六氟化硫斷路器水分控制與處理工藝研究

任東峰

【摘 要】六氟化硫斷路器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。本文闡述了六氟化硫斷路器中SF6氣體水分含量超標(biāo)的危害性，對(duì)造成SF6氣體水分含量超標(biāo)的原因進(jìn)行了分析，給出了斷路器中SF6氣體水分含量超標(biāo)的控制與處理方法。

【關(guān)鍵詞】斷路器；六氟化硫；水分

中圖分類號(hào)： TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）02-0147-002

【Abstract】Sulfur hexafluoride circuit breaker is the key equipment in power system. The reliability of its operation is very important to the safe and stable operation of power system. This article describes the hazardous sulfur hexafluoride circuit breaker SF6 gas content exceeded the cause of excessive SF6 gas moisture content of the reasons were analyzed， circuit breaker SF6 gas moisture content exceeding the control and treatment methods.

【Key words】Circuit breakers； Sulfur hexafluoride； Moisture

0 前言

隨著近年來電力電網(wǎng)的快速發(fā)展，六氟化硫斷路器因其具有絕緣性能高、開斷能力強(qiáng)、維護(hù)簡單方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在高壓電力電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。六氟化硫斷路器內(nèi)部以SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。如果斷路器氣室內(nèi)水分含量超標(biāo)，不僅會(huì)使設(shè)備的絕緣強(qiáng)度變低，還會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，從而導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行事故的發(fā)生。斷路器氣室內(nèi)的SF6氣體完全干燥不含水分任何是無法做到的，因此必須采取有效的控制與處理措施，將斷路器氣室內(nèi)的SF6氣體中的水分含量控制在合格范圍內(nèi)，才能保證六氟化硫斷路器的安全可靠運(yùn)行。

1 斷路器氣室內(nèi)SF6氣體中水分的危害

SF6氣體在常溫常壓下無色無味，具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能。純的SF6氣體，受電弧放電或高溫后，會(huì)分解成硫、氟和硫氟化合物，在電弧消失后這些分解物又會(huì)化合成SF6氣體。當(dāng)斷路器氣室內(nèi)氣體中所含含水分超標(biāo)時(shí)，水在電弧作用下會(huì)分解為氫和氧。氫和氧與SF6氣體分解物在電弧作用下會(huì)生成二氧化硫（SO2）、氫氟酸（HF）、亞硫酸酰氟（SOF2）等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)對(duì)斷路器的絕緣材料及金屬材料造成腐蝕，使其絕緣強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生設(shè)備爆炸[2]。

另外，斷路器氣室中SF6氣體中水是以氣態(tài)的形式存在，周圍環(huán)境溫度降低時(shí)，水汽會(huì)凝結(jié)成液態(tài)的露水附著在零部件的表面，可能會(huì)造成支持件，絕緣拉桿等絕緣件沿面閃絡(luò)而引起事故。

2 斷路器水分控制與處理工藝

2.1 水分控制工藝

斷路器的氣室內(nèi)部總會(huì)有一定量的水分，其水分的來源主要是：斷路器內(nèi)部絕緣件與金屬表面本身所含水分的析出；裝配時(shí)從周圍環(huán)境中帶入的水分；充入斷路器的SF6氣體本身所含的水分和充SF6氣體時(shí)從充氣管路中帶入的水分；其次還有在斷路器運(yùn)行時(shí)從周圍環(huán)境透過密封件侵入的水分[3]。依據(jù)不同的水分來源，斷路器在裝配過程中應(yīng)該采取相應(yīng)的控制措施。

（1）斷路器產(chǎn)品裝配時(shí)應(yīng)對(duì)裝配環(huán)境的濕度進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般情況下斷路器的裝配要求環(huán)境濕度不大于60%。另外在裝配時(shí)，應(yīng)盡量減縮短氣室的敞開時(shí)間，如必須等待，需用塑料布或臨時(shí)蓋板封閉。斷路器氣室的敞開時(shí)間應(yīng)控制在2小時(shí)之內(nèi)；

（2）斷路器產(chǎn)品裝配前所有的零部件都需進(jìn)行烘干處理，烘干溫度80-100℃，烘干時(shí)間為4小時(shí)。

（3）新的SF6氣體水分含量在入廠時(shí)必須進(jìn)行抽樣檢測，水分應(yīng)控制在10PPm左右。在給斷路器充入SF6氣體前，需要對(duì)充氣管路進(jìn)行干燥，可用高純氮?dú)獯倒埽錃鈺r(shí)，應(yīng)確保充氣管路密封良好，避免將周圍環(huán)境中水分帶入斷路器氣室內(nèi)部。

