張海斌　張磊

摘 要：SF6氣體具有良好的絕緣性能和滅弧性能，在電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。在常態(tài)下SF6氣體無色無味，一旦大氣中的水分浸入或固體介質(zhì)表面受潮，則電氣強(qiáng)度容易出現(xiàn)明顯的下降。水分的存在會對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行及SF6氣體的電氣性能和絕緣性能產(chǎn)生不良影響。文章分析了水分存在的危害以及如何進(jìn)行防范。

關(guān)鍵詞：SF6；水分；設(shè)備；安全

引言

SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，在電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，在常態(tài)下SF6氣體無色無味，有良好的絕緣性能和滅弧性能，一旦大氣中的水分浸入或固體介質(zhì)表面受潮，則電氣強(qiáng)度容易出現(xiàn)明顯的下降，SF6氣體里面的水分直接影響到電氣設(shè)備的性能和安全使用，而這些水分還會參與SF6電弧分解反應(yīng)，出現(xiàn)的氟硫化合物會與水反應(yīng)生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸、硫酸和其他毒性很強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)等，生成的劇毒物質(zhì)對維護(hù)人員人身造成傷害，酸性物質(zhì)會對設(shè)備造成腐蝕，影響設(shè)備的使用壽命，以及對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染。因此控制SF6氣體中的水分，進(jìn)行詳細(xì)分析所超標(biāo)的原因所在，并采用有效的預(yù)防與控制措施，減少SF6氣體里面的水分，這樣才能提高電氣設(shè)備的安全性能，保證運(yùn)行的可靠性。

1 SF6氣體的性質(zhì)及特點

純凈的SF6氣體是一種無色、無嗅、基本無毒的非燃燒性氣體。其相對密度在氣態(tài)時為6.16g/cm3（20℃，0.1MPa時），在液態(tài)時為1400g/cm3（20℃時）；在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的五倍。

SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強(qiáng)堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng)；在低于150℃時，SF6氣體呈化學(xué)惰性，極少熔于水，微熔于醇，對電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機(jī)材料不發(fā)生化學(xué)作用。然而，在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下，SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物，主要是SF4和SF2，以及少量的S，SF6有著超強(qiáng)的滅弧性能與電絕緣性能，在同等的條件情況下，其滅弧能力是空氣的一百倍，絕緣能力是氮?dú)馀c空氣的二點五倍以上。

然而，SF6氣體有著出色的熱化學(xué)特性，極強(qiáng)的電負(fù)性，極小的電弧時間常數(shù)。具有極高的絕緣強(qiáng)度和優(yōu)越的滅弧性能。

2 SF6氣體中水份對電氣設(shè)備的危害

2.1 SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在一般情況下，氣體中所存在微量的水分基本對電氣設(shè)備材料不是很大的影響，而從電氣設(shè)備運(yùn)行角度來說，因設(shè)備含有水分會對某些電弧分解氣出現(xiàn)變化，會生成具有極強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體。當(dāng)水份含量較高時，溫度高于200℃時就可能產(chǎn)生水解反應(yīng)：

2SF6+6H2O=2SO2+12HF+O2

反應(yīng)所生成的氫氟酸（HF）是具有極強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，對人的皮膚粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，并可能引起肺水腫、肺炎等，對設(shè)備材料也是具有腐蝕作用。二氧化硫（SO2）同樣是具有強(qiáng)烈刺激性氣體，損害粘膜及呼吸系統(tǒng)，其水解物也具有較強(qiáng)的腐蝕作用。因此控制設(shè)備內(nèi)氣體水分含量，是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行及運(yùn)行維護(hù)人員安全的重要保障。

2.2 水分對絕緣的直接影響。通常SF6氣體中的水分以水蒸汽的形式存在，但一定的溫度和壓力下，當(dāng)這些水份以液態(tài)存在于絕緣件的表面（特別是表面存在易于導(dǎo)電的物質(zhì)）時，會降低沿絕緣件表面的電阻，并改變了絕緣件的電場。試驗表明附著在絕緣件表面的水份可以使絕緣件的沿面放電電壓降到無水時的60%～80%，可引起局部放電，嚴(yán)重時會產(chǎn)生沿面閃絡(luò)，斷路器中的SF6氣體嚴(yán)重受潮時還能導(dǎo)致開斷失敗，引起爆炸。

3 電氣設(shè)備SF6氣體水分的來源

3.1 SF6新氣體和再生氣體自身包含的水分。

3.2 設(shè)備制造過程中殘存水分。設(shè)備組裝完畢后，雖然進(jìn)行了抽真空并用高純氮?dú)飧稍铮豢赡馨言O(shè)備內(nèi)壁所有的水分清除。

3.3 絕緣材料析出的水分。設(shè)備零部件（尤其是固體絕緣）中釋放的水分SF6設(shè)備中的固體絕緣環(huán)氧樹脂，隨著設(shè)備運(yùn)行時間延長及環(huán)境溫度的變化，會把其吸收的水分緩慢釋放到SF6氣體中。有機(jī)絕緣材料緩慢析出的水分，一般估計有0.01%～0.5%（W）。

3.4 設(shè)備安裝充氣過程中，充放氣裝置干燥處理不好，可能帶入水分；安裝過程中帶入的水分：（1）抽真空時，開關(guān)裝置內(nèi)部的殘余水分；（2）由于安裝過程和檢修過程，造成裝置吸附水分。

3.5 外部通過密封材料水侵入的水分，SF6電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中，水分可以通過密封圈滲透SF6絕緣設(shè)備的密封圈面上使用的橡膠襯墊，經(jīng)過多年運(yùn)行工作，密封墊發(fā)生了退化，透過密封件和微孔滲入水分。

