SF6高压电器设计 第四版 黎斌著 2015年版.pdf

SF6高压电器设计第 4 版黎斌著机 械 工 业 出 版 社本书总结了作者 40 多年来在 SF6高压电器开发工作中的研究成果与设计经验，详尽地介绍了 SF6气体的理化电气特性和 SF6气体管理方面的研究成果，总结了 SF6高压电器的结构设计经验及设计计算方法。作者以超前意识对 SF6金属封闭式组合电器小型化和智能化提出了许多有用的见解，并对该产品的在线监测技术进行了有实用价值的论述。对困惑高压电器行业多年的技术难题（如温度对 SF6湿度测量值的影响、SF6湿度的限值及其在线监测、断路器电寿命在线监测技术、产品局部放电特性及UHF 法测量技术、日照对产品温升的影响、高寒地区产品的设计与选用等），作者以自己的研究成果作了比较科学的回答。本书还系统地介绍了SF6电流互感器的设计计算方法，对有暂态特性的 CT 绕组的工作特性作了深入的分析。本书特点是：理论分析精炼，设计计算方法适用。本书可供高压电器研究、设计人员，电力部门研究、设计和管理人员阅读，也可供高等院校相关专业教师、研究生参考。本书是相关专业毕业生和研究生快速适应工作的好帮手。图书在版编目（CIP）数据SF6高压电器设计/黎斌著.4 版.北京：机械工业出版社，2015.6ISBN 978-7-111-50614-0.S.黎.高压电器-设计.TM510.2中国版本图书馆 CIP 数据核字（2015）第 136919 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：付承桂 责任编辑：付承桂 责任校对：张晓蓉封面设计：马精明 责任印制2015 年 8 月第 4 版第 1 次印刷184mm 260mm25 印张618 千字00013000 册标准书号：ISBN 978-7-111-50614-0定价：99.00 元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务服务咨询热线：010-88361066读者购书热线：010-68326294010-88379203封面无防伪标均为盗版网络服务机 工 官 网：机 工 官 博： 洋第 4 版前言800 1100kV 特高压 SF6电器已在我国好几条特高压大容量远程输电线上安全运行多年，我国已成为高压/特高压 SF6电器的制造大国。我国经济已进入中高速度发展的新常态，和其他许多产业一样，输变电设备也将进入产业结构调整、产品创新升级的发展新时期；高压 SF6电器的选型、使用、维护也必将思考和处理许多新的问题 这一历史使命已落在我国高压电器理论研究、设计制造、运行维护等同行年轻一代的肩上。近年来，看到我国高压电器产品的进步，听到本书第 3 版发行不久又传来脱销、希望再改版发行的呼声，让我感受到同行年轻人钻研理论、勤于实践、大胆创新的高潮热情。作者受鞭策而提笔修改本书，向读者介绍第 4 版。第 4 版除了对一些章节内容作了少许补充修订之外，重点补充了以下内容：（1）在第 2 章中，作者再次强调了进一步修改 GB/T 89052012国标的必要性，希望有更多的 SF6电器制造和使用者能理解和接受“按相对湿度进行水分的限值和控制更科学”的理念，促进该国标的修改 尽管这一更改对 IEC 相关标准和传统水分限值观念是个挑战。（2）在第 6 章中，着力纠正了盆式绝缘子设计中对“楔形气隙危害”的不理解和处理不当的种种表现，并指出这些不当的设计已随产品进入电网，其中有些也存在于进口产品中，望相关人员注意。（3）我国特高压产品有待进一步升级提高，第 4 版在第 9 章中补充了“特高压 GCB 灭弧室设计思路”，企图以敲边鼓的方式打开读者的研发思路。（4）为加快 GIS 小型化，作者在第 17 章明确提出：“现在，抓紧研发和积极使用 252kV 三相共箱式 GIS 是时候了”。并对其中的关键技术 GCB 短路开断三相热气流的冷却与排放，提出了结构设计思路。