六氟化硫（SF6）氣體是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不可燃的惰性氣體。由于這種氣體的化學(xué)性能穩(wěn)定。并具有優(yōu)良的滅弧和絕緣性能，已被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備中。但是，SF6氣體也有不足之處，如：價(jià)格昂貴，對(duì)電場(chǎng)均勻性比較敏感，以及低溫下容易液化，不適用于嚴(yán)寒地區(qū)使用等問(wèn)題。例如，在我國(guó)北方地區(qū)冬季戶外氣溫會(huì)低于-25℃，六氟化硫斷路器在這種溫度下會(huì)因SF6氣體液化而無(wú)法正常工作，如圖1所示。一般單壓式戶外SF6斷路器在20℃時(shí)的額定氣體壓力為0.7MPa（壓力），SF6氣體液化溫度為-25℃左右。因此當(dāng)SF6氣體壓力降到閉鎖壓力值時(shí)，斷路器不得不退出運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大面積停電。
為了解決六氟化硫斷路器（尤其是瓷柱式SF6斷路器）在北方嚴(yán)寒地區(qū)的使用問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開關(guān)制造廠家已經(jīng)開始用SF6混合氣體來(lái)取代SF6氣體，一般均采用SF6/N2混合氣體作為滅弧、絕緣介質(zhì)。在總壓力為0.7MPa（壓力）時(shí)，60％SF6+40％N2混合氣體的液化溫度為-42℃，比同壓力下純SF6氣體介質(zhì)的液化溫度低了許多。由于SF6/N2混合氣體斷路器中的SF6氣體密度和滅弧室結(jié)構(gòu)等與純SF6氣體斷路器不同。所以在檢修中會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，本文中作者將這些問(wèn)題作一些探討。

2 檢修中的問(wèn)題
2.1　檢漏濃度值問(wèn)題
制造廠家在選擇SF6/N2混合氣體比例時(shí)，需要綜合考慮三方面因素：氣體液化溫度、絕緣性能、滅弧性能。由于側(cè)重點(diǎn)不同，是以防止氣體低溫液化為主，還是以保證斷路器的絕緣性能和滅弧性能為主．所以生產(chǎn)出的斷路器可能有兩種SF6/N2混合氣體比例：50％SF6+50％N2和60％SF6+40％N2的混合比例。
現(xiàn)場(chǎng)斷路器若發(fā)生壓力不正常下降，需要撿漏時(shí)．撿漏的方法仍然有定性和定量?jī)煞N方法。

（1）泄漏的定性查找，與普通SF6斷路器一樣
測(cè)量前應(yīng)將儀器調(diào)試到工作狀態(tài)．靈敏度稍微調(diào)得高一些，然后拿起探頭，仔細(xì)探測(cè)設(shè)備外部易泄漏部位如：各檢測(cè)口、焊縫、充氣嘴、法蘭連接面、壓力表連接管和滑動(dòng)密封底座等處。雖然在泄漏的混合氣體中SF6氣體濃度只有普通SF6斷路器的一半左右．但只要泄漏率較大時(shí)，還是能夠根據(jù)檢測(cè)儀所發(fā)出的聲、光報(bào)警信號(hào)及儀器指針的偏轉(zhuǎn)度來(lái)確定泄漏位置及粗略濃度。
撿漏儀雖多種多樣，但通常都主要由探頭、探測(cè)器和泵體三部分組成，它們對(duì)所探測(cè)到的鹵素氣體均能夠發(fā)出警報(bào)。日本三菱公司生產(chǎn)的MC—SR—DB型撿漏儀的氣體流程圖，如圖2所示。當(dāng)大氣中有SF6氣體時(shí)，探頭借助真空泵的抽力將SF6氣體吸進(jìn)并進(jìn)入探測(cè)器二極管產(chǎn)生電暈放電，使得二極管電極的電流減小，電流減小的信號(hào)通過(guò)電子線路變換成一種可以聽得到見得著的聲、光報(bào)警信號(hào)，泄漏量越大，聲光信號(hào)就越強(qiáng)烈
（2）泄漏的定量測(cè)試仍可以用掛瓶撿漏法、局部包扎法或者整機(jī)扣罩法

如果制造SF6/N2混合氣體斷路器的廠家仍然將年漏氣率定為不大于1％的話，則這個(gè)1％中應(yīng)包含泄漏出的SF6和N2兩種氣體的量。而用上述三種收集泄漏氣體的定量測(cè)試方法中，撿漏儀只能探測(cè)到SF6氣體的體積濃度K。所以，在代人漏氣率計(jì)算公式時(shí)，必須在K之前乘以系數(shù)2（混合氣體比例為50％SF6+50％N2）或5/3（混合氣體比例為60％SF6+40％N2）。
