SF6斷路器中SF6氣體濕度的危害及控制措施

梁利艷 孫興勇

河南平高電氣股份有限公司

SF6斷路器中SF6氣體濕度的危害及控制措施

梁利艷 孫興勇

河南平高電氣股份有限公司

SF6氣體具有良好的絕緣性能和滅弧性能，在相同條件下，其絕緣強度為空氣的3倍；其滅弧性能為空氣的數(shù)十倍。但水分的存在會對電氣設(shè)備的安全運行及SF6氣體的電氣性能產(chǎn)生影響。本文分析了水分存在的影響、水分進入SF6斷路器的途徑、提出了SF6氣體濕度的控制措施。

SF6氣體濕度的危害；控制措施

一、水分對SF6斷路器性能的影響

水分對斷路器性能的影響主要表現(xiàn)在對產(chǎn)品絕緣性能、開斷性能和對零部件的腐蝕作用三個方面。

1.水分對絕緣性能的影響

水分在SF6氣體中共有三種存在形式：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。大量研究證明，當少量的水分以氣態(tài)形式存在時，絕緣性能影響不大；固態(tài)形式表現(xiàn)為在0℃及以下水分達到飽和氣壓時，如果在絕緣件的表面形成覆蓋冰霜，冰霜會造成絕緣件的電場畸變，使絕緣下降；如果冰霜在金屬屏蔽內(nèi)，絕緣性能影響不大；當SF6氣體含水分較高產(chǎn)生凝露時，水分會使斷路器開斷過程中產(chǎn)生的分解物受潮而呈現(xiàn)半導體特征，會使絕緣子表面電阻下降，并改變了絕緣件的電場而造成絕緣性大幅下降。試驗表明附著在絕緣件表面的水分可以使絕緣件的沿面放電電壓降到無水時的60%以下。

2.水分對開斷性能的影響

SF6被電弧分解后，主要的分解物是SF4+，其次是SF2+、SF5+、負離子F2-、F-及SF-，在電弧電流過零之后這些正、負離子很快(≤0.1ms)復合成負電性的SF6，使開關(guān)斷口間的介質(zhì)強度迅速恢復。水分的存在，對SF6電弧分解物的復合和斷口間介質(zhì)強度的恢復起阻礙作用。

3.水分對斷路器零部件的腐蝕作用

SF6水解生成的氫氟酸(HF)是具有極強腐蝕性的酸性氣體，HF不僅能腐蝕大多數(shù)有機和無機材料，而且能腐蝕玻璃、瓷器及填充石英粉的環(huán)氧樹脂鑄件。同時，氫氟酸對人的皮膚有強烈的刺激性和腐蝕性，可經(jīng)皮膚吸收引起中毒，吸入高濃度的氫氟酸酸霧可致人立即死亡。SF6水解生成的硫酸(H2SO4)、二氧化硫(SO2)同樣具有強腐蝕性，對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用。同時，二氧化硫(SO2)是具有刺激性氣味的有毒氣體，損害人體粘膜及呼吸系統(tǒng)。

二、水分進入SF6斷路器的途徑

水分進入SF6斷路器的途徑主要有以下四個方面：

(1) SF6新氣帶入。

(2)斷路器零部件(尤其是絕緣件)中吸附的水分。

(3)斷路器安裝或檢修時從大氣中帶入的水分。SF6斷路器安裝完畢后，雖然進行了抽真空并用高純度氮氣干燥，但不可能把設(shè)備內(nèi)壁所有的水分清除。

(4)對于運行中的SF6斷路器，水分可以由大氣中水分通過密封圈滲入。

SF6斷路器密封圈面使用很多橡膠襯墊，運行多年后，密封墊老化，透過密封件和微孔滲入水分。

運行中的SF6斷路器，雖然其內(nèi)部氣壓要于外部大氣壓，但就水分而言，外部的水分壓比內(nèi)部的要大得多，如：環(huán)境溫度為20℃，相對濕度為70%時，大氣水分壓為16.66×10-3kg/cm2；假定SF6斷路器的額定運行氣壓為6kg/cm2，其內(nèi)部水分含量為150ppm(體積比)，則其內(nèi)部水分壓為0.13×10-3kg/cm2，內(nèi)外水費壓差是128倍。

