SF6高压电器设计(第5版)(精)/智能制造与装备制造业转型升级丛书

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 11SF6的物理性能1 12SF6的气体状态参数2 13SF6的化学性能3 131SF6具有良好的热稳定性3 132SF6电弧分解过程4 133SF6与开关灭弧室材料的化学 反应4 134水和氧等杂质产生酸性有害 物质4 135SF6电弧分解物中有剧毒的 S2F10吗?5 14SF6的绝缘特性5 141SF6气体间隙的绝缘特性5 142SF6中绝缘子的沿面放电特性11 143减小金属微粒危害的措施13 15SF6气体的熄弧特性15 151SF6气体特性创造了良好的熄弧 条件15 152SF6中的气流特性17 第2章SF6电器的气体管理20 21SF6气体的杂质管理20 211SF6气体的毒性20 212生物试验方法20 213电弧分解气体的毒性及处理21 22SF6气体的湿度管理23 221水分进入开关的途径23 222水分对开关性能的影响23 223温度对SF6湿度测量值的影响25 224SF6湿度测量值的温度折算28 225用相对湿度标定湿度限值科学 准确28 226SF6湿度限值与国标GB/T 8905的 修改30 227SF6湿度测量方法30 228SF6湿度控制方法31 229运行开关的水分处理32 23SF6气体的密封管理32 231SF6开关设备的密封结构32 232密封环节的清擦与装配32 233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 234SF6密度的监控及误差分析37 附录2ASF6湿度测量值的温度折算表41 附录2B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2C充氦检漏允许泄漏率计算48 第3章GCB/GIS总体设计49 31设计思想的更新49 32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33GCB/GIS总体设计的核心50 34GCB/GIS总体结构设计要求50 341GCB灭弧室及操动机构的选择50 342罐式与瓷柱式GCB的合理 分工51 343高低档参数有机搭配51 344结构整体化设计52 345环境因素的影响52 35GCB/GIS可靠性的验证试验53 351电寿命试验53 352机械强度试验53 353高低温环境下的操作试验53 354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 41405～145kV出线套管内绝缘设计54 411中心导体设计54 412允许雷电冲击场强值E1的 选择55 42252～363kV出线套管内绝缘设计56 43550～1100kV出线套管内绝缘设计57 431中间电位内屏蔽的作用57 432中间电位内屏蔽的设计58 433中间电位及接地屏蔽设计尺寸的 验算59 434中间屏蔽支持绝缘子设计60 44套管外绝缘设计60 441瓷件基本尺寸及耐受电压的 计算60 442高海拔、防污秽型瓷套设计62 443瓷套外屏蔽设计62 45瓷套机械强度设计64 451瓷套法兰胶装比64 452瓷质与工艺64 453瓷套内水压与抗弯强度设计65 46550kV SF6电流互感器支持套管中间 电位屏蔽设计实例66 461中间电位屏蔽尺寸的优化设计66 462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 51复合绝缘子的特点和应用69 52伞裙材料的选用70 53绝缘子芯体(筒、棒)材料的 选择71 54复合绝缘子设计的四点要求72 541机械强度设计要求73 542刚度设计要求74 543电气性能设计要求74 544胶装及密封设计要求75 55复合绝缘子长期运行的可靠性76 551绝缘子表面亲(疏)水性与 污闪76 552硅橡胶疏水性的迁移与运行 可靠性76 553HTV硅橡胶的高能硅氧键与运行 可靠性77 554抗电蚀能力与运行可靠性77 555硅橡胶护套及伞裙组装工艺设计 与运行可靠性77 556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 61SF6气隙绝缘结构设计79 611气隙电场设计基准79 612SF6气隙中电极优化设计79 62环氧树脂浇注件设计81 621绝缘件电场设计基准81 622典型的绝缘筒(棒)结构设计82 623绝缘筒(棒)机械强度设计84 624盆式绝缘子设计10个要点86 625盆式绝缘子强度要求96 63真空浸渍环氧玻璃丝管(筒)设计96 