淺談SF6組合電器微水超標原因

李偉 焦冠男

摘 要：SF6氣體的負電性，使它的絕緣性能和滅弧性能非常優(yōu)越，被廣泛應用于電力系統(tǒng)的高壓斷路器中，也為組合電器廣泛應用提供了堅實的基礎。但SF6氣體在電弧的作用下，會產(chǎn)生劇毒的低氟化合物，對人體、設備造成傷害，而SF6氣體的分解，又與氣體中水分的含量的多少有著密切的關系。該文通過對某變電站組合電器微水超標實例分析，對組合電器中微水的危害、來源、影響因素做了詳細的分析，提出微水超標的后的設備內(nèi)部氣體處理方法、設備處理方法和環(huán)境治理辦法。

關鍵詞：組合電器 微水超標 治理

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0117-02

2012年，某供電公司在例行試驗中，發(fā)現(xiàn)某220 kV變電站團葫#2線Ⅲ氣室微水超標，達到了826 ppm。在隨后的跟蹤測試中，發(fā)現(xiàn)微水值有上升的趨勢，最高達到了1256 ppm。當年的9月對團葫#2線Ⅲ氣室進行了氣體置換及停電抽真空處理。2013年的例行試驗中，發(fā)現(xiàn)220 kV西葫#1線、#1主變一次II氣室微水超標，在隨后的跟蹤測試中，發(fā)現(xiàn)處理效果不理想，2014年8月5日測試結(jié)果為#1主變一次II氣室微水含量反彈至951 ppm、220 kV西葫#1線II氣室微水含量反彈至437 ppm，并發(fā)現(xiàn)220 kV團葫#2線微水含量達到1185 ppm。

我們?yōu)槭裁磳M合電器中微水的含量這么重視？SF6的分解反應與水分有很大關系。在電弧高溫作用下，很少量的SF6會分解為有毒的SOF2、SO2F2、SF4和SOF4等。電弧分解物的多少與SF6中所含水份有關，因此，把水份控制在規(guī)定值以下是非常必要的。

1 SF6氣體的優(yōu)點

SF6由鹵族元素中最活潑的元素氟原子與硫原子結(jié)合而成，其分子結(jié)構(gòu)是6個F原子處于頂點位置而S原子處于中心位置的正八面體，S和F以共價鍵聯(lián)結(jié)。

SF6氣體是無色、無臭、不燃、無毒的惰性氣體，具有優(yōu)良的絕緣性能，且不會老化變質(zhì)。它的比重約為空氣的5倍。在標準大氣壓下，-62℃時液化，在均勻電場中為空氣的2到3倍，在3個大氣壓下絕緣強度與變壓器油相當。在12個大氣壓下，0℃時液化。

SF6氣體的高絕緣強度是由鹵族化合物的負電性，即對電子的吸附能力造成的，使SF6具有強大的滅弧能力。因為SF6分子吸附自由電子后變?yōu)樨撾x子，負離子容易和正離子復合形成中性分子，使電弧空間的導電性很快消失。特別在電弧電流接近零值時，這種作用更加顯著。如果利用SF6氣體吹弧，使大量新鮮的SF6分子不斷和電弧接觸，則滅弧更加迅速。

2 SF6氣體缺點

SF6氣體不溶于水和變壓器油，在熾熱的溫度下，它與氧氣、氬氣、鋁及其他許多物質(zhì)不發(fā)生作用。但在電弧和電暈的作用下，SF6氣體會分解，產(chǎn)生低氟化合物，這些化合物又和電極材料、水分、氧氣等進一步反應，組成新的有毒的化合物，會引起絕緣材料的損壞，且這些低氟化合物是劇毒氣體。SF6氣體中水分的多少，對電弧分解物組成的含量有很大的關系。SF6氣體中的水分危害如下。

2.1 水分引起設備化學腐蝕

在常溫下，SF6氣體化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，當溫度低于500℃時，一般不會自行分解。但是當SF6氣體中含有較多的水分時，溫度在200℃時就會水解，其分解反應式為：

