高濕度地區GIS安裝中SF6氣體水分控制

龍愛平，種芝藝，張 瑋，李 宏

（1.中國超高壓輸變電建設公司，武漢市，430022；2.國家電網公司直流建設分公司，北京市，100052；3.新東北電氣（沈陽）高壓開關有限公司，沈陽市，110025）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）是由斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器、電壓互感器、母線、出線套管、伸縮節等主要元件連接在一起，并封裝在金屬外殼內，殼內充入一定壓力的SF6氣體作為滅弧和絕緣介質[1]。GIS設備具有占地面積小，運行可靠性高、維護方便、不受外界環境影響、無火災危險等優點，這些特性極大地提高了電氣設備運行的安全可靠性。因此，GIS設備在輸變電建設工程中得到越來越廣泛的應用。

GIS設備雖然有很多優點，但是氣室中的微水含量超標將會給設備的運行帶來危害。SF6氣體中的水分主要會帶來2個方面的危害：（1）在固體絕緣件表面凝露時，會大大降低沿面閃絡電壓；（2）SF6氣體中的水分會在電弧的作用下生成腐蝕性很強的氟化氫等分解物，對絕緣材料有損壞作用，使產品受到嚴重的損傷[2]。GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》對SF6氣體含水量標準（20℃下體積分數）要求為：有電弧分解的隔室應小于150 uL/L，無電弧分解的隔室應小于250 uL/L[3]。SF6氣體中的水分含量控制是GIS設備安裝時質量控制的重要內容，也是GIS設備安裝交接試驗中的1個重要指標，直接關系到GIS設備的安全運行和維護。

為降低SF6氣體中的水分含量，GIS設備的裝配工作應在無風沙、無雨雪、空氣相對濕度小于80%的條件下進行，并采取防塵、防潮措施[4]。然而在我國南方地區及山區，空氣相對濕度常年在80%以上，對GIS設備安裝過程中SF6氣體含水量的控制帶來了極大困難。

本文以復龍換流站GIS設備安裝為例，對高濕度環境下的GIS設備安裝過程中SF6氣體含水量控制措施進行探討。

1 復龍換流站GIS設備及安裝條件

復龍換流站地處四川省宜賓縣，為向家壩—上海±800 kV特高壓直流輸電示范工程的起點，GIS設備采用新東北電氣公司生產的ZF15-550型GIS，接線方式采用3/2接線形式，包括9個完整串和1個不完整串，共28個間隔，516個氣室。

根據當地氣象臺的測量，復龍換流站所在地區年平均相對濕度為81%，在GIS安裝期間正值當地的多雨季節，現場實測每天只有11：30—17：00時的濕度在80%以下。在GIS設備安裝前期，為保證GIS設備安裝質量，在環境相對濕度80%以下時才進行GIS設備安裝。由于安裝期間的空氣濕度較大，抽真空開始時抽取了幾個較典型的氣室（包括CB隔室、CT隔室、隔離開關隔室、管道母線隔室），按標準進行抽真空、充氣取樣檢驗。在充入SF6氣體48～96 h后進行微水含量的測量，取樣氣室的水分含量均超標，達到400～500 uL/L，最大的氣室微水含量為800 uL/L。同時由于設備大量到貨，在相對濕度80%以下進行安裝已不能滿足安裝工期的要求。

針對這種情況，在施工現場經過不斷的試驗和摸索，總結出了在高濕度環境下GIS設備安裝措施，即在相對濕度85%時進行GIS設備安裝，通過在安裝過程和安裝完成后的氣室處理中采取措施，保證GIS設備SF6含水量符合國家標準。

2 SF6氣體水分控制措施

2.1 安裝過程的控制措施

在安裝過程中，若采取防塵棚并在防塵棚內加裝去濕裝置和空調來調節小范圍的環境氣候，則需要增加很高的成本；而且，裝配過程中戶內、戶外吊裝時，必須開啟房間的頂棚，這樣就破壞了防塵棚內的小氣候，起不到密閉、除潮的作用，也不能保證裝配后的氣室水分控制達到標準要求。因此，在現場安裝時沒有采取在防塵棚內加裝去濕裝置和空調的措施。

為保證安裝進度和安裝質量，在現場相對濕度小于85%時進行安裝，在安裝過程中盡量縮短安裝單元在空氣中的暴露時間。在處理罐體兩側法蘭對接面時，用塑料布套在安裝面上，安裝人員進入塑料布內工作，最大限度地防止塵埃和空氣中的水分入侵罐體。

同時，在當天安裝結束的最后1節安裝單元中加裝過量的吸附劑，封蓋后充入“0”表壓的氮氣。在次日安裝下一節單元時取出吸附劑。此種方法的目的是利用吸附劑吸收當天安裝單元的水分，減少水分對新安裝單元的影響。

2.2 安裝完成后氣室的處理

2.2.1 概述

在相對濕度85%的情況下進行GIS設備安裝，設備安裝完成后氣室的處理措施是控制GIS設備SF6氣體含水量的關鍵。復龍換流站在GIS設備安裝過程中氣室處理的措施是：在氣室上外掛罐體，罐體內放置過量吸附劑，抽真空后注入純度為99.9%的氮氣去潮，在氮氣含水量合格后再放入額定容量的吸附劑，抽真空后注入SF6氣體。經過這種方式處理后的氣室其SF6氣體含水量均符合國家標準。

