關(guān)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(shè)計（-40℃）

曹陽

（新東北電氣集團高壓開關(guān)有限公司，遼寧沈陽110025）

新東北電氣公司生產(chǎn)的LW56-550罐式SF6斷路器產(chǎn)品，SF6氣體閉鎖壓力為0.5MPa,在運行環(huán)境溫度-32.5℃以下時容易產(chǎn)生液化現(xiàn)象，為了防止SF6氣體液化，根據(jù)LW56-550kV罐式六氟化硫斷路器的外形結(jié)構(gòu)特點，采用經(jīng)濟實用的辦法是在產(chǎn)品上裝加熱保溫套，人為地向斷路器輸入熱量，使產(chǎn)品在假設(shè)極限溫度-40℃時SF6氣壓保持在產(chǎn)品操作閉鎖氣壓之上，以保證產(chǎn)品額定開斷能力不變。下面就加熱帶的結(jié)構(gòu)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(fā)出的熱量絕大部分經(jīng)空氣間隙傳到開關(guān)殼體進入開關(guān)內(nèi)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(guān)的覆蓋面積So＝2Sr，Sr為一個加熱保溫套的表面積；

估算開關(guān)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(yīng)考慮到在大氣中瓷件散熱系數(shù)僅為開關(guān)金屬外殼散熱系數(shù)的1/4，因此瓷套等效散熱面積應(yīng)為實際表面的1/4。經(jīng)估算LW56-550kV罐式六氟化硫斷路器的S1＝6Sr；

計算出開關(guān)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(jīng)稀薄空氣傳到開關(guān)殼體再進入開關(guān)內(nèi)使SF6及內(nèi)部零部件升溫，而且還有很少一部分熱量經(jīng)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(guān)內(nèi)部，其傳熱系數(shù)近似取為Kr＝0.9；

確定低溫時SF6需要增加的溫度。根據(jù)設(shè)定的極限低溫-40℃，斷路器操作閉鎖氣壓0.5Mpa對應(yīng)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(jù)產(chǎn)品在通額定電流In進行溫升試驗時所測得的開關(guān)內(nèi)部SF6溫升△T2，以及由In及開關(guān)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(guān)回路電阻（μΩ）

In：開關(guān)額定電流（A）

ΔT1：低溫補充溫升（°C）

ΔT2：開關(guān)溫升試驗時SF6氣體的溫升（°C）

Ks：加熱保溫套面積與開關(guān)散熱面積之比

Kr：加熱器傳熱系數(shù)0.9

將LW56-550罐式六氟化硫斷路器的相應(yīng)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(yīng)經(jīng)裝加熱器的溫升試驗來確認。試驗方案是：將設(shè)計好的加熱保溫套裝在開關(guān)上，在開關(guān)空載不通電流時，將加熱器通電并測出開關(guān)內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)部SF6溫升研究性試驗。當(dāng)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(chǎn)品北風(fēng)呼嘯，開關(guān)外殼散熱系數(shù)要大于無風(fēng)時的值，因此為使加熱器的設(shè)計容量留有充足的裕度，加熱器的設(shè)計容量應(yīng)比（1）式計算容量增加10%左右。

結(jié)論：LW56-550KV罐式六氟化硫斷路器在運行環(huán)境溫度為-40℃時，保證產(chǎn)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?？紤]到加熱器運行的可靠性，設(shè)計為一工作一備用方式。

［1］黎斌SF6高壓電器設(shè)計 機械工業(yè)出版社2009年7月