sf6气体回收充放装置

产品参数

外形尺寸（长×宽×高）：1360×800×1300

产品原理

1、ZSQH-7Y-4-50型SF6气体回收充放装置具有回收、充放、净化、抽真空、贮存、灌瓶等综合性功能，系统比较完全，参见附录一系统图。各功能的串联或切换主要通过操作集中于面板一侧的电控箱和球阀来完成。

2、回收装置的基本工作原理是采用冷冻液化法。在回收时，利用压缩机的抽吸性和压缩性把SF6电器设备内一定压力的SF6气体吸入压缩机，并压缩至某一较高的压力。同时利用R22制冷剂的低蒸发温度特性，将较高温度的SF6气体冷却至冷凝温度进行液化、贮存。这样连续抽吸至SF6压缩机串联运行，直至达到回收终压力。

3、在充放时，首先利用本装置的真空泵对SF6电器设备（或钢瓶）和连接管路进行抽真空，然后直接利用压差或利用压缩机的抽吸性并造成一定的压差将装置贮存容器内的SF6充入SF6电器设备，直至达到所需的工作压力。在需灌瓶时则同时利用如前所述的R22制冷剂的特性，将液化的SF6直接灌入钢瓶。

净化功能是在完成上述回收、充放功能时同步完成的。

系统中设置了三只油分离器，分别安装在真空泵出口一只及压缩机的出口二只，以有效去除SF6气体所带的油份。

4、系统回路中设置了干燥过滤器，以保证进入贮存容器的SF6的纯度并有效去除水份。过滤器带有加热再生装置，可在抽真空下加热再生，分子筛从而能反复使用。

系统中设有可靠的**保护装置，高压压力控制器安装在SF6压缩机排气口，一旦排气压力超过限定值它会自动停止压缩机的工作，待压力下降后再重新启动压缩机；**阀安装在贮存容器上一旦超压**阀自动打开排放气体，压力下降后自动关闭。

5、另外，系统中还设置了监视仪表和控制仪表共七只，其中真空计一只，安装在装置回收进气口，并在真空计前装置了DN8阀门，需要观察时打开即可；压力表五只，分别安装在回收进气口、SF6压缩机排气口、冷冻压缩机吸排气口和贮存容器上；冷冻系统上设置了一只温度计，利用温包感应SF6液体温度。

6、系统中真空泵的进口处装有电磁真空带充气阀，并与真空泵接在同一个电源上，当泵停止工作时，阀能自动将真空系统封闭，并将大气通过泵的进口充入泵腔，从而避免泵油逆流污染真空系统。

7、系统中的冷冻系统由高低压压力控制器整定冷冻压缩机的进出口压力。一旦超出限值范围将自行切断冷冻压缩机的工作，低压断开时待压力回升或高压断开时，待压力回落后，再重新启动压缩机。

8、总体结构，该装置采用手推移动式，可适应室内外正常环境条件下使用。本装置系统比较复杂，由真空泵、SF6压缩机、冷冻系统、贮存容器、管路、各种阀门、仪表及其他附件组成。

9、电控箱、操作阀门和监视仪表全部集中于一侧面板且有流程指示，因而使用时方便明了。

SF6气体中先导放电间隔时间的定量关系式

 1　引言

　　在SF6气体绝缘电气设备中，电极表面突起和残留金属微粒所引起的局部电场集中常用尖板间隙来模拟［1］。尖板间隙中，由于冲击电压作用下的电晕稳定化作用较弱，因而SF6气体的冲击系数在电晕稳定化区小于1，冲击击穿电压比稳态击穿电压低；若初始电子出现得较早，则冲击击穿电压会更低，这时的击穿就是低概率冲击击穿［2］。当间隙距离d与气压P的乘积大于1cm*MPa时，SF6的低概率冲击击穿是先导击穿，其过程是流注/先导逐级向前发展的过程，可简述如下［3］：在尖电极处猝发的流注电晕经过一个时延后转变为一段先导通道，在其前端又有新的流注电晕猝发；经过一个时延后，新的流注电晕也同样转变为一段先导通道；这个过程反复进行，直到击穿为止。sf6气体回收充放装置
先导间隔时间ts就是放电过程中两段先导通道形成之间的时间间隔，它的长短标志着先导发展的难易程度，因而是描述放电发展的一个重要参数。Niemeyer等［4］提出ts与实验条件气压P、电压U的定量关系式为

ts=K/(P2U)　(1)

但本文的实验数据表明这一关系式不合理，本文实验得出ts的定量关系式为

ts=K/(PU)　(2)

并从分子扩散理论和流注向向导转变的前驱机理出发，对所得关系式进行了理论推导。

2　实验与结果

　　本文的实验是在尖板间隙中进行的。尖电极是直径为6mm的黄铜棒以30°的锥角过渡到曲率半径为0.5mm的**，平板电极是直径90mm的简化罗可夫斯基平板电极，放电间隙为20mm。电极系统装在充有SF6气体的容器中，*大充气气压0.4MPa。容器侧壁上有直径40mm的石英玻璃观察窗，GDB-408型光电倍增管(PMT)的端面正对观察窗。本实验中所用的三种冲击电压分别为+1.2/50μs、+0.3/50μs和+0.05/50μs，冲击波形由精密电阻分压器测量。所有信号由带宽为100MHz的数字存储示波器记录，并经打印机输出。0.15MPa和0.3MPa下的典型PMT输出见图1。图中的曲线“上”为施加电压波形，曲线“下”为对应电压下间隙放电时的PMT输出波形。曲线“下”的**个峰为流注放电的光信号，**个峰开始为先导放电的光信号。可见0.15MPa下的先导间隔时间要长于0.3MPa下的先导间隔时间。　　

