淺析水分對SF6氣體及SF6設(shè)備的影響

淺析水分對SF6氣體及SF6設(shè)備的影響

　　摘要： 分析了SF6設(shè)備中水分的來源，SF6氣體中水分對SF6開關(guān)裝置的危害及SF6氣體中微水監(jiān)測和控制。

　　關(guān)鍵詞： SF6氣體;微水;監(jiān)測;控制;SF6裝置

　　引言

　　SF6氣體的突出特點(diǎn)就是擁有比較強(qiáng)的電氣絕緣以及滅弧性能，并且已被廣泛地應(yīng)用于高壓電器設(shè)備。伴隨我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、電網(wǎng)建設(shè)和改造步法的不斷加快、設(shè)備無油化率的不斷提高，內(nèi)部充裝SF6氣體的高壓電器已被普遍應(yīng)用于電力系統(tǒng)當(dāng)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(xiàng)目當(dāng)中都是將SF6氣體來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(shè)備造成的影響是對SF6氣體設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、檢修工作的最重要的一點(diǎn)。

　　尤其是有10年以上運(yùn)行時(shí)間的設(shè)備，受到現(xiàn)場各個(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關(guān)設(shè)備》以及GB50150-91《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對于SF6開關(guān)裝置的試驗(yàn)之外，對于現(xiàn)場的絕緣試驗(yàn)也就是交流耐壓，因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場條件的多方面的限制，大多是由廠家保證，交流耐壓試驗(yàn)也沒有完全在開關(guān)設(shè)備中進(jìn)行，尤其是運(yùn)行中的設(shè)備會受到運(yùn)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(jìn)行控制，由此可見，SF6氣體中微水的含量是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)，這項(xiàng)指標(biāo)不單單影響到了設(shè)備的絕緣性能，對于設(shè)備的安全運(yùn)行也起到了十分重要的作用。

　　1、SF6設(shè)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(chǎn)的過程當(dāng)中混入的水分是SF6新氣中水分的主要來源，因?yàn)镾F6在合成之后，需要經(jīng)過一系列的工藝：熱解、水洗和堿洗以及干燥吸附等，復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也導(dǎo)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�附劑更換不及時(shí)造成的，向設(shè)備進(jìn)行充氣抑或是補(bǔ)氣的時(shí)候，水分就會進(jìn)入設(shè)備的內(nèi)部。此外SF6氣瓶在長時(shí)間存放的過程當(dāng)中，倘若氣瓶的密封不好的話，那么大氣當(dāng)中的水分便會直接向內(nèi)進(jìn)行滲透，從而使得SF6氣體當(dāng)中的含水量增加。

　　1.2 SF6設(shè)備在組裝維修檢查和充補(bǔ)氣過程當(dāng)中所混入的水分

　　在組裝以及維修檢查高壓電器設(shè)備的時(shí)候，也許會把空氣當(dāng)中所包含的水分帶入設(shè)備的內(nèi)部中。即使設(shè)備在組裝完畢之后仍需用高純氮?dú)鉀_洗以及抽真空干燥處理，但是，附著在設(shè)備的內(nèi)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(bǔ)氣管道的保存方式不當(dāng)，對于管道的沖洗不完全的話，在進(jìn)行充補(bǔ)氣的時(shí)候也會造成水分進(jìn)入到設(shè)備的內(nèi)部。

　　1.3 絕緣材料以及設(shè)備當(dāng)中的吸附劑其本身含有水分

　　環(huán)氧樹脂澆注品時(shí)SF6電氣設(shè)備當(dāng)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伴隨著時(shí)間的流逝而慢慢釋放掉。因?yàn)槲�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(jìn)行吸收，這便造成了設(shè)備當(dāng)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(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)而滲透到設(shè)備的內(nèi)部

　　因?yàn)镾F6高壓電器設(shè)備的內(nèi)部氣體濕度是經(jīng)由人為來進(jìn)行操控的，這也導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的氣體含水量比較低。內(nèi)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(qū)往低壓區(qū)進(jìn)行滲透。外界的氣溫越高且相對濕度越大，那么內(nèi)外水蒸汽的氣壓差也就會越大，從而也導(dǎo)致了大氣中的水分透過設(shè)備的密封薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入到設(shè)備的可能性也就越大。因?yàn)镾F6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(xì)長棒狀，那么在內(nèi)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(shè)備的內(nèi)部。

　　2、水分對SF6氣體和SF6設(shè)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(jié)露的現(xiàn)象便會極易發(fā)生，這會致使設(shè)備絕緣下降，在嚴(yán)重的時(shí)候會發(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(yīng)會在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(qiáng)烈這樣的顯著特點(diǎn)，附著于絕緣件的表面，使得沿面的閃絡(luò)電壓下降，HF、H2SO3又具有腐蝕性極強(qiáng)這一特點(diǎn)，對于設(shè)備固體有機(jī)材料以及金屬都會有很大的腐蝕作用，這也導(dǎo)致設(shè)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(fù)原數(shù)量，還有某些物質(zhì)使得分解物的還原被阻礙，導(dǎo)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(chǎn)生，那些化合物都屬于有害有毒物質(zhì)，伴隨著水分的增加，其中的SOF2、SO2的含量也會相應(yīng)增加，且和其增加的水分發(fā)生一些反應(yīng)，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(shè)備的危害。

