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第1章　SF6的基本特性1

1.1　SF6的物理性能1

1.2　SF6的气体状态参数2

1.3　SF6的化学性能3

1.3.1　SF6具有良好的热稳定性3

1.3.2　SF6电弧分解过程4

1.3.3　SF6与开关灭弧室材料的化学反应4

1.3.4　水和氧等杂质产生酸性有害物质4

1.3.5　SF6电弧分解物中有剧毒的S2F10吗？5

1.4　SF6的绝缘特性5

1.4.1　SF6气体间隙的绝缘特性5

1.4.2　SF6中绝缘子的沿面放电特性11

1.4.3　减小金属微粒危害的措施13

1.5　SF6气体的熄弧特性15

1.5.1　SF6气体特性创造了良好的熄弧条件15

1.5.2　SF6中的气流特性17

第2章　SF6电器的气体管理20

2.1　SF6气体的杂质管理20

2.1.1　SF6气体的毒性20

2.1.2　生物试验方法20

2.1.3　电弧分解气体的毒性及处理21

2.2　SF6气体的湿度管理23

2.2.1　水分进入开关的途径23

2.2.2　水分对开关性能的影响23

2.2.3　温度对SF6湿度测量值的影响25

2.2.4　SF6湿度测量值的温度折算28

2.2.5　用相对湿度标定湿度限值科学准确28

2.2.6　SF6湿度限值30

2.2.7　SF6湿度测量方法30

2.2.8　SF6湿度控制方法31

2.2.9　运行开关的水分处理32

2.3　SF6气体的密封管理32

2.3.1　SF6开关设备的密封结构32

2.3.2　密封环节的清擦与装配32

2.3.3　工程适用的检漏方法（真空监视、肥皂泡监视、充SF6及充He检漏）32

2.3.4　SF6密度的监控及误差分析37

附录2.A　SF6湿度测量值的温度折算表41

附录2.B　充SF6检漏一个密封环节允许漏气浓度增量△C及单点允许漏气率F吸的计算46

附录2.C　充氦检漏允许泄漏率计算48

第3章　GCB/GIS总体设计49

3.1　设计思想的更新49

3.2　简单就是可靠、简单就是效益49

3.3　GCB/GIS总体设计的核心50

3.4　GCB/GIS总体结构设计要求50

3.4.1　GCB灭弧室及操动机构的选择50

3.4.2　罐式与瓷柱式GCB的合理分工51

3.4.3　高低档参数有机搭配51

3.4.4　结构整体化设计52

3.4.5　环境因素的影响52

3.5　GCB/GIS可靠性的验证试验53

3.5.1　电寿命试验53

3.5.2　机械强度试验53

3.5.3 高低温环境下的操作试验53

3.5.4　耐风沙、暴雨、冰雪及污秽试验53

第4章　T·GCB/GIS出线套管设计54

4.1　40.5～145kV出线套管内绝缘设计54

4.1.1　中心导体设计54

4.1.2　允许雷电冲击场强值E1的选择55

4.2　252～363kV出线套管内绝缘设计56

4.3　550～1100kV出线套管内绝缘设计57

4.3.1 中间电位内屏蔽的作用57

4.3.2　中间电位内屏蔽的设计58

4.3.3　中间电位及接地屏蔽设计尺寸的验算59

4.3.4　中间屏蔽支持绝缘子设计60

4.4　套管外绝缘设计60

4.4.1 瓷件基本尺寸及耐受电压的计算60

4.4.2　高海拔、防污秽型瓷套设计62

4.4.3　瓷套外屏蔽设计62

4.5　瓷套机械强度设计64

4.5.1　瓷套法兰胶装比64

4.5.2　瓷质与工艺64

4.5.3　瓷套内水压与抗弯强度设计65

4.6　550kV SF6电流互感器支持套管中间电位屏蔽设计实例66

4.6.1 中间电位屏蔽尺寸的优化设计66

4.6.2 中间电位屏蔽的加工工艺方案设计67

第5章　硅橡胶复合绝缘子的特点和设计69

5.1　复合绝缘子的特点和应用69

5.2　伞裙材料的选用70

5.3　绝缘子芯体（筒、棒）材料的选择71

5.4　复合绝缘子设计的四点要求72

5.4.1　机械强度设计要求73

