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淺析水分對(duì)SF6氣體及SF6設(shè)備的影響
摘要： 分析了SF6設(shè)備中水分的來源，SF6氣體中水分對(duì)SF6開關(guān)裝置的危害及SF6氣體中微水監(jiān)測(cè)和控制。
關(guān)鍵詞： SF6氣體;微水;監(jiān)測(cè);控制;SF6裝置
引言
SF6氣體的突出特點(diǎn)就是擁有比較強(qiáng)的電氣絕緣以及滅弧性能，并且已被廣泛地應(yīng)用于高壓電器設(shè)備。伴隨我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、電網(wǎng)建設(shè)和改造步法的不斷加快、設(shè)備無油化率的不斷提高，內(nèi)部充裝SF6氣體的高壓電器已被普遍應(yīng)用于電力系統(tǒng)當(dāng)中，SF6斷路器抑或是氣體絕緣封閉式組合電器(GIS)在新建還有技改工程的項(xiàng)目當(dāng)中都是將SF6氣體來作為絕緣和滅弧介質(zhì)的，知曉SF6氣體的性質(zhì)以及掌握相關(guān)因素對(duì)SF6氣體及設(shè)備造成的影響是對(duì)SF6氣體設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、檢修工作的最重要的一點(diǎn)。
尤其是有10年以上運(yùn)行時(shí)間的設(shè)備，受到現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)方面的因素的制約，參照GB7674-1997《72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》以及GB50150-91《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于SF6開關(guān)裝置的試驗(yàn)之外，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的絕緣試驗(yàn)也就是交流耐壓，因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場(chǎng)條件的多方面的限制，大多是由廠家保證，交流耐壓試驗(yàn)也沒有完全在開關(guān)設(shè)備中進(jìn)行，尤其是運(yùn)行中的設(shè)備會(huì)受到運(yùn)行方式的限制，在很多情況之下都是通過對(duì)SF6氣體的微水含量以及檢漏來對(duì)其進(jìn)行控制，由此可見，SF6氣體中微水的含量是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)，這項(xiàng)指標(biāo)不單單影響到了設(shè)備的絕緣性能，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行也起到了十分重要的作用。
1、SF6設(shè)備中水分的主要來源
1.1 SF6新氣或SF6再生氣體中本身含有水分
在生產(chǎn)的過程當(dāng)中混入的水分是SF6新氣中水分的主要來源，因?yàn)镾F6在合成之后，需要經(jīng)過一系列的工藝：熱解、水洗和堿洗以及干燥吸附等，復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也導(dǎo)致遺留了少量的水分。SF6再生氣體中的水分主要是再生過程中過濾器工作不正�；蛭絼└鼡Q不及時(shí)造成的，向設(shè)備進(jìn)行充氣抑或是補(bǔ)氣的時(shí)候，水分就會(huì)進(jìn)入設(shè)備的內(nèi)部。此外SF6氣瓶在長時(shí)間存放的過程當(dāng)中，倘若氣瓶的密封不好的話，那么大氣當(dāng)中的水分便會(huì)直接向內(nèi)進(jìn)行滲透，從而使得SF6氣體當(dāng)中的含水量增加。