　�、躍F6氣體在常溫下是很穩(wěn)定的，溫度低于500℃時(shí)也不會自行進(jìn)行分解，但是當(dāng)水分的含量比較高的時(shí)候，溫度高于200℃的時(shí)候便有可能會有水解反應(yīng)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(dāng)中，腐蝕性最強(qiáng)的當(dāng)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(qiáng)大的腐蝕性對于電瓷和玻璃也不例外，而且還會對人體產(chǎn)生一定的危害，其在環(huán)境溫度較低的時(shí)候會凝結(jié)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∽饔孟拢琒F6會分解，因?yàn)樗�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(shí)候，SOF2和水的反應(yīng)很慢，但是它和溶于HF中的水可發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng)，生成SO2以及HF水分的增加也會使得反應(yīng)速度加快。

　　⑥在電弧將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會發(fā)生反應(yīng)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還會和含SiO2元件發(fā)生反應(yīng)，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(guān)裝置的絕緣產(chǎn)生明顯影響。但是當(dāng)其在絕緣件的表面以液態(tài)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(jīng)過試驗(yàn)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(shí)候的60%～80%。

　　⑧在運(yùn)行當(dāng)中也會發(fā)生SF6氣體中的水分結(jié)霜這樣的問題。在設(shè)備的內(nèi)部當(dāng)中的SF6氣體的水分產(chǎn)生結(jié)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融成水且也是因?yàn)檫@一點(diǎn)而使得絕緣件的絕緣強(qiáng)度降低。通常會認(rèn)為，只需將設(shè)備中SF6氣體的水分降致使其露點(diǎn)比0℃低，水分便會直接成霜，即可避免水分對于絕緣的負(fù)面影響。但是這種認(rèn)識是片面的。倘若露點(diǎn)溫度為0℃，這個(gè)時(shí)候，霜便開始融化為水。在使用的過程中這是經(jīng)常會發(fā)生的，這便一定會使得設(shè)備的絕緣程度降低。也只有當(dāng)升溫的過程非常慢，且當(dāng)霜的溫度沒有達(dá)到0℃前便升華為水氣的時(shí)候，水才不會呈現(xiàn)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(shè)備內(nèi)水分的多少這幾個(gè)因素決定的。

　　3、設(shè)備中SF6氣體的水分控制措施

　　在SF6設(shè)備當(dāng)中，應(yīng)用下列辦法來控制SF6氣體中的水分含量。

　�、賾�(yīng)將SF6新氣體抑或是再生氣體的含水量加以嚴(yán)格地控制，不可超過國家標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行當(dāng)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(guī)定的SF6氣體運(yùn)行中的標(biāo)準(zhǔn)值。補(bǔ)充SF6氣體時(shí)對存放半年以上的氣瓶，使用前，應(yīng)復(fù)測其中的氣體微水含量。國家標(biāo)準(zhǔn)中新SF6氣體的含水量不得高于8ppmw。

　　GB50150-91、DL / T596-1996規(guī)程規(guī)定的SF6氣體含水量見表1和表2。

　　②改善SF6高壓電器設(shè)備在組裝和維修檢查過程中的環(huán)境狀況，監(jiān)測環(huán)境的空氣濕度，工作現(xiàn)場空氣濕度不得大于80%，安裝檢修人員須遵循與之相關(guān)的工藝的要求在現(xiàn)場來對其進(jìn)行組裝和維修以此來使設(shè)備內(nèi)絕緣件以及部件的清潔程度加以保持，因?yàn)�，�?dāng)一些污物在絕緣件的表面存在時(shí)，會使得絕緣件的表面絕緣電阻降低至幾個(gè)數(shù)量級，從而導(dǎo)致絕緣件沿面放電電壓會大大下降。試驗(yàn)以及理論分析已經(jīng)證明，當(dāng)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(jié)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(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(yīng)保存良好充補(bǔ)氣管道，充補(bǔ)氣之前，應(yīng)當(dāng)徹底沖洗干凈管道，防止水分進(jìn)到設(shè)備內(nèi)部。

　�、垡獙�SF6設(shè)備密封材料的質(zhì)量以及密封部位的結(jié)構(gòu)加以改善，且要選擇質(zhì)量上乘的密封材料用來防止水分滲入設(shè)備內(nèi)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(shè)備內(nèi)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(dāng)中冷卻至稍稍比室溫高之后快速置于設(shè)備內(nèi)部，其在空氣中的暴露時(shí)間不能超過10分鐘。

　　④安裝檢修人員應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)的工藝要求進(jìn)行組裝或維修，對接面應(yīng)涂抹防水密封膠，對接密封面緊固螺栓的緊固應(yīng)嚴(yán)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(dāng)中的水汽經(jīng)由SF6設(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)滲透進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

　　總而言之，水分對與SF6氣體以及設(shè)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(qiáng)度的高低和設(shè)備的安全運(yùn)行。在SF6設(shè)備中，應(yīng)嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，才能使水分對SF6氣體以及設(shè)備的影響降至最低，才可以保證SF6氣體的絕緣強(qiáng)度的穩(wěn)定以及設(shè)備的安全運(yùn)行。

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