六氟化硫（SF6）氣體是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體。由于這種氣體的化學性能穩(wěn)定。并具有優(yōu)良的滅弧和絕緣性能，已被廣泛應用于電力設備中。但是，SF6氣體也有不足之處，如：價格昂貴，對電場均勻性比較敏感，以及低溫下容易液化，不適用于嚴寒地區(qū)使用等問題。例如，在我國北方地區(qū)冬季戶外氣溫會低于-25℃，六氟化硫斷路器在這種溫度下會因SF6氣體液化而無法正常工作，如圖1所示。一般單壓式戶外SF6斷路器在20℃時的額定氣體壓力為0.7MPa（壓力），SF6氣體液化溫度為-25℃左右。因此當SF6氣體壓力降到閉鎖壓力值時，斷路器不得不退出運行。嚴重時會造成大面積停電。
為了解決六氟化硫斷路器（尤其是瓷柱式SF6斷路器）在北方嚴寒地區(qū)的使用問題，國內外開關制造廠家已經開始用SF6混合氣體來取代SF6氣體，一般均采用SF6/N2混合氣體作為滅弧、絕緣介質。在總壓力為0.7MPa（壓力）時，60％SF6+40％N2混合氣體的液化溫度為-42℃，比同壓力下純SF6氣體介質的液化溫度低了許多。由于SF6/N2混合氣體斷路器中的SF6氣體密度和滅弧室結構等與純SF6氣體斷路器不同。所以在檢修中會帶來很多問題，本文中作者將這些問題作一些探討。

2 檢修中的問題
2.1　檢漏濃度值問題
制造廠家在選擇SF6/N2混合氣體比例時，需要綜合考慮三方面因素：氣體液化溫度、絕緣性能、滅弧性能。由于側重點不同，是以防止氣體低溫液化為主，還是以保證斷路器的絕緣性能和滅弧性能為主．所以生產出的斷路器可能有兩種SF6/N2混合氣體比例：50％SF6+50％N2和60％SF6+40％N2的混合比例。
現(xiàn)場斷路器若發(fā)生壓力不正常下降，需要撿漏時．撿漏的方法仍然有定性和定量兩種方法。

（1）泄漏的定性查找，與普通SF6斷路器一樣
測量前應將儀器調試到工作狀態(tài)．靈敏度稍微調得高一些，然后拿起探頭，仔細探測設備外部易泄漏部位如：各檢測口、焊縫、充氣嘴、法蘭連接面、壓力表連接管和滑動密封底座等處。雖然在泄漏的混合氣體中SF6氣體濃度只有普通SF6斷路器的一半左右．但只要泄漏率較大時，還是能夠根據檢測儀所發(fā)出的聲、光報警信號及儀器指針的偏轉度來確定泄漏位置及粗略濃度。
撿漏儀雖多種多樣，但通常都主要由探頭、探測器和泵體三部分組成，它們對所探測到的鹵素氣體均能夠發(fā)出警報。日本三菱公司生產的MC—SR—DB型撿漏儀的氣體流程圖，如圖2所示。當大氣中有SF6氣體時，探頭借助真空泵的抽力將SF6氣體吸進并進入探測器二極管產生電暈放電，使得二極管電極的電流減小，電流減小的信號通過電子線路變換成一種可以聽得到見得著的聲、光報警信號，泄漏量越大，聲光信號就越強烈
（2）泄漏的定量測試仍可以用掛瓶撿漏法、局部包扎法或者整機扣罩法

