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在當今的電力工程領域中,六氟化硫是一種應用廣泛的電負性氣體,從它發明至今,已有百年歷史。它最初是由法國兩位化學家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體,1940年前后,美國軍方(fang)將(jiang)其用(yong)于曼(man)哈頓(dun)計劃(核(he)軍事),1947年(nian)成為商用(yong)。當前六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)氣(qi)(qi)體主要(yao)用(yong)于電力工業中。作(zuo)為性能優良的絕緣(yuan)和滅(mie)弧氣(qi)(qi)體,六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)氣(qi)(qi)體主要(yao)用(yong)于幾種類型的電氣(qi)(qi)設備(bei):六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)斷路器(qi)、六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)負(fu)荷開關設備(bei),六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)絕緣(yuan)輸電管線,六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)變壓器(qi)及(ji)六(liu)(liu)(liu)(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)絕緣(yuan)變電站。其(qi)中80%用于高中(zhong)壓電力(li)設備。
六氟(fu)化(hua)(hua)硫氣(qi)體化(hua)(hua)學性質穩定,微(wei)溶(rong)于水、醇及醚,可溶(rong)于氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鉀,不與氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鈉、液(ye)氨(an)、鹽酸及水起(qi)化(hua)(hua)學的反(fan)應(ying)。300℃以下干燥環境(jing)中(zhong)與銅(tong)、銀(yin)、鐵、鋁不反應。500℃以下對(dui)石英不起(qi)作(zuo)用。250℃時與金屬鈉(na)反(fan)應,-64℃時在(zai)液氨中反應(ying)。與(yu)硫化氫混合加(jia)熱則分解。200℃時,在(zai)特(te)定的(de)金(jin)屬如鋼及硅鋼存在(zai)下,能促使其緩(huan)慢分解。
六氟(fu)化硫耐電(dian)強度為同(tong)一壓力(li)下氮氣(qi)的2.5倍,擊穿電壓是空氣的2.5倍,滅(mie)弧能力是空氣的(de)100倍,是(shi)一種(zhong)優于空氣(qi)和油之間的(de)新一代超高壓絕(jue)緣介(jie)質材料。六(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)以其(qi)(qi)良好的(de)絕(jue)緣性能(neng)和滅弧性能(neng),在電力(li)工(gong)業中(zhong)應用(yong)廣泛,如斷路器(qi)、高壓變壓器(qi)、氣(qi)封閉組(zu)合(he)電容器(qi)、高壓傳(chuan)輸線、互(hu)感器(qi)等。電子級高純六(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)是(shi)一中(zhong)理想的(de)電子蝕刻劑,被大(da)量(liang)應用(yong)于微(wei)電子技術領域(yu)。采礦工(gong)業用(yong)作為反吸附劑,用(yong)于礦井煤塵中(zhong)置換氧(yang)。高純六(liu)氟(fu)化(hua)硫(liu)還(huan)(huan)因其(qi)(qi)化(hua)學惰性、無(wu)毒、不燃及無(wu)腐蝕性,還(huan)(huan)被廣泛應用(yong)于金(jin)屬冶煉(如鎂合(he)金(jin)熔化(hua)爐保護氣(qi)體)、航(hang)空航(hang)天、醫(yi)療(X光機、激光機)、氣象(示蹤分析)、化工(gong)(高(gao)級(ji)汽車輪胎、新型滅火器)等。隨著當(dang)今(jin)科技的(de)發展,六氟化硫涉及的(de)領(ling)(ling)域不斷擴(kuo)展,被越來越多的(de)基(ji)礎(chu)領(ling)(ling)域和科技領(ling)(ling)域廣(guang)泛(fan)應(ying)用。