5.4.2　刚度设计要求74

5.4.3　电气性能设计要求74

5.4.4　胶装及密封设计要求75

5.5　复合绝缘子长期运行的可靠性76

5.5.1　绝缘子表面亲（疏）水性与污闪76

5.5.2　硅橡胶疏水性的迁移与运行可靠性76

5.5.3 HTV硅橡胶的高能硅氧键与运行可靠性76

5.5.4　抗电蚀能力与运行可靠性77

5.5.5　硅橡胶护套及伞裙组装工艺设计与运行可靠性77

5.5.6　水分入侵芯体对复合绝缘子机械强度的影响77

第6章　SF6电器绝缘结构设计——气体间隙、环氧树脂浇注件、真空浸渍管（筒）件79

6.1　SF6气隙绝缘结构设计79

6.1.1　气隙电场设计基准79

6.1.2　SF6气隙中电极优化设计79

6.2　环氧树脂浇注件设计81

6.2.1　绝缘件电场设计基准81

6.2.2　典型的绝缘筒（棒）结构设计82

6.2.3　绝缘筒（棒）机械强度设计83

6.2.4　盆式绝缘子设计10个要点86

6.3　真空浸渍环氧玻璃丝管（筒）设计91

6.3.1　真空浸渍管（筒）性能91

6.3.2　真空浸渍管（筒）绝缘件电气结构设计92

6.3.3　真空浸渍管（筒）绝缘件机械强度设计93

第7章　合闸电阻及并联电容器设计94

7.1　合闸电阻额定参数的选择94

7.1.1　电阻值R94

7.1.2　电阻投入时间t95

7.1.3　电压负荷95

7.1.4　电阻两次投入的时差△t95

7.2　电阻片的特性参数95

7.3　合闸电阻设计计算96

7.3.1　设计步骤96

7.3.2　计算实例（一）96

7.3.3　计算实例（二）98

7.4　合闸电阻的触头及传动装置设计99

7.4.1　合闸电阻投切动作原理99

7.4.2　电阻片安装方式设计100

7.4.3 电阻触头及分合闸速度设计101

7.5　并联电容器设计103

7.5.1　并联电容器容量设计（800kV双断口串联T·GCB计算例）103

7.5.2　电容元件及电容器参数选择104

7.5.3　电容器组的结构设计105

第8章　GCB/GIS的电接触和温升106

8.1　接触电阻106

8.2　梅花触头设计107

8.2.1　动触头设计107

8.2.2　触头弹簧圈向心力计算107

8.2.3　触片设计108

8.2.4　触指电动稳定性设计108

8.2.5　触指热稳定性设计109

8.3 自力型触头设计110

8.3.1　导电截面及触指数设计110

8.3.2　接触压力计算110

8.3.3　触头材料及许用变形应力111

8.3.4　旋压成形插入式触头（自力型触头的进化）111

8.3.5　铜钨触头及其质量控制111

8.4　表带触头的设计与制造工艺112

8.4.1　表带触头的特点112

8.4.2　表带触头的设计112

8.4.3　表带触头的材料、制作工艺及表面处理113

8.4.4　电动稳定性与热稳定性核算113

8.5　螺旋弹簧触头设计114

8.5.1　螺旋弹簧触头的特点114

8.5.2　螺旋弹簧触头及弹簧槽设计114

8.5.3　弹簧触头接触电阻的稳定性120

8.5.4　弹簧触头的选用和表面处理122

8.6　导体发热与温升计算122

第9章　GCB灭弧室数学计算模型的设计与估算124

9.1　平均分闸速度vf的设计124

9.2　触头开距lk及全行程l0设计126

9.3　喷嘴设计126

9.3.1　上游区设计127

9.3.2　喉颈部设计128

9.3.3　下游区设计131

9.3.4　喷嘴材料132

9.4　气缸直径的初步设计133

9.4.1　气缸直径Dc与机构操作力F133

9.4.2　气缸直径Dc的经验设计值134

9.5　分闸特性及其与喷嘴的配合135

9.5.1　分闸初期应有较大的加速度135

9.5.2　分闸速度对自能式灭弧室开断性能的影响136

9.5.3　分闸后期应有平缓的缓冲特性136

9.5.4　分闸特性与喷嘴的配合136

9.6　缓和断口电场的屏蔽设计136