如果制造SF6/N2混合氣體斷路器的廠家仍然將年漏氣率定為不大于1％的話，則這個1％中應包含泄漏出的SF6和N2兩種氣體的量。而用上述三種收集泄漏氣體的定量測試方法中，撿漏儀只能探測到SF6氣體的體積濃度K。所以，在代人漏氣率計算公式時，必須在K之前乘以系數2（混合氣體比例為50％SF6+50％N2）或5/3（混合氣體比例為60％SF6+40％N2）。
1）掛瓶撿漏法　某些廠家生產的斷路器在各法蘭接合面等處留有檢測口，檢測口與密封圈外側槽溝相通，能夠收集密封圈泄漏時的SF6氣體，當定量檢查泄漏口有SF6氣體泄漏時，可在檢測口進行掛瓶測量。
檢漏瓶為1000mL塑料瓶，掛瓶前將檢測口螺釘卸下，歷時24h，使得檢測口內積聚的SF6氣體排掉，然后進行掛瓶。掛瓶時間為33min，再用撿漏儀檢查瓶中的SF6氣體濃度。
2）整機扣罩檢漏法對于體積較小的40.5 kV和12 kV SF6斷路器可在現(xiàn)場采用廠家配備的密封罩進行整機扣罩法測試。密封罩的上、中、下、前、后、左、右都開有適當小孔，用膠布密封作為測試孔。
3）局部包扎檢漏法對于安裝后的252 kV及以上電壓等級的SF6斷路器，由于體積很大，無法實施整體扣罩，可采用局部包扎法進行測量。在法蘭、密度繼電器、分合閘拉桿動密封等處分別用塑料布包被測點，24h后測量漏氣量的公式為
將每個包扎點的漏氣量加起來得到總的漏氣量∑Q（動密封處的漏氣量必須乘以平均每年的分合閘次數），通過檢漏，確定了漏氣點后，應分析漏氣的原因，分別采取相應的措施。如：更換滲漏的壓力表、破損的瓷套管和老化的密封圈等。

2.2　密度繼電器動作值整定問題
密度繼電器在SF6/N2混合氣體斷路器中同樣也是承擔著測量斷路器因泄漏造成的壓力下降，也應具有溫度補償功能。密度繼電器的結構原理圖，如圖3所示。SF6/N2混合氣體在密度不變的情況下，內部壓力也是隨溫度變化而作線性變化，金屬膨脹器收縮或脹開．此時雙金屬片溫度補償裝置也隨溫度變化而自動起補償作用。當斷路器有泄漏而造成壓力下降時，微動開關的接點閉合，發(fā)出信號或使斷路器進行低氣壓閉鎖。
在斷路器交接或大修試驗中，密度繼電器必須進行動作值整定，SF6/N2混合氣體斷路器的密度繼電器動作整定值校驗和純SF6氣體斷路器相比，只是動作值可能不同，這要根據具體廠家說明書而定，而校驗方法是一樣的?？梢杂靡粔K高精度的壓力表與密度繼電器并聯(lián)連接，在密度繼電器動作接點的輸出端接上萬用表或對燈，當我們慢慢泄放斷路器中的混合氣體時，察看接點剛好動作時的壓力值是否與說明書上要求值相符。若不相符，則可以調節(jié)繼電器上的動作值調節(jié)螺栓，直到滿意為止。