但是,六氟化(hua)硫具有一定(ding)危險性。六氟化(hua)硫純品,毒性較低、性狀穩(wen)定,但人在吸入80%六氟化硫+20%的(de)氧(yang)氣(qi)的(de)混合氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)幾分鐘(zhong)后,人體(ti)(ti)(ti)(ti)會出現四肢麻木,輕度(du)興奮癥(zheng)狀。六氟化(hua)硫氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)充入高壓開關柜內有(you)一定的(de)壓力(li),因此,氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)泄(xie)漏(lou)的(de)概(gai)率(lv)較高,而空氣(qi)中的(de)氧(yang)氣(qi)含量充足,這(zhe)樣使(shi)得六氟化(hua)硫泄(xie)漏(lou)后與氧(yang)氣(qi)結(jie)合產生毒性(xing)的(de)條件充分。這(zhe)是需要防護(hu)的(de)情況之(zhi)一。除此之(zhi)外,一旦六氟化(hua)硫氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)遇到高熱、高溫,如電弧(hu),會產生出副產物—氧化(hua)硫和氟化(hua)氫氣(qi)體,它(ta)們(men)與未分解(jie)的(de)六(liu)氟化(hua)硫氣(qi)體共存。此時(shi)就有(you)三種毒氣(qi)存在(zai)。
六(liu)氟化硫斷(duan)路(lu)器(GCB)簡介(jie)
六氟化硫(liu)斷路(lu)器(qi),簡稱GCB,是利(li)用六(liu)氟化硫氣體作為滅(mie)(mie)弧介(jie)質和絕緣(yuan)介(jie)質的(de)一種斷(duan)路器(qi)。六(liu)氟化硫用作斷(duan)路器(qi)中滅(mie)(mie)弧介(jie)質始于20世(shi)紀50年(nian)代初,由于(yu)這(zhe)種氣體的(de)優異特性,使(shi)這(zhe)種斷(duan)路器(qi)單斷(duan)口在(zai)(zai)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)和(he)(he)(he)電(dian)流參數(shu)(shu)方面大大高于(yu)壓(ya)(ya)(ya)縮空(kong)氣斷(duan)路器(qi)和(he)(he)(he)少油(you)斷(duan)路器(qi),并且不需(xu)要高的(de)氣壓(ya)(ya)(ya)和(he)(he)(he)相當多的(de)串聯斷(duan)口數(shu)(shu)。在(zai)(zai)60~70年代,六(liu)氟(fu)化硫斷路器已(yi)廣泛用于超高壓(ya)大容量(liang)電力系(xi)統中(zhong)。80年代(dai)初(chu)已(yi)研制成功363千伏單斷口、550千伏雙斷(duan)口(kou)和額定開斷(duan)電(dian)流達80、100 千安的(de)(de)六(liu)氟化硫(liu)斷路器。而如今,它更(geng)是廣泛的(de)(de)用在電力領域中,成為(wei)了不(bu)可或缺的(de)(de)設(she)備之一。
與傳統斷路器(qi)相(xiang)比,六氟化硫斷路器(qi)具有以下顯著(zhu)優(you)點。
1.能(neng)夠(gou)充分發揮(hui)氣(qi)流的吹弧效果,滅弧室體(ti)積小、結構簡單(dan)、開(kai)斷電(dian)(dian)流大、燃弧時(shi)間短,開(kai)斷電(dian)(dian)容或(huo)電(dian)(dian)感電(dian)(dian)流無重燃或(huo)無復燃,過電(dian)(dian)壓低。
2.電(dian)氣(qi)壽命長。在50kA滿(man)容量情況(kuang)下可(ke)連續開斷(duan)19次,累計開斷(duan)電(dian)流(liu)可達4200kA,且適于(yu)頻繁操作。
3.絕緣(yuan)水平高。六氟化硫氣體(ti)在0.3MPa氣壓時(shi),通(tong)過了(le)各種絕緣試驗并有較(jiao)大裕度,累(lei)計開(kai)斷電流3000kA以后,在(zai)0.3MPa氣(qi)壓(ya)(ya)下(xia)每個斷(duan)口還可耐受工(gong)頻電壓(ya)(ya)250kV達(da)1 min,將(jiang)六氟化硫氣體減(jian)至零表壓(ya)仍可耐受(shou)工頻電壓(ya)166.4kV電壓(ya)5分鐘。
4.密封性(xing)能(neng)好(hao)。六氟化硫氣(qi)體(ti)含水量低(di),滅弧室、電阻和支柱分(fen)成獨立(li)氣(qi)隔,現場安(an)裝(zhuang)時不用打(da)開,安(an)裝(zhuang)好(hao)后用自動接頭連通,且安(an)裝(zhuang)檢(jian)修方(fang)便,并可防止臟物和水分(fen)進入斷路(lu)器(qi)內部。
5.自(zi)我保(bao)護和監視(shi)系統完備。斷(duan)路(lu)器中的(de)信號缸可(ke)實現對(dui)斷(duan)路(lu)器的(de)自(zi)我保(bao)護,密度繼電器可(ke)以監視(shi)六氟化(hua)硫氣體泄漏,壓(ya)力開關和安全(quan)閥可(ke)(ke)以(yi)監視液壓(ya)機(ji)(ji)構(gou)壓(ya)力,保護(hu)液壓(ya)系統(tong)安全(quan)。除此(ci)之外,液壓(ya)機(ji)(ji)構(gou)還采用了可(ke)(ke)防止 "失壓慢分"的閥系統,本體上(shang)就可進行(xing)機構(gou)閉鎖,保證運(yun)行(xing)安全。
