赵滨
泰安泰山高压开关有限公司 山东 泰安271000
摘要：近年来，我国科学技术水平不断提升，SF6全封闭式组合电器(GIS)已经在相关重要领域中取得了实质性应用成效。本文主要介绍SF6全封闭式组合电器(GIS)的主要特征，并判断压力、电场均匀性能、电极表面状态和电压极性对SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性能的影响，旨在优化绝缘环境，降低风险系数。
关键词：电场均匀性能；压力；电极表面状态；电压极性
引言：在正常环境下，SF6气体具有较高的稳定性，其优良的化学性质使其具备了较高的灭弧能力和耐电强度，SF6全封闭式组合电器(GIS)的应用全面更新了传统的绝缘处理方式，大大降低了绝缘成本，深入探究影响SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性能的因素，有助于优化SF6全封闭式组合电器应用空间。
1.SF6全封闭式组合电器(GIS)的主要特征
SF6全封闭式组合电器(GIS)主要以SF6为气体绝缘材料，SF6气体是能使有电位差的电极间保持绝缘的气体，SF6气体绝缘遭破坏后有自恢复能力，另外，它具有电容率稳定、介质损耗极小、不燃、不爆、化学稳定性好、不老化、价格便宜等优点，是极好的绝缘材料。SF6气体的击穿场强、相对分子量、密度分别为89kV/cm、146和6.39kg/m3，电子自由行成为0.22μm，电离能为15.9~19.3ev，凝聚点为-63摄氏度，其具有优良的绝缘性能。同时，SF6分子很容易吸附自由电子形成负离子，具有较强的电负性，这一特点使得SF6气体具有了强大的灭弧能力，另外，SF6子的分子气体在电弧高温下分解和电离的情况非常复杂，但对绝缘性能的影响较小。SF6全封闭式组合电器(GIS)主要SF6断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线和封闭连接线、电缆终端、引线套管等构成，是封闭安装在一个或几个接地的金属封闭外壳内的成套配电装置，金属封闭外壳内部有充有一定压力，并充入一定量的具有优异灭弧能力和绝缘能力的SF6气体。结构模式和绝缘气体的特征决定了SF6全封闭式组合电器(GIS)具有较高的绝缘能力，同时，其占地面积较小，可布设于不同应用环境中，优化电力系统空间。
2.SF6全封闭式组合电器(GIS)的绝缘性能影响因数
2.1压力
国家统计局资料显示，2013年~2017年，我国电力生产量分别为54316.4亿千瓦小时、56495.8亿千瓦小时、58145.7亿千瓦小时、61424.9亿千瓦小时和64951.4亿千瓦小时，日益提升的电力生产量，意味着我国对电力的应用需求呈现了明显的上升趋势。在这种情况下，电力基础设施建设规划得以全面推进，SF6全封闭式组合电器(GIS)的有效应用，能够进一步更新电力系统，优化电力环境，相关研究表明，压力对SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性能的影响较为明显，在SF6全封闭式组合电器(GIS)体系内，不同的工作压力将直接影响SF6气体的击穿能力。研究表明，SF6全封闭式组合电器(GIS)的外部工作压力越大，SF6气体的击穿电压越大，但在实际应用中，为保证电力安全，相关人员往往会将SF6全封闭式组合电器(GIS)的外部供电压力控制在合理范围内，避免SF6气体液化。另外还有研究表明，SF6的击穿电压会随气压增高产生趋于饱和现象，电场的均匀程度与其饱和容易度具有密切关联，因此，在优化SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性能的过程中，应在电场相当均匀的条件下完成工作压力的有效控制[1]。
2.2电场均匀性能
