SF6電壓互感器微水超標(biāo)分析及故障處理研究

岳光華 陳奕嘉

摘 要：近年來，在預(yù)防性試驗研究中發(fā)現(xiàn)，SF6電壓互感器氣體微水超標(biāo)問題較為普遍，針對此類問題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)后需及時停止設(shè)備運行，并在合格范圍內(nèi)控制氣體水分，保證氣體水分含量不會增多。一般來講，SF6氣體微水超標(biāo)必將嚴(yán)重危害設(shè)備運行的安全性，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備故障，基于此，為最大限度保證設(shè)備安全運行，必須做好SF6氣體水分檢測及控制工作。

關(guān)鍵詞：SF6氣體;電壓互感器;微水超標(biāo);故障處理

中圖分類號：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0153-02

1 SF6氣體微水超標(biāo)的危害

SF6氣體是1900年由Moissan和Lebeau兩位化學(xué)家合成的一種人造惰性氣體。目前，多用于電力工業(yè)。常用于電氣設(shè)備絕緣或滅弧。SF6氣體無色無臭，具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性能，微溶于水、乙醇、乙醚?？扇苡跉溲趸洝Ｔ陔娋W(wǎng)行業(yè)應(yīng)用中，SF6氣體的電氣絕緣性能極高，且具有良好的滅弧性能。同一壓力下，與氮氣相比，SF6氣體的耐電強(qiáng)度為其2.5倍，與空氣相比，其擊穿電壓為其2.5倍，滅弧能力為其100倍。是一種良好的超高壓絕緣介質(zhì)材料。但SF6氣體內(nèi)若出現(xiàn)微水超標(biāo)問題，必將危害設(shè)備運行的安全性。其原因在于當(dāng)SF6氣體含水量大于限定值時，必將破壞氣體的穩(wěn)定性，而SF6氣體內(nèi)濕度加大將會導(dǎo)致絕緣子表面形成一層露水，從而大幅降低擊穿電壓，損壞絕緣。此外，因含水量過大，將導(dǎo)致部分電弧分解氣產(chǎn)生反應(yīng)，形成HF、SO2等極強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，進(jìn)而腐蝕設(shè)備。

同樣因為水解反應(yīng)，將會對開斷后的SF6分解物復(fù)原產(chǎn)生阻礙，進(jìn)而加大氣體內(nèi)有害雜質(zhì)的含量。針對本文所說的SF6互感器當(dāng)產(chǎn)生微水超標(biāo)情況時，將出現(xiàn)SF6氣體放電，或熱分離現(xiàn)象。特殊條件下，很大程度上將會和SF6氣體內(nèi)的低氟化物產(chǎn)生反應(yīng)并形成氫氟酸，進(jìn)而對設(shè)備的絕緣、滅弧性能造成極大影響。

若氣溫在0℃以下，SF6氣體內(nèi)的水蒸氣分壓必將在該溫度飽和蒸氣壓以上，將會出現(xiàn)凝結(jié)水，并在絕緣物表面附著，降低絕緣油表面絕緣能力，最終產(chǎn)生內(nèi)部沿面閃絡(luò)等故障。

2 案例分析

某變電站采用ZF12-126（L）型三相共箱式GIS裝置，自投入使用后，共設(shè)母線2段，在電壓互感器內(nèi)分別設(shè)置。按照相關(guān)試驗規(guī)程規(guī)定，SF6電壓互感器屬于無電弧分解物氣室，20℃下交接時氣體水分允許值應(yīng)控制在250μL/L以下，運行時氣體水分允許值應(yīng)控制在500μL/L以下。且按照規(guī)定投產(chǎn)使用期間，第一年按1年1次檢測，待SF6氣體水分穩(wěn)定之后，則可按5年一次檢測。按本變電站實際情況，SF6電壓互感器氣體水分可采用專用微水測量儀進(jìn)行檢測，一般情況下，溫度對SF6氣體測量影響較大，因此必須做好測量溫度控制。