雖然六氟(fu)(fu)化(hua)硫(liu)斷(duan)路器(qi)具有(you)上述(shu)諸多優點,但由于六氟(fu)(fu)化(hua)硫(liu)本身的(de)(de)缺陷(xian),使得由它制(zhi)成的(de)(de)斷(duan)路器(qi)也(ye)存在很多缺陷(xian)。六氟(fu)(fu)化(hua)硫(liu)氣體在放(fang)電(dian)時的(de)(de)高(gao)溫(wen)下會分(fen)解出有(you)腐蝕性的(de)(de)氣體,對(dui)(dui)鋁(lv)合金有(you)嚴重的(de)(de)腐蝕作用,對(dui)(dui)酚醛(quan)樹脂層壓材料、瓷絕(jue)緣(yuan)也(ye)有(you)損(sun)害。若把六氟(fu)(fu)化(hua)硫(liu)和氮氣混(hun)合使用,當六氟(fu)(fu)化(hua)硫(liu)含量超(chao)過20%~30%時(shi)(shi),其絕緣(yuan)強(qiang)(qiang)度(du)已和(he)(he)全(quan)充六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)時(shi)(shi)絕緣(yuan)強(qiang)(qiang)度(du)相同(tong),而腐蝕(shi)性(xing)又(you)大大減少,因(yin)此六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)常混合氮氣(qi)使用,在(zai)六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)斷路器中,六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)氣(qi)體的含(han)水(shui)(shui)(shui)量必須嚴格規定不能(neng)超過標(biao)準。水(shui)(shui)(shui)會(hui)與電弧分解(jie)物中的四(si)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)產生氫氟(fu)(fu)(fu)酸而腐蝕(shi)材(cai)料。當水(shui)(shui)(shui)分含(han)量達到飽和(he)(he)時(shi)(shi),還會(hui)在(zai)絕緣(yuan)件表面(mian)凝露,使絕緣(yuan)強(qiang)(qiang)度(du)顯著降低,甚至引起(qi)沿面(mian)放電。運(yun)行(xing)經(jing)驗及(ji)上述論(lun)析都表明:六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)斷路器由于絕緣(yuan)結構體積較小,若六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)氣(qi)體的含(han)水(shui)(shui)(shui)量較高,則將(jiang)使絕緣(yuan)水(shui)(shui)(shui)平大大下(xia)降,接觸電阻(zu)急劇增(zeng)加,在(zai)運(yun)行(xing)中易發生損壞或爆炸事故。因(yin)此,各(ge)制造廠(chang)及(ji)運(yun)行(xing)部(bu)門都要求有(you)嚴格的密(mi)封工藝,同(tong)時(shi)(shi)規定六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)氣(qi)體的含(han)水(shui)(shui)(shui)量不得超過標(biao)準。中國的標(biao)準是六(liu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)硫(liu)(liu)(liu)氣(qi)體的含(han)水(shui)(shui)(shui)量應小于300ppm(容積比(bi))。
除此之外(wai),六(liu)氟(fu)化(hua)硫氣體在電弧作(zuo)用下,小部分(fen)會(hui)被分(fen)解,生成一些有(you)毒(du)的低氟(fu)化(hua)物,對體健康有(you)影響,對金屬(shu)部件也有(you)腐蝕和劣化(hua)作(zuo)用。因此,在六(liu)氟(fu)化(hua)硫斷路器中(zhong),一般均裝有(you)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)裝置,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑為活(huo)性氧化(hua)鋁、活(huo)性碳和分(fen)子篩等。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)裝置可完(wan)全吸(xi)(xi)附(fu)(fu)四氟(fu)化(hua)硫氣體在電弧的高溫下分(fen)解生成的毒(du)質。