淺析水分對SF6氣體及SF6設備的影響

　　摘要： 分析了SF6設備中水分的來(lái)源，SF6氣體中水分對SF6開(kāi)關(guān)裝置的危害及SF6氣體中微水監測和控制。

　　關(guān)鍵詞： SF6氣體;微水;監測;控制;SF6裝置

　　引言

　　SF6氣體的突出特點(diǎn)就是擁有比較強的電氣絕緣以及滅弧性能，并且已被廣泛地應用于高壓電器設備。伴隨我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、電網(wǎng)建設和改造步法的不斷加快、設備無(wú)油化率的不斷提高，內部充裝SF6氣體的高壓電器已被普遍應用于電力系統當中，SF6斷路器抑或是氣體絕緣封閉式組合電器(GIS)在新建還有技改工程的項目當中都是將SF6氣體來(lái)作為絕緣和滅弧介質(zhì)的，知曉SF6氣體的性質(zhì)以及掌握相關(guān)因素對SF6氣體及設備造成的影響是對SF6氣體設備進(jìn)行維護、檢修工作的最重要的一點(diǎn)。

　　尤其是有10年以上運行時(shí)間的設備，受到現場(chǎng)各個(gè)方面的因素的制約，參照GB7674-1997《72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設備》以及GB50150-91《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》對于SF6開(kāi)關(guān)裝置的試驗之外，對于現場(chǎng)的絕緣試驗也就是交流耐壓，因為受到現場(chǎng)條件的多方面的限制，大多是由廠(chǎng)家保證，交流耐壓試驗也沒(méi)有完全在開(kāi)關(guān)設備中進(jìn)行，尤其是運行中的設備會(huì )受到運行方式的限制，在很多情況之下都是通過(guò)對SF6氣體的微水含量以及檢漏來(lái)對其進(jìn)行控制，由此可見(jiàn)，SF6氣體中微水的含量是一項極其重要的指標，這項指標不單單影響到了設備的絕緣性能，對于設備的安全運行也起到了十分重要的作用。

　　1、SF6設備中水分的主要來(lái)源

　　1.1 SF6新氣或SF6再生氣體中本身含有水分

　　在生產(chǎn)的過(guò)程當中混入的水分是SF6新氣中水分的主要來(lái)源，因為SF6在合成之后，需要經(jīng)過(guò)一系列的工藝：熱解、水洗和堿洗以及干燥吸附等，復雜的生產(chǎn)環(huán)節也導致遺留了少量的水分。SF6再生氣體中的水分主要是再生過(guò)程中過(guò)濾器工作不正�；蛭�附劑更換不及時(shí)造成的，向設備進(jìn)行充氣抑或是補氣的時(shí)候，水分就會(huì )進(jìn)入設備的內部。此外SF6氣瓶在長(cháng)時(shí)間存放的過(guò)程當中，倘若氣瓶的密封不好的話(huà)，那么大氣當中的水分便會(huì )直接向內進(jìn)行滲透，從而使得SF6氣體當中的含水量增加。

　　1.2 SF6設備在組裝維修檢查和充補氣過(guò)程當中所混入的水分

　　在組裝以及維修檢查高壓電器設備的時(shí)候，也許會(huì )把空氣當中所包含的水分帶入設備的內部中。即使設備在組裝完畢之后仍需用高純氮氣沖洗以及抽真空干燥處理，但是，附著(zhù)在設備的內壁上抑或是滅弧室元件以及拉桿等部件的水分也不會(huì )被全部排除干凈。如果充補氣管道的保存方式不當，對于管道的沖洗不完全的話(huà)，在進(jìn)行充補氣的時(shí)候也會(huì )造成水分進(jìn)入到設備的內部。

　　1.3 絕緣材料以及設備當中的吸附劑其本身含有水分

　　環(huán)氧樹(shù)脂澆注品時(shí)SF6電氣設備當中的固體絕緣的主要的材料，其含水量通常在0.1%～0.5%這個(gè)范圍中，這些在固體絕緣材料中的水分會(huì )伴隨著(zhù)時(shí)間的流逝而慢慢釋放掉。因為吸附劑飽和失效，平衡吸附量缺乏，對于增多的水分便沒(méi)有辦法再進(jìn)行吸收，這便造成了設備當中SF6氣體含水量的增多。