631真空浸渍管(筒)性能96 632真空浸渍管（筒）绝缘件电气 结构设计97 633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 71合闸电阻额定参数的选择101 711电阻值R101 712电阻投入时间t102 713电压负荷U102 714电阻两次投入的时差Δt102 72电阻片的特性参数102 73合闸电阻设计计算103 731设计步骤103 732计算实例(一)103 733计算实例（二）105 74合闸电阻的触头及传动装置设计106 741合闸电阻投切动作原理106 742电阻片安装方式设计107 743电阻触头及分合闸速度设计108 75并联电容器设计110 751并联电容器容量设计（800kV双 断口串联T·GCB计算例）110 752电容元件及电容器参数选择111 753电容器组的结构设计112 第8章GCB/GIS的电接触和温升113 81接触电阻113 82梅花触头设计114 821动触头设计114 822触头弹簧圈向心力计算114 823触片设计115 824触指电动稳定性设计115 825触指热稳定性设计116 83自力型触头设计117 831导电截面及触指数设计117 832接触压力计算117 833触头材料及许用变形应力118 834旋压成形插入式触头(自力型 触头的进化)118 835铜钨触头及其质量控制118 84表带触头的设计与制造工艺119 841表带触头的特点119 842表带触头的设计119 843表带触头的材料、制作工艺及 表面处理120 844电动稳定性与热稳定性核算120 85螺旋弹簧触头设计121 851螺旋弹簧触头的特点121 852螺旋弹簧触头及弹簧槽设计121 853触头通流能力核算125 854接触压力、接触电阻与热稳定性 核算125 855单圈接触压力的测试值126 856单圈接触电阻的测试值127 857弹簧触头焊点强度分析及焊点 结构设计128 858弹簧触头不能用于隔离开关主 触头130 859铜丝线径d0的选择130 8510弹簧触头安放位置的选择130 8511弹簧触头接触电阻的稳定性130 8512弹簧触头的选用和表面处理132 86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 91平均分闸速度vf的设计135 92触头开距lk及全行程l0设计137 93喷嘴设计137 931上游区设计138 932喉颈部设计139 933下游区设计142 934喷嘴材料143 94气缸直径的初步设计144 941气缸直径Ｄc与机构操作力F144 942气缸直径Dc的经验设计值145 95分闸特性及其与喷嘴的配合146 951分闸初期应有较大的加速度146 952分闸速度对自能式灭弧室开断 性能的影响147 953分闸后期应有平缓的缓冲 特性147 954分闸特性与喷嘴的配合147 955调整分、合闸速度特性的 方法147 96缓和断口电场的屏蔽设计148 97双气室自能式灭弧室的发展148 971405～145kV单动双气室自能式 灭弧室逐步完善稳定148 972触头双动灭弧室的产生149 973双动双气室灭弧室设计要点149 974对双气室和单气室灭弧室的 评价150 98近似量化类比分析法在灭弧室设计 中的应用151 981252kV、40kA灭弧室开断试验 结果分析与改进151 982252kV、50kA单气室自能式 灭弧室的增容设计154 983800kV灭弧室设计要领155 984特高压GCB灭弧室设计思路156 99机构操作功及传动系统强度计算158 991运动件等效质量计算158 992机构操作功计算160 993弹簧机构的分、合闸弹簧 设计162 994液压机构储能碟簧设计162 995开关操作系统强度计算165 第10章密封结构设计167 101密封机理167 102影响SF6电器泄漏量的因素167 103O形密封圈和密封槽的设计170 1031O形密封圈直径（外径D）与 线径d0的配合170 1032密封圈材质的选用170 1033密封圈表面要求172 1034密封槽尺寸设计172 104SF6动密封设计173 1041转动密封唇形橡胶圈设计173 1042X形动密封圈设计173 1043矩形密封圈直动密封设计175 105高严气密封设计175 106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178 111三工位隔离开关的基本结构178 112DS及ES断口开距设计179 113DS断口触头屏蔽设计180 114DS分合闸速度设计181 1151100kV GIS—DS、ES设计的特殊 问题181 116快速接地开关设计183 