，且断路器内的温度分配也均匀。

具体实施方式：

本发明首先在拐臂箱背向拐臂一侧加装可以容纳两个加热器的筒状容器，该筒状容器与拐臂箱使用材料相同，并通过六个螺栓固定连接，以密封圈保持气密性。该筒状容器内安装两个螺旋状加热器，加热器通过圆盘固定于筒状容器上，圆盘与筒状容器之间由三个螺栓连接，且不需保持气密性，因此加热器更换起来非常方便，而且不会对SF₆断路器的密封性能造成任何影响。另外，需将三相SF₆气体连接管路以保温材料包裹起来。

本发明可以在外部单独设置一个智能温度控制箱通过导线与其连接。智能温度控制部分装在一个单独的金属箱内，主要由电源开关、交流接触器以及温度控制器组成。并且智能温度控制箱是现有市场上通用的控制设备连接上即可。

本发明中加装的筒状容器与拐臂箱之间的连接不宜采用焊接，将筒状容器与拐臂箱铸成一体的难度更大，故采用螺栓固定连接的方式最为合适。

“拐臂箱加热”方案通过LW36-126型自能式高压SF₆断路器实施，并进行了断路器的低温试验。

该断路器主要技术参数如下：

断路器型号：LW36-126型自能式高压SF₆断路器

额定电压：126kV

额定电流：3150A

额定开断电流：40kA

额定SF₆气体压力(20℃表压)：0.6MPa

试验依据的标准及试验步骤同“加装支座”方案。

试验数据如下：

表1、SF₆气体压力数据

试验条件	环温	30℃	-28℃	-35℃	-40℃	-45℃	-50℃
								加热器功率	未投加热器	未投加热器	三相为500、500、1000W	三相功率均为1000W
	SF6气体压力MPa	A相	0.62	0.62	0.56	0.61	0.62								0.62
B相								0.62	0.61	0.55	0.57	0.60	0.61
		C相	0.60	0.60	0.61	0.59	0.60							0.62
备注								加热器电源：~220VA相加热器可投入的总功率：500W+500WB相加热器可投入的总功率：500W+1000WC相加热器可投入的总功率：1000W+1000W

表2、机械特性试验数据

项目	常温	-35℃	-40℃	-45℃	-50℃
						合不同期	0.6ms	0.6ms	0.6ms	0.8ms	0.7ms
合闸时间	73.6ms	77.9ms	79.7ms	83.1ms	85.0ms
						分不同期	0.5ms	0.4ms	0.4ms	0.4ms	0.2ms
分闸时间	34.4ms	34.3ms	38.0ms	35.3ms	35.3ms
						备注	以上合、分闸操作电压均在额定操作电压及额定操作压力下进行。

以LS790B型电子式卤素气体泄露检测仪对断路器进行密封性试验，检测结果表明断路器密封良好。

试验结果证明了“拐臂箱加热”方案的可行性和有效性。

该方案中，同样存在断路器灭弧室内SF₆气体温度分配不均匀、灭弧室顶部与底部SF₆气体温差大的问题。因此在确定加热器功率时，若加热器功率太小，则不能保证环境温度很低情况下的加热效果；若加热器功率太大，不仅会造成不必要的能量损耗，而且将会造成灭弧室顶部与底部SF₆气体的温差过大的问题。综合考虑，对于126kV电压等级的断路器，每相加热功率宜选900～1200W。

加热器采用一次性投切方式，加热器启动的整定温度设为-28℃，退出的整定温度也选为-28℃。如果考虑温控器温度误差问题，需保留一定裕度的话，投切的整定温度可选择得稍高一点。

对于采用SF₆气体加热方式我们提出了具体的解决方案，为此做了大量的结构设计工作和断路器低温试验工作，并不断地总结实际运行经验。以上数据与结论表明，“拐臂箱加热”方案具有可行性与实效性，可作为采用的首选方案，同时实际运行结果也充分证明了这一点。

通过该课题的研究，解决了由于低温环境下高压SF₆断路器中SF₆气体液化、在应用上受到地域(环境温度)限制的问题，为高压SF₆断路器在低温地区安全运行提供了可行的技术方法。

注：SF₆是指六氟化硫气体。

Claims (2)

1、一种提高SF₆断路器低温工况开断能力的方法，其步骤是：

首先在拐臂箱背向拐臂一侧加装可以容纳两个加热器的筒状容器，该筒状容器与拐臂箱使用材料相同，并通过螺栓固定连接，以密封圈保持气密性，然后在筒状容器内安装两个螺旋状加热器，加热器通过圆盘固定于筒状容器上，圆盘与筒状容器之间由螺栓连接，将三相SF₆气体连接管路以保温材料包裹起来。

2、根据权利要求1所述的提高SF₆断路器低温工况开断能力的方法，其特征在于：可以在外部单独设置一个智能温度控制箱通过导线与其连接。