1.2 SF6設(shè)備在組裝維修檢查和充補(bǔ)氣過程當(dāng)中所混入的水分
在組裝以及維修檢查高壓電器設(shè)備的時(shí)候，也許會(huì)把空氣當(dāng)中所包含的水分帶入設(shè)備的內(nèi)部中。即使設(shè)備在組裝完畢之后仍需用高純氮?dú)鉀_洗以及抽真空干燥處理，但是，附著在設(shè)備的內(nèi)壁上抑或是滅弧室元件以及拉桿等部件的水分也不會(huì)被全部排除干凈。如果充補(bǔ)氣管道的保存方式不當(dāng)，對(duì)于管道的沖洗不完全的話，在進(jìn)行充補(bǔ)氣的時(shí)候也會(huì)造成水分進(jìn)入到設(shè)備的內(nèi)部。
1.3 絕緣材料以及設(shè)備當(dāng)中的吸附劑其本身含有水分
環(huán)氧樹脂澆注品時(shí)SF6電氣設(shè)備當(dāng)中的固體絕緣的主要的材料，其含水量通常在0.1%～0.5%這個(gè)范圍中，這些在固體絕緣材料中的水分會(huì)伴隨著時(shí)間的流逝而慢慢釋放掉。因?yàn)槲絼╋柡褪�，平衡吸附量缺乏，�?duì)于增多的水分便沒有辦法再進(jìn)行吸收，這便造成了設(shè)備當(dāng)中SF6氣體含水量的增多。
1.4 大氣中的水分經(jīng)由SF6電氣設(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)而滲透到設(shè)備的內(nèi)部
因?yàn)镾F6高壓電器設(shè)備的內(nèi)部氣體濕度是經(jīng)由人為來進(jìn)行操控的，這也導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的氣體含水量比較低。內(nèi)部的水蒸汽氣壓低，但大氣中水蒸汽氣壓卻相對(duì)很高。在這樣的高溫又高濕的條件之下，水分子便會(huì)自動(dòng)從高壓區(qū)往低壓區(qū)進(jìn)行滲透。外界的氣溫越高且相對(duì)濕度越大，那么內(nèi)外水蒸汽的氣壓差也就會(huì)越大，從而也導(dǎo)致了大氣中的水分透過設(shè)備的密封薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入到設(shè)備的可能性也就越大。因?yàn)镾F6的分子直徑為4.56×10-10m，水分子的直徑為3.2×10-6m，SF6分子為球狀，水分子是細(xì)長棒狀，那么在內(nèi)部外部水分氣壓差比較大的時(shí)候，水分子便易于進(jìn)到SF6的設(shè)備的內(nèi)部。
2、水分對(duì)SF6氣體和SF6設(shè)備的影響
�、賁F6氣體含水量比較高的時(shí)候，在絕緣材料表面結(jié)露的現(xiàn)象便會(huì)極易發(fā)生，這會(huì)致使設(shè)備絕緣下降，在嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)發(fā)生閃絡(luò)擊穿等事故。經(jīng)由電弧的作用下，含水量比較高的SF6氣體被分解，多種水解反應(yīng)會(huì)在SF6氣體和水分中產(chǎn)生，產(chǎn)生WO3、CUF2、WOF4等等的粉沫狀絕緣物，其中的CUF2 具有吸濕性十分強(qiáng)烈這樣的顯著特點(diǎn)，附著于絕緣件的表面，使得沿面的閃絡(luò)電壓下降，HF、H2SO3又具有腐蝕性極強(qiáng)這一特點(diǎn)，對(duì)于設(shè)備固體有機(jī)材料以及金屬都會(huì)有很大的腐蝕作用，這也導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命被縮短了。
②含水量比較高的SF6氣體，許多化合物會(huì)在電弧的作用下產(chǎn)生，這便影響了SF6氣體的純度，也相對(duì)減少了SF6氣體介質(zhì)中的復(fù)原數(shù)量，還有某些物質(zhì)使得分解物的還原被阻礙，導(dǎo)致其影響到了SF6氣體的滅弧能力。