2.3　微水量標準要求與測試問題
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量同樣要受到控制。因為這些微水量在斷路器中會產生兩個方面的危害：
（1）在電弧高溫之下，SF6氣體與水產生化學反映
2SF6+6H2O→2SO2+12HF+O2
氫氟酸HF和SO2遇水后生成的H2SO3（亞硫酸）具有強烈的腐蝕性，為劇毒物。
（2）水分對絕緣性能的影響
水分在低溫下。凝露在絕緣物表面。造成沿面放電。
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量的主要來源有：
（1）純凈的SF6/N2混合新氣中仍有一定的水分
混合前，氮氣中含水量較少。而SF6氣體中含水量較多，所以要求純凈的SF6/N2：混合新氣中的含水量應參照國家標準GB8905-88規(guī)定，不能大于64.88ppmv/v。充氣前應對其含水量進行測定。
（2）SF6設備零部件在裝配、存放期間干燥處理不夠裝配后使其中的水分向SF6/N2氣體中擴散，導致SF6/N2氣體中的含水量增加，甚至超標。
（3）設備安裝后抽真空等處理不夠
應當在抽真換上新的吸附劑，當抽到l Tort（133Pa）時，繼續(xù)抽真空一小時以上，使絕緣材料零部件中的水分有足夠時間充分汽化排出。
（4）密封結構不良（密封墊片一般只有6～8年的使用期）
SF6設備運行多年后，密封墊片老化，瓷套與法蘭的膠合部位可能會有滲漏．使大氣中的水分通過這些微孔向斷路器內擴散，導致SE洲：氣體中的含水量超標。
SF6/N2混合氣體斷路器中氣體的含水量的標準為多少呢?能不能沿用原來純SF6氣體斷路器的標準呢?根據道爾頓分壓定律，處于擴散平衡的混合氣體中，每一種氣體成分均是按它單獨存在時那樣分布的。因此，氣體中水蒸氣在什么條件下凝結成露或冰．只取決于氣體中水蒸氣分壓力和密度在什么溫度下達到它的飽和值，而與同一空間中是否存在其他物質無關，具體數據如下表所示。
表中顯示出在0℃時，只要斷路器內部水蒸氣壓力大于飽和壓力611Pa時．就開始凝露。由于氣體壓力是由分子平均熱運動形成的。同一溫度下電器設備中不同氣體分壓力之比就是不同氣體分子或分子密度的比值，也就是不同氣體占有的體積比。因此，對于SF6/N2混合氣體和水蒸氣來說
若要考慮得安全些，選－10℃作為考慮點，則只要斷路器內部水蒸氣壓力大于259Pa就產生水蒸氣凝結．此時有
此時只要斷路器總壓力P確定。則電器中水分與SF6/N2氣體的體積比也就確定了。若斷路器的壓力為0.7MPa。則在0℃時
但實際運用中，在確定水分含量要求時，還要考慮電器內部是否出現(xiàn)高溫的大功率電弧。所以，對于SF6/N2混合氣體斷路器的微水量還應當采用純SF6氣體斷路器的國家標準：運行中為300ppm，而交接為其一半150ppm。這樣只要運行溫度高于-10℃，水分含量小于300ppm，電器內部的水分就不會產生凝露。
關于微水量的檢測方法應與純SF6氣體斷路器的一樣?？刹捎秒娊夥ê吐饵c法等測量。測量微水量應在適宜的溫度下進行，因為斷路器內部相當一部分水分吸附在零部件中，隨著溫度的變化，零部件就會從氣體中吸附或排放一些水蒸氣，如果測量微水量時溫度選擇不適宜，測定的結果會有較大的差別。應當每次都選擇在同一溫度下進行測量，所測量的含水量值才能進行比較。英國密析爾（MICHELL）儀表為zui大的濕度露點儀表生產廠家，開發(fā)了CERMAX,S4000,S8000等露點儀專門用于電力行業(yè)微水分析上，同時在歐洲濕度檢測領域有過半的*，擁有超過35年的專業(yè)技術，開發(fā)一整套變送器、露點儀、校驗系統(tǒng)等產品，歐盟/美國國家標準實驗室全都是使用MICHELL產品作為標準儀器。我們英國密析爾（MICHELL）儀表在中國地區(qū)全程銷售技術提供商，咨詢產品。：   ：http://www.china-hz17.com
2　機械特性的調整
SF6/N2混合氣體斷路器的滅弧室結構與純SF6氣體斷路器的一樣，典型的壓氣式變開距滅弧室結構簡圖，如圖4所示。它主要由瓷套、靜弧觸頭座裝配、噴管、壓氣缸、動弧觸頭等部件組成。但是由于在SF6/N2混合氣體中的電弧直徑要大于純SF6氣體中的電弧，SF6/N2混合氣體介質的滅弧能力比純SF6氣體介質有所降低，所以，拉伐爾噴管的喉部直徑、噴口上游區(qū)的長度、噴口下游擴張角以及壓氣室活塞的面積等都要有所改變。因此在斷路器機械特性的測試、調整時應特別加以注意。一定要按照廠家說明書要求來調整好行程（1）超程和全行程的比例關系
SF6/N2混合氣體斷路器的滅弧室要在斷路器分閘時對電弧形成吹弧作用，就要產生SF6/N2氣體的預壓縮，因此必須在斷路器中設置超行程。觸頭分離前壓縮壓氣室內的SF6/N2氣體→噴口被動觸桿堵住，只受壓縮而無排出。經過超行程L1后，噴口打開前壓力為
在噴口設計時通常取噴口內氣流已達到臨界狀態(tài)。在臨界吹弧時，上游電弧產生的能量與通過電弧等離子體流帶走的能量達到動態(tài)平衡。此時
就要求預壓縮行程L1（超行程）占總行程應不少于40％．所以SF6/N2混合氣體介質的斷路器的分閘時間也同樣要比其它斷路器長些。調整時，要按說明書要求調整好超行程。
（2）分閘速度與噴口面積St壓氣缸活塞面積Sp的關系
要保證使電弧可靠熄滅，就要求在氣吹階段中P1/P0仍保持較高的比值。當噴口面積和活塞承壓面積不變時，要求壓氣室運動速度VP足夠大，才能維持電弧氣吹階段中壓氣室中壓力不變，即始終保持噴口處氣流處于臨界狀態(tài)，此時噴口處氣流速度為SF6氣體的音速（134m/s）．壓氣室運動速度（即分閘速度）應保持在 這樣要求操動機構提供的能量足夠大，所以一般單壓式SF6/N2混合氣體介質的斷路器常配備大功率的液壓、氣動等機構。調整時，一定要按照廠家說明書要求調整好分、合閘速度。

