GIS投運后SF6氣體含水量超標分析

郁 堅

（上海送變電工程公司，上海 200235）

1 SF6氣體是一種優良的絕緣和滅弧介質

SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的絕緣和斷路器消弧介質均采用SF6氣體。純SF6是一種無色、無味、無嗅、無毒的不可燃、化學性能極穩定的物質。含水量較高的SF6氣體會在電弧作用下被分解，與水分產生多種水解反應，產生WO3、CuF2、WOF4等粉末狀物，其中CuF2有強烈的吸濕性，附著在絕緣件表面，使沿面閃絡電壓下降。HF、H2SO3等具有強烈腐蝕性，對固體有機材料和金屬有腐蝕作用。這些化合物影響SF6氣體的純度，減少SF6氣體介質復原數量，還有一些物質阻礙分解物還原，滅弧能力大受影響。因此，GIS設備交付運行后，保證SF6氣體含水量符合設備長期良好運行的要求，是體現設備安裝質量的一項重要技術指標。

2 SF6氣體含水量超標的原因分析

2.1 引起水分超標的主要環節

2009年試驗人員在某220kV戶內布置的變電站投運1年后的年檢測試中發現，220kV GIS除斷路器氣室的SF6水分值全部符合運行規范外，其它氣室的SF6水分值大多超過了運行標準，究其原因，有以下幾種情況。

1）充入SF6新氣體本身不純。

2）充入SF6氣體時帶入水分 在充氣時，不按有關規程和工藝要求進行操作，管路和接口不干燥或者裝配時暴露在空氣中的時間過長而未進行真空處理或者排空沖洗等導致水分帶入。

3）絕緣件帶入水分 廠家在裝配前對絕緣未作干燥或者干燥處理不合格；產品運輸工程中部件沒有充氣或者密閉不好。另外，GIS安裝時有可能絕緣件暴露在空中的時間過長而受潮。

4）吸附劑帶入水分 吸附劑對SF6氣體中水分和各種主要的分解物都具有較強的吸附能力，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，吸附劑有可能帶入水分。

5）透過密封件滲入水分 在GIS中的SF6氣體的壓力要比外界高幾倍，但外界的水分壓力要比內部高。例如：當氣室的充氣壓力為0.5MPa，SF6氣體水分體積分數為30×10－6，則水的壓力為0.015×10－3MPa；外界溫度為20℃時，相對濕度70%，則水蒸氣的飽和壓力為1.666×10－3MPa。所以，外界水壓力比內部水分高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，滲透力比SF6分子強，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氣室的SF6氣體中。

6）從泄漏點滲入水分 空氣中的水蒸氣會通過充氣口、管路接頭、法蘭滲漏處、鋁鑄件砂孔等泄漏點逐漸滲入到GIS設備的內部，時間越長，滲入的水分就越多。

2.2 引起水分超標的原因分析

通過對SF6水分超標的主要原因分析，復查了安裝GIS設備時的相關技術記錄，并做了梳理。

1）在GIS安裝時對同批次的充入新氣進行了抽樣分析試驗，并在充入前對每瓶新氣進行過水分測試，試驗均合格。因此，可以排除SF6新氣水分超標的可能性。

2）安裝人員按照有關工藝標準施工，在抽真空后即進行充氣，充氣管路都經過真空處理。斷路器氣室預充SF6，水分檢測合格后直接進行充氣。從變電站內氣室測量數據來看，所有斷路器氣室含水量都沒有超標，可以排除人為因素。

3）吸附劑為真空包裝。在吸附劑安裝后的30min內即進行抽真空，符合吸附劑的安裝要求，可以排除吸附劑本身的原因。

4）對現場的各個密封面都重新做了檢漏測試，沒有發現有泄漏點。因此，可以排除通過密封件和GIS設備的泄漏點滲入水分。

5）GIS設備為散件運輸至現場安裝，其中斷路器氣室、母線側電流互感器氣室、電壓互感器氣室均為充氣后運輸；正、副母線閘刀氣室在運輸過程中沒充氣，采用臨時簡易封板封蓋；避雷器氣室雖是充氣運輸，但避雷器閥心在現場安裝；所有的通管采用塑料罩用抽帶固定的簡易密封方式進行運輸和存放。

從運行1年后所測數據看：充氣運輸單元的氣室水分都沒有超標；簡易封蓋的正母閘刀G1氣室水分基本沒有超標；簡易封蓋的副母閘刀G2氣室水分大部分超標；避雷器氣室水分超標。

2.3 現場安裝工藝分析

1）8月10日開始現場安裝，就位后先拼裝正母，后拼裝副母。在拼裝副母時，因部份部件退廠更換處理，時隔1個多月才開始恢復拼裝工作，氣室拼裝完后即抽真空充入SF6新氣。從當時記錄的水分測試值得知，副母閘刀G2氣室大部分超標，但有一小部分氣室的水分體積分數在1000×10－6以內，超標的氣室都發生在安裝中斷以后再拼裝，采取臨時封蓋的措施無法阻止外界的水分侵入，加上擱置時間長了內部絕緣件和吸附劑吸收了侵入的水分，在運行期間慢慢釋放到氣室，導致氣室的SF6水分含量較高。

2）線路側電流互感器、閘刀和通管G4氣室水分體積分數都大于1000×10－6，經了解此部分氣室都較大，通管安裝時無法在短期內完成，再加上有的通管是幾個間隔平行進行要相互等待，在安裝過程中沒有防潮措施，使氣室暴露在大氣中的時間較長，有的高達10天或更長時間。大氣的水分直接作用在絕緣件上，吸收了水分，在運行期間慢慢釋放到氣室中，使該部分氣室的SF6水分含量較高。

3）避雷器G8氣室水分體積分數高達1000×10－6。該部分氣室雖是充氣運輸，但里面的避雷器閥心是現場安裝的，安裝避雷器的時間都比較長。另外，閥心出廠干燥處理是否達到GIS設備的要求，也無從考證。安裝后氣室按程序抽真空和充入SF6新氣，但如果安裝時吸收水分或者閥心干燥處理沒達到GIS設備要求，其中所含水分會在運行期間慢慢釋放到氣室中，使該部分氣室的SF6水分含量很高。

3 結語

根據現場情況分析，得出以下幾點結論。

1）廠家出廠包裝GIS設備簡易，大部分氣室沒有實行充氣運輸，造成空氣中水分滲入，加上安裝階段長期擱置導致水分增加，致使絕緣件和吸附劑受潮。

2）現場安裝時打開氣室時間過長，致使絕緣件長期暴露在大氣中，倘若此階段空氣濕度較大（大于80%），絕緣件很容易受潮。

3）在現場打開正、副母閘刀G1、G2氣室時，沒有及時更換吸附劑，致使吸附劑受潮，甚至成為水分源。

4）應在出廠前組裝好避雷器，因為施工現場環境不具備安裝條件。

通過本案例分析，反映出現場施工沒有嚴格按照技術標準或者技術規范進行施工，設備制造廠在產品的運輸和現場儲存上也沒有采取可靠的防潮措施，造成了GIS氣室在運行一段時間后含水量超標。總之，控制SF6氣體含水量必須從產品制造、分解運輸、現場保管、安裝等方面進行精細化控制，其中現場安裝工藝質量，是確保GIS設備滿足生產運行要求的關鍵。