SF6斷路器微水超標原因分析與處理

鄭 桓

SF6斷路器具有斷口電壓高、開斷能力強、允許連續開斷的次數較多，噪聲低和無火花危險，而且斷路器尺寸小、重量輕、容量大、維修少等優點。這使得SF6斷路器廣泛應用于當今的電網中。然而SF6斷路器微水超標會對斷路器使用造成很大影響，因此，我們對引起SF6斷路器微水超標的原因及控制處理措施展開討論。

一、SF6氣體的優點

SF6的分子和自由電子有非常好的混合性。當電子和SF6分子接觸時幾乎100％的混合而組成重的負離子，這種性能對剩余弧柱的消電離及滅弧有極大的使用價值。即SF 6具有很好的負電性，它的分子能迅速捕捉自由電子而形成負離子。這些負離子的導電作用十分遲緩，從而加速了電弧間隙介質強度的恢復率，因此有很好的滅弧性能。在1.01×105Pa氣壓下，SF6的滅弧性能是空氣的100倍，并且滅弧后不變質，可重復使用。

SF6氣體優良的絕緣和滅弧性能，使SF6斷路器具有如下優點：開斷能力強，斷口電壓允許做得較高，允許連續開斷次數較多，適用于頻繁操作，噪音小，無火災危險，機電磨損小等，是一種性能優異的“無維修”斷路器。

二、SF6氣體微水超標的危害性

(一)SF6氣體是非常穩定的，當溫度低于500℃時一般不會自行分解，但當水分含量較高時，溫度高于200℃時就可能產生水反應，會生成亞硫酸和氫氟酸(HF)，它們都具有腐蝕性，可嚴重腐蝕設備。

(二)SF6在電弧作用下可分解，由于水分的存在會加劇低氟化物的水解，生成氟化亞硫酰。且水分的增加會加速其反應。

(三)SF6被電弧分解成原子態s和F的同時，觸頭蒸發出大量的金屬Cu和W蒸汽，該蒸汽與SF6在高溫下會發生反應，產生金屬氟化物和低氟化物，生成的氟化亞硫酰、硫化氫都是劇毒，HF還可與含SiO₂元件反應，腐蝕固體元件的表面。

(四)存在于SF6氣體中的水分本身一般不會對開關裝置的絕緣有顯著的影響。但當這些水分以液態存在于絕緣件的表面(特別是表面存在易于導電的物質)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分可以使絕緣件的沿面放電電壓降到無水時的60％～80％。

(五)SF6的結霜問題，在運行中也是易遇到的問題。在裝置內的SF6氣體中的水氣結霜后，當絕緣件的溫度回升到零度時，絕緣件表面的霜就會融成水并因此而降低絕緣件的絕緣強度。一般認為只要把SF6氣體裝置中的水分降低到使其水氣的露點低于零度，水氣不可能凝結成水，而直接變成霜就可以避水氣對絕緣的影響。這種認識是不全面的。如果露點溫度達到零度，這時霜開始融化成水。這一過程在使用中是經常發生的，這就必然會降低設備的絕緣。只有升溫的過程極其緩慢，當霜的溫度未達到零度之前就都升華為水氣了時，才不會出現水態。霜變成水決定于：①升溫的程度；②露點的高低；③SF6氣體的多少；④裝置內水氣的多少。

三、SF6氣體微水超標的原因

SF6氣體微水超標的原因，主要有以下六個方面：

(一)SF6氣體新氣的水分不合格

造成新氣不合格的原因，一是制氣廠對新氣檢測不嚴格，二是運輸過程中和存放環境不符合要求，三是存儲時間過長。

(二)斷路器充入SF6氣體時帶進水分

斷路器充氣時，工作人員不按有關規程和檢修工藝操作要求進行操作，如充氣時氣瓶未倒立放置；管路、接口不干燥或裝配時暴露在空氣中的時間過長工等導致水分帶進。

(三)絕緣件帶入的水分

廠家在裝配前對絕緣未作干燥處理或干燥處理不合格。斷路器在解體檢修時，絕緣件暴露在空氣中的時間過長而受潮。

(四)吸附劑帶入的水分

吸附劑對SF6氣體中水分和各種主要的分解物都具有較好的吸附能力，如果吸附劑活化處理時間短，沒有徹底干燥，安裝時暴露在空氣中時間過長而受潮，吸附劑可能帶入數量可觀的水分。