1）掛瓶撿漏法　某些廠家生產(chǎn)的斷路器在各法蘭接合面等處留有檢測(cè)口，檢測(cè)口與密封圈外側(cè)槽溝相通，能夠收集密封圈泄漏時(shí)的SF6氣體，當(dāng)定量檢查泄漏口有SF6氣體泄漏時(shí)，可在檢測(cè)口進(jìn)行掛瓶測(cè)量。
檢漏瓶為1000mL塑料瓶，掛瓶前將檢測(cè)口螺釘卸下，歷時(shí)24h，使得檢測(cè)口內(nèi)積聚的SF6氣體排掉，然后進(jìn)行掛瓶。掛瓶時(shí)間為33min，再用撿漏儀檢查瓶中的SF6氣體濃度。
2）整機(jī)扣罩檢漏法對(duì)于體積較小的40.5 kV和12 kV SF6斷路器可在現(xiàn)場(chǎng)采用廠家配備的密封罩進(jìn)行整機(jī)扣罩法測(cè)試。密封罩的上、中、下、前、后、左、右都開有適當(dāng)小孔，用膠布密封作為測(cè)試孔。
3）局部包扎檢漏法對(duì)于安裝后的252 kV及以上電壓等級(jí)的SF6斷路器，由于體積很大，無(wú)法實(shí)施整體扣罩，可采用局部包扎法進(jìn)行測(cè)量。在法蘭、密度繼電器、分合閘拉桿動(dòng)密封等處分別用塑料布包被測(cè)點(diǎn)，24h后測(cè)量漏氣量的公式為
將每個(gè)包扎點(diǎn)的漏氣量加起來(lái)得到總的漏氣量∑Q（動(dòng)密封處的漏氣量必須乘以平均每年的分合閘次數(shù)），通過(guò)檢漏，確定了漏氣點(diǎn)后，應(yīng)分析漏氣的原因，分別采取相應(yīng)的措施。如：更換滲漏的壓力表、破損的瓷套管和老化的密封圈等。

2.2　密度繼電器動(dòng)作值整定問(wèn)題
密度繼電器在SF6/N2混合氣體斷路器中同樣也是承擔(dān)著測(cè)量斷路器因泄漏造成的壓力下降，也應(yīng)具有溫度補(bǔ)償功能。密度繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖3所示。SF6/N2混合氣體在密度不變的情況下，內(nèi)部壓力也是隨溫度變化而作線性變化，金屬膨脹器收縮或脹開．此時(shí)雙金屬片溫度補(bǔ)償裝置也隨溫度變化而自動(dòng)起補(bǔ)償作用。當(dāng)斷路器有泄漏而造成壓力下降時(shí)，微動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)閉合，發(fā)出信號(hào)或使斷路器進(jìn)行低氣壓閉鎖。
在斷路器交接或大修試驗(yàn)中，密度繼電器必須進(jìn)行動(dòng)作值整定，SF6/N2混合氣體斷路器的密度繼電器動(dòng)作整定值校驗(yàn)和純SF6氣體斷路器相比，只是動(dòng)作值可能不同，這要根據(jù)具體廠家說(shuō)明書而定，而校驗(yàn)方法是一樣的。可以用一塊高精度的壓力表與密度繼電器并聯(lián)連接，在密度繼電器動(dòng)作接點(diǎn)的輸出端接上萬(wàn)用表或?qū)簦?dāng)我們慢慢泄放斷路器中的混合氣體時(shí)，察看接點(diǎn)剛好動(dòng)作時(shí)的壓力值是否與說(shuō)明書上要求值相符。若不相符，則可以調(diào)節(jié)繼電器上的動(dòng)作值調(diào)節(jié)螺栓，直到滿意為止。

2.3　微水量標(biāo)準(zhǔn)要求與測(cè)試問(wèn)題
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量同樣要受到控制。因?yàn)檫@些微水量在斷路器中會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的危害：
（1）在電弧高溫之下，SF6氣體與水產(chǎn)生化學(xué)反映
2SF6+6H2O→2SO2+12HF+O2
氫氟酸HF和SO2遇水后生成的H2SO3（亞硫酸）具有強(qiáng)烈的腐蝕性，為劇毒物。
（2）水分對(duì)絕緣性能的影響
水分在低溫下。凝露在絕緣物表面。造成沿面放電。
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量的主要來(lái)源有：
（1）純凈的SF6/N2混合新氣中仍有一定的水分
