對(duì)SF6氣體中水分的危害與控制探討

張海斌　張磊

摘 要：SF6氣體具有良好的絕緣性能和滅弧性能，在電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。在常態(tài)下SF6氣體無(wú)色無(wú)味，一旦大氣中的水分浸入或固體介質(zhì)表面受潮，則電氣強(qiáng)度容易出現(xiàn)明顯的下降。水分的存在會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行及SF6氣體的電氣性能和絕緣性能產(chǎn)生不良影響。文章分析了水分存在的危害以及如何進(jìn)行防范。

關(guān)鍵詞：SF6；水分；設(shè)備；安全

引言

SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，在電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，在常態(tài)下SF6氣體無(wú)色無(wú)味，有良好的絕緣性能和滅弧性能，一旦大氣中的水分浸入或固體介質(zhì)表面受潮，則電氣強(qiáng)度容易出現(xiàn)明顯的下降，SF6氣體里面的水分直接影響到電氣設(shè)備的性能和安全使用，而這些水分還會(huì)參與SF6電弧分解反應(yīng)，出現(xiàn)的氟硫化合物會(huì)與水反應(yīng)生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸、硫酸和其他毒性很強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)等，生成的劇毒物質(zhì)對(duì)維護(hù)人員人身造成傷害，酸性物質(zhì)會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，影響設(shè)備的使用壽命，以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大的污染。因此控制SF6氣體中的水分，進(jìn)行詳細(xì)分析所超標(biāo)的原因所在，并采用有效的預(yù)防與控制措施，減少SF6氣體里面的水分，這樣才能提高電氣設(shè)備的安全性能，保證運(yùn)行的可靠性。

1 SF6氣體的性質(zhì)及特點(diǎn)

純凈的SF6氣體是一種無(wú)色、無(wú)嗅、基本無(wú)毒的非燃燒性氣體。其相對(duì)密度在氣態(tài)時(shí)為6.16g/cm3（20℃，0.1MPa時(shí)），在液態(tài)時(shí)為1400g/cm3（20℃時(shí)）；在相同狀態(tài)下約是空氣相對(duì)密度的五倍。

SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強(qiáng)堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng)；在低于150℃時(shí)，SF6氣體呈化學(xué)惰性，極少熔于水，微熔于醇，對(duì)電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機(jī)材料不發(fā)生化學(xué)作用。然而，在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下，SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物，主要是SF4和SF2，以及少量的S，SF6有著超強(qiáng)的滅弧性能與電絕緣性能，在同等的條件情況下，其滅弧能力是空氣的一百倍，絕緣能力是氮?dú)馀c空氣的二點(diǎn)五倍以上。

然而，SF6氣體有著出色的熱化學(xué)特性，極強(qiáng)的電負(fù)性，極小的電弧時(shí)間常數(shù)。具有極高的絕緣強(qiáng)度和優(yōu)越的滅弧性能。

2 SF6氣體中水份對(duì)電氣設(shè)備的危害

2.1 SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在一般情況下，氣體中所存在微量的水分基本對(duì)電氣設(shè)備材料不是很大的影響，而從電氣設(shè)備運(yùn)行角度來(lái)說(shuō)，因設(shè)備含有水分會(huì)對(duì)某些電弧分解氣出現(xiàn)變化，會(huì)生成具有極強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體。當(dāng)水份含量較高時(shí)，溫度高于200℃時(shí)就可能產(chǎn)生水解反應(yīng)：

2SF6+6H2O=2SO2+12HF+O2

反應(yīng)所生成的氫氟酸（HF）是具有極強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，對(duì)人的皮膚粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，并可能引起肺水腫、肺炎等，對(duì)設(shè)備材料也是具有腐蝕作用。二氧化硫（SO2）同樣是具有強(qiáng)烈刺激性氣體，損害粘膜及呼吸系統(tǒng)，其水解物也具有較強(qiáng)的腐蝕作用。因此控制設(shè)備內(nèi)氣體水分含量，是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行及運(yùn)行維護(hù)人員安全的重要保障。

