高濕度地區(qū)GIS安裝中SF6氣體水分控制

龍愛平，種芝藝，張 瑋，李 宏

（1.中國(guó)超高壓輸變電建設(shè)公司，武漢市，430022；2.國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司，北京市，100052；3.新東北電氣（沈陽）高壓開關(guān)有限公司，沈陽市，110025）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、母線、出線套管、伸縮節(jié)等主要元件連接在一起，并封裝在金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充入一定壓力的SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)[1]。GIS設(shè)備具有占地面積小，運(yùn)行可靠性高、維護(hù)方便、不受外界環(huán)境影響、無火災(zāi)危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，這些特性極大地提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。因此，GIS設(shè)備在輸變電建設(shè)工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

GIS設(shè)備雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是氣室中的微水含量超標(biāo)將會(huì)給設(shè)備的運(yùn)行帶來危害。SF6氣體中的水分主要會(huì)帶來2個(gè)方面的危害：（1）在固體絕緣件表面凝露時(shí)，會(huì)大大降低沿面閃絡(luò)電壓；（2）SF6氣體中的水分會(huì)在電弧的作用下生成腐蝕性很強(qiáng)的氟化氫等分解物，對(duì)絕緣材料有損壞作用，使產(chǎn)品受到嚴(yán)重的損傷[2]。GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)SF6氣體含水量標(biāo)準(zhǔn)（20℃下體積分?jǐn)?shù)）要求為：有電弧分解的隔室應(yīng)小于150 uL/L，無電弧分解的隔室應(yīng)小于250 uL/L[3]。SF6氣體中的水分含量控制是GIS設(shè)備安裝時(shí)質(zhì)量控制的重要內(nèi)容，也是GIS設(shè)備安裝交接試驗(yàn)中的1個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到GIS設(shè)備的安全運(yùn)行和維護(hù)。

為降低SF6氣體中的水分含量，GIS設(shè)備的裝配工作應(yīng)在無風(fēng)沙、無雨雪、空氣相對(duì)濕度小于80%的條件下進(jìn)行，并采取防塵、防潮措施[4]。然而在我國(guó)南方地區(qū)及山區(qū)，空氣相對(duì)濕度常年在80%以上，對(duì)GIS設(shè)備安裝過程中SF6氣體含水量的控制帶來了極大困難。

本文以復(fù)龍換流站GIS設(shè)備安裝為例，對(duì)高濕度環(huán)境下的GIS設(shè)備安裝過程中SF6氣體含水量控制措施進(jìn)行探討。

1 復(fù)龍換流站GIS設(shè)備及安裝條件

復(fù)龍換流站地處四川省宜賓縣，為向家壩—上?！?00 kV特高壓直流輸電示范工程的起點(diǎn)，GIS設(shè)備采用新東北電氣公司生產(chǎn)的ZF15-550型GIS，接線方式采用3/2接線形式，包括9個(gè)完整串和1個(gè)不完整串，共28個(gè)間隔，516個(gè)氣室。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)的測(cè)量，復(fù)龍換流站所在地區(qū)年平均相對(duì)濕度為81%，在GIS安裝期間正值當(dāng)?shù)氐亩嘤昙竟?jié)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)每天只有11：30—17：00時(shí)的濕度在80%以下。在GIS設(shè)備安裝前期，為保證GIS設(shè)備安裝質(zhì)量，在環(huán)境相對(duì)濕度80%以下時(shí)才進(jìn)行GIS設(shè)備安裝。由于安裝期間的空氣濕度較大，抽真空開始時(shí)抽取了幾個(gè)較典型的氣室（包括CB隔室、CT隔室、隔離開關(guān)隔室、管道母線隔室），按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽真空、充氣取樣檢驗(yàn)。在充入SF6氣體48～96 h后進(jìn)行微水含量的測(cè)量，取樣氣室的水分含量均超標(biāo)，達(dá)到400～500 uL/L，最大的氣室微水含量為800 uL/L。同時(shí)由于設(shè)備大量到貨，在相對(duì)濕度80%以下進(jìn)行安裝已不能滿足安裝工期的要求。