117GIS母线设计184 1171波纹管设计185 1172可拆卸母线外壳设计186 1173绝缘支持件设计186 第12章SF6电器壳体设计188 121壳体电气性能要求188 122壳体材质及加工工艺选择188 123壳体电气尺寸设计189 124焊接壳体设计与计算189 1241焊接壳体强度设计因素189 1242焊接壳体壁厚设计190 1243焊接圆筒端盖(法兰)及盖 板厚度设计191 1244焊接圆筒端部封头强度设计191 1245焊接结构及焊缝位置设计191 125铸铝壳体设计与计算193 1251铸铝壳体强度设计因素193 1252铸造壳体厚度设计193 126壳体耐电弧烧蚀能力设计195 127壳体加工质量监控设计195 1271壳体强度监控195 1272焊缝气密性监控195 1273铸件壳体气密性监控195 128壳体制造的质量管理196 第13章吸附剂及爆破片设计197 131吸附剂设计197 1311F—03吸附剂性能简介197 1312F—03吸附剂活化处理197 1313吸附剂用量设计198 132爆破片设计199 1321爆破片的选型与安装199 1322爆破压力设计199 1323压力泄放口径设计199 第14章环温对SF6电器设计的 影响200 141日照对SF6电器及户外隔离开关 温升的影响200 1411考虑方法200 1412日照温升试验200 1413试验值分析200 1414结论201 142高寒地区产品的设计与应用202 1421降低额定参数使用202 1422开关充SF6+N2混合气体203 1423(SF6+CF4)混合气体的 应用206 1424经济实用的低温产品设计 方案——加热保温套设计207 1425高寒地区产品的选择209 第15章SF6电流互感器绕组设计210 151CT误差及准确级210 1511CT误差的产生210 1512CT准确级212 152影响CT电流误差的因素213 1521一次电流的影响213 1522二次绕组匝数N2的影响213 1523平均磁路长度lcp的影响213 1524铁心截面积S的影响213 1525铁心材料的影响213 1526二次负荷的影响214 1527绕组阻抗ZCT的影响214 153测量级和保护级绕组设计及误差 计算步骤214 1531绕组及铁心内径设计214 1532铁心设计214 1533确定绕组的结构及阻抗215 1534测量级绕组误差计算步骤216 1535稳态保护级（5P、10P）绕组 误差计算步骤217 15402级和5P级CT绕组设计及误差 计算示例217 154102级、FS5、126kV、2×300/5A、 30VA绕组设计及误差计算 （第一方案）217 154202级、FS5、126kV、2×300/5A、 30VA绕组改进设计及误差计算 (第二方案)219 1543252kV、5P25、2×300/5A、50VA 绕组设计及误差计算220 155暂态保护特性绕组的基本特性 参数222 1551设计暂态保护特性绕组的 原始数据222 1552额定二次回路时间常数T2223 1553额定瞬变面积系数Ktf223 1554铁心剩磁系数Ksc223 1555暂态特性CT绕组的分级223 156暂态磁通密度增大系数Ktd与暂态 误差ε^224 1561CT铁心未饱和时的暂态过程224 1562CT暂态面积系数Ktd225 1563暂态误差计算式226 157暂态特性绕组设计计算步骤和计算 示例227 1571TPY绕组计算步骤227 1572550kV、1250/1A、10VA、TPY 绕组计算示例228 1573550kV、2500/1A、15VA、TPY 绕组计算示例230 158铁心饱和及其对暂态绕组工作特性 的影响231 159影响CT暂态特性的因素及其改善 措施232 1510CT罩与CT线圈屏蔽设计234 附录15ASMC101等合金磁化曲线图234 第16章GIS设计标准化242 161GIS设计非标准化的弊病242 162GIS设计标准化的重要意义242 163GIS结构设计标准化242 1631GIS基本元件标准化243 1632GIS基本接线间隔标准化的主要 要求243 1633126kV GIS标准化的基本接线 间隔243 1634252kV GIS标准化的基本接线 间隔248 ⅩⅦⅩⅧ1635与各标准间隔对应的GIS主回 路联结件及其内导标准化252 1636与各标准间隔对应的辅件 标准化252 1637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 1638GIS与电缆接口件标准化252 1639GIS与变压器接口件标准化255 164GIS图样和设计文件的标准化及 