2.2.2 吸水材料的選用及活化

由于本工程涉及到需要處理超標水分的氣室很多，在吸附劑選擇時采用大連生產的吸水能力很強的KDHF-03型吸附劑，其球徑分別為2～3 mm和4～6 mm。根據以往使用經驗，KDHF-03型吸附劑性能較強，其主要性能見表1。

表1 KDHF-03型吸附劑的主要性能Tab.1 Main performance of KDHF-03 adsorbent

從表1中可看出球徑為4～6 mm的吸附劑抗壓強度優于球徑為2～3 mm的吸附劑，靜態吸水率也稍好。本工程選用了球徑為4～6 mm的吸附劑。

對于無包裝損壞和受潮現象的吸附劑直接拆包裝使用。在拆開吸附劑袋后，立即查看袋內所裝試紙的顏色，試紙呈現藍色可直接使用，若試紙呈淺粉色時必須采用活化或烘干的方法進行處理。處理方法為：（1）將KDHF-03吸附劑放入烘干箱中加熱至500～600℃（不能超過600℃，否則會破壞吸附劑的性能），保持2 h；（2）將KDHF-03吸附劑放入烘干箱中加熱至250℃，保持24 h。此2種方法獲得的吸附劑的效果是一樣的。

為了防止盛放吸附劑的布口袋受潮，在活化吸附劑的同時，將盛放吸附劑的布口袋放入另一個烘干箱中加熱至100℃保溫，驅除其所吸收的潮氣，待安裝吸附劑時，再取出。

2.2.3 吸附劑的放置

由于ZF15-550型GIS的結構緊湊，安裝空間小，而且盆式絕緣子水平放置的很多，為了防止安裝在罐內的吸附劑產生的灰塵落到水平盆式絕緣子上，不能按常規的方法將吸附劑放入罐體內部，而是采用外掛罐體，在罐體的內部放置吸附劑。對于安裝環境狹小和不能使用直筒罐體的安裝口，外掛的罐體采用了彎頭的形式。

為了防止吸附劑粉塵進入罐內，在安裝吸附劑時采用2層過濾的方式，第1層過濾是將零散的吸附劑放入專用口袋，第2層過濾是在外置容器和GIS設備本體之間放入的過濾網。通過這2層過濾裝置，在充入氮氣時有效地抑制吸附劑灰塵的擴散。

吸附劑烘干結束后，關閉烘干箱的柜門待烘干箱的溫度降至環境溫度，再將吸附器取出安裝。盡量縮短吸附劑取出烘干箱直到安裝完畢的時間，一般不超過15 min。安裝完畢后，一般不宜超過30 min，應立即抽真空。

2.2.4 氣體處理

為控制氣室內SF6水分含量，每個氣室都經過2次水分的處理，即第1次抽真空結束時充入0.3 MPa的氮氣保持48 h或更長時間，檢測充入氮氣的微水含量，合格后向大氣中排放；第2次抽真空結束后充入規定的SF6氣體，具體操作過程如下：

（1）先把外置罐體裝入要處理氣室的防爆膜接口上，在容器內裝入過量的吸附劑，裝入吸附劑前一定要將過濾裝置放入容器內，抑制吸附劑灰塵對產品內部的影響。

（2）裝配完成后，進行抽真空作業，抽真空壓力值達到40 Pa后，繼續抽真空4 h，目的是利用真空作用將附著在固體表面和侵入固體內部（尤其是結構較疏松的絕緣材料的內部）的微量水分抽出，在抽真空過程中盡量減少吸附劑對水分的吸附。

（3）在抽真空結束后，立即充入0.3 MPa的高純氮氣（純度99.9%），保持48 h，并在每天下午14：00從充氣口取樣測量充入氮氣的微水含量指標及其變化情況，待指標合格且穩定后放掉氮氣去掉外接容器，再正式放置額定容量的吸附劑，抽真空后充入額定壓力的SF6氣體。

通過上述的處理過程可以發現，充入氮氣的壓力越高，吸附劑的吸附效果越好，但是在吸附劑趨近飽和后則吸附效果明顯減弱。在日照強烈時氣室內的微水含量稍高，這是由于溫度升高時，水分子吸熱獲得較大的熱動能，因熱運動而脫離零部件表面，游離到氮氣中；溫度降低時相反，氣體中的水分子因熱運動能量的下降而被固體吸附。對充入的氮氣要保持2天以上的時間，促使吸附劑對溫度升高時吸附游離出來的水分。使放入的吸附劑充分發揮作用，并在每天溫度較高的14：00進行微水含量的測量。

3 結語

復龍換流站GIS設備安裝已經進入尾聲，在采用了文中所述的工藝方法后，GIS氣室SF6含水量均達到國家標準要求，GIS設備已順利通過交流耐壓試驗。實踐證明該方法能在高濕度地區GIS設備安裝過程中降低GIS設備安裝對環境濕度的要求，保證GIS設備SF6氣體的含水量指標合格。

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