GIS產品中水分危害及水分處理工藝研究

呂均甫，侯桂然

平高集團有限公司，河南平頂山 467001

1 概述

GIS氣室中充SF6氣體作為絕緣和滅弧介質。氣室中SF6氣體水分含量應不大于表1中數值。如果氣室中水分超標，不僅使設備絕緣強度大大降低，還嚴重腐蝕設備，導致機械動作失常。因此GIS的水分處理及測量就顯得十分重要。本文主要分析了GIS氣室中水分的危害和GIS水分處理方法兩部分內容。

表1 （單位ppm）

2 氣室內SF6氣體中水分的危害

2.1 SF6氣體的性質

SF6氣體在常溫常壓下呈氣態。在20℃時，一個大氣壓下密度為6.16g/L，約為空氣的5倍。SF6氣體作為絕緣介質有以下優點：

1）化學穩定性好：純凈的SF6氣體無色、無味、無臭、無毒和不燃的惰性氣體。純SF6氣體在溫度升高到500℃時也不會分解。電弧高溫會使SF6氣體分解，但電弧熄滅后絕大部分分解物又重新結合成穩定的SF6分子，只有極少部分與游離的金屬原子及水發生反應，產生金屬氟化物和硫的低價氟化物。

在大氣中的壽命達3 200年。它還是一種極其有效的溫室氣體，如果大量釋放到大氣中，能促使地球的氣候變暖；

2）耐電強度高：SF6氣體是強電負性氣體，其分子具有很強的吸附自由電子而形成負離子的能力，因而其耐電強度很高，在較均勻的電場中約為空氣耐電強度的2.5倍左右；

3）滅弧能力強：在交流電弧電流過零時，SF6氣體從導體向絕緣體的轉化速度非?？?，即弧隙的介質強度恢復得很快。這是因為一方面SF6氣體在高溫下發生分解需要大量能量，因而對弧道產生強烈的冷卻作用，另一方面SF6氣體及其分解物均具有很高的絕緣強度的緣故；

4）通常無液化問題：GIS產品斷路器氣室壓力在0.7MPa左右，其他氣室壓力在0.45 MPa左右。如在20℃時充氣壓力為0.75MPa，則液化溫度為-25℃。如在20℃時充氣壓力為0.45MPa，則液化溫度為-40℃。只有在高寒地區，才必須對斷路器部分采取加熱措施[1]。

2.2 運行中的純凈SF6氣體

純凈的SF6氣體，在運行中受到電弧放電或高溫后，會分解成氟、硫和氟硫化合物。電弧消失后，會立即化合成穩定的SF6，其過程如下：

2SF6SF4+4F2+S

2.3 氣室內SF6中水分的危害

如果氣室內水分超標，對設備危害非常大。因為水在電弧作用下分解為氫和氧。氫和氧與SF6分解物在電弧的繼續作用下發生反應，生成氫氟酸（HF）、亞硫酸酰氟（SOF2）、二氧化硫（SO2）等雜質。其化學反應式如下：

這些雜質中含有氫、氧、水和酸等，它們的化學性質非常活潑，嚴重影響GIS產品的運行的可靠性。1）氧氣會對導電體和氣室進行氧化；另外，水和酸能腐蝕電氣設備。長時間的氧化和腐蝕會導致GIS機械動作失常，不能保證開關的電氣參數；2）氫氟酸（HF）、亞硫酸酰氟（SOF2）和水（H2O）的存在大大降低SF6氣體的絕緣強度，使SF6的滅弧能力變差，電弧的復燃機率增加。氫氟酸（HF）附著在絕緣體表面，易產生沿面放電；3）盤式絕緣子中含有二氧化硅（SiO2），氫氟酸對二氧化硅具有腐蝕作用，加速盤式絕緣子的老化，使其絕緣能力下降[2]。

另外，氣體中的水分一般是以氣態的水蒸氣形式存在，當溫度降低時，將凝結成液態的露水附著在零件的表面，可能造成絕緣件，如盆式絕緣子，絕緣拉桿的沿面閃絡而引起事故。

3 GIS氣室水分處理工藝

3.1 水分的控制

每一個GIS氣室內總會有一定量的水分，這些水分的來源有：裝配時帶入設備的水分；內部固體絕緣物和金屬表面含的有水分析出；充入的SF6氣體中含有的水分和充氣時管路中帶入氣室內部的水分；另外還有運行中從外界環境透過密封環節侵入的水分。針對不同的水分來源，GIS的裝配過程中就應該采取相應的措施對水分進行控制[3]。

總裝前各種元件清洗后要經過烘干處理，烘干溫度75±5℃，烘干時間不少于8小時。絕緣件應有單獨的烘干間，進行烘干處理；

裝配時應對裝配環境的濕度進行控制，一般情況下斷路器滅弧室的裝配要求濕度不大于60%，其他裝配要求濕度不大于70%。另外裝配時盡量減少筒體的敞開時間，裝配氣室應盡快密封，如必須等待，要用塑料袋或臨時蓋板密封。尤其是電流互感器（CT）氣室，若電流互感器線圈為內置式，電流互感器氣室的敞開時間應控制在2小時之內；