国家统计局资料显示，2013年~2017年，我国电力能源消费总量分别为54203.4亿千瓦小时、56383.7亿千瓦小时、58020.0亿千瓦小时、61297.1亿千瓦小时和64821.0亿千瓦小时，2013年~2017年，我国电力终端消费量分别为51062.7亿千瓦小时、53283.8亿千瓦小时、55032.1亿千瓦小时、58234.2亿千瓦小时和61625.1亿千瓦小时。由此可知，我国具有较大的电力应用规模，电力主要应用于社会生产和人民生活，面对日益扩大的电力应用规模，电力系统的运行压力明显提升，SF6全封闭式组合电器(GIS)可有效优化电力环境，提高电力系统的绝缘稳定性，保障电力安全。电场均匀性能对SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性能的影响较为明显，相关研究表明，电场均匀性的差异将导致SF6击穿电压产生不同，SF6气体在均匀电场中的击穿电压较大，在均匀电场下绝缘强度随触头间距离的增加，而线性增加距离过大，电厂呈不均匀状态时，绝缘强度增加出现饱和现象，在不均匀电场下绝缘强度甚至会接近空气水平，而不均匀电场是电场区域内电场强度的大小和方向随空间坐标而变的电场，电场强度的大小和方向与坐标无关的电场被称为均匀电场，在应用SF6全封闭式组合电器(GIS)之前应对电场的均匀性能进行分析，以保证其具有优良的绝缘基础[2]。
2.3电极表面状态
SF6全封闭式组合电器(GIS)的有效应用能够满足我国不同电力领域对绝缘性能的要求，有助于构建安全绝缘环境，相关研究表明，电极表面状态对SF6全封闭式组合电器(GIS)绝缘性的影响较为明显，电极的表面积与SF6全封闭式组合电器(GIS)的击穿电压有关，减小电极表面积可提高SF6的击穿电压。同时，相关研究表明，电极表面的粗糙程度也与击穿电压有关，电极表面的光滑程度越高，击穿电压的增高趋势越明显，相对应的，电极表面越粗糙，击穿电压的降低趋势越明显。另外，相关研究表明，半导体芯片的电镀工艺、金属刻蚀工艺均会对电极表面状态产生不同程度的影响，因此，为有效提高SF6全封闭式组合电器(GIS)的绝缘性能，应优选电极材料，并在应用电镀工艺的过程中对电流密度、PH值和刻蚀工艺中的刻蚀方法进行有效控制和全面优化，以便改善电极表面状况，在电镀后得到较为平整光滑的表面层，将SF6全封闭式组合电器(GIS)的击穿电压控制在合理范围内，满足绝缘要求。
2.4电压极性
当前，我国正全面推进电力现代化建设，致力于优化电力系统，改善电力供应环境，SF6全封闭式组合电器(GIS)对于优化电力环境，保障电力应用安全具有重要意义。基于SF6全封闭式组合电器(GIS)的系统构成及绝缘特征，可知电压极性可对绝缘产生直接影响。一般来说，SF6断路器的绝缘结构都是稍不均匀的电场形式，因此SF6全封闭式组合电器(GIS)的绝缘性能往往取决于电压极性，通过深入分析SF6气体的存在状态可知SF6气体中水蒸气的含量可对电压极性产生一定影响，当SF6气体中微量水分提升时，可能会造成绝缘物内部表面闪络，在一定程度上增加了绝缘件的受潮或凝露发生概率，最终导致绝缘性能降低。另外相关研究表明，在SF6全封闭式组合电器应用空间中水可能会与SF6分解物进行化学反应，生成相关复杂产物，这些产物将存在于密闭空间内对电压极性产生不良影响，导致设备的绝缘能力降低，从这一角度出发，应科学控制SF6全封闭式组合电器(GIS)SF6气体的水蒸气含量，以便维护电压极性，保证绝缘效果和稳定性。
结论：当前我国正处于现代化建设的关键时期，基于SF6全封闭式组合电器的优良绝缘性能以及其在绝缘成本控制上的作用优势，可知其在我国相关重要领域中具有优良发展空间和宽广发展平台，基于SF6全封闭式组合电器家的主要特征，应通过调整压力、电场均匀性能、电极表面状态和电压极性提高绝缘效果。
参考文献：
[1]刘晟宇,毛保勇. 猴子岩水电站封闭式组合电器SF6设备漏气问题处理[A]. 四川省水力发电工程学会.四川省水力发电工程学会2018年学术交流会暨“川云桂湘粤青”六省（区）施工技术交流会论文集[C].四川省水力发电工程学会:四川省水力发电工程学会,2018:3.
[2]蔡京京,蒋俊凤,孙金奇,郝春来.SF6封闭式组合电器安装和试验中应注意的问题[J].黑龙江科技信息,2017(13):30.
作者简介：姓名：赵滨（1984.01--）；性别：男，民族：汉，籍贯：山东省肥城市，学历：本科；现有职称：初级工程师；研究方向：高压组合电器。