SF6斷路器微水超標(biāo)原因分析與處理

鄭 桓

SF6斷路器具有斷口電壓高、開斷能力強(qiáng)、允許連續(xù)開斷的次數(shù)較多，噪聲低和無火花危險(xiǎn)，而且斷路器尺寸小、重量輕、容量大、維修少等優(yōu)點(diǎn)。這使得SF6斷路器廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的電網(wǎng)中。然而SF6斷路器微水超標(biāo)會對斷路器使用造成很大影響，因此，我們對引起SF6斷路器微水超標(biāo)的原因及控制處理措施展開討論。

一、SF6氣體的優(yōu)點(diǎn)

SF6的分子和自由電子有非常好的混合性。當(dāng)電子和SF6分子接觸時(shí)幾乎100％的混合而組成重的負(fù)離子，這種性能對剩余弧柱的消電離及滅弧有極大的使用價(jià)值。即SF 6具有很好的負(fù)電性，它的分子能迅速捕捉自由電子而形成負(fù)離子。這些負(fù)離子的導(dǎo)電作用十分遲緩，從而加速了電弧間隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)率，因此有很好的滅弧性能。在1.01×105Pa氣壓下，SF6的滅弧性能是空氣的100倍，并且滅弧后不變質(zhì)，可重復(fù)使用。

SF6氣體優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，使SF6斷路器具有如下優(yōu)點(diǎn)：開斷能力強(qiáng)，斷口電壓允許做得較高，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，噪音小，無火災(zāi)危險(xiǎn)，機(jī)電磨損小等，是一種性能優(yōu)異的“無維修”斷路器。

二、SF6氣體微水超標(biāo)的危害性

(一)SF6氣體是非常穩(wěn)定的，當(dāng)溫度低于500℃時(shí)一般不會自行分解，但當(dāng)水分含量較高時(shí)，溫度高于200℃時(shí)就可能產(chǎn)生水反應(yīng)，會生成亞硫酸和氫氟酸(HF)，它們都具有腐蝕性，可嚴(yán)重腐蝕設(shè)備。

(二)SF6在電弧作用下可分解，由于水分的存在會加劇低氟化物的水解，生成氟化亞硫酰。且水分的增加會加速其反應(yīng)。

(三)SF6被電弧分解成原子態(tài)s和F的同時(shí)，觸頭蒸發(fā)出大量的金屬Cu和W蒸汽，該蒸汽與SF6在高溫下會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生金屬氟化物和低氟化物，生成的氟化亞硫酰、硫化氫都是劇毒，HF還可與含SiO₂元件反應(yīng)，腐蝕固體元件的表面。

(四)存在于SF6氣體中的水分本身一般不會對開關(guān)裝置的絕緣有顯著的影響。但當(dāng)這些水分以液態(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)，會降低沿絕緣件表面的電阻，并改變了絕緣件的電場。試驗(yàn)表明附著在絕緣件表面的水分可以使絕緣件的沿面放電電壓降到無水時(shí)的60％～80％。

(五)SF6的結(jié)霜問題，在運(yùn)行中也是易遇到的問題。在裝置內(nèi)的SF6氣體中的水氣結(jié)霜后，當(dāng)絕緣件的溫度回升到零度時(shí)，絕緣件表面的霜就會融成水并因此而降低絕緣件的絕緣強(qiáng)度。一般認(rèn)為只要把SF6氣體裝置中的水分降低到使其水氣的露點(diǎn)低于零度，水氣不可能凝結(jié)成水，而直接變成霜就可以避水氣對絕緣的影響。這種認(rèn)識是不全面的。如果露點(diǎn)溫度達(dá)到零度，這時(shí)霜開始融化成水。這一過程在使用中是經(jīng)常發(fā)生的，這就必然會降低設(shè)備的絕緣。只有升溫的過程極其緩慢，當(dāng)霜的溫度未達(dá)到零度之前就都升華為水氣了時(shí)，才不會出現(xiàn)水態(tài)。霜變成水決定于：①升溫的程度；②露點(diǎn)的高低；③SF6氣體的多少；④裝置內(nèi)水氣的多少。

三、SF6氣體微水超標(biāo)的原因

SF6氣體微水超標(biāo)的原因，主要有以下六個(gè)方面：

(一)SF6氣體新氣的水分不合格

造成新氣不合格的原因，一是制氣廠對新氣檢測不嚴(yán)格，二是運(yùn)輸過程中和存放環(huán)境不符合要求，三是存儲時(shí)間過長。

(二)斷路器充入SF6氣體時(shí)帶進(jìn)水分

斷路器充氣時(shí)，工作人員不按有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進(jìn)行操作，如充氣時(shí)氣瓶未倒立放置；管路、接口不干燥或裝配時(shí)暴露在空氣中的時(shí)間過長工等導(dǎo)致水分帶進(jìn)。

(三)絕緣件帶入的水分

廠家在裝配前對絕緣未作干燥處理或干燥處理不合格。斷路器在解體檢修時(shí)，絕緣件暴露在空氣中的時(shí)間過長而受潮。

(四)吸附劑帶入的水分

吸附劑對SF6氣體中水分和各種主要的分解物都具有較好的吸附能力，如果吸附劑活化處理時(shí)間短，沒有徹底干燥，安裝時(shí)暴露在空氣中時(shí)間過長而受潮，吸附劑可能帶入數(shù)量可觀的水分。

