SF6高压电器设计PDF电子书下载

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密度的监控及误差分析 37

附录2.A　SF6湿度测量值的温度折算表 41

附录2.B　充SF6检漏一个密封环节允许漏气浓度增量△C及单点允许漏气率F吸的计算 46

附录2.C　充氦检漏允许泄漏率计算 48

第3章　GCB/GIS总体设计 49

3.1　设计思想的更新 49

3.2　简单就是可靠、简单就是效益 49

3.3　GCB/GIS总体设计的核心 50

3.4　GCB/GIS总体结构设计要求 50

3.4.1　GCB灭弧室及操动机构的选择 50

3.4.2　罐式与瓷柱式GCB的合理分工 51

3.4.3　高低档参数有机搭配 51

3.4.4　结构整体化设计 52

3.4.5　环境因素的影响 52

3.5　GCB/GIS可靠性的验证试验 53

3.5.1　电寿命试验 53

3.5.2　机械强度试验 53

3.5.3 高低温环境下的操作试验 53

3.5.4　耐风沙、暴雨、冰雪及污秽试验 53

第4章　T·GCB/GIS出线套管设计 54

4.1　40.5～145kV出线套管内绝缘设计 54

4.1.1　中心导体设计 54

4.1.2　允许雷电冲击场强值E1的选择 55

4.2　252～363kV出线套管内绝缘设计 56

4.3　550～1100kV出线套管内绝缘设计 57

4.3.1 中间电位内屏蔽的作用 57

4.3.2　中间电位内屏蔽的设计 58

4.3.3　中间电位及接地屏蔽设计尺寸的验算 59

4.3.4　中间屏蔽支持绝缘子设计 60

4.4　套管外绝缘设计 60

4.4.1 瓷件基本尺寸及耐受电压的计算 60

4.4.2　高海拔、防污秽型瓷套设计 62

4.4.3　瓷套外屏蔽设计 62

4.5　瓷套机械强度设计 64

4.5.1　瓷套法兰胶装比 64

4.5.2　瓷质与工艺 64

4.5.3　瓷套内水压与抗弯强度设计 65

4.6　550kV SF6电流互感器支持套管中间电位屏蔽设计实例 66

4.6.1 中间电位屏蔽尺寸的优化设计 66

4.6.2 中间电位屏蔽的加工工艺方案设计 67

第5章　硅橡胶复合绝缘子的特点和设计 69

5.1　复合绝缘子的特点和应用 69

5.2　伞裙材料的选用 70

5.3　绝缘子芯体（筒、棒）材料的选择 71

5.4　复合绝缘子设计的四点要求 72

5.4.1　机械强度设计要求 73

5.4.2　刚度设计要求 74

5.4.3　电气性能设计要求 74

5.4.4　胶装及密封设计要求 75

5.5　复合绝缘子长期运行的可靠性 76

5.5.1　绝缘子表面亲（疏）水性与污闪 76

5.5.2　硅橡胶疏水性的迁移与运行可靠性 76

5.5.3 HTV硅橡胶的高能硅氧键与运行可靠性 76

5.5.4　抗电蚀能力与运行可靠性 77

5.5.5　硅橡胶护套及伞裙组装工艺设计与运行可靠性 77

5.5.6　水分入侵芯体对复合绝缘子机械强度的影响 77

第6章　SF6电器绝缘结构设计——气体间隙、环氧树脂浇注件、真空浸渍管（筒）件 79

6.1　SF6气隙绝缘结构设计 79

6.1.1　气隙电场设计基准 79

6.1.2　SF6气隙中电极优化设计 79

6.2　环氧树脂浇注件设计 81

6.2.1　绝缘件电场设计基准 81

6.2.2　典型的绝缘筒（棒）结构设计 82

6.2.3　绝缘筒（棒）机械强度设计 83

6.2.4　盆式绝缘子设计10个要点 86

6.3　真空浸渍环氧玻璃丝管（筒）设计 91

6.3.1　真空浸渍管（筒）性能 91

6.3.2　真空浸渍管（筒）绝缘件电气结构设计 92

6.3.3　真空浸渍管（筒）绝缘件机械强度设计 93

第7章　合闸电阻及并联电容器设计 94

7.1　合闸电阻额定参数的选择 94

7.1.1　电阻值R 94

7.1.2　电阻投入时间t 95

7.1.3　电压负荷 95

7.1.4　电阻两次投入的时差△t 95

7.2　电阻片的特性参数 95

7.3　合闸电阻设计计算 96

7.3.1　设计步骤 96

7.3.2　计算实例（一） 96

7.3.3　计算实例（二） 98

7.4　合闸电阻的触头及传动装置设计 99

7.4.1　合闸电阻投切动作原理 99

7.4.2　电阻片安装方式设计 100

7.4.3 电阻触头及分合闸速度设计 101

7.5　并联电容器设计 103

7.5.1　并联电容器容量设计（800kV双断口串联T·GCB计算例） 103

7.5.2　电容元件及电容器参数选择 104

7.5.3　电容器组的结构设计 105

第8章　GCB/GIS的电接触和温升 106

8.1　接触电阻 106

8.2　梅花触头设计 107

8.2.1　动触头设计 107