混合前，氮?dú)庵泻枯^少。而SF6氣體中含水量較多，所以要求純凈的SF6/N2：混合新氣中的含水量應(yīng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8905-88規(guī)定，不能大于64.88ppmv/v。充氣前應(yīng)對(duì)其含水量進(jìn)行測(cè)定。
（2）SF6設(shè)備零部件在裝配、存放期間干燥處理不夠裝配后使其中的水分向SF6/N2氣體中擴(kuò)散，導(dǎo)致SF6/N2氣體中的含水量增加，甚至超標(biāo)。
（3）設(shè)備安裝后抽真空等處理不夠
應(yīng)當(dāng)在抽真換上新的吸附劑，當(dāng)抽到l Tort（133Pa）時(shí)，繼續(xù)抽真空一小時(shí)以上，使絕緣材料零部件中的水分有足夠時(shí)間充分汽化排出。
（4）密封結(jié)構(gòu)不良（密封墊片一般只有6～8年的使用期）
SF6設(shè)備運(yùn)行多年后，密封墊片老化，瓷套與法蘭的膠合部位可能會(huì)有滲漏．使大氣中的水分通過(guò)這些微孔向斷路器內(nèi)擴(kuò)散，導(dǎo)致SE洲：氣體中的含水量超標(biāo)。
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量的標(biāo)準(zhǔn)為多少呢?能不能沿用原來(lái)純SF6氣體斷路器的標(biāo)準(zhǔn)呢?根據(jù)道爾頓分壓定律，處于擴(kuò)散平衡的混合氣體中，每一種氣體成分均是按它單獨(dú)存在時(shí)那樣分布的。因此，氣體中水蒸氣在什么條件下凝結(jié)成露或冰．只取決于氣體中水蒸氣分壓力和密度在什么溫度下達(dá)到它的飽和值，而與同一空間中是否存在其他物質(zhì)無(wú)關(guān)，具體數(shù)據(jù)如下表所示。
表中顯示出在0℃時(shí)，只要斷路器內(nèi)部水蒸氣壓力大于飽和壓力611Pa時(shí)．就開始凝露。由于氣體壓力是由分子平均熱運(yùn)動(dòng)形成的。同一溫度下電器設(shè)備中不同氣體分壓力之比就是不同氣體分子或分子密度的比值，也就是不同氣體占有的體積比。因此，對(duì)于SF6/N2混合氣體和水蒸氣來(lái)說(shuō)
若要考慮得安全些，選－10℃作為考慮點(diǎn)，則只要斷路器內(nèi)部水蒸氣壓力大于259Pa就產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)．此時(shí)有
此時(shí)只要斷路器總壓力P確定。則電器中水分與SF6/N2氣體的體積比也就確定了。若斷路器的壓力為0.7MPa。則在0℃時(shí)
但實(shí)際運(yùn)用中，在確定水分含量要求時(shí)，還要考慮電器內(nèi)部是否出現(xiàn)高溫的大功率電弧。所以，對(duì)于SF6/N2混合氣體斷路器的微水量還應(yīng)當(dāng)采用純SF6氣體斷路器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：運(yùn)行中為300ppm，而交接為其一半150ppm。這樣只要運(yùn)行溫度高于-10℃，水分含量小于300ppm，電器內(nèi)部的水分就不會(huì)產(chǎn)生凝露。
關(guān)于微水量的檢測(cè)方法應(yīng)與純SF6氣體斷路器的一樣。可采用電解法和露點(diǎn)法等測(cè)量。測(cè)量微水量應(yīng)在適宜的溫度下進(jìn)行，因?yàn)閿嗦菲鲀?nèi)部相當(dāng)一部分水分吸附在零部件中，隨著溫度的變化，零部件就會(huì)從氣體中吸附或排放一些水蒸氣，如果測(cè)量微水量時(shí)溫度選擇不適宜，測(cè)定的結(jié)果會(huì)有較大的差別。應(yīng)當(dāng)每次都選擇在同一溫度下進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的含水量值才能進(jìn)行比較。