新的SF6氣體水分在氣體制造廠都進行了檢測，入廠時只進行抽樣檢測，水分一般在10PPm左右。需要控制的是在充氣前要對充氣管路進行干燥，如用氮氣慢慢吹拂，充氣時，應確保管路的密封，防止水分帶入GIS氣室內部。

3.2 GIS水分處理方法及工藝流程

根據GIS裝配環節的不同，常用水分處理方法主要有4種。

1）更換分子篩法

分子篩是一種穩定的無機化合物吸附劑。奶油色，顆粒狀，對水分、SF6分解物具有很強的吸附能力。分子篩通過吸附水分及SF6分解物，使得不會由于有害氣體的產生，潮解而降低GIS的絕緣性能和機械性能。

我們常用的分子篩有4種：F-03-H型分子篩、KDHF-03、合成沸石、5A分子篩。F-03-H型吸附劑使用前需活化處理，在350℃～400℃烘箱內活化不小于2小時后方可使用；KDHF-03型吸附劑是外塑內布雙層真空包裝，若包前含水量≤1.5%，可以從包裝箱中取出直接使用；合成沸石、5A分子篩在使用前也不需活化處理，但4種吸附劑在使用前經高溫活化后使用效果會更好。

吸附劑的使用量原則上不應低于所充入SF6氣體重量的10%。分子篩的安裝部位一般應設在氣體流動較順暢，有利于吸收水分和其他雜質的地方。

在GIS產品裝配分子篩時，將烘干的分子篩取出后應立即裝入GIS內部并形成封閉氣室并立即進行抽真空處理，此過程不能超過15分鐘。烘干過的分子篩不能及時裝入產品時，必須與大氣系統隔絕，并及時放入烘箱里繼續烘干。

分子篩吸附水分后，吸附能力會大大下降甚至完全喪失，采用活化處理可恢復其吸附能力?；罨瘻囟葹?50 ℃～300℃，活化時間不少于3小時。

2）烘干法

在GIS裝配過程中，零部件會吸收水分，從而導致氣室內部水分的殘留。尤其是電流互感器（CT）氣室內部線圈鐵芯及絕緣紙板等零部件易吸收水分且不易釋放；另外會頻繁出現開斷電弧的斷路器氣室也是水分控制的重點。所以對于這些氣室可以在組件裝配完整后但未形成封閉氣室之前，單獨對斷路器裝配、電流互感器（CT）裝配或其它水分重點控制裝配進行整體烘干。一般在70℃～80℃烘干不少于8小時即可。

3）抽真空靜止法[4]

將GIS氣室抽真空至一定數值后，使氣室內部為負壓，通過長時間靜止存放，使氣室內部零部件吸收的水分得到充分釋放，然后再進行抽真空，將釋放的水分排出，此過程是抽真空靜止法的水分處理過程。一般抽真空需達到50Pa（真空泵靜止后的讀數）以下，氣室靜止時間不少于8小時。另外對于電流互感器等特殊氣室需通過兩次抽真空兩次靜止，才能基本保證水分合格。

4）高純氮氣清洗法

具體操作方法為將氣室充入高純氮（含氮99.999%）至額定壓力，保持不小于2小時，然后放氮氣。在氮氣的充入和釋放的過程中，將氣室內部的水分帶出氣室內部。

在現階段GIS產品裝配過程中，烘干法是控制特殊裝配水分普遍應用的方法。對于整個GIS間隔來說一般應用更換分子篩和抽真空靜止相結合的方法。并且以抽真空靜止法為主，更換分子篩為輔。而高純氮氣清洗法很少使用，一般在夏季環境濕度超過80%時使用。

分子篩的作用是保證GIS長期運行中吸收水分及SF6分解物，確保運行10年以上水分不超標。因此，分子篩不是廠內水分處理的控制手段，在廠內不要依賴于用分子篩把水分降下來。有時候水分處理合格了，但一段時間后，水分又慢慢升上來了，這是GIS內部元件在廠內沒有徹底烘干的緣故，水分溢出就有可能超標，因此，充分說明裝配過程控制對處理水分的重要性。

具體處理水分處理流程如圖1。

4 結論

GIS產品中水分超標不僅是設備絕緣強度大大降低，還嚴重腐蝕設備，GIS的水分處理和測量十分重要，裝配過程控制和嚴格按GIS水分處理流程進行水分處理是保證GIS產品質量的關鍵。

[1]邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術[M].北京：水利電力出版社，1994.

[2]呂均甫，張東方，鄭南麟.ZF5-126型GIS水分的危害及水分處理工藝研究[J].高壓電器通訊，2000(3)：32-33.

[3]王普慶.高壓電器及元件裝配工.平高集團有限公司培訓中心，2005.

[4]周福成.SF6電器的抽真空及水分控制[J].高壓電器，1987(3)：25-27.