（5）由于高压电器产品的设计制造者、运行维护管理者大都毕业于高电压绝缘或高低电器制造专业，对与 SF6电器局部放电息息相关的微波技术比较生疏 这对研究和使用 SF6电器局部放电智能监测技术是个障碍。在第 4 版中增写了第 18 章“超高频（UHF）局放电磁波的辐射、传输与接收”，将与局放有关的微波技术引入高压行业，有助于从理论上对局放有更深入的理解；在这一章，作者对各种局放传感器的研制方向也提出了一些建议。（6）第 19 章中，作者首次提出了 GIS/HGIS 与电容式复合绝缘母线联姻的可能性，指出了这种有机绝缘母线引入高压/超高压SF6电器后，具有减少 SF6气体用量、减少开关站占地面积、降低电站投资等环保和经济上的重要意义。（7）新增的第20 章“SF6气体绝缘输电线 GIL 设计”，结合国内已投运的某些进口 GIL 技术提出了一些异议（如 GIL 外壳的支撑方式），对现场电焊连接 GIL 壳体和金属微粒的应对也提出一些新看法，可供有关工作人员参考。（8）在第 22 章中补入了“超高压交流滤波器开断”，介绍了GCB 在这种工况下所遇到的新问题，分析了现有 GCB 不适应这种工况而发生开关爆炸的事故原因，提出了改进现有开关结构、提高断口绝缘能力的有关措施，也为用户方提出了选择这类开关的建议。我国高压电器正跨入创新升级的新发展时期，我们怎样把“中国制造”变为“中国创造”，怎样把高压电器“制造大国”变为“制造强国”，是我国输变电行业相关理论研究、设计制造、运行管理人员共同关心的大事。创新发展、理论先行，作者愿为此给正在拼搏中的年轻同行助一臂微力。鉴于第 4 版有以上多方面的修改补充，也鉴于本书旧版难免有因技术进步而落伍的内容或其他原因造成的词语差错，为利于工作，作者建议本书的爱好者封存旧版本、使用新版本。黎 斌2015 年 6 月第 3 版前言我国电力建设的高速发展推动着输变电设备技术的进步和产品的发展，世界一流水平的 800 1100kV 输变电设备的先后问世，标志着我国跨进了同行业国际先进水平。本书再版仅一年多再次脱销，表现出行业内广大的科技人员学习和研究 SF6高压电器技术的高涨热情。近年来，作者也与国内外年轻的同行们一起共同学习与探索，深感自己知识不足，跟不上产品快速发展的需要，深感与时俱进的压力。压力之下催人奋进与思考，为更好地让本书为 SF6高压电器的发展服务，作者再次对第 2 版进行修订，补充了一些新技术、新材料和新的产品结构设计信息，同时也修正了某些设计经验数据，清理了书中的个别差错，使本书所介绍的近似量化分析方法更贴近新品开发和工程设计的需要。第 3 版还补充了一些 GIS 重要零部件制造技术和工程实用的 GIS 在线监测技术（例如，不同温度时测量的 SF6密度和湿度的温度折算式、灭弧室烧蚀电寿命折算式对指导其在线监测仪的开发具有工程适用的价值）。技术在不停地发展，知识需要更新。作者期待读者对本书所提供的知识，一定要结合工作实践在阅读中不断地纠错、完善与发展。社会责任感激励作者不断地总结、修正和充实 SF6高压电器设计经验，第 3 版又与读者见面了。希望有更多的读者来到这块知识的园地，共同耕耘，开拓高压电器的新天地。最后，作者对华东电器集团公司在本书第 3 版修订出版工作中给予的关注与支持表示衷心的感谢。作 者2009 年 7 月于上海第 2 版前言本书自 2003 年初次与输变电设备研究、制造与运行单位的科技人员见面后，受到热烈的欢迎与关注，书店很快脱销，作者常接到求书者关于再版的询问。高压电器（尤其是断路器）的设计，涉及高电压绝缘、热力学、气体动力学、等离子体物理、机械制造与材料等多学科的知识，科技人员至今对高压电器一些本质上的理性认识远不够深入，致使产品开发设计工作数十年来一直处在经验传承阶段。可喜的是，通过近半个世纪的努力，我国高压电器研制行业的广大科技人员一代接一代地学习、继承和积累国内外同行的经验，并通过思考加工，使之完善和丰富，使产品开发设计工作和对产品运行状态的分析，脱离了单纯的经验估计，而开始进入到通过近似量化分析之后再进行结构设计的新阶段。