經(jīng)檢測，投產(chǎn)1年期時，測試結(jié)果顯示，相比交接試驗數(shù)據(jù)，微水含量基本一致，未見異常，之后進(jìn)入每五年一次的狀態(tài)檢修周期管理。

2009年復(fù)試時，試驗顯示數(shù)據(jù)無異常，微水含量在6μL/L以下。2014年再次進(jìn)行復(fù)試，顯示SF6電壓互感器氣體微水含量較上次明顯增加，其中I段為113μL/L，II段為139μL/L，雖仍在規(guī)范允許值內(nèi)，但設(shè)備微水檢測值仍處于增長階段，隨機(jī)對設(shè)備狀態(tài)評價為—注意，并減短試驗檢測周期，為每年一次。

2015年，再次檢測時，SF6電壓互感器氣體微水含量較上次檢測仍有所增長，即I段為192μL/L，II段為207μL/L。

2016年，再次進(jìn)行檢測，微水問題增長加劇，I、II段電壓互感器氣室SF6微水含量為337、330μL/L。隨后在當(dāng)年8月份再次進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)微水已出現(xiàn)超標(biāo)問題，I、II段電壓互感器氣室SF6微水含量分別為648μL/L、655μL/L。隨著季節(jié)的變換，在11月份檢測發(fā)現(xiàn)，微水已在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，I、II段電壓互感器氣室SF6微水含量分別為355、335μL/L，本文僅針對2015～2016年的跟蹤檢測分析，所得數(shù)據(jù)如表1所示。

由此表明，其他氣室，如IIII斷路器、II0I出線分支、I段母線箱等SF6氣體微水含量在2015年3月～2016年11月檢測周期內(nèi)，基本無變化，且滿足規(guī)定要求。而I段、II段電壓互感器氣室則存在較大問題，在2016年8月檢測時甚至出現(xiàn)了微水超標(biāo)（≤500μL/L）現(xiàn)象。

3 SF6電壓互感器微水超標(biāo)原因分析

在本GIS裝置中各帶電導(dǎo)體之間距離在50～120mm之間，距離很近，當(dāng)出現(xiàn)微水超標(biāo)問題，極易對裝置內(nèi)部絕緣子或其他部件造成不利影響，甚至出現(xiàn)短路故障。根據(jù)上述試驗檢測可知，在2016年8月時SF6氣體出現(xiàn)微水超標(biāo)情況，當(dāng)時正值夏季高溫季節(jié)，最高達(dá)到了655μL/L，針對此問題，必須先分析其原因，才能保證采取的措施科學(xué)、有效。一般情況下，可認(rèn)為SF6氣體水分超標(biāo)的原因如以下幾點：

（1）SF6氣體存儲方式不合理，出廠時攜帶有一定量水分;（2）SF6設(shè)備器壁或固體絕緣材料等有水分析出;（3）操作流程不到位，充氣過程中未按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，或管路、接口等處干燥性不足，或裝配環(huán)節(jié)用時過長，導(dǎo)致暴露時間增加;（4）環(huán)境溫度過高，空氣濕度過大;（5）人為因素，如責(zé)任心不足，工藝嫻熟度不夠等。

為找出真正的SF6氣體微水超標(biāo)原因，針對上述原因進(jìn)行了一一分析，最終得出了電壓互感器線圈前期處理不合理的原因，伴隨設(shè)備運行時間的不斷增加，線圈內(nèi)部還沒有及時清理的水分將慢慢被揮發(fā)掉，從而出現(xiàn)了微水超標(biāo)情況。

4 SF6電壓互感器微水超標(biāo)故障處理措施

在確定SF6電壓互感器微水超標(biāo)原因的基礎(chǔ)上，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定合理的故障處理方案，從而保證設(shè)備安全運行。