8.2.2　触头弹簧圈向心力计算 107

8.2.3　触片设计 108

8.2.4　触指电动稳定性设计 108

8.2.5　触指热稳定性设计 109

8.3 自力型触头设计 110

8.3.1　导电截面及触指数设计 110

8.3.2　接触压力计算 110

8.3.3　触头材料及许用变形应力 111

8.3.4　旋压成形插入式触头（自力型触头的进化） 111

8.3.5　铜钨触头及其质量控制 111

8.4　表带触头的设计与制造工艺 112

8.4.1　表带触头的特点 112

8.4.2　表带触头的设计 112

8.4.3　表带触头的材料、制作工艺及表面处理 113

8.4.4　电动稳定性与热稳定性核算 113

8.5　螺旋弹簧触头设计 114

8.5.1　螺旋弹簧触头的特点 114

8.5.2　螺旋弹簧触头及弹簧槽设计 114

8.5.3　弹簧触头接触电阻的稳定性 120

8.5.4　弹簧触头的选用和表面处理 122

8.6　导体发热与温升计算 122

第9章　GCB灭弧室数学计算模型的设计与估算 124

9.1　平均分闸速度vf的设计 124

9.2　触头开距lk及全行程l0设计 126

9.3　喷嘴设计 126

9.3.1　上游区设计 127

9.3.2　喉颈部设计 128

9.3.3　下游区设计 131

9.3.4　喷嘴材料 132

9.4　气缸直径的初步设计 133

9.4.1　气缸直径Dc与机构操作力F 133

9.4.2　气缸直径Dc的经验设计值 134

9.5　分闸特性及其与喷嘴的配合 135

9.5.1　分闸初期应有较大的加速度 135

9.5.2　分闸速度对自能式灭弧室开断性能的影响 136

9.5.3　分闸后期应有平缓的缓冲特性 136

9.5.4　分闸特性与喷嘴的配合 136

9.6　缓和断口电场的屏蔽设计 136

9.7　双气室自能式灭弧室的发展 137

9.7.1　40.5～145kV自能式灭弧室逐步完善稳定 137

9.7.2　触头双动灭弧室的产生 137

9.7.3　双动双气室灭弧室设计要点 138

9.7.4　对双气室和单气室灭弧室的评价 139

9.8　近似量化类比分析法在灭弧室设计中的应用 139

9.8.1 252kV、40kA灭弧室开断试验结果分析与改进 140

9.8.2　252kV、50kA单气室自能式灭弧室的增容设计 142

9.8.3　800kV灭弧室设计要领 143

9.9　机构操作功及传动系统强度计算 145

9.9.1　运动件等效质量计算 145

9.9.2　机构操作功计算 146

9.9.3　弹簧机构的分、合闸弹簧设计 148

9.9.4　液压机构储能碟簧设计 149

9.9.5　开关操作系统强度计算 151

9.10　调整分、合闸速度特性的方法 152

第10章　密封结构设计 154

10.1　密封机理 154

10.2　影响SF6电器泄漏量的因素 154

10.3　O形密封圈和密封槽的设计 157

10.3.1　O形密封圈直径（外径D）与线径d0的配合 157

10.3.2　密封圈材质的选用 157

10.3.3　密封圈表面要求 159

10.3.4　密封槽尺寸设计 159

10.4　SF6动密封设计 160

10.4.1　转动密封唇形橡胶圈设计 160

10.4.2　X形动密封圈设计 160

10.4.3　矩形密封圈直动密封设计 162

10.5　密封部位的防水防腐蚀设计 162

第11章　GIS中的DS、ES和母线设计 165

11.1 三工位隔离开关的基本结构 165

11.2　DS及ES断口开距设计 166

11.3　DS断口触头屏蔽设计 167

11.4　DS分合闸速度设计 168

11.5　1100kV GIS—DS、ES设计的特殊问题 168

11.6　快速接地开关设计 170

11.7　GIS母线设计 171

11.7.1　波纹管设计 172

11.7.2　可拆卸母线外壳设计 173

11.7.3　绝缘支持件设计 173

第12章　SF6电器壳体设计 174

12.1　壳体电气性能要求 174

12.2　壳体材质及加工工艺选择 174

12.3　壳体电气尺寸设计 175

12.4　焊接壳体设计与计算 175

12.4.1　焊接壳体强度设计因素 175

12.4.2　焊接壳体壁厚设计 176

12.4.3　焊接圆筒端盖（法兰）及盖板厚度设计 177

12.4.4　焊接圆筒端部封头强度设计 177

12.4.5　焊缝结构及焊缝位置设计 177

12.5　铸铝壳体设计与计算 179

12.5.1　铸铝壳体强度设计因素 179

12.5.2　铸造壳体厚度设计 179

12.6　壳体耐电弧烧蚀能力设计 181

12.7　壳体加工质量监控设计 181

12.7.1　壳体强度监控 181

