小型化SF6气体绝缘金属封闭开关设备的设计与研发王彬翰郭云鹏杨升摘要：SF6气体绝缘金属封闭开关设备又被称为SF6气体封闭式组合电器，它被广泛应用于72.5kV以上的电力系统中。从SF6气体绝缘金属封闭开关设备的基本内容出发，分析了采用数值分析和仿真软件实现小型化SF6气体绝缘金属封闭开关设备设计的优化措施，以期为相关研究提供一定的参考。关键词：SF6气体绝缘金属封闭开关设备；设计；优化措施；电气配电装置：TM564：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.107SF6气体绝缘金属封闭开关设备是一种高可靠性、高经济性的设备，它被广泛应用于电力系统中。在设计、研发小型化SF6气体绝缘金属封闭开关设备时，采用数值分析和仿真软件能极大地提高SF6气体绝缘金属封闭开关设备的设计质量。这样做是因为SF6气体在均匀的电场中有良好的绝缘性能，如果绝缘支撑件、电极等设置不合理，或者微小粒子会对电场造成影响时，SF6气体的绝缘能力就会降低，从而引发设备绝缘故障。而应用数值分析和仿真软件能有效地解决这个问题，进而提高小型化SF6气体绝缘金属封闭开关设备的可靠性。1概述SF6气体绝缘金属封闭开关设备大多采用的是圆筒式结构，将断路器、隔离开关、接地开关、绝缘子和互感器等装置包裹住，以SF6气体为绝缘介质。SF6气体绝缘金属封闭开关设备每一功能单元都是由多个隔室组成的，例如母线隔室、断路器隔室，在分割隔室时，既要确保开关设备正常运行，又要保证开关设备发生故障时，能够限制电弧效应。一般情况下，在分割隔室时，要采用绝缘隔板，同时，不同的隔室允许的气体压力也不相同。对于断路器隔室的SF6气体，需要考虑到灭弧效果，所以，其压力也要比其他隔室的气体压力高。与常规的电气配电装置相比，SF6气体绝缘金属封闭开关设备具有以下特点：①体积小。由SF6气体绝缘金属封闭开关设备组成的变电站，其占地面积很小，电压等级越高效果越明显。②运行安全、可靠。SF6气体绝缘金属封闭开关设备的带电部分会封闭在金属筒外壳中，所以，不会发生短路事故和接地事故，并且其介质为SF6气体，不会引发火灾。由此可见，SF6气体绝缘金属封闭开关设备运行的安全性很高。③维护量小，使用周期长。SF6气体绝缘金属封闭开关设备的使用寿命比较长，并且其检修周期为10～20年，能极大地减少维护量。2小型化开关设备的设计研发2.1断路器断路器是SF6气体绝缘金属封闭开关设备的开断故障电流原件，其设计效果对整个SF6气体绝缘金属封闭开关设备有很大的影响。在断路器中，SF6气体既是绝缘介质又是灭弧介质，在电弧的电离作用下，断口SF6气体的绝缘强度会比其他位置SF6气体的绝缘强度低。在执行开断动作时，利用电场的屏蔽效应，能有效地减少金属粒子的存在，同时，还能减少热气体的存在。通过数值分析和仿真软件优化断路器静端电场，使得断路器尺寸更小和开断能力更强。2.2隔离开关和接地开关在设计SF6气体绝缘金属封闭开关设备的过程中，可以将隔离开关和接地开关设计成组合式结构，这样就能保证其尺寸最小化。在SF6气体绝缘金属封闭开关设备中，隔离断口最大电场强度处于断口品比中心开孔，当降低了隔离断口电场后，就能处理屏蔽面的形状与边缘形状的相互关系。在设计过程中，可以采用多段圆弧相接的方式优化屏蔽结构。2.3油气套管油气套管是SF6气体绝缘金属封闭开关设备和变压器连接的重要部分，在设计时，要保证油气套管能分离SF6气体绝缘金属封闭开关设备和变压器，并能独自完成各项工作。因此，要在油气套管的高压电极中间设置1个可拆卸的断口，同时，还要保证这个断口和隔离开关断口的场强一致。2.4出现套管在计算瓷套模型时，由于瓷套是SF6气体绝缘金属封闭开关设备高电压的引出位置，因此，需要考虑到空气、SF6气体这2种绝缘介质。对于出现套管的内屏蔽表面，其电场强度要满足SF6气体的绝缘性能需求，同时，套管外的法拉表面强度要满足空气的无晕需求。因为法兰的自身形状、高度、内屏蔽直径和高等都会影响法兰表面电场强度，所以，在设计时，要注意优化外法兰形状。2.5盆式绝缘子在SF6气体绝缘金属封闭开关设备中，盆式绝缘子的应用十分广泛。在SF6气体绝缘金属封闭开关设备运行...