2SF6+6H2O→2SO2+12HF+O2

因此在組合電器中，必須嚴格控制氣體中水分的含量。

2.2 水分對絕緣件的危害

水分在電氣設備中，除了對金屬部件和絕緣部件產(chǎn)生腐蝕作用外，還在它的表面形成凝結(jié)水，附在絕緣件的表面，而造成沿面放電。

3 SF6氣體中水分的控制

SF6氣體中水分、有毒氣體都可以用吸附劑來吸收。在組合電器中放入適量的吸附劑，水分、毒氣都可以減少，從而保證運維人員的安全。

表1中是實驗室沒有放置吸附劑的情況下，經(jīng)過若干次開斷后，累計開斷電流為1190kA，所分解出來的雜質(zhì)。

從表中可以看出分解物只有4種，CF4是斷路器的噴口的四氟乙烯材料分解下來的，是無害氣體?；钚匝趸X、分子篩是GIS設備中常用的吸附劑。

4 SF6氣體中水分的來源分析

4.1 新SF6氣體在生產(chǎn)中含有水分。

國家電網(wǎng)公司《高壓開關設備管理規(guī)范》中，對新SF6氣體質(zhì)量標準做出規(guī)定，要求新氣純度≥99.8%，空氣≤0.05%，四氟化碳≤0.05%，濕度≤8 μg/g，酸度≤0.3 μg/g，可水解氟化物≤1.0 μg/g，新氣無毒性，水分含量標準如表2所示。

4.2 以環(huán)氧樹脂為材料的盆式絕緣子，在運行過程中釋放水分

環(huán)氧樹脂本身含有0.1%～0.5%ppm的水分，在設備運行過程中，慢慢向外釋放，這部分水分隨著環(huán)境溫度的變化而變化。

4.3 嵌入式電流互感器釋放水分

電流互感器在裝配前，均要經(jīng)過干燥。干燥不徹底，或由烤箱進入組合電器的過程中需要一段時間，使電流互感器吸收空氣中的水分。運行中的電流互感器溫度逐漸升高，內(nèi)部所含水分漸漸蒸發(fā)釋放出來，進入SF6氣體中。

4.4 透過密封件進入的水分

在組合電器中，其內(nèi)部壓力比較大，但常態(tài)下水的壓力要比內(nèi)部高。水分體積值為10-6×30，充氣壓力值為0.5MPa，水分的壓力值為0.5×30×10-6=0.015×10-3MPa。當外界濕度為70%，溫度為20℃時，水蒸氣的飽和壓力值為2.38×10-3×0.7=1.666×10-3MPa，說明外界水壓力比內(nèi)部環(huán)境的水壓力值要高很多。

4.5 罐體滲漏進入的水分

理論上講，組合電器內(nèi)部壓力為4～6個大氣壓，外部為1個大氣壓，內(nèi)部應該向外滲漏才對。但實際情況是氣體內(nèi)部水蒸氣的壓力小于設備外部環(huán)境的水蒸氣壓力，水蒸氣由設備外部向內(nèi)部滲透。

GIS內(nèi)部水蒸氣壓力為（環(huán)境溫度20℃，外界濕度85%，壓力為0.6 MPa，微水含量為150 ppm時）：

0.6×150×10-6=0.09×10-3 MPa

GIS設備外部壓力（水蒸氣的溫度20℃，其飽和壓力2.33×10-3 MPa，環(huán)境濕度85%）：

2.33×10-3×0.85=1.98×10-3 MPa

則GIS設備外部和內(nèi)部水蒸氣壓力之比為：

K=22

也就是說，GIS設備外部水蒸氣的壓力是內(nèi)部水蒸氣壓力的22倍。

5 該站GIS設備水分分析

（1）該站地處沿海地區(qū)，典型的溫熱帶海洋氣候，空氣濕潤。

（2）該站站址位于山坡下，位置相對低洼。該站GIS設備戶內(nèi)布置，設備緊湊，輸電線路采用電纜出線，在GIS室下方有一條電纜溝。由于山水滲透的影響，電纜溝內(nèi)常年有積水，是室內(nèi)環(huán)境濕度高的又一原因。