�、酆枯^高的SF6氣體，很多的化合物，諸如WO2、SOF4、SO2F2、SO2等，會(huì)在電弧作用下產(chǎn)生，那些化合物都屬于有害有毒物質(zhì)，伴隨著水分的增加，其中的SOF2、SO2的含量也會(huì)相應(yīng)增加，且和其增加的水分發(fā)生一些反應(yīng)，從而生成WO2、HF、H2SO3等等的新的有害物質(zhì)，從而進(jìn)一步造成對(duì)設(shè)備的危害。
�、躍F6氣體在常溫下是很穩(wěn)定的，溫度低于500℃時(shí)也不會(huì)自行進(jìn)行分解，但是當(dāng)水分的含量比較高的時(shí)候，溫度高于200℃的時(shí)候便有可能會(huì)有水解反應(yīng)的發(fā)生，生成HF、H2SO3、SOF2以及SO2F2這樣的有害有毒雜質(zhì)，在所有酸當(dāng)中，腐蝕性最強(qiáng)的當(dāng)屬HF。HF對(duì)于絕緣材料以及金屬材料的腐蝕性是非常大的，其強(qiáng)大的腐蝕性對(duì)于電瓷和玻璃也不例外，而且還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害，其在環(huán)境溫度較低的時(shí)候會(huì)凝結(jié)成露水附在零件表面，在絕緣體表面，便可能產(chǎn)生沿面放電從而致使擊穿事故的產(chǎn)生。
�、菰陔娀∽饔孟拢琒F6會(huì)分解，因?yàn)樗謺?huì)使得低氟化物的水解速度加快，生成劇毒氣體SOF2。在0℃的時(shí)候，SOF2和水的反應(yīng)很慢，但是它和溶于HF中的水可發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng)，生成SO2以及HF水分的增加也會(huì)使得反應(yīng)速度加快。
�、拊陔娀F6分解為原子態(tài)S以及F的時(shí)候，同一時(shí)間，觸頭會(huì)蒸發(fā)大量的金屬Cu以及W蒸汽，在高溫之下，這種蒸汽和SF6會(huì)發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生金屬氟化物和低氟化物，生成的SOF2和HS都是劇毒，HF還會(huì)和含SiO2元件發(fā)生反應(yīng)，從而腐蝕固體元件表面。
⑦通常情況下，在SF6氣體中存在的水分不會(huì)對(duì)開關(guān)裝置的絕緣產(chǎn)生明顯影響。但是當(dāng)其在絕緣件的表面以液態(tài)的形式存在的話，便會(huì)降低沿絕緣件表面的電阻，改變絕緣件的電場(chǎng)。經(jīng)過試驗(yàn)表明，附著于絕緣件表面的水分會(huì)使得絕緣件沿面放電電壓下降到無水時(shí)候的60%～80%。
⑧在運(yùn)行當(dāng)中也會(huì)發(fā)生SF6氣體中的水分結(jié)霜這樣的問題。在設(shè)備的內(nèi)部當(dāng)中的SF6氣體的水分產(chǎn)生結(jié)霜之后，絕緣件的溫度回升至零度的時(shí)候，絕緣件表面的霜便會(huì)融成水且也是因?yàn)檫@一點(diǎn)而使得絕緣件的絕緣強(qiáng)度降低。通常會(huì)認(rèn)為，只需將設(shè)備中SF6氣體的水分降致使其露點(diǎn)比0℃低，水分便會(huì)直接成霜，即可避免水分對(duì)于絕緣的負(fù)面影響。但是這種認(rèn)識(shí)是片面的。倘若露點(diǎn)溫度為0℃，這個(gè)時(shí)候，霜便開始融化為水。在使用的過程中這是經(jīng)常會(huì)發(fā)生的，這便一定會(huì)使得設(shè)備的絕緣程度降低。也只有當(dāng)升溫的過程非常慢，且當(dāng)霜的溫度沒有達(dá)到0℃前便升華為水氣的時(shí)候，水才不會(huì)呈現(xiàn)出液態(tài)。霜變?yōu)樗怯缮郎氐某潭纫约奥饵c(diǎn)的高低還有SF6氣體的多少和設(shè)備內(nèi)水分的多少這幾個(gè)因素決定的。
3、設(shè)備中SF6氣體的水分控制措施
在SF6設(shè)備當(dāng)中，應(yīng)用下列辦法來控制SF6氣體中的水分含量。
