張 馳，蔡 萱，肖志邦，肖 攀，王佩佩

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢430077；2.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢430077）

0 引言

SF6氣體因其優(yōu)良的滅弧性、絕緣性、導(dǎo)熱性和穩(wěn)定的化學(xué)性被作為絕緣氣體廣泛應(yīng)用于我國電網(wǎng)氣體絕緣設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)保持中高速發(fā)展，我國電網(wǎng)建設(shè)也將朝著遠(yuǎn)距離、大容量、特高壓和智能化方向快速發(fā)展。同時(shí)，隨著我國城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大，用地越發(fā)區(qū)域緊張，常規(guī)變電站因大部分電氣設(shè)備直接暴露在空氣中導(dǎo)致占地面積較大這一缺陷被明顯放大。盡管，諸如SF6/N2混合氣體、全氟酮（C5F10O，C6F12O）、全氟異丁腈（C4F7N）、三氟碘甲烷（CF3I）和八氟環(huán)丁烷（c-C4F8）［1-8］等氣體被認(rèn)為具備潛質(zhì)成為SF6氣體的替代絕緣介質(zhì)，但是因?yàn)榻^緣能力、滅弧能力等均無法達(dá)到優(yōu)于或相同于SF6氣體的水平，短期內(nèi)難以在我國電力行業(yè)大面積推廣?；谝陨峡陀^因素，在未來一段時(shí)間內(nèi)，SF6氣體的使用量依然會(huì)保持增長。因此，確保氣體絕緣設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)我國電網(wǎng)安全具有重大意義。

SF6氣體雖然具有化學(xué)穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，但在電弧、火花、局部放電和局部過熱條件下，SF6氣體分子因?yàn)槭艿捷^大能量的作用，會(huì)發(fā)生分解，生成各種低氟化物［9］（SFx，x=1，2…5）。在沒有其它雜質(zhì)存在的條件下，這些低氟化物能夠迅速還原生成SF6氣體分子。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)镠2O的存在，SF6氣體分子在受到能量作用的同時(shí)，H2O分子也會(huì)受到能量的作用分解生成O、H或者OH離子。這些離子會(huì)打破SF6與低氟化物之間分解-復(fù)合的平衡［10］。國內(nèi)外已經(jīng)有大量的科研工作者，研究了電氣絕緣設(shè)備內(nèi)微量水分對(duì)SF6氣體分解的影響。文獻(xiàn)［11］-文獻(xiàn)［13］證實(shí)電氣絕緣設(shè)備內(nèi)微量水分含量的變化直接影響相關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率，從而影響最終分解產(chǎn)物的種類及含量。文獻(xiàn)［14］-文獻(xiàn)［16］研究表明H2O具有很強(qiáng)的捕獲F離子的能力，這也間接表明H2O的存在抑制了低氟化物和F離子重新復(fù)合為SF6氣體。曾福平［17］等人研究了H2O對(duì)SF6氣體在過熱條件下分解產(chǎn)物的特點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，隨著H2O含量的增加，對(duì)SO2和HF的產(chǎn)生具有促進(jìn)作用。最終，SF6分子分解生成更多更復(fù)雜的生成物。這些復(fù)雜生成物的產(chǎn)生，一方面加速了SF6氣體分解，影響設(shè)備內(nèi)SF6氣體純度，降低設(shè)備的絕緣性能；另一方面，部分生成物具有較強(qiáng)的腐蝕性，如HF、H2S等，對(duì)設(shè)備造成腐蝕。最終，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，我國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 8905-2012 SF6電氣設(shè)備中氣體管理和檢測(cè)導(dǎo)則》和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)運(yùn)行中SF6氣體濕度有較為嚴(yán)格的要求。

