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。

根据断路器的控制、保护原理可见，断路器本体中的SF₆气体压力由装于操作机构箱的压力表监测，当压力由于温度影响降至0.4MP时，压力表的常开接点打开，闭锁了断路器的跳闸回路，如果这时线路发生故障，保护启动后，而断路器不能可靠动作，将会引起事故扩大，造成保护越级动作，或者是设备损坏事故的发生。

通过上述分析，可知造成SF₆气体压力下降而闭锁断路器控制回路的现象是由温度降低引起。

4　解决问题的两种方法

为了防止上述事故的发生，保证LW8-35型断路器在冬季能够安全运行，通过以上分析，可采以如下措施：

(1)　给SF₆气体加热

经过对该断路器的外部结构进行研究，在断路器底部与基础支柱之间的空间(大小为2.74×0.85×0.32m、L×W×H)，可以在底部安装一个加热装置，装置由温控器(ETS-2型)、交流接触器、电热器组成，使用交流220V电源，加热功率1500W左右，当加热装置内部温度低于5℃时，装置自动投入，开始加热，热量通过断路器底部的金属外壳传递给断路器内部的SF₆气体，加热装置外面用保温材料密封起来，可以防止热量散失，当加热装置内部温度达到20℃时，温控装置自动停止，开始保温。通过上述措施，可以防止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。

(2)　将普通压力表更换为密度继电器

由于SF₆气体压力随着温度的变化而变化，用普通压力表来监视SF₆气体压力的泄漏，在正常运行中分不清是由于真正存在气体泄漏，还是由于环境温度而造成对SF₆气体压力的变化，而密度继电器只反映SF₆气体密度的变化，它能自动修正温度对压力变化的影响，所以将普通压力表更换为密度继电器后就可消除上述影响。

在解决35kV变电所LW8-35型断路器的问题时，采用了将压力表更换为密度继电器的办法。几年来在运行中再未出现因环境温度下降而出现闭锁控制回路的问题。

5　结束语

综上所述，工作在高寒地区同的SF₆断路器选型时，应充分考虑当地的环境温度，保证所选的SF₆断路器使用条件能够满足当地的环境温度。