2.2 水分對(duì)絕緣的直接影響。通常SF6氣體中的水分以水蒸汽的形式存在，但一定的溫度和壓力下，當(dāng)這些水份以液態(tài)存在于絕緣件的表面（特別是表面存在易于導(dǎo)電的物質(zhì)）時(shí)，會(huì)降低沿絕緣件表面的電阻，并改變了絕緣件的電場(chǎng)。試驗(yàn)表明附著在絕緣件表面的水份可以使絕緣件的沿面放電電壓降到無(wú)水時(shí)的60%～80%，可引起局部放電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生沿面閃絡(luò)，斷路器中的SF6氣體嚴(yán)重受潮時(shí)還能導(dǎo)致開(kāi)斷失敗，引起爆炸。

3 電氣設(shè)備SF6氣體水分的來(lái)源

3.1 SF6新氣體和再生氣體自身包含的水分。

3.2 設(shè)備制造過(guò)程中殘存水分。設(shè)備組裝完畢后，雖然進(jìn)行了抽真空并用高純氮?dú)飧稍?，但不可能把設(shè)備內(nèi)壁所有的水分清除。

3.3 絕緣材料析出的水分。設(shè)備零部件（尤其是固體絕緣）中釋放的水分SF6設(shè)備中的固體絕緣環(huán)氧樹(shù)脂，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)及環(huán)境溫度的變化，會(huì)把其吸收的水分緩慢釋放到SF6氣體中。有機(jī)絕緣材料緩慢析出的水分，一般估計(jì)有0.01%～0.5%（W）。

3.4 設(shè)備安裝充氣過(guò)程中，充放氣裝置干燥處理不好，可能帶入水分；安裝過(guò)程中帶入的水分：（1）抽真空時(shí)，開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)部的殘余水分；（2）由于安裝過(guò)程和檢修過(guò)程，造成裝置吸附水分。

3.5 外部通過(guò)密封材料水侵入的水分，SF6電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，水分可以通過(guò)密封圈滲透SF6絕緣設(shè)備的密封圈面上使用的橡膠襯墊，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行工作，密封墊發(fā)生了退化，透過(guò)密封件和微孔滲入水分。

SF6電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，SF6的內(nèi)部氣壓總是比外部的大氣壓力大很多，對(duì)于水分來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)內(nèi)部水分壓比外部的要小一些。若是外界環(huán)境濕度和溫度發(fā)生增大時(shí)，內(nèi)外水分的差值隨之變大，水分通過(guò)設(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的可能性更大。另外SF6的分子直徑4.56 比水分子的直徑3.2 大SF6的分子呈球狀，而水分子呈細(xì)長(zhǎng)棒狀，加之裝置內(nèi)的水蒸汽壓力要要低，所以容易侵入，因此SF6電力設(shè)備的密封設(shè)計(jì)很重要。

4 SF6氣體含水量的控制

4.2 水分的控制措施

4.2.1 保證SF6新氣質(zhì)量。SF6新氣體中仍含有一定的水分，所以SF6電器設(shè)備在充填氣體前，必須對(duì)氣體的含水量進(jìn)行測(cè)定并要符合我國(guó)的SF6氣體新氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體不得裝入SF6電器設(shè)備。

4.2.2 保證絕緣件的干燥。部件在制造廠裝配前一定要干燥處理，為了控制設(shè)備中的水分SF6電器設(shè)備充氣腔部分的零部件一定要干燥處理，烘干根據(jù)材料而定。對(duì)于像GIS這類(lèi)外殼體積較大的部件，在存放期間應(yīng)加蓋密封，并在其中放入適量的吸附劑。絕緣件在運(yùn)行中所釋放的水份將在氣體含水量占有很大比重。所以絕緣件完成干燥處理之后應(yīng)及時(shí)密封包裝起來(lái)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝還沒(méi)完成的組裝絕緣件儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)放在具有干燥氮?dú)獾娜萜髦小?