2.5　噴口的互換性問題
在斷路器滅弧室中zui容易被電弧燒損的部件是噴口，所以在斷路器解體大修時，就要更換噴口。而每一種斷路器滅弧室噴口都是依據該斷路器的極限開斷電流大小、滅弧介質等因素設計的。噴管部位的局部放大圖．如圖5所示。圖中D1為噴口喉部直徑；Lu為噴口上游區(qū)長度，即動觸頭到噴口喉頸處的距離；以為壓氣缸的直徑；θ為噴口下游擴張角；Ln為噴口總長，這些參數均是影響滅弧室氣流特性的主要結構參數。
（1）噴口喉部直徑的確定
在噴口設計時通常取噴口內氣流已達到臨界狀態(tài)，根據國內外學者研究得出，噴口喉部直徑D1為
D1=（0.4～0.8）Im
式中Im—斷路器極限開斷電流值。
但是由于在SF6/N2混合氣體中的電弧直徑要大于純SF6氣體中的電弧，既要合理利用電弧的熱阻塞效應以獲得高氣壓，又要使得噴管和觸頭不至于嚴重燒傷，所以一般SF6/N2混合氣體介質斷路器的噴口直徑要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的直徑要大一些。
（2）噴口上游區(qū)長度的確定
試驗結果表明，上游區(qū)電弧長度對SF6/N2混合氣體的開斷能力有一定的影響。SF6/N2混合氣體取得zui大介質強度恢復速度所對應的上游電弧長度，比純SF6氣體所對應的上游電弧長度短。因此，一般SF6/N2混合氣體介質斷路器噴口的上游區(qū)長度要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的要短一些。
（3）噴口下游擴張角的確定
壓氣式滅弧室使用的噴管，一般采用拉伐爾縮放形噴管。在SF6/N2混合氣體的滅弧機理中，SF6和N2起著不同的作用。由于SF6氣體具有導熱、導電性好和強負電性等特點，在電弧過零之前以大量新鮮冷氣流包圍熾熱的電弧弧柱，使得SF6氣體分子與電弧接觸。進行充分的熱傳導，傳輸并耗散能量，降低溫度．并加強吸附電子以形成負離子，使電弧熄滅。SF6氣體的電特性和熱特性的良好配合，使觸頭間的介質強度得以迅速恢復。N2氣體則主要是通過等熵冷卻來熄滅電弧的。要充分發(fā)揮SF6/N2混合氣體的滅弧機理作用．就要適當地加大噴口下游擴張角，所以SF6/N2混合氣體介質斷路器噴口的下游擴張角要比同容量的純SF6氣體斷路器噴口的要大一些。
從以上分析可知，同容量的SF6/N2混合氣體斷路器和純SF6氣體斷路器之間的噴口是不能互換使用的。在大修前的備品、備件中一定要引起注意。

2.6　氣體的回收與充氣
（1）混合與充氣
關于SF6/N2混合氣體的混合問題，根據道爾頓分壓定律，沒有必要先將兩種滅弧介質成分混合后再充入開關設備中。可以先充人SF6氣體至其分壓力的規(guī)定值，然后再充人N2氣體至混合氣體的zui終壓力值。例如某60％SF6+40％N2混合氣體斷路器的額定壓力為0.7MPa，則可先向斷路器充人SF6氣體至0.42MPa．然后再充入N2氣體至0.7MPa。由于氣體的擴散和對流作用，甚至在設備長期投運的情況下，氣體的混合仍保持得很均勻。
（2）補氣
補氣時可以在的充氣設備中，事先將兩種氣體按比例混合好，再用充氣裝置對開關設備進行補氣。
（3）回收
SF6/N2混合氣體介質斷路器中的氣體在檢修時一般不回收SF6/N2混合氣體，除非其混合比在控制范圍內（可用能顯示SF6百分比的儀表檢查）。

3　結束語
采用SF6/N2混合氣體作為斷路器的滅弧、絕緣介質，在．ABB、西門子等國外電氣公司中已經獲得應用．并取得了多年的運行經驗.