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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S2 F10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ΔC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 78

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 82

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 84

6.2.4 盆式绝缘子设计10个要点 86

6.2.5 盆式绝缘子强度要求 96

6.3 真空浸渍环氧玻璃丝管（筒）设计 96

6.3.1 真空浸渍管（筒）性能 96

6.3.2 真空浸渍管（筒）绝缘件电气结构设计 97

6.3.3 真空浸渍管（筒）绝缘件机械强度设计 99

第7章 合闸电阻及并联电容器设计 101

7.1 合闸电阻额定参数的选择 101

7.1.1 电阻值R 101

7.1.2 电阻投入时间t 102

7.1.3 电压负荷 102

7.1.4 电阻两次投入的时差Δt 102

7.2 电阻片的特性参数 102

7.3 合闸电阻设计计算 103

7.3.1 设计步骤 103

7.3.2 计算实例（一） 103

7.3.3 计算实例（二） 105

7.4 合闸电阻的触头及传动装置设计 106

7.4.1 合闸电阻投切动作原理 106

7.4.2 电阻片安装方式设计 107

7.4.3 电阻触头及分合闸速度设计 108

7.5 并联电容器设计 110

7.5.1 并联电容器容量设计（800kV双断口串联T·GCB计算例） 110

7.5.2 电容元件及电容器参数选择 111

7.5.3 电容器组的结构设计 112

第8章 GCB/GIS的电接触和温升 113

8.1 接触电阻 113

8.2 梅花触头设计 114

8.2.1 动触头设计 114

8.2.2 触头弹簧圈向心力计算 114

8.2.3 触片设计 115

8.2.4 触指电动稳定性设计 115

8.2.5 触指热稳定性设计 116

8.3 自力型触头设计 117

8.3.1 导电截面及触指数设计 117

8.3.2 接触压力计算 117

8.3.3 触头材料及许用变形应力 118

8.3.4 旋压成形插入式触头（自力型触头的进化） 118

8.3.5 铜钨触头及其质量控制 118

8.4 表带触头的设计与制造工艺 119

8.4.1 表带触头的特点 119

8.4.2 表带触头的设计 119

8.4.3 表带触头的材料、制作工艺及表面处理 120

8.4.4 电动稳定性与热稳定性核算 120

8.5 螺旋弹簧触头设计 121

8.5.1 螺旋弹簧触头的特点 121

8.5.2 螺旋弹簧触头及弹簧槽设计 121

8.5.3 触头通流能力核算 125

8.5.4 接触压力、接触电阻与热稳定性核算 125

8.5.5 单圈接触压力的测试值 126

8.5.6 单圈接触电阻的测试值 127

8.5.7 弹簧触头焊点强度分析及焊点结构设计 128

8.5.8 弹簧触头不能用于隔离开关主触头 130

8.5.9 铜丝线径d0的选择 130

8.5.10 弹簧触头安放位置的选择 130

8.5.11 弹簧触头接触电阻的稳定性 130

8.5.12 弹簧触头的选用和表面处理 132

8.6 导体发热与温升计算 132

第9章 GCB灭弧室数学计算模型的设计与估算 135

9.1 平均分闸速度υf的设计 135

9.2 触头开距ιk及全行程ι0设计 137

9.3 喷嘴设计 137

9.3.1 上游区设计 138

9.3.2 喉颈部设计 139

9.3.3 下游区设计 142

9.3.4 喷嘴材料 143

9.4 气缸直径的初步设计 144

9.4.1 气缸直径Dc与机构操作力F 144

9.4.2 气缸直径Dc的经验设计值 145

9.5 分闸特性及其与喷嘴的配合 146

9.5.1 分闸初期应有较大的加速度 146

9.5.2 分闸速度对自能式灭弧室开断性能的影响 147

9.5.3 分闸后期应有平缓的缓冲特性 147

9.5.4 分闸特性与喷嘴的配合 147

9.5.5 调整分、合闸速度特性的方法 147

9.6 缓和断口电场的屏蔽设计 148

9.7 双气室自能式灭弧室的发展 148

9.7.1 40.5～145 kV自能式灭弧室逐步完善稳定 148

9.7.2 触头双动灭弧室的产生 149

9.7.3 双动双气室灭弧室设计要点 149

9.7.4 对双气室和单气室灭弧室的评价 150

9.8 近似量化类比分析法在灭弧室设计中的应用 151

9.8.1 252kV、40kA灭弧室开断试验结果分析与改进 151

