的发展历史和应用

从SF6诞生到现在只有百余年历史，人们从不断的研究中逐渐发现这种气体的优异性，并把它广泛用于高压电气设备中，用来取代液体和固体等其他绝缘介质。

1900年，法国的两位化学家H.Moissan和P.Lebean在实验室中第一次用氟和硫反应得到SF6气体。1920年，人们发现SF6气体具有优异的绝缘性能。1937年，法国首次应用SF6作为高压电气设备的绝缘介质。1940年，人们又发现SF6具有优异的灭弧性能。在此期间，美国军方将其运用于核军事领域“曼哈顿计划”中，直至1947年，美国开始大规模生产SF6气体，同时提供商用。

在标准状态下，SF6化学性质不活泼，无毒、不易燃烧和爆炸，具有热稳定性（在温度低于500℃时，SF6气体不会分解）。SF6呈现的许多优良性能特别适合应用到电力传输和配电设备中。室温高于周围环境温度时，SF6是一种电负性气体，这就决定其绝缘强度高和灭弧性能好。在大气压下，SF6气体的击穿电压几乎是空气的3倍。况且，SF6具有良好的热传导性；在高气压条件下发生电气设备放电或者电弧后，分解的气体产物能够重新生成SF6气体（例如，SF6气体能够快速恢复绝缘性能并且有自恢复性能）。SF6分解稳定的产物可以通过滤出而去掉，这些产物对其绝缘强度影响很小。在发生电弧时，SF6不会产生聚合物、碳和其他导电的沉积物。化学特性方面，温度达到200℃时，SF6不会与固体绝缘、导电材料发生化学反应。

在室温下储存SF6需要较高的气压。在21℃液化SF6，要求气压达到2100k Pa。SF6的沸点是-63.8℃，沸点低且合理，允许气压在400～600k Pa（4～6个标准大气压）下，SF6绝缘设备照常工作。在气体圆筒中允许存储密化，因此在室温气压下，SF6很容易液化。目前，SF6气体容易获取，易于处理，价格便宜。

从20世纪50年代开始，SF6开始广泛运用于高压电气设备中。1953年，美国率先开始生产双压式（1.5MPa）SF6断路器。50年代末，美国又首先制成SF6气体绝缘的电力变压器（GIT），并采用氟利昂冷却技术，但工业上并没有大量应用。1964年，德国西门子公司推出220k V/15k A的4断口SF6断路器，从此大容量SF6断路器进入大规模生产和应用阶段。1965年，ABB公司推出了第一套用SF6绝缘的金属封闭式组合电器（GIS）。1971年，第一条SF6气体绝缘电缆（GIC）工业线路在美国投入运行。1975年，德国西门子公司的首个利用SF6绝缘的高压输电线路（GIL）在德国Wehr抽水蓄能电站正式投运。20世纪80年代初，日本开发出84k V利用SF6绝缘的气体绝缘开关柜（C-GIS）。

然而，SF6也存在一些不理想的特性：SF6发生放电时，分解物中含有剧毒和腐蚀性的化合物（如S2F10、SOF2）；非极性污染物（如空气、CF4）很难从SF6气体中去除。SF6的击穿电压对于水蒸气、导电颗粒及导体表面的粗糙度较为敏感；恰好环境温度很低时，SF6呈现非理想的气体特性。例如，在寒冷的气候条件下（大约在-50℃），在正常工作气压下（400～500k Pa），SF6气体会发生部分液化。SF6还是有效的红外线吸收剂，由于其化学性能不活泼，大气中的SF6气体很难去除。这些不理想的特性使得SF6成为潜在的温室气体。

自20世纪50年代起，为解决严寒地区SF6气体的液化问题，降低电场的不均匀度对气体绝缘强度的影响，同时减少SF6气体绝缘设备的成本，削弱SF6气体的温室效应，人们开始研究用SF6混合气体代替纯SF6气体作为气体绝缘介质。70年代中期，国际上又开展了关于SF6混合气体用作灭弧介质的研究。20世纪80年代初，德国西门子公司开始生产充SF6/N2的单压式断路器。2001年，世界第一条采用SF6/N2混合气体绝缘的高压输电线路在日内瓦机场建成。