4.1 故障處理方案

本變電站采用的是ZF12-126（L）型三相共箱式GIS裝置，設(shè)備設(shè)置于一個氣室內(nèi)，整體封裝在出廠前已經(jīng)完成，由于現(xiàn)場解體、干燥線圈較為困難，且因技術(shù)、場地等制約，因此，不建議使用解體干燥的方式。經(jīng)多方協(xié)商，決定按照4步處理，如表2所示。

4.2 技術(shù)要點分析

第一，回收SF6氣體時，回收裝置可采用帶電磁截止閘，避免氣體回收環(huán)節(jié)突發(fā)停電故障，導(dǎo)致真空油向氣室內(nèi)部返還。同時，SF6氣體回收后嚴(yán)禁排放到空氣，應(yīng)灌裝到氣瓶內(nèi)，做好密封保存工作。

第二，本設(shè)備屬于三相共箱式GIS裝置，為內(nèi)橋接線，主變出現(xiàn)分支氣室和電壓互感器氣室相鄰，當(dāng)0.5MPa均為兩氣室SF6壓力值時，運行正常情況下，則屬于壓力均衡狀態(tài)。而在抽真空過程中，電壓互感器氣室將有所改變，133Pa為其真空度，此時主變出現(xiàn)分支氣室的壓力仍無變化，這種情況下，兩個氣室之間的壓力差異較大，且本裝置運行多年，很多零部件存在不同程度的老化現(xiàn)象，若在抽真空階段出現(xiàn)兩者壓差相差太大，極易破壞氣室之間的盆式絕緣子，這種情況下，必須利用分氣室的方法一步一步完成氣體回收，及主變出線分支氣室減壓。要求在0.3MPa以內(nèi)控制上述兩者之間的壓力差，且在規(guī)定范圍內(nèi)控制盆式絕緣子兩側(cè)承壓，避免破壞盆式絕緣子。此外，還要重視氣室內(nèi)真空度的保持時間問題，在滿足規(guī)定要求的情況下，應(yīng)持續(xù)抽真空3h左右，保證氣室內(nèi)的水分能夠被充分抽出。

第三，采用高純氮氣進(jìn)行互感器線圈干燥時，應(yīng)保證其質(zhì)量，必須保證檢驗合格，避免二次帶入水分。與此同時，也可通過加熱氣室的方式，進(jìn)一步排出互感器線圈內(nèi)的水分。但在該階段，必須持續(xù)加熱氣室，不能出現(xiàn)停頓現(xiàn)象，只有氣室內(nèi)保持較高溫度，才能加速排出水分。

第四，采用檢驗合格的備用SF6新氣體，保證其微水含量不超過30μL/L。根據(jù)要求，可采用減壓閥在完成減壓工作后，再將SF6氣體充入，一般需慢慢地充入，避免出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。

4.3 操作工藝

若I、II段電壓互感器同時處理，必將會出現(xiàn)停電時間問題，為此，決定分階段進(jìn)行兩段故障處理。操作工藝為：辦理工作票，設(shè)備停止運作—氣室加熱促使水分快速排出—回收SF6氣體—抽取設(shè)備真空—高純氮氣充入，氣室干燥（4h）—抽取真空—充入高純氮氣—結(jié)束干燥—減壓處理—主變出現(xiàn)分支氣室補(bǔ)氣—結(jié)束處理。

4.4 結(jié)果分析

完成處理之后，于2018年8月～2019年3月進(jìn)行檢測分析，可得SF6微水含量在92～153μL/L之間，可滿足規(guī)范要求，表明處理效果良好。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，高電壓、大容量SF6設(shè)備得到了大量使用，做好SF6的化學(xué)性能研究對變電設(shè)備運行安全具有重要的現(xiàn)實意義。只有找出SF6電壓互感器微水超標(biāo)原因，才能保證采取的措施切實可行，才能更好地解決故障，保證設(shè)備安全運行。

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