針對(duì)這種情況，在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過不斷的試驗(yàn)和摸索，總結(jié)出了在高濕度環(huán)境下GIS設(shè)備安裝措施，即在相對(duì)濕度85%時(shí)進(jìn)行GIS設(shè)備安裝，通過在安裝過程和安裝完成后的氣室處理中采取措施，保證GIS設(shè)備SF6含水量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 SF6氣體水分控制措施

2.1 安裝過程的控制措施

在安裝過程中，若采取防塵棚并在防塵棚內(nèi)加裝去濕裝置和空調(diào)來調(diào)節(jié)小范圍的環(huán)境氣候，則需要增加很高的成本；而且，裝配過程中戶內(nèi)、戶外吊裝時(shí)，必須開啟房間的頂棚，這樣就破壞了防塵棚內(nèi)的小氣候，起不到密閉、除潮的作用，也不能保證裝配后的氣室水分控制達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)沒有采取在防塵棚內(nèi)加裝去濕裝置和空調(diào)的措施。

為保證安裝進(jìn)度和安裝質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)濕度小于85%時(shí)進(jìn)行安裝，在安裝過程中盡量縮短安裝單元在空氣中的暴露時(shí)間。在處理罐體兩側(cè)法蘭對(duì)接面時(shí)，用塑料布套在安裝面上，安裝人員進(jìn)入塑料布內(nèi)工作，最大限度地防止塵埃和空氣中的水分入侵罐體。

同時(shí)，在當(dāng)天安裝結(jié)束的最后1節(jié)安裝單元中加裝過量的吸附劑，封蓋后充入“0”表壓的氮?dú)?。在次日安裝下一節(jié)單元時(shí)取出吸附劑。此種方法的目的是利用吸附劑吸收當(dāng)天安裝單元的水分，減少水分對(duì)新安裝單元的影響。

2.2 安裝完成后氣室的處理

2.2.1 概述

在相對(duì)濕度85%的情況下進(jìn)行GIS設(shè)備安裝，設(shè)備安裝完成后氣室的處理措施是控制GIS設(shè)備SF6氣體含水量的關(guān)鍵。復(fù)龍換流站在GIS設(shè)備安裝過程中氣室處理的措施是：在氣室上外掛罐體，罐體內(nèi)放置過量吸附劑，抽真空后注入純度為99.9%的氮?dú)馊コ保诘獨(dú)夂亢细窈笤俜湃腩~定容量的吸附劑，抽真空后注入SF6氣體。經(jīng)過這種方式處理后的氣室其SF6氣體含水量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 吸水材料的選用及活化

由于本工程涉及到需要處理超標(biāo)水分的氣室很多，在吸附劑選擇時(shí)采用大連生產(chǎn)的吸水能力很強(qiáng)的KDHF-03型吸附劑，其球徑分別為2～3 mm和4～6 mm。根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn)，KDHF-03型吸附劑性能較強(qiáng)，其主要性能見表1。

表1 KDHF-03型吸附劑的主要性能Tab.1 Main performance of KDHF-03 adsorbent

從表1中可看出球徑為4～6 mm的吸附劑抗壓強(qiáng)度優(yōu)于球徑為2～3 mm的吸附劑，靜態(tài)吸水率也稍好。本工程選用了球徑為4～6 mm的吸附劑。

對(duì)于無包裝損壞和受潮現(xiàn)象的吸附劑直接拆包裝使用。在拆開吸附劑袋后，立即查看袋內(nèi)所裝試紙的顏色，試紙呈現(xiàn)藍(lán)色可直接使用，若試紙呈淺粉色時(shí)必須采用活化或烘干的方法進(jìn)行處理。處理方法為：（1）將KDHF-03吸附劑放入烘干箱中加熱至500～600℃（不能超過600℃，否則會(huì)破壞吸附劑的性能），保持2 h；（2）將KDHF-03吸附劑放入烘干箱中加熱至250℃，保持24 h。此2種方法獲得的吸附劑的效果是一樣的。

為了防止盛放吸附劑的布口袋受潮，在活化吸附劑的同時(shí)，將盛放吸附劑的布口袋放入另一個(gè)烘干箱中加熱至100℃保溫，驅(qū)除其所吸收的潮氣，待安裝吸附劑時(shí)，再取出。