通常，有4种类型的电气设备使用SF6气体以绝缘或者灭弧为目的：①气体绝缘断路器和开断电流设备；②气体绝缘传输线；③气体绝缘变压器；④气体绝缘变电站。据估算，全世界生产的SF6中，有80%应用到电力工业中，而应用到断路器中的SF6占电力工业的绝大部分。

1）SF6断路器（generator circuit breaker，GCB）

SF6断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大优于油断路器。但由于其价格较高，且对SF6气体的应用、管理、运行都有较高要求，故在中压（3-5k V、10k V）中的应用还不够广，主要应用于高压、超高压与特高压等级的电力设备。

2）SF6金属封闭式组合电器（GIS）

GIS是把断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端盒、接地开关等各种电气元件密封在充满SF6气体的若干间隔内，并按一定的方式组合起来而构成的一种可靠的输变电设备。GIS与传统敞开式高压配电装置相比，其结构紧凑，占地面积小；不受外界环境的影响，运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长、施工周期短；对无线电通信和电视广播无干扰。自20世纪60年代问世以来，GIS迅速发展，在输变电系统中占据着非常重要的地位，并在电力系统中得到了广泛的应用。

3）SF6气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）

GIL是一种采用SF6气体或SF6/N2混合气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。从20世纪70年代开始，GIL逐渐在世界范围内开始投入使用。GIL作为一种新型的输电方式，具有输电容量大、损耗低、占地少、布置灵活、可靠性高、安全防护性好、免维护、寿命长、与环境相互影响小等优点。采用GIL可解决特殊环境或特殊地段的输电线路架设问题，通过合理规划和设计，不但可以大大降低系统造价，而且也能提高系统的可靠性。

4）SF6气体绝缘变压器（GIT）

用SF6气体作为绝缘介质的变压器具有不燃、不爆的优点，因此特别适合地下变电站以及人口密集、场地狭窄的市区变电站使用。与传统的油浸式变压器相比，GIT防灾性能优越、噪声小、运行可靠性高、维护工作量少。与其他无油的防灾型变压器相比，GIT容量大、电压等级高，对安装场所的环境条件无特殊要求。但是其绝缘结构较复杂，制造工艺要求较高，价格较为昂贵，因此应用并不广泛。

5）SF6气体绝缘开关柜（C-GIS）

72.5k V以下的GIS常做成柜式，即C-GIS。C-GIS具有柜式外壳，因此其结构和设计与高压GIS有很大不同。C-GIS是20世纪70年代末才出现的，由于它具有很多优点，所以发展很快。与常规的空气绝缘开关柜相比，C-GIS的主要优点是占地面积小、维护简单、工作可靠。据ABB公司的资料显示，其69k V级C-GIS的尺寸与常规34.5k V开关柜相当或更小。因此在城市电网的升压与增容工程中，采用C-GIS会带来很大的经济和社会效益。由于是封闭的气体绝缘系统，C-GIS的工作不受外界气象和环境条件的影响，因此它特别适用于高原地区和污秽地区。

6）SF6负荷开关

SF6负荷开关适用于10k V户外安装，它可用于关合负荷电流及关合额定短路电流，常用于城网中的环网供电系统，作为分段开关或分支线的配电开关。SF6负荷开关的开断能力是油开关的2～4倍，而单位开断容量的重量却只有油开关的1/8。同时由于SF6气体无老化现象及其燃弧时间短、运行安全可靠、触头烧损轻、检修周期长，所以SF6负荷开关是城网建设中推荐采用的一种开关设备。

除了以上所介绍的气体绝缘电气设备外，SF6气体还日益广泛地用于一些其他电气设备中，如中性点接地电阻器、中性点接地电抗器、移相电容器、标准电容器等。