9.8.2 252kV、50kA单气室自能式灭弧室的增容设计 154

9.8.3 800kV灭弧室设计要领 155

9.8.4 特高压GCB灭弧室设计思路 156

9.9 机构操作功及传动系统强度计算 158

9.9.1 运动件等效质量计算 158

9.9.2 机构操作功计算 160

9.9.3 弹簧机构的分、合闸弹簧设计 162

9.9.4 液压机构储能碟簧设计 162

9.9.5 开关操作系统强度计算 165

第10章 密封结构设计 167

10.1 密封机理 167

10.2 影响SF6电器泄漏量的因素 167

10.3 O形密封圈和密封槽的设计 170

10.3.1 O形密封圈直径（外径D）与线径d0的配合 170

10.3.2 密封圈材质的选用 170

10.3.3 密封圈表面要求 172

10.3.4 密封槽尺寸设计 172

10.4 SF6动密封设计 173

10.4.1 转动密封唇形橡胶圈设计 173

10.4.2 X形动密封圈设计 173

10.4.3 矩形密封圈直动密封设计 175

10.5 密封部位的防水防腐蚀设计 175

第11章 GIS中的DS、ES和母线设计 178

11.1 三工位隔离开关的基本结构 178

11.2 DS及ES断口开距设计 179

11.3 DS断口触头屏蔽设计 180

11.4 DS分合闸速度设计 181

11.5 1100kV GIS—DS、ES设计的特殊问题 181

11.6 快速接地开关设计 183

11.7 GIS母线设计 184

11.7.1 波纹管设计 185

11.7.2 可拆卸母线外壳设计 186

11.7.3 绝缘支持件设计 186

第12章 SF6电器壳体设计 188

12.1 壳体电气性能要求 188

12.2 壳体材质及加工工艺选择 188

12.3 壳体电气尺寸设计 189

12.4 焊接壳体设计与计算 189

12.4.1 焊接壳体强度设计因素 189

12.4.2 焊接壳体壁厚设计 190

12.4.3 焊接圆筒端盖（法兰）及盖板厚度设计 191

12.4.4 焊接圆筒端部封头强度设计 191

12.4.5 焊接结构及焊缝位置设计 191

12.5 铸铝壳体设计与计算 193

12.5.1 铸铝壳体强度设计因素 193

12.5.2 铸造壳体厚度设计 193

12.6 壳体耐电弧烧蚀能力设计 195

12.7 壳体加工质量监控设计 195

12.7.1 壳体强度监控 195

12.7.2 焊缝气密性监控 195

12.7.3 铸件壳体气密性监控 195

12.8 壳体制造的质量管理 196

第13章 吸附剂及爆破片设计 197

13.1 吸附剂设计 197

13.1.1 F—03吸附剂性能简介 197

13.1.2 F—03吸附剂活化处理 197

13.1.3 吸附剂用量设计 198

13.2 爆破片设计 199

13.2.1 爆破片的选型与安装 199

13.2.2 爆破压力设计 199

13.2.3 压力泄放口径设计 199

第14章 环温对SF6电器设计的影响 200

14.1 日照对SF6电器及户外隔离开关温升的影响 200

14.1.1 考虑方法 200

14.1.2 日照温升试验 200

14.1.3 试验值分析 200

14.1.4 结论 201

14.2 高寒地区产品的设计与应用 202

14.2.1 降低额定参数使用 202

14.2.2 开关充SF6＋N2混合气体 203

14.2.3 （SF6＋CF4）混合气体的应用 206

14.2.4 经济实用的低温产品设计方案——加热保温套设计 207

14.2.5 高寒地区（-40/-50℃）产品的选择 209

第15章 SF6电流互感器绕组设计 210

15.1 CT误差及准确级 210

15.1.1 CT误差的产生 210

15.1.2 CT准确级 212

15.2 影响CT电流误差的因素 213

15.2.1 一次电流的影响 213

15.2.2 二次绕组匝数N2的影响 213

15.2.3 平均磁路长度ιcp的影响 213

15.2.4 铁心截面积S的影响 213

15.2.5 铁心材料的影响 213

15.2.6 二次负荷的影响 214

15.2.7 绕组阻抗ZcT的影响 214

15.3 测量级和保护级绕组设计及误差计算步骤 214

15.3.1 绕组及铁心内径设计 214

15.3.2 铁心设计 214

15.3.3 确定绕组的结构及阻抗 215

15.3.4 测量级绕组误差计算步骤 216

15.3.5 稳态保护级（5P、10P）绕组误差计算步骤 217

15.4 0.2 级和5P级CT绕组设计及误差计算示例 217

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） 217

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） 219