　　1.4 大氣中的水分經(jīng)由SF6電氣設備密封薄弱環(huán)節而滲透到設備的內部

　　因為SF6高壓電器設備的內部氣體濕度是經(jīng)由人為來(lái)進(jìn)行操控的，這也導致設備內部的氣體含水量比較低。內部的水蒸汽氣壓低，但大氣中水蒸汽氣壓卻相對很高。在這樣的高溫又高濕的條件之下，水分子便會(huì )自動(dòng)從高壓區往低壓區進(jìn)行滲透。外界的氣溫越高且相對濕度越大，那么內外水蒸汽的氣壓差也就會(huì )越大，從而也導致了大氣中的水分透過(guò)設備的密封薄弱環(huán)節進(jìn)入到設備的可能性也就越大。因為SF6的分子直徑為4.56×10-10m，水分子的直徑為3.2×10-6m，SF6分子為球狀，水分子是細長(cháng)棒狀，那么在內部外部水分氣壓差比較大的時(shí)候，水分子便易于進(jìn)到SF6的設備的內部。

　　2、水分對SF6氣體和SF6設備的影響

　�、賁F6氣體含水量比較高的時(shí)候，在絕緣材料表面結露的現象便會(huì )極易發(fā)生，這會(huì )致使設備絕緣下降，在嚴重的時(shí)候會(huì )發(fā)生閃絡(luò )擊穿等事故。經(jīng)由電弧的作用下，含水量比較高的SF6氣體被分解，多種水解反應會(huì )在SF6氣體和水分中產(chǎn)生，產(chǎn)生WO3、CUF2、WOF4等等的粉沫狀絕緣物，其中的CUF2 具有吸濕性十分強烈這樣的顯著(zhù)特點(diǎn)，附著(zhù)于絕緣件的表面，使得沿面的閃絡(luò )電壓下降，HF、H2SO3又具有腐蝕性極強這一特點(diǎn)，對于設備固體有機材料以及金屬都會(huì )有很大的腐蝕作用，這也導致設備的使用壽命被縮短了。

　�、诤�水量比較高的SF6氣體，許多化合物會(huì )在電弧的作用下產(chǎn)生，這便影響了SF6氣體的純度，也相對減少了SF6氣體介質(zhì)中的復原數量，還有某些物質(zhì)使得分解物的還原被阻礙，導致其影響到了SF6氣體的滅弧能力。

　�、酆�水量較高的SF6氣體，很多的化合物，諸如WO2、SOF4、SO2F2、SO2等，會(huì )在電弧作用下產(chǎn)生，那些化合物都屬于有害有毒物質(zhì)，伴隨著(zhù)水分的增加，其中的SOF2、SO2的含量也會(huì )相應增加，且和其增加的水分發(fā)生一些反應，從而生成WO2、HF、H2SO3等等的新的有害物質(zhì)，從而進(jìn)一步造成對設備的危害。

　�、躍F6氣體在常溫下是很穩定的，溫度低于500℃時(shí)也不會(huì )自行進(jìn)行分解，但是當水分的含量比較高的時(shí)候，溫度高于200℃的時(shí)候便有可能會(huì )有水解反應的發(fā)生，生成HF、H2SO3、SOF2以及SO2F2這樣的有害有毒雜質(zhì)，在所有酸當中，腐蝕性最強的當屬HF。HF對于絕緣材料以及金屬材料的腐蝕性是非常大的，其強大的腐蝕性對于電瓷和玻璃也不例外，而且還會(huì )對人體產(chǎn)生一定的危害，其在環(huán)境溫度較低的時(shí)候會(huì )凝結成露水附在零件表面，在絕緣體表面，便可能產(chǎn)生沿面放電從而致使擊穿事故的產(chǎn)生。

　�、菰陔娀∽饔孟�，SF6會(huì )分解，因為水分會(huì )使得低氟化物的水解速度加快，生成劇毒氣體SOF2。在0℃的時(shí)候，SOF2和水的反應很慢，但是它和溶于HF中的水可發(fā)生瞬時(shí)反應，生成SO2以及HF水分的增加也會(huì )使得反應速度加快。

　�、拊陔娀�將SF6分解為原子態(tài)S以及F的時(shí)候，同一時(shí)間，觸頭會(huì )蒸發(fā)大量的金屬Cu以及W蒸汽，在高溫之下，這種蒸汽和SF6會(huì )發(fā)生反應從而產(chǎn)生金屬氟化物和低氟化物，生成的SOF2和HS都是劇毒，HF還會(huì )和含SiO2元件發(fā)生反應，從而腐蝕固體元件表面。

　�、咄ǔＧ闆r下，在SF6氣體中存在的水分不會(huì )對開(kāi)關(guān)裝置的絕緣產(chǎn)生明顯影響。但是當其在絕緣件的表面以液態(tài)的形式存在的話(huà)，便會(huì )降低沿絕緣件表面的電阻，改變絕緣件的電場(chǎng)。經(jīng)過(guò)試驗表明，附著(zhù)于絕緣件表面的水分會(huì )使得絕緣件沿面放電電壓下降到無(wú)水時(shí)候的60%～80%。