分类管理257 1641GIS图样的标准化设计及管理257 1642GIS基本间隔气体系统图的 标准化设计258 1643GIS基本单元的配套表(MX表) 及各种汇总表的标准化258 1644GIS基本间隔的配套表及各种 汇总表的标准化258 1645GIS工程设计通知书259 1646GIS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)260 171一次元件小型化260 172GIS二次监控智能化262 1721GIS智能化组件系统的组成262 1722GIS智能化组件的功能要求263 1723开发可靠性高、寿命长的信息 传感器263 1724MEMS露点微湿度传感器 开发272 1725 GCB/GIS智能操作274 第18章局部放电的UHF电磁波和超 声波监测276 181超高频（UHF）局部放电电磁波的 特征276 1811GIS局部放电电磁波的频率与 波长276 1812采用UHF法检测GIS局放的 必要性276 182GIS超高频局放电磁波的种类及 特征276 183GIS局放电磁波的辐射与传播277 1831电磁波辐射277 1832电磁波发射278 1833GIS中局放电磁波的传播 方式278 1834局放电磁波传输的三种工况281 1835GIS中局放电磁波的传输 特点283 1836微波传输中的阻抗匹配283 184UHF局放电磁波的接收284 1841局放信号的两种接收方式——电 容耦合与电磁感应284 1842接收天线的效率和增益286 1843传感器的相对输出功率287 1844传感器的特性287 1845局放检测系统可靠性设计及 适用性验证289 185外部干扰的抑制290 186局放源定位291 1861信号幅值定位291 1862信号时差定位291 1863平分面法定位292 187内置式传感器的研究方向292 1871圆盘形电容耦合传感器292 1872偶极天线294 188外置式传感器的研究方向296 1881缝隙传感器的设计296 1882矩形喇叭传感器的设计298 1883平面等角螺旋天线299 189传感器的馈电与阻抗匹配300 1891传感器的馈电300 1892接头301 1893输入阻抗与负载阻抗的匹配301 1810超高频法局放诊断系统301 1811GIS局放定期检测与全时在线 监测302 1812超声波诊断法303 第19章断路器灭弧室电寿命的诊断 与在线监测技术306 191线路操作与保护用断路器电寿命 诊断306 1911不同开断电流的折算306 1912我国GCB电寿命限值的 合理性307 1913相对剩余电寿命的计算310 192负荷电流频繁操作断路器电寿命 监测311 1921负荷电流操作断路器灭弧室电寿命 衰变特征311 1922弧触头与断路器的电寿命312 1923断路器的动态超程与动态接触 电阻312 1924弧触头有效接触行程阈值的 限值与应用315 1925讨论315 第20章SF6复合电器H·GIS及 电容式复合绝缘母线的特点、 应用与发展317 201H·GIS及PASS的定义和结构 特征317 2011H·GIS317 2012PASS320 202AIS、GIS、H·GIS及PASS的特点 分析323 2021结构和功能对比323 2022对H·GIS和PASS的评议323 203选用H·GIS的技术经济分析325 204550kV H·GIS使用示例325 205复合电器的演变326 206电容式复合绝缘母线在GIS/H·GIS开关 站的应用328 2061电容式复合绝缘母线的结构328 2062电容式复合绝缘母线的特性329 2063电容式复合绝缘母线与GIS/ H·GIS配合使用及意义330 2064电容式复合绝缘母线(CIL) 的应用前景333 第21章SF6交/直流GIL的设计与 研究334 211GIL的特点334 212GIL的应用334 213GIL的基本母线单元及气隔单元的 长度设计335 214GIL的热胀冷缩及其调节336 215绝缘介质气压设计336 216GIL母线的电接触及母线支撑336 217基本母线单元和可拆母线单元 设计337 2171母线截面、长度及支撑设计338 2172交流GIL绝缘件积聚表面电荷的 可能性及其影响340 2173GIL绝缘件设计要求340 2174可拆母线单元设计340 ⅩⅨⅩⅩ2175GIL高气密性设计341 218GIL/GIS金属微粒的危害、产生及 防治341 219GIL的外壳支撑与接地343 2191波纹管变形力的平衡与外壳支撑 的设计343 2192竖（斜）井GIL的外壳支撑343 2193GIL的外壳接地344 2110超/特高压过江河隧道GIL和大城市 