12.7.2　焊缝气密性监控 181

12.7.3　铸件壳体气密性监控 181

第13章　吸附剂及爆破片设计 183

13.1　吸附剂设计 183

13.1.1　F—03吸附剂性能简介 183

13.1.2　F—03吸附剂活化处理 183

13.1.3　吸附剂用量设计 184

13.2　爆破片设计 185

13.2.1　爆破片的选型与安装 185

13.2.2　爆破压力设计 185

13.2.3　压力泄放口径设计 185

第14章　环温对SF6电器设计的影响 186

14.1 日照对SF6电器及户外隔离开关温升的影响 186

14.1.1　考虑方法 186

14.1.2 日照温升试验 186

14.1.3　试验值分析 186

14.1.4　结论 187

14.2　高寒地区产品的设计与应用 188

14.2.1　降低额定参数使用 188

14.2.2　开关充SF6+N2混合气体 189

14.2.3　（SF6+CF4）混合气体的应用 192

14.2.4　经济实用的低温产品设计方案——加热保温套设计 193

14.2.5　高寒地区（-40/-50℃）产品的选择 195

第15章　SF6电流互感器绕组设计 196

15.1　CT误差及准确级 196

15.1.1　CT误差的产生 196

15.1.2　CT准确级 198

15.2　影响CT电流误差的因素 199

15.2.1　一次电流的影响 199

15.2.2　二次绕组匝数N2的影响 199

15.2.3　平均磁路长度lcp的影响 199

15.2.4　铁心截面积S的影响 199

15.2.5　铁心材料的影响 199

15.2.6　二次负荷的影响 200

15.2.7　绕组阻抗ZCT的影响 200

15.3　测量级和保护级绕组设计及误差计算步骤 200

15.3.1　绕组及铁心内径设计 200

15.3.2　铁心设计 200

15.3.3　确定绕组的结构及阻抗 201

15.3.4　测量级绕组误差计算步骤 202

15.3.5　稳态保护级（5P、10F）绕组误差计算步骤 203

15.4　0.2级和5P级CT绕组设计及误差计算示例 203

15.4.1　0.2级、FS5、126kV、2×300/5A、30VA绕组设计及误差计算（第一方案） 203

15.4.2　0.2级、FS5、126kV、2×300/5A、30VA绕组改进设计及误差计算（第二方案） 205

15.4.3　252kV、5P25、2×300/5A、50VA绕组设计及误差计算 206

15.5　暂态保护特性绕组的基本特性参数 208

15.5.1 设计暂态保护特性绕组的原始数据 208

15.5.2　额定二次回路时间常数T2 209

15.5.3　额定瞬变面积系数Ktf 209

15.5.4　铁心剩磁系数Ksc 209

15.5.5　暂态特性CT绕组的分级 209

15.6　暂态磁通密度增大系数Ktd与暂态误差？ 210

15.6.1　CT铁心未饱和时的暂态过程 210

15.6.2　CT暂态面积系数Ktd 211

15.6.3　暂态误差计算式 212

15.7　暂态特性绕组设计计算步骤和计算示例 213

15.7.1　TPY绕组计算步骤 213

15.7.2　550kV、1250/1A、10VA、TPY绕组计算示例 214

15.7.3　550kV、2500/1A、15VA、TPY绕组计算示例 216

15.8　铁心饱和及其对暂态绕组工作特性的影响 217

15.9　影响CT暂态特性的因素及其改善措施 218

15.10　CT罩及CT线圈屏蔽设计 220

附录15.A　SMC101等合金磁化曲线图 220

第16章　GIS设计标准化 228

16.1　CIS设计非标准化的弊病 228

16.2　GIS设计标准化的重要意义 228

16.3　GIS结构设计标准化 229

16.3.1　GIS基本元件标准化 229

16.3.2　GIS基本接线间隔标准化的主要要求 229

16.3.3　126kV GIS标准化的基本接线间隔 229

16.3.4　252kV GIS标准化的基本接线间隔 233

16.3.5　与各标准间隔对应的GIS主回路联结件及其内导标准化 238

16.3.6　与各标准间隔对应的辅件标准化 238

16.3.7　与各标准间隔对应的就地控制柜及气体监控柜的标准化 238

16.3.8　GIS与电缆接口件标准化 238

16.3.9　GIS与变压器接口件标准化 241

16.4　GIS图样和设计文件的标准化及分类管理 243

16.4.1　GIS图样的标准化设计及管理 243

16.4.2　GIS基本间隔气体系统图的标准化设计 244

16.4.3　GIS基本单元的配套表（MX表）及各种汇总表的标准化 244

16.4.4　GIS基本间隔的配套表及各种汇总表的标准化 244