①應(yīng)將SF6新氣體抑或是再生氣體的含水量加以嚴(yán)格地控制，不可超過國家標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行當(dāng)中SF6氣體的含水量可以高一些，但是絕對(duì)不可以超過國家所規(guī)定的SF6氣體運(yùn)行中的標(biāo)準(zhǔn)值。補(bǔ)充SF6氣體時(shí)對(duì)存放半年以上的氣瓶，使用前，應(yīng)復(fù)測(cè)其中的氣體微水含量。國家標(biāo)準(zhǔn)中新SF6氣體的含水量不得高于8ppmw。
GB50150-91、DL / T596-1996規(guī)程規(guī)定的SF6氣體含水量見表1和表2。
�、诟纳芐F6高壓電器設(shè)備在組裝和維修檢查過程中的環(huán)境狀況，監(jiān)測(cè)環(huán)境的空氣濕度，工作現(xiàn)場(chǎng)空氣濕度不得大于80%，安裝檢修人員須遵循與之相關(guān)的工藝的要求在現(xiàn)場(chǎng)來對(duì)其進(jìn)行組裝和維修以此來使設(shè)備內(nèi)絕緣件以及部件的清潔程度加以保持，因?yàn)椋?dāng)一些污物在絕緣件的表面存在時(shí)，會(huì)使得絕緣件的表面絕緣電阻降低至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而導(dǎo)致絕緣件沿面放電電壓會(huì)大大下降。試驗(yàn)以及理論分析已經(jīng)證明，當(dāng)能夠降低絕緣電阻的污物不在絕緣件表面存在的時(shí)候，凝結(jié)水本身不會(huì)讓其沿面絕緣能力大幅度降低。也就是說，保持絕緣件表面的清潔在組裝以及維修的時(shí)候是必須要做到的。在組裝之前，可以利用丙酮擦干凈其表面，在使用時(shí)也要保證絕緣件表面的清潔。應(yīng)保存良好充補(bǔ)氣管道，充補(bǔ)氣之前，應(yīng)當(dāng)徹底沖洗干凈管道，防止水分進(jìn)到設(shè)備內(nèi)部。
③要將SF6設(shè)備密封材料的質(zhì)量以及密封部位的結(jié)構(gòu)加以改善，且要選擇質(zhì)量上乘的密封材料用來防止水分滲入設(shè)備內(nèi)部，避免使用含水量高的絕緣和密封材料。吸附劑是很容易就會(huì)受潮的，所以要烘干處理安裝于SF6設(shè)備內(nèi)的吸附劑。在200℃的烘干溫度下要烘干時(shí)間12小時(shí)，在300℃的溫度下要烘干4～8小時(shí)。烘干的吸附劑要置于密封干燥的容器當(dāng)中冷卻至稍稍比室溫高之后快速置于設(shè)備內(nèi)部，其在空氣中的暴露時(shí)間不能超過10分鐘。
�、馨惭b檢修人員應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)的工藝要求進(jìn)行組裝或維修，對(duì)接面應(yīng)涂抹防水密封膠，對(duì)接密封面緊固螺栓的緊固應(yīng)嚴(yán)格按照力矩要求均勻緊固，保證密封面密封良好，防止大氣當(dāng)中的水汽經(jīng)由SF6設(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)滲透進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。
總而言之，水分對(duì)與SF6氣體以及設(shè)備的影響是非常大的，SF6氣體中水分含量的多少直接關(guān)系到SF6氣體絕緣強(qiáng)度的高低和設(shè)備的安全運(yùn)行。在SF6設(shè)備中，應(yīng)嚴(yán)格控制SF6氣體中的微水含量。只有把SF6氣體中微水含量控制在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，才能使水分對(duì)SF6氣體以及設(shè)備的影響降至最低，才可以保證SF6氣體的絕緣強(qiáng)度的穩(wěn)定以及設(shè)備的安全運(yùn)行。
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