地下管廊GIL特殊设计344 2111直流GIL的应用、绝缘特性及设计 要求346 21111超/特高压直流GIL的应用 前景346 21112直流绝缘子表面电荷的聚散及 影响346 21113直流绝缘子表面电阻的分布与 影响348 21114直流气隙的绝缘特性348 21115直流绝缘件的设计要求349 21116金属微粒对绝缘件表面电场的 破坏352 2112直流高压电器绝缘的7个重点研究 课题353 第22章高压SF6电器的抗震设计355 221地震特性参数355 2211地震烈度355 2212地震频率与地震周期355 2213地震波形355 2214地震加速度356 222产品动力特性参数357 2221产品自振频率fg357 2222振动阻尼与阻尼比ξ357 2223弹性元件的刚度及弹性模量357 2224共振时的加速度(振幅)放大 系数β358 223高压电器设备抗震设计360 2231自振频率fg和阻尼比ξ360 2232加速度的放大系数β360 2233强度估算361 2234位移估算361 2235提高高压电器设备抗震能力的 措施362 224高压电器设备抗震能力的验证362 2241用计算机进行抗震能力计算362 2242抗地震性能试验363 第23章GCB/GIS的典型开断、 ACF断路器的特殊运行工况及 结构设计要求365 231断路器的BTF开断365 2311短路开断电流直流分量IDC365 2312首相开断系数K1365 2313暂态恢复电压(TRV)366 2314 BTF开断与灭弧室特性367 232SLF开断367 2321 TRV初期锯齿波的形成368 2322TRV初期增长速度368 2323SLF开断与灭弧室特性368 2324断口并联电容改善SLF开断 条件369 233反相开断369 234并联开断370 235空载变压器开断371 236切合电容器组及空载长线371 2361切合电容器组371 2362切合空载长线372 2363切空载长线的开断电流及试验 方法373 2364长线合闸过电压374 237切电抗器375 2371无截流开断375 2372有截流开断375 238发展性故障开断376 239超/特高压交流滤波断路器的特殊 运行工况及结构设计要求376 2391ACF断路器的特殊运行工况 及其运行现状376 2392ACF断路器切电容负荷的可能 故障与隐形故障特征377 2393ACF断路器断口电压分布 不均匀性导致产品的内外 绝缘事故379 2394ACF断路器的创新设计要点380 2395ACF断路器合闸涌流的危害及 对策384 2396罐式断路器T·GCB切合滤波 电器的适应性385 2397ACF断路器的型式试验及相应 的国标修改385 2310GIS—DS的典型切合操作385 23101切合母线转换电流(环流)385 23102切小电容电流387 2311GIS—FES的分合操作388 23111FES短路关合388 23112FES切合感应电流388 第24章电网对CT/VT的不同要求和 运行注意事项389 241CT测量级绕组389 242CT 5P及10P稳态保护级绕组390 243CT暂态保护用绕组(TP)390 244CT 10%误差曲线391 245CT参数要求对CT结构设计的 影响391 246使用CT时的注意事项392 247两种电压互感器的特征及运行中 应处理好的主要问题393 第25章计算机辅助设计395 251高压电场数值计算395 2511电场计算方法395 2512LVQB—252 SF6电流互感器 三维电场计算395 2513GCB灭弧室电场计算及电场 优化设计399 252应力与变形分析00 253抗震计算401 254灭弧室开断能力计算402 第26章环保气体高压电器的研发407 261环保气体高压电器研发的任务和 方法407 2611环保气体高压电器研发的任务407 2612环保气体高压电器的研究方法407 262SF6混合气体的研究与应用408 2621混合气体的协同效应408 2622SF6混合气体的绝缘特性研究409 2623SF6/N2混合气体与纯SF6间的 绝缘特性、压力特性的换算412 2624SF6混合气体熄弧特性的研究413 2625SF6混合气体的应用416 263SF6替代气体的研究417 2631C4、C5、C6系新气体的 主要特性417 ⅩⅪ2632对c-C4F8的热情追逐与冷静 思考417 2633国内外对三氟碘甲烷（CF3I) 的研究概况418 2634国内外对C4F7N的研究及应用 前景421 2635重视六氟二丁炔（C4F6） 的研究424 264气—固绝缘方式的研究425 265环保气体高压电器设计的研究课题425 266停笔寄语426 参考文献427