(五)透過密封件滲入的水分

在SF6斷路器中SF6氣體的壓力比外界高5倍，但外界的水分壓力比內(nèi)部高。例如，斷路器的充氣壓力為0.5Mpa，SF6氣體水分體積分?jǐn)?shù)為30×10－6，則水的壓力為0.5×30×10－6=0.015×10－3Mpa，外界的溫度為20℃時(shí)，相對濕度70％，則水蒸氣的飽和壓力為2.38×10－3×0.7=1.666×10－3Mpa，所以外界水壓力比內(nèi)部水分高1.666×10－3／0.015×10－3=111倍。而水分子呈V形結(jié)構(gòu)，其等效分子直徑僅為SF6分子的0.7倍，滲透力極強(qiáng)，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。

(六)斷路器的泄漏點(diǎn)滲入的水分

充氣口、管路接頭、法蘭處滲漏、鋁鑄件砂孔等泄漏點(diǎn)，是水分滲入斷路器內(nèi)部的通道，空氣中的水蒸氣逐漸滲透到設(shè)備的內(nèi)部，因?yàn)樵撨^程是一個(gè)持續(xù)的過程，時(shí)間越長。滲入的水分就越多，由此進(jìn)入SF6氣體中的水分占有較大比重。

四、SF6氣體含水量的控制措施

運(yùn)行中的SF6斷路器，對于SF6氣體的微水量要求相當(dāng)嚴(yán)格，因?yàn)樗苯佑绊憯嗦菲鞯陌踩\(yùn)行。如何降低運(yùn)行中斷路器的SF6氣體含水量，可采取如下措施：

(一)控制SF6新氣質(zhì)量關(guān)

根據(jù)《安規(guī)》的規(guī)定，SF6新氣應(yīng)具有廠家名稱、裝灌日期、批號及質(zhì)量檢驗(yàn)單。新氣到貨后應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行復(fù)核、檢驗(yàn)，合格后方可使用。存放半年以上的新氣，使用前要檢驗(yàn)其微水量和空氣，符合標(biāo)準(zhǔn)后方準(zhǔn)使用。SF6氣瓶放置在陰涼干燥、通風(fēng)良好地方，防潮防曬，并不得有水分或油污粘在閥門上，未經(jīng)檢驗(yàn)合格的SF6新氣氣瓶和已檢驗(yàn)合格的氣體氣瓶應(yīng)分別存放，以免誤用。

為了保證SF6氣體新氣的質(zhì)量和純度，充入斷路器之前進(jìn)行微水測試，并要符合我國的SF6氣體新氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(二)控制絕緣件的處理關(guān)

絕緣件出廠時(shí)，如果沒有進(jìn)行特殊密封包裝，安裝前又未做干燥處理，則絕緣件在運(yùn)行中所釋放的水分將在氣體含水量占有很大比重。因此絕緣件干燥處理完畢后立即進(jìn)行密封包裝，在安裝現(xiàn)場未組裝的絕緣件應(yīng)存放在有干燥氮?dú)獾娜萜髦小?/p>

(三)控制密封件的質(zhì)量關(guān)

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。斷路器法蘭面及動密封都用雙密封圈密封，一可加強(qiáng)密封效果，減少SF6氣體的漏氣量，二可減少外界水分進(jìn)入SF6斷路器中。

(四)控制吸附劑的質(zhì)量關(guān)

采用高效吸附劑，使用前進(jìn)行活化處理，安裝時(shí)盡量縮短暴露于大氣中的時(shí)間，減少吸附劑自身帶入的水分。

(五)控制充氣的操作關(guān)

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，無油無灰塵，充氣前用新的SF6氣體進(jìn)行沖洗。

(六)加強(qiáng)運(yùn)行中SF6氣體檢漏關(guān)

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)。

(七)加強(qiáng)運(yùn)行中SF6氣體微水量的監(jiān)視測量關(guān)

設(shè)備安裝完畢充氣24h后，應(yīng)進(jìn)行SF6氣體微水量測量，設(shè)備通電后每三個(gè)月測量一次，直至穩(wěn)定后，以后每一至三年檢測一次微水量。對于微水量超過管理標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)進(jìn)行干燥處理。

通過以上七個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格管理，可以控制SF6斷路器SF6氣體的微水量。

五、SF6微水超標(biāo)處理

SF6斷路器一旦檢測出微水含量超標(biāo)，就要對其進(jìn)行處理。

(一)首先回收SF6斷路器內(nèi)的SF6氣體，更換斷路器內(nèi)的吸附劑。

(二)充氮?dú)庵?.1MPa，抽真空至133Pa(絕對真空)。再充氮?dú)庵?.1Mpa，靜置24小時(shí)后測氮?dú)馕⑺Ｈ绻缓细?，就再次抽真空、充氮?dú)?、測氮?dú)馕⑺?/p>

(三)如果氮?dú)獾奈⑺细?，那么就抽真空，充SF5氣體，靜置24小時(shí)后測量微水含量，應(yīng)小于150μL／L。若合格，補(bǔ)充SF6氣體至額定壓力，即認(rèn)為處理完畢。

(四)處理后SF6氣體微水超標(biāo)狀況應(yīng)得到明顯改善。

(五)處理過程中使用高純氮，能干燥設(shè)備，降低使用SF6成本，保護(hù)環(huán)境。

六、結(jié)束語

SF6設(shè)備未來將在各方面得到廣泛應(yīng)用，了解SF6微水產(chǎn)生的原因，知道對SF6微水的控制措施，掌握SF6微水超標(biāo)的處理方法是每一位合格檢修人員的必備技能。