15.4.3 252kV、5P25、2×300/5A、50VA绕组设计及误差计算 220

15.5 暂态保护特性绕组的基本特性参数 222

15.5.1 设计暂态保护特性绕组的原始数据 222

15.5.2 额定二次回路时间常数T2 223

15.5.3 额定瞬变面积系数Ktf 223

15.5.4 铁心剩磁系数Ksc 223

15.5.5 暂态特性CT绕组的分级 223

15.6 暂态磁通密度增大系数Ktd与暂态误差ε 224

15.6.1 CT铁心未饱和时的暂态过程 224

15.6.2 CT暂态面积系数Kd 225

15.6.3 暂态误差计算式 226

15.7 暂态特性绕组设计计算步骤和计算示例 227

15.7.1 TPY绕组计算步骤 227

15.7.2 550kV、1250/1A、10VA、TPY绕组计算示例 228

15.7.3 550kV、2500/1A、15VA、TPY绕组计算示例 230

15.8 铁心饱和及其对暂态绕组工作特性的影响 231

15.9 影响CT暂态特性的因素及其改善措施 232

15.10 CT罩与CT线圈屏蔽设计 234

附录15.A SMC101等合金磁化曲线图 234

第16章 GIS设计标准化 242

16.1 GIS设计非标准化的弊病 242

16.2 GIS设计标准化的重要意义 242

16.3 GIS结构设计标准化 242

16.3.1 GIS基本元件标准化 243

16.3.2 GIS基本接线间隔标准化的主要要求 243

16.3.3 126kV GIS标准化的基本接线间隔 243

16.3.4 252 kV GIS标准化的基本接线间隔 248

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 252

16.3.6 与各标准间隔对应的辅件标准化 252

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 252

16.3.8 GIS与电缆接口件标准化 252

16.3.9 GIS与变压器接口件标准化 255

16.4 GIS图样和设计文件的标准化及分类管理 257

16.4.1 GIS图样的标准化设计及管理 257

16.4.2 GIS基本间隔气体系统图的标准化设计 258

16.4.3 GIS基本单元的配套表（MX表）及各种汇总表的标准化 258

16.4.4 GIS基本间隔的配套表及各种汇总表的标准化 258

16.4.5 GIS工程设计通知书 259

16.4.6 GIS通用设计文件的标准化 259

第17章 GIS小型化和智能化设计（在线监测技术及应用） 260

17.1 一次元件小型化 260

17.2 二次监控智能化的目的与构成 263

17.3 开发可靠性高、寿命长的信息传感器 263

17.3.1 电流传感器 263

17.3.2 电压传感器 265

17.3.3 分合位置传感器 268

17.3.4 分合速度传感器 268

17.3.5 弹簧储能传感器 268

17.3.6 SF6气体密度及低湿度传感器 269

17.3.7 温度、湿度传感器 270

17.3.8 故障定位传感器 270

17.3.9 压力传感器 270

17.3.10 氧化锌避雷器（MOA）泄漏电流传感器 270

17.3.11 局部放电传感器 270

17.4 PISA和光纤传输技术 272

17.5 智能化就地控制柜和保护单元 272

17.5.1 智能化就地控制柜和保护单元的构成 272

17.5.2 电站二次系统的更新与简化 272

17.6 GIS运行状态分析软件及按运行状态维修GIS 273

17.6.1 GIS运行状态巡检仪 273

17.6.2 局部放电分析软件 273

17.6.3 电寿命分析软件（电寿命折算及在线监测技术） 277

17.6.4 SF6密度及湿度分析软件 281

17.7 GCB智能操作 282

第18章 超高频（UHF）局部放电电磁波的辐射、传输与接收 284

18.1 超高频（UHF）局部放电电磁波的特征 284

18.1.1 GIS局部放电电磁波的频率与波长 284

18.1.2 采用UHF法检测GIS局放的必要性 284

18.2 GIS超高频局放电磁波的种类及特征 284

18.3 GIS局放电磁波的辐射与传播 285

18.3.1 电磁波辐射 285

18.3.2 电磁波发射 286

18.3.3 GIS中局放电磁波的传播方式 286

18.3.4 局放电磁波传输的三种工况 289

18.3.5 GIS中局放电磁波的传输特点 291

18.3.6 微波传输中的阻抗匹配 291

18.4 UHF局放电磁波的接收 292

18.4.1 局放信号的两种接收方式——电容耦合与电磁感应 292

18.4.2 接收天线的效率和增益 294

18.4.3 传感器的相对输出功率 295

18.4.4 传感器的特性 295

18.5 外部干扰的抑制 297

18.6 局放源定位 298

18.6.1 信号幅值定位 298