图1　0.15MPa和0.3MPa下典型PMT输出波形
(a)0.15MPa　(b)0.3MPa
Fig.1　Typical PMT output waveform for gas pressure of 0.15MPa and 0.3MPa

图2是用式(1)对雷电冲击下ts进行拟合的结果，可见偏差较大，说明用式(1)来拟合是不合适的。图3是用式(2)对三种冲击波形下测得的ts进行拟合的结果。可见不论波头时间的长短，ts与P、U的关系都如同式(2)所示，其中常数K随波头时间而异。
为了表示拟合曲线的可信度，引入相关指数

(3)

式中　i——根据拟合曲线算出的相应于自变量xi时的值
——yi的平均值
 

图2　用式(1)对实验数据进行拟合的结果点——实验值　线——理论值
*　+1.2/50μs，K=360ns．MPa2．kV
Fig.2　Fit curve of the experimental results based on formula(1)
Dot——Experimental results　Line——Fit curve
 

图3　用式(2)对实验数据进行拟合的结果
点——实验值　线——理论值

　　*　+1.2/50μs，　K=1680ns．MPa．kV
+　+0.05/50μs，K=1320ns．MPa．kV
○　　+0.3/50μs，　K=1040ns．MPa．kV
Fig.3　Fit curve of the experimental results based on formula(2)
Dot——Experimental results　Line——Fit curve

R越接近于1，说明拟合程度越好。由实验数据可计算出三条拟合曲线的相关指数分别为0.9538、0.9916和0.9395，说明拟合曲线是数据母体函数的很好近似。

3　理论分析

3.1　离子的扩散

　　详细地推导离子的扩散过程要涉及强场中的迁移与扩散理论，比较复杂，这里只作定性的推导。分子的热运动产生扩散，由分子扩散理论可知，扩散系数

(4)

式中　——分子平均自由行程
——分子热运动平均速度
而

(5)

所以，有

(6)

　　若离子可以均匀地向三个方向扩散，根据三维扩散方程

(7)

当t=0时，在r=0处有n0个离子，则在时间t时，距中心r处的离子浓度为

(8)

n0是中心的起始离子浓度，故离子所到达的距离为

(9)

平均平方位移为

即

(11)

　　若只考虑离子只沿流注通道的径向方向扩散，则平均平方位移为

(12)即

(13)

　　当外加电压达到一定值时，SF6负离子脱附产生的初始自由电子在电场作用下不断产生碰撞电离，引发初始电子崩；它不断发展，达到临界长度时所产生的光电子引发二次电子崩；很多个二次电子崩汇入初始电子崩，形成了流注通道，标志着电晕起始。流注通道的半径主要是由电子崩头部的正离子运动形成的。这些正离子一方面在电场作用下迁移，另一方面在扩散。由于流注通道半径是由离子沿垂直于电场方向的扩散形成的，由式(13)则有

R2∝D (14)

而扩散过程中温度保持不变，由式(6)可得

(15)

3.2　流注向先导转变的前驱机理

　　电晕起始后，流注通道的长度不断延伸，数目也不断增多，直到电晕范围内的电场强度近似为(E/P)cr。这时，电晕发展到*大，形状似球形，内部包含有数百个流注通道。由于内部电场为(E/P)cr，有效电离系数为0，不再产生新的电离，电子被迅速吸附成为负离子。因而电晕内存在着大量的正负离子，但净电荷近似为零。流注通道内的空间电荷线密度λ显然与电晕内的总电荷成正比。文献［4］通过实验和理论分析表明，λ与外加电压之间存在着如下关系sf6气体回收充放装置

λ∝U (16)

　　此后，就进入了流注向先导的转变阶段。考虑沿中心轴线的流注通道，因为它*长，含有的电荷*多，又在冲击电压作用下击穿基本是沿直线发展的，因此该流注通道*有可能首先转变成为先导通道。转变过程的示意图如图4所示［4］。根据图4所示模型，流注通道内的正、负离子在电场作用下分别向两极方向迁移，从而形成空间电荷积聚，积聚的电荷量为［4］

Qi=vitsλ (17)

式中　vi——离子迁移速度
由这些空间电荷引起的局部电场增强可表示为

(18)

当ΔE超过前驱起始场强ΔElim时，就会发生新的电离，这个新的电离通道称为前驱。前驱形成后，迅速向两端发展；一旦接触尖电极就成了火花通道，在外端又有新的流注电晕形成，电晕电流注入火花通道，使其发生热电离，先导就形成了。　　
 

图4　流注向先导的前驱转变机理sf6气体回收充放装置

(a)流注通道

(b)离子迁移

(c)局部电场增强　

(d)前驱形成　

(e)先导形成