16.4.5　GIS工程设计通知书 245

16.4.6　GIS通用设计文件的标准化 245

第17章　GIS小型化和智能化设计（在线监测技术及应用） 246

17.1　一次元件小型化 246

17.2　二次监控智能化的目的与构成 248

17.3　开发可靠性高、寿命长的信息传感器 248

17.3.1　电流传感器 248

17.3.2　电压传感器 251

17.3.3　分合位置传感器 253

17.3.4　分合速度传感器 254

17.3.5　弹簧储能传感器 254

17.3.6　SF6气体密度及低湿度传感器 255

17.3.7　温度、湿度传感器 255

17.3.8　故障定位传感器 255

17.3.9　压力传感器 255

17.3.10　氧化锌避雷器（MOA）泄漏电流传感器 256

17.3.11　局部放电传感器 256

17.4　PISA和光纤传输技术 257

17.5　智能化就地控制柜和保护单元 257

17.5.1 智能化就地控制柜和保护单元的构成 257

17.5.2　电站二次系统的更新与简化 258

17.6　GIS运行状态分析软件及按运行状态维修GIS 258

17.6.1　GIS运行状态巡检仪 258

17.6.2　局部放电分析软件 259

17.6.3 电寿命分析软件（电寿命折算及在线监测技术） 264

17.6.4　SF6密度及湿度分析软件 269

17.7　GCB智能操作 270

第18章　GIS的派生产品——H·GIS的设计 271

18.1　H·GIS及PASS的定义和结构特征 271

18.1.1　H·GIS 271

18.1.2　PASS 274

18.2　AIS、GIS、H·GIS及PASS的特点分析 277

18.2.1　结构和功能对比 277

18.2.2　对H·GIS和PASS的评议 277

18.3　选用H·GIS的技术经济分析 279

18.4　550kV H·GIS使用示例 279

18.5　复合电器的演变 280

第19章　高压SF6电器的抗震设计 283

19.1　地震特性参数 283

19.1.1　地震裂度 283

19.1.2　地震频率与地震周期 283

19.1.3　地震波形 283

19.1.4　地震加速度 284

19.2　产品动力特性参数 285

19.2.1　产品自振频率fg 285

19.2.2　振动阻尼与阻尼比ξ 285

19.2.3　弹性元件的刚度及弹性模量 285

19.2.4　共振时的加速度（振幅）放大系数β 286

19.3　高压电器设备抗震设计 288

19.3.1 自振频率fg和阻尼比ξ 288

19.3.2　加速度的放大系数β 288

19.3.3　强度估算 289

19.3.4　位移估算 289

19.3.5　提高高压电器设备抗震能力的措施 290

19.4　高压电器设备抗震能力的验证 290

19.4.1 用计算机进行抗震能力计算 290

19.4.2　抗地震性能试验 291

第20章 GCB/GIS的典型开断、CT/VT的运行及设计注意事项 293

20.1　断路器的典型开断 293

20.1.1 BTF开断 293

20.1.2　SLF开断 295

20.1.3　反相开断 297

20.1.4　并联开断 298

20.1.5　空载变压器开断 299

20.1.6　切合电容器组及空载长线 299

20.1.7　切电抗器 303

20.1.8　发展性故障开断 304

20.2　GIS—DS的典型切合操作 304

20.2.1　切合母线转换电流（环流） 304

20.2.2　切小电容电流 304

20.3　GIS—FES的分合操作 307

20.3.1　FES短路关合 307

20.3.2　FES切合感应电流 307

20.4　电网不同工况对CT的不同要求 307

20.4.1　测量级绕组 308

20.4.2　5P及10P稳态保护级绕组 308

20.4.3　暂态保护用绕组（TP） 309

20.4.4　10％误差曲线 309

20.4.5　CT参数要求对CT结构设计的影响 310

20.4.6　使用CT时注意事项 311

20.5　两种电压互感器的特征及运行中应处理好的主要问题 311

20.5.1 电压互感器的误差 311

20.5.2 电磁式电压互感器运行时注意事项 312

20.5.3　电容式电压互感器的特点 312

第21章　计算机辅助设计 314

21.1　高压电场数值计算 314

21.1.1　电场计算方法 314

21.1.2　LVQB—252 SF6电流互感器三维电场计算 314

21.1.3　GCB灭弧室电场计算及电场优化设计 318

21.2　应力与变形分析 318

21.3　抗震计算 320

21.4　灭弧室开断能力计算 321

参考文献 325

第1版后记 327