目前，氣體絕緣設(shè)備內(nèi)濕度超標(biāo)的危害性已經(jīng)引起運(yùn)維部門的高度重視。國內(nèi)開展了大量關(guān)于SF6氣體濕度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究［18-20］，對(duì)控制氣體絕緣設(shè)備內(nèi)SF6氣體濕度含量做出了突出貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)［21］-文獻(xiàn)［22］通過將傳統(tǒng)SF6氣體濕度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與無線傳輸技術(shù)相結(jié)合，提高了濕度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性。同時(shí)，國內(nèi)關(guān)于GIS和短路器濕度超標(biāo)的問題進(jìn)行了大量的研究［23-25］，分析了短路器濕度超標(biāo)的原因并提出了很多處理建議。但是，目前絕大部分研究內(nèi)容都是關(guān)于GIS和斷路器等設(shè)備濕度超標(biāo)原因分析，關(guān)于換流站閥廳內(nèi)穿墻套管氣體濕度超標(biāo)的原因缺乏研究分析。另外，目前所有針對(duì)濕度超標(biāo)問題提出的處理建議和方案，主要是采用傳統(tǒng)的方法對(duì)超標(biāo)氣體進(jìn)行更換。一般的處理流程是在停電檢修時(shí)，對(duì)氣室采取抽真空、干燥、再充入SF6新氣的操作流程，耗時(shí)較長，無法滿足當(dāng)前停電檢修時(shí)間短、任務(wù)重的趨勢(shì)。此外，GIS設(shè)備氣室更換SF6氣體比獨(dú)立氣室的操作流程更為復(fù)雜，需要對(duì)抽真空的氣室兩邊相鄰的氣室采取抽氣降壓，防止相鄰氣室壓力過大將中間的真空氣室的盆式絕緣子壓裂，造成設(shè)備損壞，所以耗時(shí)更長。因此，迫切需要采用一種新技術(shù)來處理SF6氣體濕度超標(biāo)問題。

本文重點(diǎn)研究分析換流站閥廳內(nèi)穿墻套管SF6氣體濕度超標(biāo)問題的原因，并提出一種全新的處理SF6氣體濕度超標(biāo)問題。

1 問題及原因分析

某換流站閥廳停電檢修過程中，對(duì)所有換流站閥廳穿墻套管進(jìn)行濕度檢測(cè)。其中，極Ⅰ閥廳Y/Y-B-a相套管濕度值為620.6μL/L，極Ⅰ閥廳Y/Y-B-b相套管濕度值為639.4μL/L，極Ⅱ閥廳Y/Δ-B-b相套管濕度值為834.9μL/L。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 8905-2012 SF6電氣設(shè)備中氣體管理和檢測(cè)導(dǎo)則》，3支套管均超過了標(biāo)準(zhǔn)要求的500μL/L，需要對(duì)套管進(jìn)行處理。

導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)濕度超標(biāo)原因主要有以下幾個(gè)方面：

1）新氣中自身攜帶的水分；

2）生產(chǎn)、安裝工藝問題，導(dǎo)致設(shè)備密封不嚴(yán)，存在漏氣問題；

3）補(bǔ)氣過程中也可能導(dǎo)致水分的混入；

4）設(shè)備零部件、吸附劑和絕緣材料吸附的水分釋放出來；

5）設(shè)備運(yùn)行過程中，各種原因造成的化學(xué)變化形成了水分。

通過現(xiàn)場與設(shè)備運(yùn)維單位、設(shè)備生產(chǎn)廠家溝通后，查閱了2015年至2019年穿墻套管運(yùn)維記錄，濕度超標(biāo)套管未開展補(bǔ)氣，密度繼電器壓力顯示一直保持正常，因此可以排除設(shè)備漏氣和補(bǔ)氣過程水分混入導(dǎo)致濕度升高。設(shè)備運(yùn)維單位無設(shè)備異常情況記錄，因化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致水分增加的可能性不大。最終認(rèn)為，設(shè)備零部件在加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和安裝過程中，吸附了大量的水分。設(shè)備在安裝過程中雖然會(huì)進(jìn)行干燥處理，但是，可能因?yàn)楦稍锊粡氐?，在后期長期運(yùn)行過程中，這些水分逐漸釋放出來。而且換流站閥廳套管所使用的復(fù)合材料吸水性更強(qiáng)，運(yùn)行過程中可能釋放的水分更多。