　�、嘣谶\行當中也會(huì )發(fā)生SF6氣體中的水分結霜這樣的問(wèn)題。在設備的內部當中的SF6氣體的水分產(chǎn)生結霜之后，絕緣件的溫度回升至零度的時(shí)候，絕緣件表面的霜便會(huì )融成水且也是因為這一點(diǎn)而使得絕緣件的絕緣強度降低。通常會(huì )認為，只需將設備中SF6氣體的水分降致使其露點(diǎn)比0℃低，水分便會(huì )直接成霜，即可避免水分對于絕緣的負面影響。但是這種認識是片面的。倘若露點(diǎn)溫度為0℃，這個(gè)時(shí)候，霜便開(kāi)始融化為水。在使用的過(guò)程中這是經(jīng)常會(huì )發(fā)生的，這便一定會(huì )使得設備的絕緣程度降低。也只有當升溫的過(guò)程非常慢，且當霜的溫度沒(méi)有達到0℃前便升華為水氣的時(shí)候，水才不會(huì )呈現出液態(tài)。霜變?yōu)樗�是由升溫的程度以及露點(diǎn)的高低還有SF6氣體的多少和設備內水分的多少這幾個(gè)因素決定的。

　　3、設備中SF6氣體的水分控制措施

　　在SF6設備當中，應用下列辦法來(lái)控制SF6氣體中的水分含量。

　�、賾獙�SF6新氣體抑或是再生氣體的含水量加以嚴格地控制，不可超過(guò)國家標準。運行當中SF6氣體的含水量可以高一些，但是絕對不可以超過(guò)國家所規定的SF6氣體運行中的標準值。補充SF6氣體時(shí)對存放半年以上的氣瓶，使用前，應復測其中的氣體微水含量。國家標準中新SF6氣體的含水量不得高于8ppmw。

　　GB50150-91、DL / T596-1996規程規定的SF6氣體含水量見(jiàn)表1和表2。

　�、诟纳芐F6高壓電器設備在組裝和維修檢查過(guò)程中的環(huán)境狀況，監測環(huán)境的空氣濕度，工作現場(chǎng)空氣濕度不得大于80%，安裝檢修人員須遵循與之相關(guān)的工藝的要求在現場(chǎng)來(lái)對其進(jìn)行組裝和維修以此來(lái)使設備內絕緣件以及部件的清潔程度加以保持，因為，當一些污物在絕緣件的表面存在時(shí)，會(huì )使得絕緣件的表面絕緣電阻降低至幾個(gè)數量級，從而導致絕緣件沿面放電電壓會(huì )大大下降。試驗以及理論分析已經(jīng)證明，當能夠降低絕緣電阻的污物不在絕緣件表面存在的時(shí)候，凝結水本身不會(huì )讓其沿面絕緣能力大幅度降低。也就是說(shuō)，保持絕緣件表面的清潔在組裝以及維修的時(shí)候是必須要做到的。在組裝之前，可以利用丙酮擦干凈其表面，在使用時(shí)也要保證絕緣件表面的清潔。應保存良好充補氣管道，充補氣之前，應當徹底沖洗干凈管道，防止水分進(jìn)到設備內部。

　�、垡獙�SF6設備密封材料的質(zhì)量以及密封部位的結構加以改善，且要選擇質(zhì)量上乘的密封材料用來(lái)防止水分滲入設備內部，避免使用含水量高的絕緣和密封材料。吸附劑是很容易就會(huì )受潮的，所以要烘干處理安裝于SF6設備內的吸附劑。在200℃的烘干溫度下要烘干時(shí)間12小時(shí)，在300℃的溫度下要烘干4～8小時(shí)。烘干的吸附劑要置于密封干燥的容器當中冷卻至稍稍比室溫高之后快速置于設備內部，其在空氣中的暴露時(shí)間不能超過(guò)10分鐘。

　�、馨惭b檢修人員應嚴格按相關(guān)的工藝要求進(jìn)行組裝或維修，對接面應涂抹防水密封膠，對接密封面緊固螺栓的緊固應嚴格按照力矩要求均勻緊固，保證密封面密封良好，防止大氣當中的水汽經(jīng)由SF6設備密封薄弱環(huán)節滲透進(jìn)入設備內部。

　　總而言之，水分對與SF6氣體以及設備的影響是非常大的，SF6氣體中水分含量的多少直接關(guān)系到SF6氣體絕緣強度的高低和設備的安全運行。在SF6設備中，應嚴格控制SF6氣體中的微水含量。只有把SF6氣體中微水含量控制在國家標準規定的范圍內，才能使水分對SF6氣體以及設備的影響降至最低，才可以保證SF6氣體的絕緣強度的穩定以及設備的安全運行。

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