（3）夏季時，環(huán)境濕度大，GIS室內(nèi)見不到陽光，水分形成凝露，附著在地面、設備支架等部位?？梢赃@樣說，夏季時，GIS設備處于水蒸氣的“蒸籠”中。

該站的微水試驗超標后，運維人員通過檢測GIS設備的各個部位，發(fā)現(xiàn)有3個點微滲。通過以上分析可知，這3個微滲點也是本次檢測微水超標的“幫兇”。

（4）吸附劑帶入和釋放的水分。

新生產(chǎn)的吸附劑本身含有一定量的水分。在GIS工作過程中，吸附劑又不斷吸收來自各方面的水分和雜質(zhì)，逐漸達到飽和。達到水分飽和的吸附劑不再吸收水分，而成為水分增長的“幫兇”，不斷向SF6氣體中釋放水蒸氣。

吸附劑飽和原因分析：該站于2003年11月份投運，設備已經(jīng)運行12年，期間沒有經(jīng)過解體檢修、更換吸附劑的情況，吸附劑飽和屬于正常老化現(xiàn)象。

團葫#2線在更換吸附劑、更換新氣體處理一年后，又發(fā)現(xiàn)了微水值反彈現(xiàn)象，是因為根據(jù)當時的微水值，且有不斷上升的趨勢，依據(jù)狀態(tài)檢修《SF6組合電器評價導則》扣分標準，確定為嚴重狀態(tài)，需要盡快安排停電檢修，時間選擇在了9月底。此間，該公司運檢部多次組織廠家人員、專家進行微水超標原因分析，并利用檢漏測試儀（型號SF6 GAS-LEAK）檢測未發(fā)現(xiàn)滲漏點。處理時正好趕上連綿的陰雨天，當時環(huán)境濕度始終保持在60%～75%之間。在更換吸附劑及設備組裝的過程中，吸附劑暴露在空氣中，吸收了很多水分，在干燥的過程中沒有完全處理掉。再者，因受當時施工條件限制，電流互感器及絕緣件干燥的不徹底，導致水分沒有完全清除出去。

組合電器在拆解的過程中，發(fā)現(xiàn)西葫#1線間隔有兩個絕緣子有放電痕跡，兩個導線觸頭有略微的銹跡，分析認為吸附劑飽和后，SF6氣體內(nèi)的水分足夠大，在絕緣子、導體上形成凝露。當凝露聚集到一定程度的時候，在高壓下放電，形成放電痕跡。

6 GIS微水超標處理。

本次處理，該公司吸取了上次處理團葫#2線微水超標的教訓，材料方面采取如下處理措施：

（1）施工選擇在環(huán)境溫度低、空氣相對干燥的12月份。

（2）更換2個有放電痕跡的絕緣子，2對有銹跡的梅花觸頭。

（3）更換2002—2006年投運的內(nèi)置電流互感器144只。

（4）停電回路的SF6氣體全部回收，補充新的、合格的SF6氣體。

（5）定位微滲點，采用錨噴的工藝處理，徹底解決微滲問題。

環(huán)境方面采取如下處理措施：

（1）5～9月，GIS室每天強力通風30 min。

（2）在GIS室放置4個溫濕度計，環(huán)境濕度大于60%時，除了強力通風外，打開GIS室窗戶、大門晾曬，防止凝露。

（3）每天巡視檢查電纜溝內(nèi)積水情況，發(fā)現(xiàn)積水及時啟動排水泵排水，盡量保持低水位。

7 效果評價

采取以上的措施后，通過跟蹤檢測，未發(fā)現(xiàn)本站組合電器各氣室微水值有上升的趨勢，一直處于平穩(wěn)狀態(tài)。

8 結(jié)語

通過對組合電器微水值超標問題的查找、分析、判斷，找到了SF6氣體內(nèi)微水超標的全部原因，并有針對性地采取應對措施，使異常回路恢復正常運行。

參考文獻

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