SF6高压电器设计 第5版

本书理论分析精炼，设计计算方法适用。

·作者50多年对SF6高压电器研究成果与设计经验的总结；
·详尽介绍SF6高压电器的结构设计经验和设计计算方法；
·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见解；
·对困惑高压电器行业多年的技术难题，作了比较科学的回答；
·是高压电器研究、设计人员，以及相关专业师生的好帮手！

本书总结了作者50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。为减少温室气体的使用和排放，作者总结了近年来国内外对SF6混合气体和替代气体的主要研究成果，并提出了环保气体高压电器的研究方向和设计思路，为开展环保电器的研发拉开了序幕。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。

黎斌，原西安高压开关厂主任设计师，教授级高工。
1962年毕业于华中科技大学，长期从事油断路器、真空开关、SF6断路器、SF6金属封闭式组合电器及SF6电流互感器开发设计工作。产品研究开发成果获国家教育委员会、原机械工业部颁发的科技进步奖和各种荣誉证书10多项，发表专业论文50余篇。

第1章SF6的基本特性1
11SF6的物理性能1
12SF6的气体状态参数2
13SF6的化学性能3
131SF6具有良好的热稳定性3
132SF6电弧分解过程4
133SF6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5SF6电弧分解物中有剧毒的
S2F10吗?5
14SF6的绝缘特性5
141SF6气体间隙的绝缘特性5
142SF6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5SF6气体的熄弧特性15
151SF6气体特性创造了良好的熄弧
条件15
152SF6中的气流特性17
第2章SF6电器的气体管理20
21SF6气体的杂质管理20
211SF6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2SF6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4SF6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6SF6湿度限值与国标GB/T 8905的
修改30
227SF6湿度测量方法30
228SF6湿度控制方法31
229运行开关的水分处理32
23SF6气体的密封管理32
231SF6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4SF6密度的监控及误差分析37
附录2ASF6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
目录SF6高压电器设计第5版33GCB/GIS总体设计的核心50
34GCB/GIS总体结构设计要求50
341GCB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5GCB/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140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2252～363kV出线套管内绝缘设计56
43550～1100kV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6550kV 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3HTV硅橡胶的高能硅氧键与运行
可靠性77
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1SF6气隙绝缘结构设计79
611气隙电场设计基准79
612SF6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R101
712电阻投入时间t102
713电压负荷U102
714电阻两次投入的时差Δt102
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vf的设计135
92触头开距lk及全行程l0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F144
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1405～145kV单动双气室自能式
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1252kV、40kA灭弧室开断试验
结果分析与改进151
982252kV、50kA单气室自能式
灭弧室的增容设计154
983800kV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3O形密封圈和密封槽的设计170
1031O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4SF6动密封设计173
1041转动密封唇形橡胶圈设计173
1042X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高严气密封设计175
106密封部位的防水防腐蚀设计176
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2DS及ES断口开距设计179
113DS断口触头屏蔽设计180
114DS分合闸速度设计181
1151100kV GIS—DS、ES设计的特殊
问题181
116快速接地开关设计183
117GIS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1F—03吸附剂性能简介197
1312F—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

