SF6氣體微水含量超標(biāo)原因分析及處理

許 昌 胡 昊

（湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌443000）

0 引言

隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量急劇增大，SF6全封閉組合電器以其體積小、噪音低、維護(hù)工作量小等特點，得到了廣泛應(yīng)用。SF6氣體是一種穩(wěn)定的惰性化合物，常溫下一般不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此其是一種極好的絕緣和滅弧介質(zhì)。

如果SF6氣體中含有空氣、水分等雜質(zhì)，在一定條件下（如電弧、火花放電），被電解產(chǎn)生的氟硫化合物與水反應(yīng)可以生成腐蝕性很強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，會腐蝕金屬部件與絕緣材料，縮短設(shè)備使用壽命，影響SF6氣體純度及其電氣性能。而且水分過量會凝結(jié)在固體介質(zhì)表面，在設(shè)備運(yùn)行后發(fā)生閃絡(luò)，嚴(yán)重時會造成斷路器爆炸事故。因此，微水試驗作為SF6電氣設(shè)備的必試項目，已廣泛地受到重視，必須加強(qiáng)對SF6電氣設(shè)備的監(jiān)測［1］。

我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T603—2006中規(guī)定了SF6氣體濕度的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

（1）周期：新設(shè)備投入運(yùn)行及分解檢修后一年應(yīng)檢測一次，運(yùn)行一年后若無異常情況，可間隔1～3年檢測一次。

（2）SF6氣體濕度允許標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表" (:/氣體濕度允許標(biāo)準(zhǔn)

1 SF6氣體微水檢測記錄

1.1 齊岳山南能線出線氣室SF6微水試驗數(shù)據(jù)及趨勢圖表

2014年在齊岳山風(fēng)電公司一級站檢修時，發(fā)現(xiàn)其GIS南能線出線氣室微水超標(biāo)，具體測量數(shù)值如表2所示，檢修處理之前微水值為1 049μL／L，檢修處理之后，微水含量一直處于上升趨勢，48h后，穩(wěn)定后微水值接近運(yùn)行允許極限值500μL／L。

表- 南能線出線氣室微水值數(shù)據(jù)表

南能線出線氣室微水值趨勢圖如圖1所示。

圖" 南能線出線氣室微水值趨勢圖

1.2 清江水布埡電廠51PT SF6微水試驗數(shù)據(jù)及趨勢圖表

2013年12月，檢修公司在對水布埡電廠GIS進(jìn)行周期性檢測時發(fā)現(xiàn)母線上51PT三相氣室SF6氣體水分都超出500μL／L的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，換氣處理后，測量微水值為100μL／L以下。在母線帶電運(yùn)行一個月后，復(fù)測微水值在200～300μL／L間，發(fā)現(xiàn)SF6氣體微水增長趨勢較快。故2014年3月、4月、5月對其進(jìn)行每月一次的加強(qiáng)檢測。2014年2月及以后的微水值趨近穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯增長。具體測量微水值如表3所示。

表* #"91微水值數(shù)據(jù)表

51PT微水值趨勢圖如圖2所示。

圖- #"91微水值趨勢圖

2 原因分析［2］

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，在經(jīng)過處理后，SF6氣體微水值會逐漸上升，但經(jīng)過一定時間后，微水值逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1 氣室內(nèi)壁絕緣材料吸附的水分

氣室內(nèi)壁絕緣材料主要為環(huán)氧樹脂，在設(shè)備安裝或檢修解體的過程中，水分會吸附在絕緣材料上難以完全排除。特別是在處理微水含量超標(biāo)的氣室時，大量水分會附著在氣室內(nèi)壁，這些微量水分不可能通過短時間抽真空的方法全部清除，在運(yùn)行過程中就會慢慢向SF6氣體中釋放。