SF6電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中，SF6的內(nèi)部氣壓總是比外部的大氣壓力大很多，對于水分來說，開關(guān)內(nèi)部水分壓比外部的要小一些。若是外界環(huán)境濕度和溫度發(fā)生增大時，內(nèi)外水分的差值隨之變大，水分通過設(shè)備密封薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的可能性更大。另外SF6的分子直徑4.56 比水分子的直徑3.2 大SF6的分子呈球狀，而水分子呈細(xì)長棒狀，加之裝置內(nèi)的水蒸汽壓力要要低，所以容易侵入，因此SF6電力設(shè)備的密封設(shè)計很重要。

4 SF6氣體含水量的控制

4.2 水分的控制措施

4.2.1 保證SF6新氣質(zhì)量。SF6新氣體中仍含有一定的水分，所以SF6電器設(shè)備在充填氣體前，必須對氣體的含水量進(jìn)行測定并要符合我國的SF6氣體新氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體不得裝入SF6電器設(shè)備。

4.2.2 保證絕緣件的干燥。部件在制造廠裝配前一定要干燥處理，為了控制設(shè)備中的水分SF6電器設(shè)備充氣腔部分的零部件一定要干燥處理，烘干根據(jù)材料而定。對于像GIS這類外殼體積較大的部件，在存放期間應(yīng)加蓋密封，并在其中放入適量的吸附劑。絕緣件在運(yùn)行中所釋放的水份將在氣體含水量占有很大比重。所以絕緣件完成干燥處理之后應(yīng)及時密封包裝起來，對于現(xiàn)場安裝還沒完成的組裝絕緣件儲存時，應(yīng)放在具有干燥氮?dú)獾娜萜髦小?

4.2.3 提高和改進(jìn)密封件的質(zhì)量。改進(jìn)SF6電器設(shè)備的密封結(jié)構(gòu)，提高密封面的加工精度與裝配質(zhì)量，選用“O”型密封圈進(jìn)行密封時可適當(dāng)加硅脂或密封膠，同時采用滲透率小的密封件，加強(qiáng)斷路器密封面的加工、組裝的質(zhì)量管理，保證密封良好。斷路器法蘭面及動密封都用雙密封圈密封，可加強(qiáng)密封效果，減少SF6氣體的漏氣量，這樣可以減小外界水蒸氣的進(jìn)入。

4.2.4 應(yīng)用高質(zhì)量的吸附劑。采用高效吸附劑，最好選用F-03型吸附劑，這種吸附劑不僅能消除水分，還能有效地消除電弧分解物。同時減少了電弧分解物對人體和電器設(shè)備的危害。使用前進(jìn)行活化處理，在安裝過程中控制好暴露于大氣的時間，越短越好，降低吸附劑自身帶入的水分。在設(shè)備安裝完畢抽真空前，應(yīng)放入新的吸附劑。

4.2.5 SF6氣體的充裝。設(shè)備充入SF6新氣前，應(yīng)復(fù)檢其含水量，當(dāng)確認(rèn)合格后，方可緩慢地充入。在SF6氣體充裝完畢24h后，對設(shè)備中氣體進(jìn)行含水量測量，若超過標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行處理，直至合格，同時應(yīng)在晴朗干燥天氣進(jìn)行充氣，并嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進(jìn)行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管，管子內(nèi)部干燥，無油無灰塵，充氣前用新的SF6氣體進(jìn)行沖洗。

4.2.6 嚴(yán)格進(jìn)行撿漏。斷路器在運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力表在同一溫度下前后兩次讀數(shù)的差值達(dá)到0.01-0.03Mpa時應(yīng)全面檢漏，找出漏點。特別對焊縫、管路、接頭密封等地方，加強(qiáng)監(jiān)測，不放過漏點。

4.2.7 運(yùn)行中SF6氣體微水量的監(jiān)視。目前檢測SF6氣體微水含量的方法如重量法、電解法、露點法等，均屬于離線預(yù)防性檢測為減壓后在大氣壓力下進(jìn)行的測量，這些方法由于忽視了組合電器內(nèi)外壓力變化及被測SF6氣體介質(zhì)的變化，采樣點測得的微水值與組合電器內(nèi)的真實值很容易產(chǎn)生偏差，測量結(jié)果無法準(zhǔn)確代表組合電器內(nèi)的真實濕度情況。在線監(jiān)測SF6氣體的微水含量可以隨時掌握氣體含水量的變化并適時報警，便于運(yùn)行狀況下電器設(shè)備的控制，值得推廣。

5 結(jié)束語

運(yùn)行中的SF6電器設(shè)備，對于SF6氣體微水量要求相當(dāng)嚴(yán)格，因為它直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行，當(dāng)水分超標(biāo)時，會降低電氣設(shè)備的絕緣特性，也會間接造成設(shè)備的腐蝕，產(chǎn)生有害、有毒物質(zhì)，對設(shè)備及運(yùn)行檢修人員的安全產(chǎn)生危害。SF6電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，決定了SF6氣體技術(shù)監(jiān)督的重要性。應(yīng)加強(qiáng)對其監(jiān)測力度，超標(biāo)時及時判定、處理，才能防止事故發(fā)生，保證人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

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[3]侯惠娥.SF6氣體中含水量問題的研究[J].高壓電器，1993（5）.

作者簡介：張海斌（1966-），男，江蘇啟東人，本科，工程師，從事高壓試驗工作。

張磊（1975-），男，江蘇啟東人，本科，助理工程師，從事變電檢修工作。