2.2 水分處理工藝

根據(jù)斷路器產(chǎn)品裝配工藝的不同，斷路器生產(chǎn)中經(jīng)常用水分處理方法主要有4 種。

（1）吸附法

分子篩是一種吸附能力極強(qiáng)的無機(jī)化合物吸附劑，呈顆粒狀，對(duì)水分、SF6分解物等具有極強(qiáng)的吸附能力。分子篩通過對(duì)斷路器氣室水分及SF6分解物的吸附，使得不會(huì)因?yàn)橛泻怏w的產(chǎn)生，潮解而降低斷路器的絕緣性能與機(jī)械性能。分子篩為密封包裝，可直接使用，如果放置不當(dāng)而吸水，在使用前必須350～400℃焙燒活化2h，吸附劑打開密封包裝后，應(yīng)在2h內(nèi)使用完。

原則上吸附劑的使用量不應(yīng)低于所充入的SF6氣體重量的10%。分子篩的安裝位置應(yīng)設(shè)在SF6氣體流動(dòng)較順暢的地方，以利于其吸收水分和其他雜質(zhì)。

在斷路器產(chǎn)品裝配分子篩時(shí)，將烘干活化好的分子篩取出后應(yīng)立即裝入斷路器氣室內(nèi)部，然后立即進(jìn)行抽真空處理。當(dāng)烘干活化過的分子篩不能立即裝入產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)與空氣隔絕，并及時(shí)放入烘箱內(nèi)繼續(xù)烘干。

分子篩吸水后，使用前必須采用活化處理恢復(fù)其吸附能力。活化溫度為250℃～300℃，活化時(shí)間不少于3 小時(shí)。

（2）烘干法

在斷路器產(chǎn)品裝配過程中，待裝零部件會(huì)吸收環(huán)境中的水分，從而導(dǎo)致斷路器氣室內(nèi)水分殘留。所以斷路器產(chǎn)品裝配前所有零部件都需進(jìn)行烘干處理，烘干溫度80-100℃，烘干時(shí)間為4小時(shí)。

（3）抽真空靜止法

首先，將斷路器氣室抽真空至一定數(shù)值后，使斷路器氣室內(nèi)部呈負(fù)壓，然后長時(shí)間靜止存放，使斷路器氣室內(nèi)部零部件所含水分充分的釋放，最后，再通過抽真空，將零部件釋放岀的水分排出，該過程是斷路器水分處理抽真空靜止法的處理過程。一般抽真空需在67Pa（真空泵靜止后的讀數(shù)）以下，斷路器靜止時(shí)間應(yīng)不少于12小時(shí)。特殊情況，斷路器氣室可通過兩次抽真空兩次靜止，以保證斷路器氣室水分合格。

（4）氮?dú)鉀_洗法

氮?dú)馇逑捶?，首先在斷路器氣室充?nèi)充入高純氮?dú)猓ê?9.999%）至額定壓力，保持4-6小時(shí)，然后放出氮?dú)?。在氮?dú)獾某淙牒头懦鲞^程中，將斷路器氣室內(nèi)部的水分帶出氣室。

在現(xiàn)階段斷路器產(chǎn)品裝配中，烘干法是控制水分最普遍應(yīng)用的方法。也可應(yīng)用吸附法和抽真空靜止相結(jié)合的方法，通常以抽真空靜止法為主，吸附法輔。在斷路器日常生產(chǎn)中，高純氮?dú)鉀_洗法很少使用，一般在夏季環(huán)境濕度較大時(shí)才會(huì)使用。

吸附劑的作用是在斷路器長期運(yùn)行中吸收斷路器內(nèi)部水分及SF6分解物，保證斷路器產(chǎn)品運(yùn)行10年以上水分不超標(biāo)。所以，吸附劑不是工廠內(nèi)水分處理的手段，在工廠內(nèi)靠用吸附劑把水分含量降下來。斷路器產(chǎn)品有時(shí)水分處理合格后，一段時(shí)間后，水分又會(huì)超標(biāo)，這是由于斷路器內(nèi)部元件在裝配前未徹底烘干水分溢出造成的。因此，裝配過程控制中對(duì)水分處的理控制和處理是十分必要的。

3 結(jié)論

六氟化硫斷路器產(chǎn)品水分超標(biāo)不僅會(huì)使設(shè)備絕緣強(qiáng)度大大降低，水分及SF6分解物還會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，因此對(duì)斷路器產(chǎn)品的水分控制與處理十分重要，將斷路器產(chǎn)品水分通過必要的措施與方法控制在合格的范圍內(nèi)是保證六氟化硫斷路器產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何嘉希，高文勝，劉衛(wèi)東，等.六氟化硫斷路器滅弧室壓力測量導(dǎo)管結(jié)構(gòu)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（1）：310-316.

[2]侯光杰.六氟化硫斷路器應(yīng)用優(yōu)勢及安全運(yùn)行要點(diǎn)[J]. 中國水能及電氣化，2016（11）：20-22.

[3]王劉芳，劉偉，祁炯，等.六氟化硫混合絕緣氣體電氣設(shè)備檢測技術(shù)的研究及現(xiàn)場應(yīng)用[J].安徽化工，2017，43（3）：75-79.