如果外界氣溫更高，相對濕度更大，則內(nèi)外水分壓差更大，水分通過密封薄弱環(huán)節(jié)擴散(物質(zhì)總是由濃度高的地方向濃度的地方擴散)到斷路器內(nèi)部的可能性更大。

三、控制水分含量的措施

1.環(huán)境濕度控制，SF6斷路器裝配及安裝現(xiàn)場濕度控制，一般SF6斷路器裝配廠房濕度不大于70%，安裝現(xiàn)場濕度不大于80%。

2.按照工藝烘干處理，一般情況下零部件烘干70±10℃，烘干時間不小于8h。

3.保證SF6斷路器氣室水分測量準確，應由專業(yè)人員使用專業(yè)儀器進行檢測。

需要注意的是，測量SF6微水時，環(huán)境溫度很重要。當容器內(nèi)SF6氣體的溫度低于其中水氣的露點溫度時，SF6氣體中的部份水氣就變成水或冰，這樣SF6氣體中的水氣減少了，而水氣的飽和氣壓和其溫度相適應，并始終維持在飽和狀態(tài)。因此，當測得的SF6氣體中水分的含量達到SF6氣體一定溫度下的水氣飽和蒸氣壓時，該測定結(jié)果無效。而只有測定的水氣含量低于SF6氣體在當時的溫度下的水氣飽和蒸氣壓時，測定結(jié)果才有效，其測量值還要經(jīng)過溫度換算到20℃狀態(tài)下的標準值。

4.當SF6斷路器氣室壓力下降到一定值時，要充入合格的SF6新氣。充氣前，應按照GB/T 12022《工業(yè)六氟化硫》標準，嚴格對新氣進行檢查測試。

5.所有的充氣管道，接頭在使用前務(wù)必進行清洗、烘干并用高純度N2處理。為了避免補氣時SF6氣體暴露在空氣當中，將空氣的水分帶入，可以在設(shè)備上設(shè)置單向密封閥或其它類型的閥門與SF6氣瓶連接充氣。SF6斷路器的密封材料在質(zhì)量上必須過關(guān)，務(wù)必嚴格遵守安裝密封環(huán)的工藝流程。

6.合理使用分子篩(吸附劑)，一般吸附劑與氣室SF6氣體重量比不低于3～6%。

7.SF6氣體中的水分，有毒氣體可以用吸附劑來吸收。完成設(shè)備零部件裝配后，烘干吸附劑，務(wù)必保證吸附劑在空氣中暴露的時間盡可能的短。盡量減少吸附劑自身帶入的水分

8.抽真空。在SF6斷路器充氣之前，應該對其進行抽真空到20～40Pa后，再持續(xù)抽1h；必要時抽真空到40Pa左右，真空狀態(tài)下燜8～24h再抽真空20Pa左右。抽真空的目的是將設(shè)備內(nèi)含有的水分、雜質(zhì)去除。之后用高純度N2干燥24h，測量N2中的含水量，當數(shù)值≤100×10-6(體積比)即可。

四、結(jié)論

SF6斷路器是電力系統(tǒng)中重要的保護和控制元件，如果斷路器發(fā)生故障，可能會造成重大事故。我們在SF6斷路器生產(chǎn)過程中，以及對運行中SF6斷路器的微水含量進行定期檢測，若超標時需及時處理，防止事故發(fā)生，保障供電安全。

[1] GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》

[2] DL/T 506-2007《六氟化硫電氣設(shè)備中絕緣氣體濕度測量方法》

[3] GB/T 12022-2014《工業(yè)六氟化硫》

[4] DL/T 618-2011《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗規(guī)程》

梁利艷(1987)，女，本科，河南平高電氣股份有限公司，從事高壓電器設(shè)備技術(shù)及質(zhì)量管理工作

孫興勇(1989)，男，本科，河南平高電氣股份有限公司，從事高壓電器設(shè)備裝配工作