水布埡電廠51PT安裝時內(nèi)部絕緣材料沒有完全干燥，PT內(nèi)的絕緣材料、線圈非常致密，且長期處于緩慢向氣體中釋放水分的過程。所以，從安裝運(yùn)行至今51PT的微水值逐年緩慢增長，直至超標(biāo)。氣室更換SF6氣體后，靜置12h后測量合格，但絕緣材料中的水分仍然在向SF6中擴(kuò)散，此時微水值仍在上升。經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后，氣室中的水分在絕緣材料和SF6氣體中達(dá)到一個相對平衡狀態(tài)，微水含量沒有繼續(xù)升高，而是達(dá)到一個穩(wěn)定值。所以，水布埡電廠GIS設(shè)備微水值明顯上升而后穩(wěn)定，齊岳山風(fēng)電公司也是這個原因。

2.2 環(huán)境溫度對SF6微水的影響

當(dāng)設(shè)備帶電運(yùn)行或者環(huán)境溫度升高時，設(shè)備中的水分子平均動能會增大，使原先附著在器壁和絕緣件表面的水分子重新釋放，導(dǎo)致SF6氣體中的水分子數(shù)目增加，故此時微水值相應(yīng)增大。在外界環(huán)境溫度降低時，水分子的平均動能減弱，器壁吸附效應(yīng)增強(qiáng)，這時會有相當(dāng)數(shù)量的水分子被瓷套內(nèi)壁或絕緣件表面所吸附，使SF6氣體中的水分子減少，微水值相應(yīng)減小。

齊岳山風(fēng)電公司所在地海拔較高，GIS設(shè)備處于室外，白天陽光照射下的溫度與陰涼處相差10℃。由于環(huán)境溫度變化較快，且出線套管氣室內(nèi)未安裝吸附劑，水分不能得到有效的吸收，因此在后續(xù)測量過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備微水含量上升較快。而水布埡電廠線路側(cè)PT微水含量上升比較緩慢，一部分原因是設(shè)備位于室內(nèi)，環(huán)境溫度、濕度變化不大；另外一部分原因是有吸附劑的作用。

2.3 吸附劑中的水分

氣室內(nèi)部的吸附劑在不斷吸收水分后會出現(xiàn)飽和狀態(tài)。隨著環(huán)境溫度升高，氣室內(nèi)相對濕度減小，吸附劑吸附水分的能力降低，這時吸附劑會釋放出水分來平衡因溫度升高而使相對濕度降低的變化。反之溫度降低時，則會吸收水分，使氣體中微水含量降低。因此吸附劑在安裝時暴露在空氣中時間過長而受潮、吸附劑分量不足、吸附劑達(dá)到吸收飽和等原因，都可能使吸附劑不能起到吸附水分的作用。清江隔河巖電廠GIS就曾出現(xiàn)過因為沒有及時更換已飽和的吸附劑，導(dǎo)致微水嚴(yán)重超標(biāo)的事例。

2.4 外部水分滲透

雖然斷路器中的SF6氣體壓力比外界氣壓高，但由于斷路器內(nèi)部氣體含水量較低，而外界的水分壓力比斷路器內(nèi)部高出一百多倍，且SF6氣體分子為正八面體球體結(jié)構(gòu)，水分子呈V形結(jié)構(gòu)，其等效分子直徑僅為SF6分子的0.7，滲透力極強(qiáng)。一些設(shè)備運(yùn)行時間較長，氣室有微量泄漏，在內(nèi)外巨大壓差作用下，大氣中的水分會逐漸通過密封件滲入斷路器的SF6氣體中，導(dǎo)致微水值升高。

2.5 充氣時帶進(jìn)水分

在換氣過程中，管路與接口未干燥、裝配時暴露在空氣中的時間過長、抽真空時間不夠、氣室密封不嚴(yán)，都可能導(dǎo)致水分進(jìn)入氣室內(nèi)，進(jìn)而造成微水含量超標(biāo)。

