SF6气体替代技术及真空断路器的高电压化研究

2022-07-25 14:10 顾立立

近年来，国际各国都在绝缘气体领域上增强环�；钊胙芯�，目前已经研究开发出以下几种可替代SF6的代表性气体：CO2/O2混淆气体、C5氟酮(C5-FK)与CO2/O2混淆气体、C4氟腈(C4-FN)与 CO2/O2混淆气体、干燥空气(适用于真空断路器)等。不过,目前这些气体断路器的电压品级仅限于145~170kV，而将来的开发目标是向550kV 扩展。与此同时，虽然仅接纳CO2与O2等天然气体的研究取得了进展，但由于未添加C5-FK、C4-FN 等含氟气体,其产品尺寸是同规格SF6气体绝缘产品的1.5倍左右，因此在小型化技术研发等方面丞待取得巨大突破。

目今行业内，目前可替代气体产品的额定电压规模在145kV以下，普遍接纳真空断路器和天然气体绝缘，可是在145kV以上电压品级的领域尚无有效解决计划。这主要限于SF6替代技术的研发之高要求，需考量对情况、气体的影响及宁静性，包括剖析气体、剖析生成物在内，毒性和替代气体处理难度是否与SF6等同，考量在产品规格确定的使用条件下能否正常试验。虽然，我们亦要考量到替代气体的研发本钱及是否能实现量产和稳定供应问题，是否在包括设备制造、装置、运营、维护等寿命周期本钱上具备和SF6产品的竞争性，最后在设备结构和电压规模的扩展上，更是要求替代气体新产品能够在户内、地下等有限装置空间的场合实现对目今设备的更替，虽然，电压品级上能够适用于最高事情电压550kV的系统。

由此可见，在SF6替代气体的产品实际落地上，目前另有一定的路程需要走。由于真空断路器不接纳温室效应系数极高的SF6气体作为灭弧介质,因此自2015年第21次气候变革框架条约缔约国集会(COP21)上签订巴黎协定以来,人们迫切期望真空断路器向高电压、大容量领域扩展。国际上，多个兴旺国家都提出了阶段性破除SF6产品的路线图，计划从2025年到2031年依次对 145kV以下、245kV以下、245kV以上产品中使用的SF6气体进行管制。近些年来，我们研究院在真空断路器的高电压化上取得一定结果，并认为这或是另一种解决SF6高污染问题的可行性计划之一，乐成研发了ZW□-126/M2500-40户外高压双断口真空断路器、ZW47(B)-40.5/T2000-31.5户外智能高压投切电容真空断路器、IZW58-24/T1250-20智能户外高压交流真空断路器等多款海内首创、国际领先的国家重点科研攻关设备，具有绝缘性能更好，体积更小、绿色环保低碳等优异特点，受到市场广泛好评和认可，并为国际海内的环保事业孝敬了壹定发智慧。

在真空断路器领域多年首创性、领先性的研发事情中，我们研究院也积累了富厚的技术和经验。

真空断路器的开断性能很洪流平上取决于触头质料。触头质料一般接纳合金质料,在铜基质料的基础上添加铬钴等高温下难以融化的质料，以及铅、铋等熔焊时易于剥离的质料。凭据其用途和本钱，划分使用熔融烧结、熔浸等制造工艺。但上世纪90年代以来,铜铬烧结质料占据了主流职位。目前,为提高其性能,我们研究院正在进行质料粒度及微量添加质料方面的研究。

结合行业经验，我们在研发真空断路器时，往往凭据断路器容量巨细来决定触头选择。较小容量的断路器一般接纳对接式平板触头结构，在中等容量断路器中，接纳内设螺旋状沟槽的磁驱触头。在磁驱触头中，形成了驱动电弧的磁场，通过驱动电弧可有效控制触头内部温升。在大容量断路器中，接纳纵磁场触头结构,即利用线圈型、螺旋型触头形成与电弧平行的纵磁场。利用纵磁场使电弧在触头外貌扩散,进而抑制触头内部温度的上升。近年来，我院开展了利用触头外貌温度视察和评价电弧运动的研究。

关于触头老炼的问题，众所周知,通过触头间的重复放电，可以去除触头外貌的氧化物或微小凸起，可有效提高产品的耐压水平。我们通过试验和行业经验总结出一套计划，即开断适度电流的电流老炼可利用电弧使触头外貌熔融，通过快速冷却在触头外貌形成细微层，抵达提高产品耐压水平的目的。

而在多端口绝缘技术上的研究，我院一样取得了一定的技术突破。关于真空灭弧室,随着断口长度的增大，其绝缘强度上升率下降。在高压真空断路器的高电压化方面，串联设置真空灭弧室的多断口技术虽然有效,但在罐式真空断路器中，由于罐体接地，因分压偏差会导致绝缘性能和开断性能降低。近年来，在优化配置分压电容方面，我院利用三维有限元法进行了最佳静电电容设计的研究。

相关于SF6替代性气体的研究，真空断路器的高电压化生长更是值得瞩目期待，我院也将连续往更高电压系统突破。

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