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淺析水分對SF6氣體及SF6設備的影響
摘要： 分析了SF6設備中水分的來源，SF6氣體中水分對SF6開關裝置的危害及SF6氣體中微水監測和控制。
關鍵詞： SF6氣體;微水;監測;控制;SF6裝置
引言
SF6氣體的突出特點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。伴隨我國國民經濟的發展以及科學技術的進步、電網建設和改造步法的不斷加快、設備無油化率的不斷提高，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氣體來作為絕緣和滅弧介質的，知曉SF6氣體的性質以及掌握相關因素對SF6氣體及設備造成的影響是對SF6氣體設備進行維護、檢修工作的最重要的一點。
尤其是有10年以上運行時間的設備，受到現場各個方面的因素的制約，參照GB7674-1997《72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》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開關裝置的試驗之外，對于現場的絕緣試驗也就是交流耐壓，因為受到現場條件的多方面的限制，大多是由廠家保證，交流耐壓試驗也沒有完全在開關設備中進行，尤其是運行中的設備會受到運行方式的限制，在很多情況之下都是通過對SF6氣體的微水含量以及檢漏來對其進行控制，由此可見，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源
1.1 SF6新氣或SF6再生氣體中本身含有水分
在生產的過程當中混入的水分是SF6新氣中水分的主要來源，因為SF6在合成之后，需要經過一系列的工藝：熱解、水洗和堿洗以及干燥吸附等，復雜的生產環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程中過濾器工作不正�；蛭絼└鼡Q不及時造成的，向設備進行充氣抑或是補氣的時候，水分就會進入設備的內部。此外SF6氣瓶在長時間存放的過程當中，倘若氣瓶的密封不好的話，那么大氣當中的水分便會直接向內進行滲透，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候，也許會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，在進行充補氣的時候也會造成水分進入到設備的內部。
1.3 絕緣材料以及設備當中的吸附劑其本身含有水分
環氧樹脂澆注品時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%這個范圍中，這些在固體絕緣材料中的水分會伴隨著時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有辦法再進行吸收，這便造成了設備當中SF6氣體含水量的增多。
1.4 大氣中的水分經由SF6電氣設備密封薄弱環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由人為來進行操控的，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，水分子便會自動從高壓區往低壓區進行滲透。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越大，從而也導致了大氣中的水分透過設備的密封薄弱環節進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，水分子是細長棒狀，那么在內部外部水分氣壓差比較大的時候，水分子便易于進到SF6的設備的內部。
2、水分對SF6氣體和SF6設備的影響
①SF6氣體含水量比較高的時候，在絕緣材料表面結露的現象便會極易發生，這會致使設備絕緣下降，在嚴重的時候會發生閃絡擊穿等事故。經由電弧的作用下，含水量比較高的SF6氣體被分解，多種水解反應會在SF6氣體和水分中產生，產生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特點，附著于絕緣件的表面，使得沿面的閃絡電壓下降，HF、H2SO3又具有腐蝕性極強這一特點，對于設備固體有機材料以及金屬都會有很大的腐蝕作用，這也導致設備的使用壽命被縮短了。
�、诤勘容^高的SF6氣體，許多化合物會在電弧的作用下產生，這便影響了SF6氣體的純度，也相對減少了SF6氣體介質中的復原數量，還有某些物質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。
③含水量較高的SF6氣體，很多的化合物，諸如WO2、SOF4、SO2F2、SO2等，會在電弧作用下產生，那些化合物都屬于有害有毒物質，伴隨著水分的增加，其中的SOF2、SO2的含量也會相應增加，且和其增加的水分發生一些反應，從而生成WO2、HF、H2SO3等等的新的有害物質，從而進一步造成對設備的危害。
④SF6氣體在常溫下是很穩定的，溫度低于500℃時也不會自行進行分解，但是當水分的含量比較高的時候，溫度高于200℃的時候便有可能會有水解反應的發生，生成HF、H2SO3、SOF2以及SO2F2這樣的有害有毒雜質，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，而且還會對人體產生一定的危害，其在環境溫度較低的時候會凝結成露水附在零件表面，在絕緣體表面，便可能產生沿面放電從而致使擊穿事故的產生。
�、菰陔娀∽饔孟拢琒F6會分解，因為水分會使得低氟化物的水解速度加快，生成劇毒氣體SOF2。在0℃的時候，SOF2和水的反應很慢，但是它和溶于HF中的水可發生瞬時反應，生成SO2以及HF水分的增加也會使得反應速度加快。
�、拊陔娀F6分解為原子態S以及F的時候，同一時間，觸頭會蒸發大量的金屬Cu以及W蒸汽，在高溫之下，這種蒸汽和SF6會發生反應從而產生金屬氟化物和低氟化物，生成的SOF2和HS都是劇毒，HF還會和含SiO2元件發生反應，從而腐蝕固體元件表面。
⑦通常情況下，在SF6氣體中存在的水分不會對開關裝置的絕緣產生明顯影響。但是當其在絕緣件的表面以液態的形式存在的話，便會降低沿絕緣件表面的電阻，改變絕緣件的電場。經過試驗表明，附著于絕緣件表面的水分會使得絕緣件沿面放電電壓下降到無水時候的60%～80%。
�、嘣谶\行當中也會發生SF6氣體中的水分結霜這樣的問題。在設備的內部當中的SF6氣體的水分產生結霜之后，絕緣件的溫度回升至零度的時候，絕緣件表面的霜便會融成水且也是因為這一點而使得絕緣件的絕緣強度降低。通常會認為，只需將設備中SF6氣體的水分降致使其露點比0℃低，水分便會直接成霜，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。倘若露點溫度為0℃，這個時候，霜便開始融化為水。在使用的過程中這是經常會發生的，這便一定會使得設備的絕緣程度降低。也只有當升溫的過程非常慢，且當霜的溫度沒有達到0℃前便升華為水氣的時候，水才不會呈現出液態。霜變為水是由升溫的程度以及露點的高低還有SF6氣體的多少和設備內水分的多少這幾個因素決定的。
3、設備中SF6氣體的水分控制措施
在SF6設備當中，應用下列辦法來控制SF6氣體中的水分含量。
�、賾獙F6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國家所規定的SF6氣體運行中的標準值。補充SF6氣體時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氣體含水量見表1和表2。
�、诟纳芐F6高壓電器設備在組裝和維修檢查過程中的環境狀況，監測環境的空氣濕度，工作現場空氣濕度不得大于80%，安裝檢修人員須遵循與之相關的工藝的要求在現場來對其進行組裝和維修以此來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，會使得絕緣件的表面絕緣電阻降低至幾個數量級，從而導致絕緣件沿面放電電壓會大大下降。試驗以及理論分析已經證明，當能夠降低絕緣電阻的污物不在絕緣件表面存在的時候，凝結水本身不會讓其沿面絕緣能力大幅度降低。也就是說，保持絕緣件表面的清潔在組裝以及維修的時候是必須要做到的。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，防止水分進到設備內部。
③要將SF6設備密封材料的質量以及密封部位的結構加以改善，且要選擇質量上乘的密封材料用來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間12小時，在300℃的溫度下要烘干4～8小時。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間不能超過10分鐘。
�、馨惭b檢修人員應嚴格按相關的工藝要求進行組裝或維修，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由SF6設備密封薄弱環節滲透進入設備內部。
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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