9.7　双气室自能式灭弧室的发展137

9.7.1　40.5～145kV自能式灭弧室逐步完善稳定137

9.7.2　触头双动灭弧室的产生137

9.7.3　双动双气室灭弧室设计要点138

9.7.4　对双气室和单气室灭弧室的评价139

9.8　近似量化类比分析法在灭弧室设计中的应用139

9.8.1 252kV、40kA灭弧室开断试验结果分析与改进140

9.8.2　252kV、50kA单气室自能式灭弧室的增容设计142

9.8.3　800kV灭弧室设计要领143

9.9　机构操作功及传动系统强度计算145

9.9.1　运动件等效质量计算145

9.9.2　机构操作功计算146

9.9.3　弹簧机构的分、合闸弹簧设计148

9.9.4　液压机构储能碟簧设计149

9.9.5　开关操作系统强度计算151

9.10　调整分、合闸速度特性的方法152

第10章　密封结构设计154

10.1　密封机理154

10.2　影响SF6电器泄漏量的因素154

10.3　O形密封圈和密封槽的设计157

10.3.1　O形密封圈直径（外径D）与线径d0的配合157

10.3.2　密封圈材质的选用157

10.3.3　密封圈表面要求159

10.3.4　密封槽尺寸设计159

10.4　SF6动密封设计160

10.4.1　转动密封唇形橡胶圈设计160

10.4.2　X形动密封圈设计160

10.4.3　矩形密封圈直动密封设计162

10.5　密封部位的防水防腐蚀设计162

第11章　GIS中的DS、ES和母线设计165

11.1 三工位隔离开关的基本结构165

11.2　DS及ES断口开距设计166

11.3　DS断口触头屏蔽设计167

11.4　DS分合闸速度设计168

11.5　1100kV GIS—DS、ES设计的特殊问题168

11.6　快速接地开关设计170

11.7　GIS母线设计171

11.7.1　波纹管设计172

11.7.2　可拆卸母线外壳设计173

11.7.3　绝缘支持件设计173

第12章　SF6电器壳体设计174

12.1　壳体电气性能要求174

12.2　壳体材质及加工工艺选择174

12.3　壳体电气尺寸设计175

12.4　焊接壳体设计与计算175

12.4.1　焊接壳体强度设计因素175

12.4.2　焊接壳体壁厚设计176

12.4.3　焊接圆筒端盖（法兰）及盖板厚度设计177

12.4.4　焊接圆筒端部封头强度设计177

12.4.5　焊缝结构及焊缝位置设计177

12.5　铸铝壳体设计与计算179

12.5.1　铸铝壳体强度设计因素179

12.5.2　铸造壳体厚度设计179

12.6　壳体耐电弧烧蚀能力设计181

12.7　壳体加工质量监控设计181

12.7.1　壳体强度监控181

12.7.2　焊缝气密性监控181

12.7.3　铸件壳体气密性监控181

第13章　吸附剂及爆破片设计183

13.1　吸附剂设计183

13.1.1　F—03吸附剂性能简介183

13.1.2　F—03吸附剂活化处理183

13.1.3　吸附剂用量设计184

13.2　爆破片设计185

13.2.1　爆破片的选型与安装185

13.2.2　爆破压力设计185

13.2.3　压力泄放口径设计185

第14章　环温对SF6电器设计的影响186

14.1 日照对SF6电器及户外隔离开关温升的影响186

14.1.1　考虑方法186

14.1.2 日照温升试验186

14.1.3　试验值分析186

14.1.4　结论187

14.2　高寒地区产品的设计与应用188

14.2.1　降低额定参数使用188

14.2.2　开关充SF6+N2混合气体189

14.2.3　（SF6+CF4）混合气体的应用192

14.2.4　经济实用的低温产品设计方案——加热保温套设计193

14.2.5　高寒地区（-40/-50℃）产品的选择195

第15章　SF6电流互感器绕组设计196

15.1　CT误差及准确级196