3 有效控制措施

3.1 制定規(guī)范的SF6氣體處理工藝流程［3］

氣體處理應(yīng)在晴朗干燥天氣進(jìn)行，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。

3.1.1 檢查密封部件

對于微水含量嚴(yán)重超標(biāo)且泄漏量大的設(shè)備，應(yīng)開蓋檢查密封部件是否完好，變形或開裂的應(yīng)更換與原配型號相同的密封件。

3.1.2 更換吸附劑

安裝時盡量縮短暴露于大氣中的時間，應(yīng)在30min內(nèi)更換完畢吸附劑后立即抽真空，減少吸附劑自身帶入的水分。

3.1.3 抽真空

將真空泵連接至氣室，對設(shè)備抽真空到133Pa時，繼續(xù)運(yùn)行真空泵至少30min，停運(yùn)真空泵，30min后讀取真空度A，保持5h后讀取真空度B，B－A≤67Pa（極限允許值為133Pa）才算合格。否則，應(yīng)檢查氣室密封性并進(jìn)行處理，直至抽真空合格為止。

3.1.4 干燥

為了能最大程度地去除氣室內(nèi)殘留水分，用真空泵抽氣室真空至50Pa并持續(xù)30min后，向氣室內(nèi)注入0.1MPa的氮氣進(jìn)行干燥，靜止12h后測量氮氣微水是否合格。如超標(biāo)，則應(yīng)繼續(xù)更換吸附劑—抽真空—注氮—靜止—測量的流程，直至測量合格為止。

3.1.5 充SF6

測量氮氣合格后，重新將氣室抽真空，然后向氣室內(nèi)注入合格的SF6至額定壓力，靜止24h，測量氣室內(nèi)微水含量。

針對齊岳山風(fēng)電公司一級站GIS出線套管側(cè)內(nèi)沒有安裝吸附劑的情況，可以考慮在檢查密封后，在氣室內(nèi)部放置大量吸附劑，抽真空注氮氣測量微水含量合格后取出吸附劑，然后重新抽真空充入額定壓力的SF6。

3.2 對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正

由于溫度對氣室內(nèi)氣體水分影響較大，測量水分時應(yīng)根據(jù)廠家提供的含水量—溫度修正曲線來對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使試驗數(shù)據(jù)能真實地反映SF6氣體微水量。

3.3 加強(qiáng)運(yùn)行中SF6氣體監(jiān)視

設(shè)備密封不良可能導(dǎo)致泄漏，使外部空氣中的水分滲透進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，從而影響SF6氣體微水含量，而且設(shè)備泄漏會導(dǎo)致SF6密度降低，以致影響其絕緣性能。因此，有必要對運(yùn)行中設(shè)備的泄漏情況加強(qiáng)監(jiān)視。

4 結(jié)語

SF6微水含量超標(biāo)的原因包括設(shè)備運(yùn)行年限較長，氣室內(nèi)壁的固體材料會釋放出水分；而且設(shè)備沒有絕對的密封性，所處環(huán)境相對濕度較大，空氣中的水分會緩慢滲透入設(shè)備內(nèi)部；吸附劑在吸附水分飽和后，不但不會吸收氣體中的水分含量，反而會對氣室內(nèi)釋放水分。因此， 在處理微水含量超標(biāo)時必須更換吸附劑，干燥氣室后才能充入SF6。

今后檢修應(yīng)加強(qiáng)對運(yùn)行中設(shè)備的監(jiān)測與記錄，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，防患于未然，并且制定規(guī)范的檢修工藝，切勿因趕工期出現(xiàn)不規(guī)范作業(yè)，從而給設(shè)備留下安全隱患。

［1］王晉根，黃弘.SF6電器中微水過量的危害及采標(biāo)建議［J］.高電壓技術(shù)，2002，28（5）：49，54.

［2］王永強(qiáng)，程仲林，張重遠(yuǎn).關(guān)于SF6氣體絕緣組合電器中微水問題的研究［J］.電力情報，2001（2）：40－43.

［3］DL／T603—2006 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)規(guī)程［S］.