4.2.3 提高和改進(jìn)密封件的質(zhì)量。改進(jìn)SF6電器設(shè)備的密封結(jié)構(gòu)，提高密封面的加工精度與裝配質(zhì)量，選用“O”型密封圈進(jìn)行密封時(shí)可適當(dāng)加硅脂或密封膠，同時(shí)采用滲透率小的密封件，加強(qiáng)斷路器密封面的加工、組裝的質(zhì)量管理，保證密封良好。斷路器法蘭面及動(dòng)密封都用雙密封圈密封，可加強(qiáng)密封效果，減少SF6氣體的漏氣量，這樣可以減小外界水蒸氣的進(jìn)入。

4.2.4 應(yīng)用高質(zhì)量的吸附劑。采用高效吸附劑，最好選用F-03型吸附劑，這種吸附劑不僅能消除水分，還能有效地消除電弧分解物。同時(shí)減少了電弧分解物對(duì)人體和電器設(shè)備的危害。使用前進(jìn)行活化處理，在安裝過(guò)程中控制好暴露于大氣的時(shí)間，越短越好，降低吸附劑自身帶入的水分。在設(shè)備安裝完畢抽真空前，應(yīng)放入新的吸附劑。

4.2.5 SF6氣體的充裝。設(shè)備充入SF6新氣前，應(yīng)復(fù)檢其含水量，當(dāng)確認(rèn)合格后，方可緩慢地充入。在SF6氣體充裝完畢24h后，對(duì)設(shè)備中氣體進(jìn)行含水量測(cè)量，若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行處理，直至合格，同時(shí)應(yīng)在晴朗干燥天氣進(jìn)行充氣，并嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進(jìn)行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管，管子內(nèi)部干燥，無(wú)油無(wú)灰塵，充氣前用新的SF6氣體進(jìn)行沖洗。

4.2.6 嚴(yán)格進(jìn)行撿漏。斷路器在運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力表在同一溫度下前后兩次讀數(shù)的差值達(dá)到0.01-0.03Mpa時(shí)應(yīng)全面檢漏，找出漏點(diǎn)。特別對(duì)焊縫、管路、接頭密封等地方，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，不放過(guò)漏點(diǎn)。

4.2.7 運(yùn)行中SF6氣體微水量的監(jiān)視。目前檢測(cè)SF6氣體微水含量的方法如重量法、電解法、露點(diǎn)法等，均屬于離線預(yù)防性檢測(cè)為減壓后在大氣壓力下進(jìn)行的測(cè)量，這些方法由于忽視了組合電器內(nèi)外壓力變化及被測(cè)SF6氣體介質(zhì)的變化，采樣點(diǎn)測(cè)得的微水值與組合電器內(nèi)的真實(shí)值很容易產(chǎn)生偏差，測(cè)量結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確代表組合電器內(nèi)的真實(shí)濕度情況。在線監(jiān)測(cè)SF6氣體的微水含量可以隨時(shí)掌握氣體含水量的變化并適時(shí)報(bào)警，便于運(yùn)行狀況下電器設(shè)備的控制，值得推廣。

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)行中的SF6電器設(shè)備，對(duì)于SF6氣體微水量要求相當(dāng)嚴(yán)格，因?yàn)樗苯佑绊懺O(shè)備的安全運(yùn)行，當(dāng)水分超標(biāo)時(shí)，會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣特性，也會(huì)間接造成設(shè)備的腐蝕，產(chǎn)生有害、有毒物質(zhì)，對(duì)設(shè)備及運(yùn)行檢修人員的安全產(chǎn)生危害。SF6電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，決定了SF6氣體技術(shù)監(jiān)督的重要性。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其監(jiān)測(cè)力度，超標(biāo)時(shí)及時(shí)判定、處理，才能防止事故發(fā)生，保證人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

參考文獻(xiàn)

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[3]侯惠娥.SF6氣體中含水量問(wèn)題的研究[J].高壓電器，1993（5）.

作者簡(jiǎn)介：張海斌（1966-），男，江蘇啟東人，本科，工程師，從事高壓試驗(yàn)工作。

張磊（1975-），男，江蘇啟東人，本科，助理工程師，從事變電檢修工作。