15.1.1　CT误差的产生196

15.1.2　CT准确级198

15.2　影响CT电流误差的因素199

15.2.1　一次电流的影响199

15.2.2　二次绕组匝数N2的影响199

15.2.3　平均磁路长度lcp的影响199

15.2.4　铁心截面积S的影响199

15.2.5　铁心材料的影响199

15.2.6　二次负荷的影响200

15.2.7　绕组阻抗ZCT的影响200

15.3　测量级和保护级绕组设计及误差计算步骤200

15.3.1　绕组及铁心内径设计200

15.3.2　铁心设计200

15.3.3　确定绕组的结构及阻抗201

15.3.4　测量级绕组误差计算步骤202

15.3.5　稳态保护级（5P、10F）绕组误差计算步骤203

15.4　0.2级和5P级CT绕组设计及误差计算示例203

15.4.1　0.2级、FS5、126kV、2×300/5A、30VA绕组设计及误差计算（第一方案）203

15.4.2　0.2级、FS5、126kV、2×300/5A、30VA绕组改进设计及误差计算（第二方案）205

15.4.3　252kV、5P25、2×300/5A、50VA绕组设计及误差计算206

15.5　暂态保护特性绕组的基本特性参数208

15.5.1 设计暂态保护特性绕组的原始数据208

15.5.2　额定二次回路时间常数T2209

15.5.3　额定瞬变面积系数Ktf209

15.5.4　铁心剩磁系数Ksc209

15.5.5　暂态特性CT绕组的分级209

15.6　暂态磁通密度增大系数Ktd与暂态误差？210

15.6.1　CT铁心未饱和时的暂态过程210

15.6.2　CT暂态面积系数Ktd211

15.6.3　暂态误差计算式212

15.7　暂态特性绕组设计计算步骤和计算示例213

15.7.1　TPY绕组计算步骤213

15.7.2　550kV、1250/1A、10VA、TPY绕组计算示例214

15.7.3　550kV、2500/1A、15VA、TPY绕组计算示例216

15.8　铁心饱和及其对暂态绕组工作特性的影响217

15.9　影响CT暂态特性的因素及其改善措施218

15.10　CT罩及CT线圈屏蔽设计220

附录15.A　SMC101等合金磁化曲线图220

第16章　GIS设计标准化228

16.1　CIS设计非标准化的弊病228

16.2　GIS设计标准化的重要意义228

16.3　GIS结构设计标准化229

16.3.1　GIS基本元件标准化229

16.3.2　GIS基本接线间隔标准化的主要要求229

16.3.3　126kV GIS标准化的基本接线间隔229

16.3.4　252kV GIS标准化的基本接线间隔233

16.3.5　与各标准间隔对应的GIS主回路联结件及其内导标准化238

16.3.6　与各标准间隔对应的辅件标准化238

16.3.7　与各标准间隔对应的就地控制柜及气体监控柜的标准化238

16.3.8　GIS与电缆接口件标准化238

16.3.9　GIS与变压器接口件标准化241

16.4　GIS图样和设计文件的标准化及分类管理243

16.4.1　GIS图样的标准化设计及管理243

16.4.2　GIS基本间隔气体系统图的标准化设计244

16.4.3　GIS基本单元的配套表（MX表）及各种汇总表的标准化244

16.4.4　GIS基本间隔的配套表及各种汇总表的标准化244

16.4.5　GIS工程设计通知书245

16.4.6　GIS通用设计文件的标准化245

第17章　GIS小型化和智能化设计（在线监测技术及应用）246

17.1　一次元件小型化246

17.2　二次监控智能化的目的与构成248

17.3　开发可靠性高、寿命长的信息传感器248

17.3.1　电流传感器248

17.3.2　电压传感器251

17.3.3　分合位置传感器253

17.3.4　分合速度传感器254

17.3.5　弹簧储能传感器254

17.3.6　SF6气体密度及低湿度传感器255