虽然对某些问题（如灭弧室的设计）我们还处在比较朦胧的探索之中，但我们毕竟向着科学精确地分析计算目标前进了一大步。本书进行修订的目的，就是为了对这种近似量化分析设计方法进行一次阶段性的小结，对本书初版中某些尚未说清楚的问题进行修正与补充。希望这本书能帮助有关人员在进行产品结构设计和运行状态分析时，运用书中所介绍的近似量化分析手段，使我们的工作有更高的准确度和效率。这次修订也纠正了本书初版时因种种原因所造成的差错，作者在此向初版读者致歉，并希望参照修订版本改正。本书修订再版之所以称为是对近似量化分析设计方法的一次“阶段性的小结”，是因为作者工作经历、经验与知识的局限。这种“小结”还有待后来的同仁们进一步地纠错、完善与发展。作 者2007 年 10 月第 1 版代序高压电器制造业已走过了半个世纪的历程。在这 50 年中，建立起我国自己的产品系列，满足了电力系统和工业部门各个方面的需要。西安高压开关厂承担了一大部分高压和超高压电器的开发工作，近10 多年来又与日本三菱公司合作生产126 550kV SF6GCB 和 GIS，这些产品遍及全国各地，运行于各大电站之中，而 SF6电器仍将是今后高压和超高压领域的主导产品和致力于开发的方向。高压开关的设计，过去多依赖于经验和试验中的验证，于是经验的积累对于产品的开发有着极其重要的意义，随着技术的进步和大型计算机的应用，电弧物理和开断技术的研究有了广阔的前景，这是十分可喜的事。然而对于灭弧室的设计，不论对作用于其内的等离子体的物理过程掌握得如何，仍然要通过反复模拟、计算和实物验证来确定结构和尺寸。因而在实际工作中，认真总结经验教训，将感性知识理性化起来，实为不断开发新产品和提高学术水平的不二法则。黎斌同志将毕生精力贡献在西安高压开关厂，主管过多种新产品的科研、设计和试制工作，尤其在 SF6电器方面他涉足较早、经历得多、考虑尤深，所以他的著作 SF6高压电器设计 一书，当能对现代电力装备的设计、制造、运行和科技管理具有启迪性和先导作用。对于产品设计，经验是具有普遍意义的，但不是全部；只有重视经验，又不囿于经验，善于学习，勇于探索，才能持续深入地把工作或事业推向前进。这些就是我所想的，也是寄希望于后来同仁的。目录第 4 版前言第 3 版前言第 2 版前言第 1 版代序符号说明第 1 章 SF6的基本特性1 1.1 SF6的物理性能1 1.2 SF6的气体状态参数2 1.3 SF6的化学性能3 1.3.1 SF6具有良好的热稳定性3 1.3.2 SF6电弧分解过程4 1.3.3 SF6与开关灭弧室材料的化学反应4 1.3.4 水和氧等杂质产生酸性有害物质4 1.3.5 SF6电弧分解物中有剧毒的S2F10吗？5 1.4 SF6的绝缘特性5 1.4.1 SF6气体间隙的绝缘特性5 1.4.2 SF6中绝缘子的沿面放电特性11 1.4.3 减小金属微粒危害的措施13 1.5 SF6气体的熄弧特性15 1.5.1 SF6气体特性创造了良好的熄弧条件15 1.5.2 SF6中的气流特性17第 2 章 SF6电器的气体管理20 2.1 SF6气体的杂质管理20 2.1.1 SF6气体的毒性20 2.1.2 生物试验方法20 2.1.3 电弧分解气体的毒性及处理21 2.2 SF6气体的湿度管理23 2.2.1 水分进入开关的途径23 2.2.2 水分对开关性能的影响23 2.2.3 温度对 SF6湿度测量值的影响25 2.2.4 SF6湿度测量值的温度折算28 2.2.5 用相对湿度标定湿度限值科学准确28 2.2.6 SF6湿度限值30 2.2.7 SF6湿度测量方法30 2.2.8 SF6湿度控制方法31 2.2.9 运行开关的水分处理32 2.3 SF6气体的密封管理32 2.3.1 SF6开关设备的密封结构32 2.3.2 密封环节的清擦与装配32 2.3.3 工程适用的检漏方法（真空监视、肥皂泡监视、充 SF6及充 He检漏）32 2.3.4 SF6密度的监控