18.6.2 信号时差定位 298

18.6.3 平分面法定位 298

18.7 内置式传感器的研究方向 299

18.7.1 圆盘形电容耦合传感器 299

18.7.2 偶极天线 301

18.8 外置式传感器的研究方向 302

18.8.1 缝隙传感器的设计 302

18.8.2 矩形喇叭传感器的设计 304

18.8.3 平面等角螺旋天线 305

18.9 传感器的馈电与阻抗匹配 306

18.9.1 传感器的馈电 306

18.9.2 接头 307

18.9.3 输入阻抗与负载阻抗的匹配 307

18.10 超高频法局放诊断系统 307

18.11 GIS局放定期检测与全时在线监测 308

第19章 SF6复合电器H·GIS的特点、应用与发展 309

19.1 H·GIS及PASS的定义和结构特征 309

19.1.1 H·GIS 309

19.1.2 PASS 312

19.2 AIS、GIS、H·GIS及PASS的特点分析 315

19.2.1 结构和功能对比 315

19.2.2 对H·GIS和PASS的评议 315

19.3 选用H·GIS的技术经济分析 317

19.4 550kV H·GIS使用示例 317

19.5 复合电器的演变 318

19.6 电容式复合绝缘母线在GIS/H·GIS开关站的应用 320

19.6.1 电容式复合绝缘母线的结构 320

19.6.2 电容式复合绝缘母线的特性 321

19.6.3 电容式复合绝缘母线与GIS/H·GIS配合使用及意义 322

第20章 SF6气体绝缘输电线GIL设计 326

20.1 GIL的特点 326

20.2 GIL的应用 326

20.3 GIL的基本制造单元及气隔单元设计 327

20.4 GIL的热胀冷缩及其调节 328

20.5 绝缘介质气压设计 328

20.6 GIL母线的电接触及母线支撑 328

20.7 GIL的外壳支撑 329

20.8 GIL的可拆母线单元设计 331

20.9 GIL中金属微粒的影响及预防 331

20.10 直流GIL输电的可能性 333

第21章 高压SF6电器的抗震设计 334

21.1 地震特性参数 334

21.1.1 地震烈度 334

21.1.2 地震频率与地震周期 334

21.1.3 地震波形 334

21.1.4 地震加速度 335

21.2 产品动力特性参数 336

21.2.1 产品自振频率fg 336

21.2.2 振动阻尼与阻尼比ξ 336

21.2.3 弹性元件的刚度及弹性模量 336

21.2.4 共振时的加速度（振幅）放大系数β 337

21.3 高压电器设备抗震设计 339

21.3.1 自振频率fg和阻尼比ξ 339

21.3.2 加速度的放大系数β 339

21.3.3 强度估算 340

21.3.4 位移估算 340

21.3.5 提高高压电器设备抗震能力的措施 341

21.4 高压电器设备抗震能力的验证 341

21.4.1 用计算机进行抗震能力计算 341

21.4.2 抗地震性能试验 342

第22章 GCB/GIS的典型开断、CT/VT的运行及设计注意事项 344

22.1 断路器的典型开断 344

22.1.1 BTF开断 344

22.1.2 SLF开断 346

22.1.3 反相开断 348

22.1.4 并联开断 349

22.1.5 空载变压器开断 350

22.1.6 切合电容器组及空载长线 350

22.1.7 切电抗器 354

22.1.8 发展性故障开断 355

22.1.9 超高压交流滤波器开断 355

22.2 GIS—DS的典型切合操作 357

22.2.1 切合母线转换电流（环流） 357

22.2.2 切小电容电流 359

22.3 GIS—FES的分合操作 360

22.3.1 FES短路关合 360

22.3.2 FES切合感应电流 360

22.4 电网不同工况对CT的不同要求 361

22.4.1 测量级绕组 361

22.4.2 5P及10p稳态保护级绕组 362

22.4.3 暂态保护用绕组（TP） 362

22.4.4 10%误差曲线 362

22.4.5 CT参数要求对CT结构设计的影响 363

22.4.6 使用CT时注意事项 364

22.5 两种电压互感器的特征及运行中应处理好的主要问题 365

22.5.1 电压互感器的误差 365

22.5.2 电磁式电压互感器运行时注意事项 365

22.5.3 电容式电压互感器的特点 366

第23章 计算机辅助设计 367

23.1 高压电场数值计算 367

23.1.1 电场计算方法 367

23.1.2 LVQB—252 SF6电流互感器三维电场计算 367

23.1.3 GCB灭弧室电场计算及电场优化设计 371

23.2 应力与变形分析 372

23.3 抗震计算 373

23.4 灭弧室开断能力计算 374

参考文献 378

第1版后记 381