GIS設(shè)備中SF6體分解影響因素分析

馬婧珺

摘 要：SF6氣體無色、無味且不會污染環(huán)境，具備較高的耐電強度，因而被廣泛應(yīng)用至GIS等電氣設(shè)備中。但運行中的GIS等電氣設(shè)備會因安裝以及制造等環(huán)節(jié)釋放出二氧化硫、二氧化碳、硫化氫以及氟化氫等有害氣體，不但影響了設(shè)備正常的運轉(zhuǎn)，還危害了檢修人員的生命安全。為此，工作人員應(yīng)掌握SF6氣體的分解機制，并研究不同放電情況下GIS等電氣設(shè)備內(nèi)部SF6氣體的分解過程，從而確保設(shè)備的安全運行。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備；SF6氣體；分解影響因素

1 放電能量

由以往大量的實驗研究可以發(fā)現(xiàn)，無論是火花放電、局部放電或者是電弧放電，SF6氣體分解后產(chǎn)物的量均會與放電能量呈正比關(guān)系。

2 電流強度

處于電弧放電形式下，隨著電流的進(jìn)一步增大，CF4含量不會出現(xiàn)明顯的變化，且SO2F2的產(chǎn)量與電流之間不存在任何聯(lián)系。但也有相類似實驗認(rèn)為，二氧化硫以及硫化氫氣體的含量會隨著電弧電流的增大會不斷增加。而直流放電時，當(dāng)電流在0至4微安時，SO2F2氣體的含量會隨著電流的增加而增多，但電流大于20微安時，SOF2氣體的變化則與電流變化無關(guān)，而SO2F2氣體則會隨著電流的增大而逐漸減少。當(dāng)處于50赫茲的交流放電時，當(dāng)電量為一定數(shù)值時，SOF2氣體的變化與電流強度不存在聯(lián)系，而SO2F2氣體則會隨著電流強度的增大而增大。但當(dāng)電流超過20微安時，SO2F2氣體含量的變化與電流強度不存在聯(lián)系。

3 SF6氣壓

目前工業(yè)中較常使用單壓式的SF6高壓斷路器，且氣壓會保持在0.7兆帕左右。且除了斷路器以外，其他電氣設(shè)備的充氣壓力不得超過0.45兆帕。實驗過程中，電氣設(shè)備的氣壓保持在100至400千帕范圍內(nèi)，小于實際現(xiàn)場設(shè)備的充氣壓力。

4 水分含量

GIS在以下幾種情況下會生成水分，首先是GIS設(shè)備在制造、安裝以及檢修過程中可能會接觸外界的水分，以致水分浸入至設(shè)備內(nèi)部；其次是GIS設(shè)備的絕緣件帶有一定水分，且在設(shè)備運行期間，會慢慢向外釋放；最后是SF6氣體帶有一定水分，但新氣的含水量應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，因而需要進(jìn)行干燥處理。研究發(fā)現(xiàn)，SF6氣體含水量的多少與電弧分解物質(zhì)存在很大聯(lián)系，受水分、氧氣以及雜質(zhì)氣體的影響，放電結(jié)束后的SF6在復(fù)合過程中遇到了很大阻礙，以致生成了二氧化硫、SO2F2以及SOF2等有害氣體，由此看出，水分對氣體產(chǎn)物的生成量具備十分重要的作用。水分子參與反應(yīng)的常見反應(yīng)式如下所示：

SFx+1+OH→SOFx+HF X=0…4 （1）

SF4+H2O→SOF2+2HF （2）

SOF2+H2O→SO2+2HF （3）

SOF4+H2O→SO2F2+2HF （4）

在放電區(qū)域，水分子會被分解為O與OH，且其會與低氟硫化物產(chǎn)生反應(yīng)，并生成有害氣體，這些氣體還會擴散至放電區(qū)域外，并吸附于絕緣材料表面形成強酸物質(zhì)，嚴(yán)重侵蝕了固體材料，影響了電氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

為了進(jìn)一步深入了解水分的作用機制，研究人員還分析了不同放電情況下，不同水分含量對氣體產(chǎn)物的影響，首先是直流放電，此種情況下，隨著水分的增加，SO2F2以及 SOF2等有害氣體的生成量也會隨之增大。其次是交流放電，當(dāng)水分含量增加至一定程度時，SO2F2氣體的生成量與水分含量無關(guān)，但SOF2氣體的含量則會隨著水分的增加而緩慢增大。最后是電弧放電，與局部放電相似，電弧放電形式下，水分對SOF2以及SO2F2氣體的生成量也不存在影響。

5 氧氣含量

GIS設(shè)備中的氧氣可能來自于安裝以及檢修等過程中滲入的空氣，且電極以及絕緣材料也會生成氧氣。氧氣產(chǎn)生的氧離子可以吸附在電極表面，是有毒、有害氣體等分解物的主要來源。一般來講，隨著氧氣含量的增大，SOF2以及SO2F2氣體的含量會明顯增大，但當(dāng)水分與氧氣含量極低時，其對設(shè)備氣體分解產(chǎn)物的影響便會變得微乎其微。氧氣主要參與反應(yīng)的反應(yīng)式如下：

SFx+1+O→SOFx+F X=0…4 （5）

SOFx+O→SO2Fx X=0，2 （6）

6 電極材料

電極材料也是決定氣體分解物的主要因素，不同的電極材料存在不同性質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)，對氧氣以及水分的吸附力也各不相同，以致會發(fā)生不同的電極反應(yīng)。銀、銅、鋁以及不銹鋼等均屬于常用的電極材料，由研究可知，電極表面的水分以及氧氣也與氣體分解物存在緊密聯(lián)系，且電極表面吸附的氧分子越多，SOF2以及 SO2F2氣體的生成量越大，且具體分解物情況如圖1所示。

7 固體絕緣材料

GIS電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料主要分為SF6氣體以及固體絕緣材料兩種，且根據(jù)設(shè)備不同功能，固體絕緣材料也各不相同，具體來說，主要有熱固性環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯以及絕緣漆等。同時，斷路器的固體絕緣材料還包括環(huán)氧樹脂與聚四氟乙烯等。熱固性環(huán)氧樹脂主要由C、H、N以及O等元素構(gòu)成，具備穩(wěn)定的化學(xué)性能與絕緣性，只有溫度大于500度以上時才會開始分解，會產(chǎn)生二氧化硫、一氧化碳以及硫化氫等氣體。聚四氟乙烯具備較好的絕緣性與穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，只有溫度大于500度時，才會產(chǎn)生少量的一氧化碳等有害氣體。聚酯乙烯當(dāng)溫度大于130度時才會開始分解，且會產(chǎn)生一氧化碳、氫氣以及二氧化碳等有害氣體。絕緣漆主要由C、H以及O等元素構(gòu)成，且裂解后會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等有毒氣體。

由固體絕緣材料以及裂解機制可以發(fā)現(xiàn)，硫化氫氣體的含量與固體絕緣性有關(guān)，且聚酯乙烯以及絕緣漆等會釋放出一氧化碳?xì)怏w，也可以通過CF4氣體的含量判斷固體絕緣情況。

8 結(jié)束語

當(dāng)前，人們在水分、氧氣以及放電能量影響SF6氣體分解產(chǎn)物方面取得了一定成績，且基本掌握了各種影響因素的作用機理，但研究人員還應(yīng)進(jìn)一步深入探索，以便掌握更多關(guān)于SF6氣體的分解知識，全面了解SF6氣體分解產(chǎn)物的作用過程，從而確保電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：馬婧 （1986，08-），女，漢族，北京電力工程師，碩士研究生，研究方向：項目管理。