關于新東北電氣公司LW56-550kV罐式六氟化硫斷路器加熱裝置的設計（-40℃）

曹陽

（新東北電氣集團高壓開關有限公司，遼寧沈陽110025）

新東北電氣公司生產的LW56-550罐式SF6斷路器產品，SF6氣體閉鎖壓力為0.5MPa,在運行環境溫度-32.5℃以下時容易產生液化現象，為了防止SF6氣體液化，根據LW56-550kV罐式六氟化硫斷路器的外形結構特點，采用經濟實用的辦法是在產品上裝加熱保溫套，人為地向斷路器輸入熱量，使產品在假設極限溫度-40℃時SF6氣壓保持在產品操作閉鎖氣壓之上，以保證產品額定開斷能力不變。下面就加熱帶的結構及功率計算介紹如下：

加熱元件是采用伴熱板型加熱器。見圖1，在罐體上加裝兩個加熱器。見圖2為加熱器保溫剖面，加熱器發出的熱量絕大部分經空氣間隙傳到開關殼體進入開關內部加熱SF6氣體。由于熱源所處的位置和散熱方式的特殊，在此采用簡便適用的計算方法。

盡可能大的增大加熱保溫套對開關的覆蓋面積So＝2Sr，Sr為一個加熱保溫套的表面積；

估算開關未裝加熱保溫套部分的等效散熱面積S1。估算瓷套散熱面積時，應考慮到在大氣中瓷件散熱系數僅為開關金屬外殼散熱系數的1/4，因此瓷套等效散熱面積應為實際表面的1/4。經估算LW56-550kV罐式六氟化硫斷路器的S1＝6Sr；

計算出開關散熱面積S1與加熱保溫套覆蓋面積So之比Ks=So/S1=0.33；

加熱器的熱量要經稀薄空氣傳到開關殼體再進入開關內使SF6及內部零部件升溫，而且還有很少一部分熱量經加熱器外部的保溫層散在大氣中，因此僅有一部分熱量傳入開關內部，其傳熱系數近似取為Kr＝0.9；

確定低溫時SF6需要增加的溫度。根據設定的極限低溫-40℃，斷路器操作閉鎖氣壓0.5Mpa對應的SF6液化溫度為-32.5℃，如果加熱器補充7.5℃以上的溫升，就可以避免SF6液化。計算時溫升△T1＝10℃；

再根據產品在通額定電流In進行溫升試驗時所測得的開關內部SF6溫升△T2，以及由In及開關回路電阻R所確定的熱能來計算加熱器的容量P：

得：

式中，R：開關回路電阻（μΩ）

In：開關額定電流（A）

ΔT1：低溫補充溫升（°C）

ΔT2：開關溫升試驗時SF6氣體的溫升（°C）

Ks：加熱保溫套面積與開關散熱面積之比

Kr：加熱器傳熱系數0.9

將LW56-550罐式六氟化硫斷路器的相應值R=210μΩ、IH=4000A、ΔT1=10°C、ΔT2=32°C、Ks=0.33及Kr=0.9代入（1）式，可算出加熱器所需的容量（功率）為：

由（1）式初步計算出的加熱器功率應經裝加熱器的溫升試驗來確認。試驗方案是：將設計好的加熱保溫套裝在開關上，在開關空載不通電流時，將加熱器通電并測出開關內部的SF6溫升。由于新東北電氣公司LW56-550、LW12-550六氟化硫斷路器整體結構基本相同，1997年新東北電氣公司曾對LW12-550罐式六氟化硫斷路器進行罐體內部SF6溫升研究性試驗。當加熱功率為4500W時，SF6溫升17.3°C～25°C，溫升均高于上面的ΔT1計算值10°C。

考慮的冬季戶外產品北風呼嘯，開關外殼散熱系數要大于無風時的值，因此為使加熱器的設計容量留有充足的裕度，加熱器的設計容量應比（1）式計算容量增加10%左右。

結論：LW56-550KV罐式六氟化硫斷路器在運行環境溫度為-40℃時，保證產品SF6壓力在操作閉鎖氣壓之上，安裝加熱器功率在4500W時能保證SF6不液化。考慮到加熱器運行的可靠性，設計為一工作一備用方式。

［1］黎斌SF6高壓電器設計 機械工業出版社2009年7月