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(qiáng)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(huì)對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)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(jìn)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(duì)SF6斷路器性能的影響

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

1.水分對(duì)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(dāng)少量的水分以氣態(tài)形式存在時(shí)，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(dá)到飽和氣壓時(shí)，如果在絕緣件的表面形成覆蓋冰霜，冰霜會(huì)造成絕緣件的電場(chǎng)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(dāng)SF6氣體含水分較高產(chǎn)生凝露時(shí)，水分會(huì)使斷路器開斷過(guò)程中產(chǎn)生的分解物受潮而呈現(xiàn)半導(dǎo)體特征，會(huì)使絕緣子表面電阻下降，并改變了絕緣件的電場(chǎng)而造成絕緣性大幅下降。試驗(yàn)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(wú)水時(shí)的60%以下。

2.水分對(duì)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(fù)離子F2-、F-及SF-，在電弧電流過(guò)零之后這些正、負(fù)離子很快(≤0.1ms)復(fù)合成負(fù)電性的SF6，使開關(guān)斷口間的介質(zhì)強(qiáng)度迅速恢復(fù)。水分的存在，對(duì)SF6電弧分解物的復(fù)合和斷口間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)起阻礙作用。

3.水分對(duì)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(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，HF不僅能腐蝕大多數(shù)有機(jī)和無(wú)機(jī)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(shí)，氫氟酸對(duì)人的皮膚有強(qiáng)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(qiáng)腐蝕性，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用。同時(shí)，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(jìn)入SF6斷路器的途徑

水分進(jìn)入SF6斷路器的途徑主要有以下四個(gè)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(shí)從大氣中帶入的水分。SF6斷路器安裝完畢后，雖然進(jìn)行了抽真空并用高純度氮?dú)飧稍铮豢赡馨言O(shè)備內(nèi)壁所有的水分清除。

(4)對(duì)于運(yùn)行中的SF6斷路器，水分可以由大氣中水分通過(guò)密封圈滲入。

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

運(yùn)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(duì)濕度為70%時(shí)，大氣水分壓為16.66×10-3kg/cm2；假定SF6斷路器的額定運(yùn)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(fèi)壓差是128倍。

如果外界氣溫更高，相對(duì)濕度更大，則內(nèi)外水分壓差更大，水分通過(guò)密封薄弱環(huán)節(jié)擴(kuò)散(物質(zhì)總是由濃度高的地方向濃度的地方擴(kuò)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)間不小于8h。

3.保證SF6斷路器氣室水分測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)由專業(yè)人員使用專業(yè)儀器進(jìn)行檢測(cè)。

需要注意的是，測(cè)量SF6微水時(shí)，環(huán)境溫度很重要。當(dāng)容器內(nèi)SF6氣體的溫度低于其中水氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，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(yīng)，并始終維持在飽和狀態(tài)。因此，當(dāng)測(cè)得的SF6氣體中水分的含量達(dá)到SF6氣體一定溫度下的水氣飽和蒸氣壓時(shí)，該測(cè)定結(jié)果無(wú)效。而只有測(cè)定的水氣含量低于SF6氣體在當(dāng)時(shí)的溫度下的水氣飽和蒸氣壓時(shí)，測(cè)定結(jié)果才有效，其測(cè)量值還要經(jīng)過(guò)溫度換算到20℃狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)值。

4.當(dāng)SF6斷路器氣室壓力下降到一定值時(shí)，要充入合格的SF6新氣。充氣前，應(yīng)按照GB/T 12022《工業(yè)六氟化硫》標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格對(duì)新氣進(jìn)行檢查測(cè)試。

5.所有的充氣管道，接頭在使用前務(wù)必進(jìn)行清洗、烘干并用高純度N2處理。為了避免補(bǔ)氣時(shí)SF6氣體暴露在空氣當(dāng)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(guò)關(guān)，務(wù)必嚴(yán)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(lái)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(shí)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(yīng)該對(duì)其進(jìn)行抽真空到20～40Pa后，再持續(xù)抽1h；必要時(shí)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(cè)量N2中的含水量，當(dāng)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(hù)和控制元件，如果斷路器發(fā)生故障，可能會(huì)造成重大事故。我們?cè)赟F6斷路器生產(chǎn)過(guò)程中，以及對(duì)運(yùn)行中SF6斷路器的微水含量進(jìn)行定期檢測(cè)，若超標(biāo)時(shí)需及時(shí)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》

[2] DL/T 506-2007《六氟化硫電氣設(shè)備中絕緣氣體濕度測(cè)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(chǎng)交接試驗(yàn)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