(五)透過密封件滲入的水分

在SF6斷路器中SF6氣體的壓力比外界高5倍，但外界的水分壓力比內部高。例如，斷路器的充氣壓力為0.5Mpa，SF6氣體水分體積分數為30×10－6，則水的壓力為0.5×30×10－6=0.015×10－3Mpa，外界的溫度為20℃時，相對濕度70％，則水蒸氣的飽和壓力為2.38×10－3×0.7=1.666×10－3Mpa，所以外界水壓力比內部水分高1.666×10－3／0.015×10－3=111倍。而水分子呈V形結構，其等效分子直徑僅為SF6分子的0.7倍，滲透力極強，在內外巨大壓差作用下，大氣中的水分會逐漸通過密封件滲入斷路器的SF6氣體中。

(六)斷路器的泄漏點滲入的水分

充氣口、管路接頭、法蘭處滲漏、鋁鑄件砂孔等泄漏點，是水分滲入斷路器內部的通道，空氣中的水蒸氣逐漸滲透到設備的內部，因為該過程是一個持續的過程，時間越長。滲入的水分就越多，由此進入SF6氣體中的水分占有較大比重。

四、SF6氣體含水量的控制措施

運行中的SF6斷路器，對于SF6氣體的微水量要求相當嚴格，因為它直接影響斷路器的安全運行。如何降低運行中斷路器的SF6氣體含水量，可采取如下措施：

(一)控制SF6新氣質量關

根據《安規》的規定，SF6新氣應具有廠家名稱、裝灌日期、批號及質量檢驗單。新氣到貨后應按有關規定進行復核、檢驗，合格后方可使用。存放半年以上的新氣，使用前要檢驗其微水量和空氣，符合標準后方準使用。SF6氣瓶放置在陰涼干燥、通風良好地方，防潮防曬，并不得有水分或油污粘在閥門上，未經檢驗合格的SF6新氣氣瓶和已檢驗合格的氣體氣瓶應分別存放，以免誤用。

為了保證SF6氣體新氣的質量和純度，充入斷路器之前進行微水測試，并要符合我國的SF6氣體新氣的質量標準。

(二)控制絕緣件的處理關

絕緣件出廠時，如果沒有進行特殊密封包裝，安裝前又未做干燥處理，則絕緣件在運行中所釋放的水分將在氣體含水量占有很大比重。因此絕緣件干燥處理完畢后立即進行密封包裝，在安裝現場未組裝的絕緣件應存放在有干燥氮氣的容器中。

(三)控制密封件的質量關

采用滲透率小的密封件，加強斷路器密封面的加工、組裝的質量管理，保證密封良好。斷路器法蘭面及動密封都用雙密封圈密封，一可加強密封效果，減少SF6氣體的漏氣量，二可減少外界水分進入SF6斷路器中。

(四)控制吸附劑的質量關

采用高效吸附劑，使用前進行活化處理，安裝時盡量縮短暴露于大氣中的時間，減少吸附劑自身帶入的水分。

(五)控制充氣的操作關

應在晴朗干燥天氣進行充氣，并嚴格按照有關規程和檢修工藝操作要求進行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管，管子內部干燥，無油無灰塵，充氣前用新的SF6氣體進行沖洗。

(六)加強運行中SF6氣體檢漏關

斷路器在運行中，當發現壓力表在同一溫度下前后兩次讀數的差值達到0.01－0.03Mpa時應全面檢漏，找出漏點。

(七)加強運行中SF6氣體微水量的監視測量關

設備安裝完畢充氣24h后，應進行SF6氣體微水量測量，設備通電后每三個月測量一次，直至穩定后，以后每一至三年檢測一次微水量。對于微水量超過管理標準的應進行干燥處理。

通過以上七個環節的嚴格管理，可以控制SF6斷路器SF6氣體的微水量。

五、SF6微水超標處理

SF6斷路器一旦檢測出微水含量超標，就要對其進行處理。

(一)首先回收SF6斷路器內的SF6氣體，更換斷路器內的吸附劑。

(二)充氮氣至0.1MPa，抽真空至133Pa(絕對真空)。再充氮氣至0.1Mpa，靜置24小時后測氮氣微水。如果不合格，就再次抽真空、充氮氣、測氮氣微水。

(三)如果氮氣的微水合格，那么就抽真空，充SF5氣體，靜置24小時后測量微水含量，應小于150μL／L。若合格，補充SF6氣體至額定壓力，即認為處理完畢。

(四)處理后SF6氣體微水超標狀況應得到明顯改善。

(五)處理過程中使用高純氮，能干燥設備，降低使用SF6成本，保護環境。

六、結束語

SF6設備未來將在各方面得到廣泛應用，了解SF6微水產生的原因，知道對SF6微水的控制措施，掌握SF6微水超標的處理方法是每一位合格檢修人員的必備技能。