第5版前言
在幅员辽阔的国土上，从北向南、从西向东、纵横交错的超/特高压输电网为我国经济持续发展提供着强大的动力。为适应电力建设快速发展的需要，我国高压电器行业也面临着由制造大国跃升为制造强国的变革。
本书是SF6高压电器理论探讨、制造与运行经验交流的园地，理当与时俱进，不断修改完善，为高压电器这一重大变革提供理论支撑。为此，作者对第4版做了较大的调整与增补，分述如下。
（1）鉴于目前可供SF6电器使用的微水传感器都是用湿敏薄膜制作的，传感器内残留水分的脱附十分困难，使湿度测量数据重复性太差，无法使用。借鉴露点检测仪在GIS体外测量SF6水分的使用经验，在第5版第17章中介绍了基于“冷镜”露点测湿原理采用微机电系统（MEMS）技术制作微型化、低成本的微水传感器的设想，希望GIS/GIL制造运行单位与中科院上海微系统与信息技术研究所合作将这一创新技术设想做成产品，为GIS/GIL和未来的环保气体高压电器实现湿度在线监测做出贡献。
（2）针对我国一些电站GIS/GIL在配置局部放电监测装置时，对局放检测装置性能了解不够，对传感器的配置、局放信号的传输损失和检测裕度未研究、未计算，导致现场运行时故障多发：或平安无事的产品局放检测仪却谎报“军情”，或产品局放严重发展，绝缘件都爆炸了，局放检测仪还在“睡大觉”。为解决这些问题，本书第5版在第18章中补充了局放检测仪的灵敏度与传感器配置的相关知识与计算，并推荐使用检测灵敏度较高、适于在线监测与GIS/GIL体外巡检的介窗式局放检测系统。
（3）关于断路器灭弧室电寿命监测，本书做过详细分析。武汉华工先舰电器公司根据本书第19章所述的相对剩余电寿命计算式开发的电寿命分析软件装在Onsage-BK型高压断路器在线监测装置中已运行多年，性能稳定，是智能式GIS必备的装置。近年来一些GCB/GIS使用单位企图通过断路器的分闸动态电阻和动态弧触头接触行程的测量来监视灭弧室电寿命。本书在第5版第19章对此增写了专题论述——负荷电流频繁操作断路器电寿命监测。
（4）为满足电力建设快速发展对交/直流GIL的多种需求，第5版第21章增写了超/特高压过江河隧道GIL和大城市地下综合管廊GIL的可靠性和适用性设计；对直流高压GIL/GIS的绝缘设计（如直流绝缘件形状优化设计、如何应对绝缘件表面电荷不良影响等）作了介绍，并提出了直流GIL/GIS必须重视的7项重要的绝缘研究课题。
第5版前言SF6高压电器设计第5版（5）直流超/特高压输电的快速发展，使高压电器制造行业感受到了不小的压力与鞭策，至今国内外还没有适于交流滤波电容器和补偿电容器操作的专用断路器（ACF断路器），用常规的线路保护断路器不适应这种特殊的操作工况，事故多发。本书第5版第23章增写了开发专用ACF断路器的必要性和具体的设计措施，对ACF断路器切容性负荷时可能出现的非自持性击穿（NSDD）现象提出了新见解和深入研究的建议。
（6）SF6高压电器已为世界各国的电力建设服务了半个多世纪，其不可磨灭的贡献应载入世界电力科技发展史册。但是，SF6是典型的温室气体，为保护人类生存环境，减少SF6用量、寻找新的环保型替代气体，已成为全世界相关行业科技人员的研究热点。本书第5版第26章综述并点评了国内外SF6混合气体和SF6替代气体的主要研究成果，提出了环保气体高压电器设计的6项研究课题，为我国环保高压电器的研发拉开序幕。
（7）SF6混合气体及SF6替代气体产品开发的最难点是熄弧性能的研究，是环保型高压断路器灭弧室的结构设计。环保电器的研发和设计需要相关理论的支撑，也需要计算机仿真计算的助力。本书第5版第25章简介了沈阳工业大学在SF6及其混合气体中开断电弧的仿真计算的最新成果。
感谢全国高压电器研究、制造和使用的广大科技人员，近20年来在SF6高压电器设计这块园地共同耕耘与收获，也感谢机械工业出版社职工为其播种倾注热情、灌溉汗水。
作者多次强调：本书不完全是纯理论的专著，其中还涉及产品设计、运行经验的总结以及高压电器前沿新技术的探讨，难免有不当之处。望读者与时俱进、去伪存真地吸收营养。为利于工作，希望读者封存旧版本，使用新的第5版本。
作者想干的事太多太多，但已进入力不从心之年，必须遵从人生交替传承的自然法则，只能把这只标有环保电器彩标的接力棒交给后来者，盼你们接稳棒朝着既定目标奋力奔跑吧！

黎斌
2019年8月于西安