2 現(xiàn)場處理方案及原理

目前，換流站大修工期一般壓縮至10天左右，如果按照傳統(tǒng)方法更換SF6氣體，需要進(jìn)行SF6氣體回收，然后再經(jīng)過抽真空、干燥、再充入SF6新氣、靜置24 h檢測(cè)濕度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求即可，花費(fèi)時(shí)間過長，耽誤工期。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，利用國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院研發(fā)的“不停電SF6氣體在線濕度處理裝置”對(duì)穿墻套管進(jìn)行降濕處理。本技術(shù)在保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的情況下對(duì)其內(nèi)部的氣體進(jìn)行呼吸置換、在線干燥、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使設(shè)備內(nèi)氣體經(jīng)過在線濕度處理，降低氣體濕度，提高SF6氣體品質(zhì)，原理圖如圖1。

圖1 不停電在線濕度處理技術(shù)原理示意圖Fig.1 The schematic diagram of humidity on-line treatment technology without power off

利用該原理，國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院申報(bào)了相關(guān)技術(shù)專利，并研制出不停電在線濕度處理裝置（圖2所示），并在現(xiàn)場成功應(yīng)用（圖3所示）。

圖2 不停電SF6濕度在線處理裝置Fig.2 The equipment of humidity on-line treatment technology without power off

圖3 某換流站濕度在線處理現(xiàn)場Fig.3 The experiment of humidity on-line treatment in the convertor station

3 現(xiàn)場處理結(jié)果

利用國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院研發(fā)的“不停電SF6氣體在線濕度處理裝置”對(duì)上述3支濕度超標(biāo)的穿墻套管（極Ⅰ閥廳Y/Y-B-a相套管、極Ⅰ閥廳Y/Y-B-b相套管、極Ⅱ閥廳Y/Δ-B-b相套管）進(jìn)行降濕處理。經(jīng)過一定時(shí)間處理結(jié)果如表1。

表1 套管內(nèi)SF6氣體濕度在線處理前后數(shù)據(jù)Table 1 The experiment date of SF6 gas humidity in the casing before and after humidity on-line treatment

以上3支濕度超標(biāo)的換流變穿墻套管，經(jīng)過9個(gè)小時(shí)的在線濕度處理，濕度分別降低至極Ⅰ閥廳Y/Y-B-a相套管344.2μL/L、極Ⅰ閥廳Y/Y-B-b相套管378.1μL/L、極Ⅱ閥廳Y/Δ-B-b相套管399.8μL/L，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 8905-2012 SF6電氣設(shè)備中氣體管理和檢測(cè)導(dǎo)則》要求的濕度低于500μL/L。同時(shí)，通過現(xiàn)場實(shí)踐證明，該方法十分高效，單支套管濕度處理過程不超過10個(gè)小時(shí)，為整個(gè)換流站停電大修節(jié)省了大量的時(shí)間。

4 結(jié)論與建議

本文針對(duì)某換流站濕度超標(biāo)問題，通過調(diào)查設(shè)備運(yùn)行和檢測(cè)記錄，排除了設(shè)備泄漏和補(bǔ)氣帶入的原因。另外，新氣注入之后，在前期運(yùn)行過程中，設(shè)備濕度值正常，可以排除水分來自于新氣。最終認(rèn)為套管內(nèi)濕度超標(biāo)是因?yàn)樵O(shè)備所使用的材料干燥不徹底，加之套管復(fù)合材料吸收水分能力十分強(qiáng)，最終在運(yùn)行過程中，設(shè)備各部分材料中吸附的水分?jǐn)U散到了SF6氣體中。

本文介紹了一種處理SF6氣體濕度超標(biāo)的新方法。通過在線濕度處理方法能夠有效的降低設(shè)備內(nèi)SF6水分含量。該方法操作簡單，無需對(duì)設(shè)備進(jìn)行抽氣降壓等操作，不會(huì)對(duì)設(shè)備帶來任何風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，也避免了傳統(tǒng)方法更換SF6新氣耗時(shí)過長與大修現(xiàn)場工期緊之間不可調(diào)和的矛盾，適合于現(xiàn)場推廣應(yīng)用。