英國(guó)密析爾（MICHELL）儀表為zui大的濕度露點(diǎn)儀表生產(chǎn)廠家，開發(fā)了CERMAX,S4000,S8000等露點(diǎn)儀專門用于電力行業(yè)微水分析上，同時(shí)在歐洲濕度檢測(cè)領(lǐng)域有過(guò)半的*，擁有超過(guò)35年的專業(yè)技術(shù)，開發(fā)一整套變送器、露點(diǎn)儀、校驗(yàn)系統(tǒng)等產(chǎn)品，歐盟/美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室全都是使用MICHELL產(chǎn)品作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。我們英國(guó)密析爾（MICHELL）儀表在中國(guó)地區(qū)全程銷售技術(shù)提供商，咨詢產(chǎn)品。：   ：http://www.china-hz17.com
2　機(jī)械特性的調(diào)整
SF6/N2混合氣體斷路器的滅弧室結(jié)構(gòu)與純SF6氣體斷路器的一樣，典型的壓氣式變開距滅弧室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖4所示。它主要由瓷套、靜弧觸頭座裝配、噴管、壓氣缸、動(dòng)弧觸頭等部件組成。但是由于在SF6/N2混合氣體中的電弧直徑要大于純SF6氣體中的電弧，SF6/N2混合氣體介質(zhì)的滅弧能力比純SF6氣體介質(zhì)有所降低，所以，拉伐爾噴管的喉部直徑、噴口上游區(qū)的長(zhǎng)度、噴口下游擴(kuò)張角以及壓氣室活塞的面積等都要有所改變。因此在斷路器機(jī)械特性的測(cè)試、調(diào)整時(shí)應(yīng)特別加以注意。一定要按照廠家說(shuō)明書要求來(lái)調(diào)整好行程（1）超程和全行程的比例關(guān)系
SF6/N2混合氣體斷路器的滅弧室要在斷路器分閘時(shí)對(duì)電弧形成吹弧作用，就要產(chǎn)生SF6/N2氣體的預(yù)壓縮，因此必須在斷路器中設(shè)置超行程。觸頭分離前壓縮壓氣室內(nèi)的SF6/N2氣體→噴口被動(dòng)觸桿堵住，只受壓縮而無(wú)排出。經(jīng)過(guò)超行程L1后，噴口打開前壓力為
在噴口設(shè)計(jì)時(shí)通常取噴口內(nèi)氣流已達(dá)到臨界狀態(tài)。在臨界吹弧時(shí)，上游電弧產(chǎn)生的能量與通過(guò)電弧等離子體流帶走的能量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)
就要求預(yù)壓縮行程L1（超行程）占總行程應(yīng)不少于40％．所以SF6/N2混合氣體介質(zhì)的斷路器的分閘時(shí)間也同樣要比其它斷路器長(zhǎng)些。調(diào)整時(shí)，要按說(shuō)明書要求調(diào)整好超行程。
（2）分閘速度與噴口面積St壓氣缸活塞面積Sp的關(guān)系
要保證使電弧可靠熄滅，就要求在氣吹階段中P1/P0仍保持較高的比值。當(dāng)噴口面積和活塞承壓面積不變時(shí)，要求壓氣室運(yùn)動(dòng)速度VP足夠大，才能維持電弧氣吹階段中壓氣室中壓力不變，即始終保持噴口處氣流處于臨界狀態(tài)，此時(shí)噴口處氣流速度為SF6氣體的音速（134m/s）．壓氣室運(yùn)動(dòng)速度（即分閘速度）應(yīng)保持在 這樣要求操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的能量足夠大，所以一般單壓式SF6/N2混合氣體介質(zhì)的斷路器常配備大功率的液壓、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。調(diào)整時(shí)，一定要按照廠家說(shuō)明書要求調(diào)整好分、合閘速度。

2.5　噴口的互換性問(wèn)題
在斷路器滅弧室中zui容易被電弧燒損的部件是噴口，所以在斷路器解體大修時(shí)，就要更換噴口。而每一種斷路器滅弧室噴口都是依據(jù)該斷路器的極限開斷電流大小、滅弧介質(zhì)等因素設(shè)計(jì)的。噴管部位的局部放大圖．如圖5所示。圖中D1為噴口喉部直徑；Lu為噴口上游區(qū)長(zhǎng)度，即動(dòng)觸頭到噴口喉頸處的距離；以為壓氣缸的直徑；θ為噴口下游擴(kuò)張角；Ln為噴口總長(zhǎng)，這些參數(shù)均是影響滅弧室氣流特性的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