2.2.3 吸附劑的放置

由于ZF15-550型GIS的結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間小，而且盆式絕緣子水平放置的很多，為了防止安裝在罐內(nèi)的吸附劑產(chǎn)生的灰塵落到水平盆式絕緣子上，不能按常規(guī)的方法將吸附劑放入罐體內(nèi)部，而是采用外掛罐體，在罐體的內(nèi)部放置吸附劑。對(duì)于安裝環(huán)境狹小和不能使用直筒罐體的安裝口，外掛的罐體采用了彎頭的形式。

為了防止吸附劑粉塵進(jìn)入罐內(nèi)，在安裝吸附劑時(shí)采用2層過濾的方式，第1層過濾是將零散的吸附劑放入專用口袋，第2層過濾是在外置容器和GIS設(shè)備本體之間放入的過濾網(wǎng)。通過這2層過濾裝置，在充入氮?dú)鈺r(shí)有效地抑制吸附劑灰塵的擴(kuò)散。

吸附劑烘干結(jié)束后，關(guān)閉烘干箱的柜門待烘干箱的溫度降至環(huán)境溫度，再將吸附器取出安裝。盡量縮短吸附劑取出烘干箱直到安裝完畢的時(shí)間，一般不超過15 min。安裝完畢后，一般不宜超過30 min，應(yīng)立即抽真空。

2.2.4 氣體處理

為控制氣室內(nèi)SF6水分含量，每個(gè)氣室都經(jīng)過2次水分的處理，即第1次抽真空結(jié)束時(shí)充入0.3 MPa的氮?dú)獗３?8 h或更長(zhǎng)時(shí)間，檢測(cè)充入氮?dú)獾奈⑺浚细窈笙虼髿庵信欧?；?次抽真空結(jié)束后充入規(guī)定的SF6氣體，具體操作過程如下：

（1）先把外置罐體裝入要處理氣室的防爆膜接口上，在容器內(nèi)裝入過量的吸附劑，裝入吸附劑前一定要將過濾裝置放入容器內(nèi)，抑制吸附劑灰塵對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的影響。

（2）裝配完成后，進(jìn)行抽真空作業(yè)，抽真空壓力值達(dá)到40 Pa后，繼續(xù)抽真空4 h，目的是利用真空作用將附著在固體表面和侵入固體內(nèi)部（尤其是結(jié)構(gòu)較疏松的絕緣材料的內(nèi)部）的微量水分抽出，在抽真空過程中盡量減少吸附劑對(duì)水分的吸附。

（3）在抽真空結(jié)束后，立即充入0.3 MPa的高純氮?dú)猓兌?9.9%），保持48 h，并在每天下午14：00從充氣口取樣測(cè)量充入氮?dú)獾奈⑺恐笜?biāo)及其變化情況，待指標(biāo)合格且穩(wěn)定后放掉氮?dú)馊サ敉饨尤萜?，再正式放置額定容量的吸附劑，抽真空后充入額定壓力的SF6氣體。

通過上述的處理過程可以發(fā)現(xiàn)，充入氮?dú)獾膲毫υ礁?，吸附劑的吸附效果越好，但是在吸附劑趨近飽和后則吸附效果明顯減弱。在日照強(qiáng)烈時(shí)氣室內(nèi)的微水含量稍高，這是由于溫度升高時(shí)，水分子吸熱獲得較大的熱動(dòng)能，因熱運(yùn)動(dòng)而脫離零部件表面，游離到氮?dú)庵校粶囟冉档蜁r(shí)相反，氣體中的水分子因熱運(yùn)動(dòng)能量的下降而被固體吸附。對(duì)充入的氮?dú)庖３?天以上的時(shí)間，促使吸附劑對(duì)溫度升高時(shí)吸附游離出來的水分。使放入的吸附劑充分發(fā)揮作用，并在每天溫度較高的14：00進(jìn)行微水含量的測(cè)量。

3 結(jié)語

復(fù)龍換流站GIS設(shè)備安裝已經(jīng)進(jìn)入尾聲，在采用了文中所述的工藝方法后，GIS氣室SF6含水量均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，GIS設(shè)備已順利通過交流耐壓試驗(yàn)。實(shí)踐證明該方法能在高濕度地區(qū)GIS設(shè)備安裝過程中降低GIS設(shè)備安裝對(duì)環(huán)境濕度的要求，保證GIS設(shè)備SF6氣體的含水量指標(biāo)合格。

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