17.3.7　温度、湿度传感器255

17.3.8　故障定位传感器255

17.3.9　压力传感器255

17.3.10　氧化锌避雷器（MOA）泄漏电流传感器256

17.3.11　局部放电传感器256

17.4　PISA和光纤传输技术257

17.5　智能化就地控制柜和保护单元257

17.5.1 智能化就地控制柜和保护单元的构成257

17.5.2　电站二次系统的更新与简化258

17.6　GIS运行状态分析软件及按运行状态维修GIS258

17.6.1　GIS运行状态巡检仪258

17.6.2　局部放电分析软件259

17.6.3 电寿命分析软件（电寿命折算及在线监测技术）264

17.6.4　SF6密度及湿度分析软件269

17.7　GCB智能操作270

第18章　GIS的派生产品——H·GIS的设计271

18.1　H·GIS及PASS的定义和结构特征271

18.1.1　H·GIS271

18.1.2　PASS274

18.2　AIS、GIS、H·GIS及PASS的特点分析277

18.2.1　结构和功能对比277

18.2.2　对H·GIS和PASS的评议277

18.3　选用H·GIS的技术经济分析279

18.4　550kV H·GIS使用示例279

18.5　复合电器的演变280

第19章　高压SF6电器的抗震设计283

19.1　地震特性参数283

19.1.1　地震裂度283

19.1.2　地震频率与地震周期283

19.1.3　地震波形283

19.1.4　地震加速度284

19.2　产品动力特性参数285

19.2.1　产品自振频率fg285

19.2.2　振动阻尼与阻尼比ξ285

19.2.3　弹性元件的刚度及弹性模量285

19.2.4　共振时的加速度（振幅）放大系数β286

19.3　高压电器设备抗震设计288

19.3.1 自振频率fg和阻尼比ξ288

19.3.2　加速度的放大系数β288

19.3.3　强度估算289

19.3.4　位移估算289

19.3.5　提高高压电器设备抗震能力的措施290

19.4　高压电器设备抗震能力的验证290

19.4.1 用计算机进行抗震能力计算290

19.4.2　抗地震性能试验291

第20章 GCB/GIS的典型开断、CT/VT的运行及设计注意事项293

20.1　断路器的典型开断293

20.1.1 BTF开断293

20.1.2　SLF开断295

20.1.3　反相开断297

20.1.4　并联开断298

20.1.5　空载变压器开断299

20.1.6　切合电容器组及空载长线299

20.1.7　切电抗器303

20.1.8　发展性故障开断304

20.2　GIS—DS的典型切合操作304

20.2.1　切合母线转换电流（环流）304

20.2.2　切小电容电流304

20.3　GIS—FES的分合操作307

20.3.1　FES短路关合307

20.3.2　FES切合感应电流307

20.4　电网不同工况对CT的不同要求307

20.4.1　测量级绕组308

20.4.2　5P及10P稳态保护级绕组308

20.4.3　暂态保护用绕组（TP）309

20.4.4　10％误差曲线309

20.4.5　CT参数要求对CT结构设计的影响310

20.4.6　使用CT时注意事项311

20.5　两种电压互感器的特征及运行中应处理好的主要问题311

20.5.1 电压互感器的误差311

20.5.2 电磁式电压互感器运行时注意事项312

20.5.3　电容式电压互感器的特点312

第21章　计算机辅助设计314

21.1　高压电场数值计算314

21.1.1　电场计算方法314

21.1.2　LVQB—252 SF6电流互感器三维电场计算314

21.1.3　GCB灭弧室电场计算及电场优化设计318

21.2　应力与变形分析318

21.3　抗震计算320

21.4　灭弧室开断能力计算321

参考文献325

第1版后记327