（1）噴口喉部直徑的確定
在噴口設(shè)計(jì)時(shí)通常取噴口內(nèi)氣流已達(dá)到臨界狀態(tài)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得出，噴口喉部直徑D1為
D1=（0.4～0.8）Im
式中Im—斷路器極限開斷電流值。
但是由于在SF6/N2混合氣體中的電弧直徑要大于純SF6氣體中的電弧，既要合理利用電弧的熱阻塞效應(yīng)以獲得高氣壓，又要使得噴管和觸頭不至于嚴(yán)重?zé)齻砸话?span lang="EN-US">SF6/N2混合氣體介質(zhì)斷路器的噴口直徑要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的直徑要大一些。
（2）噴口上游區(qū)長(zhǎng)度的確定
試驗(yàn)結(jié)果表明，上游區(qū)電弧長(zhǎng)度對(duì)SF6/N2混合氣體的開斷能力有一定的影響。SF6/N2混合氣體取得zui大介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度所對(duì)應(yīng)的上游電弧長(zhǎng)度，比純SF6氣體所對(duì)應(yīng)的上游電弧長(zhǎng)度短。因此，一般SF6/N2混合氣體介質(zhì)斷路器噴口的上游區(qū)長(zhǎng)度要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的要短一些。
（3）噴口下游擴(kuò)張角的確定
壓氣式滅弧室使用的噴管，一般采用拉伐爾縮放形噴管。在SF6/N2混合氣體的滅弧機(jī)理中，SF6和N2起著不同的作用。由于SF6氣體具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好和強(qiáng)負(fù)電性等特點(diǎn)，在電弧過(guò)零之前以大量新鮮冷氣流包圍熾熱的電弧弧柱，使得SF6氣體分子與電弧接觸。進(jìn)行充分的熱傳導(dǎo)，傳輸并耗散能量，降低溫度．并加強(qiáng)吸附電子以形成負(fù)離子，使電弧熄滅。SF6氣體的電特性和熱特性的良好配合，使觸頭間的介質(zhì)強(qiáng)度得以迅速恢復(fù)。N2氣體則主要是通過(guò)等熵冷卻來(lái)熄滅電弧的。要充分發(fā)揮SF6/N2混合氣體的滅弧機(jī)理作用．就要適當(dāng)?shù)丶哟髧娍谙掠螖U(kuò)張角，所以SF6/N2混合氣體介質(zhì)斷路器噴口的下游擴(kuò)張角要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的要大一些。
從以上分析可知，同容量的SF6/N2混合氣體斷路器和純SF6氣體斷路器之間的噴口是不能互換使用的。在大修前的備品、備件中一定要引起注意。

2.6　氣體的回收與充氣
（1）混合與充氣
關(guān)于SF6/N2混合氣體的混合問(wèn)題，根據(jù)道爾頓分壓定律，沒有必要先將兩種滅弧介質(zhì)成分混合后再充入開關(guān)設(shè)備中。可以先充人SF6氣體至其分壓力的規(guī)定值，然后再充人N2氣體至混合氣體的zui終壓力值。例如某60％SF6+40％N2混合氣體斷路器的額定壓力為0.7MPa，則可先向斷路器充人SF6氣體至0.42MPa．然后再充入N2氣體至0.7MPa。由于氣體的擴(kuò)散和對(duì)流作用，甚至在設(shè)備長(zhǎng)期投運(yùn)的情況下，氣體的混合仍保持得很均勻。
（2）補(bǔ)氣
補(bǔ)氣時(shí)可以在的充氣設(shè)備中，事先將兩種氣體按比例混合好，再用充氣裝置對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)氣。
（3）回收
SF6/N2混合氣體介質(zhì)斷路器中的氣體在檢修時(shí)一般不回收SF6/N2混合氣體，除非其混合比在控制范圍內(nèi)（可用能顯示SF6百分比的儀表檢查）。

3　結(jié)束語(yǔ)
采用SF6/N2混合氣體作為斷路器的滅弧、絕緣介質(zhì)，在．ABB、西門子等國(guó)外電氣公司中已經(jīng)獲得應(yīng)用．并取得了多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn).