GIS投運(yùn)后SF6氣體含水量超標(biāo)分析

郁 堅(jiān)

（上海送變電工程公司，上海 200235）

1 SF6氣體是一種優(yōu)良的絕緣和滅弧介質(zhì)

SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的絕緣和斷路器消弧介質(zhì)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(xué)性能極穩(wěn)定的物質(zhì)。含水量較高的SF6氣體會(huì)在電弧作用下被分解，與水分產(chǎn)生多種水解反應(yīng)，產(chǎn)生WO3、CuF2、WOF4等粉末狀物，其中CuF2有強(qiáng)烈的吸濕性，附著在絕緣件表面，使沿面閃絡(luò)電壓下降。HF、H2SO3等具有強(qiáng)烈腐蝕性，對固體有機(jī)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(zhì)復(fù)原數(shù)量，還有一些物質(zhì)阻礙分解物還原，滅弧能力大受影響。因此，GIS設(shè)備交付運(yùn)行后，保證SF6氣體含水量符合設(shè)備長期良好運(yùn)行的要求，是體現(xiàn)設(shè)備安裝質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。

2 SF6氣體含水量超標(biāo)的原因分析

2.1 引起水分超標(biāo)的主要環(huán)節(jié)

2009年試驗(yàn)人員在某220kV戶內(nèi)布置的變電站投運(yùn)1年后的年檢測試中發(fā)現(xiàn)，220kV GIS除斷路器氣室的SF6水分值全部符合運(yùn)行規(guī)范外，其它氣室的SF6水分值大多超過了運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)帶入水分 在充氣時(shí)，不按有關(guān)規(guī)程和工藝要求進(jìn)行操作，管路和接口不干燥或者裝配時(shí)暴露在空氣中的時(shí)間過長而未進(jìn)行真空處理或者排空沖洗等導(dǎo)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(chǎn)品運(yùn)輸工程中部件沒有充氣或者密閉不好。另外，GIS安裝時(shí)有可能絕緣件暴露在空中的時(shí)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(qiáng)的吸附能力，如果吸附劑活化處理時(shí)間短，沒有徹底干燥，安裝時(shí)暴露在空氣中時(shí)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(nèi)部高。例如：當(dāng)氣室的充氣壓力為0.5MPa，SF6氣體水分體積分?jǐn)?shù)為30×10－6，則水的壓力為0.015×10－3MPa；外界溫度為20℃時(shí)，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(nèi)部水分高111倍。而水分子呈V形結(jié)構(gòu)，其等效分子直徑僅為SF6分子的0.7倍，滲透力比SF6分子強(qiáng)，在內(nèi)外巨大壓差作用下，大氣中的水分會(huì)逐漸通過密封件滲入氣室的SF6氣體中。

6）從泄漏點(diǎn)滲入水分 空氣中的水蒸氣會(huì)通過充氣口、管路接頭、法蘭滲漏處、鋁鑄件砂孔等泄漏點(diǎn)逐漸滲入到GIS設(shè)備的內(nèi)部，時(shí)間越長，滲入的水分就越多。

2.2 引起水分超標(biāo)的原因分析

通過對SF6水分超標(biāo)的主要原因分析，復(fù)查了安裝GIS設(shè)備時(shí)的相關(guān)技術(shù)記錄，并做了梳理。

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

2）安裝人員按照有關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)施工，在抽真空后即進(jìn)行充氣，充氣管路都經(jīng)過真空處理。斷路器氣室預(yù)充SF6，水分檢測合格后直接進(jìn)行充氣。從變電站內(nèi)氣室測量數(shù)據(jù)來看，所有斷路器氣室含水量都沒有超標(biāo)，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(nèi)即進(jìn)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(xiàn)場的各個(gè)密封面都重新做了檢漏測試，沒有發(fā)現(xiàn)有泄漏點(diǎn)。因此，可以排除通過密封件和GIS設(shè)備的泄漏點(diǎn)滲入水分。

5）GIS設(shè)備為散件運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝，其中斷路器氣室、母線側(cè)電流互感器氣室、電壓互感器氣室均為充氣后運(yùn)輸；正、副母線閘刀氣室在運(yùn)輸過程中沒充氣，采用臨時(shí)簡易封板封蓋；避雷器氣室雖是充氣運(yùn)輸，但避雷器閥心在現(xiàn)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(jìn)行運(yùn)輸和存放。

從運(yùn)行1年后所測數(shù)據(jù)看：充氣運(yùn)輸單元的氣室水分都沒有超標(biāo)；簡易封蓋的正母閘刀G1氣室水分基本沒有超標(biāo)；簡易封蓋的副母閘刀G2氣室水分大部分超標(biāo)；避雷器氣室水分超標(biāo)。

2.3 現(xiàn)場安裝工藝分析

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

2）線路側(cè)電流互感器、閘刀和通管G4氣室水分體積分?jǐn)?shù)都大于1000×10－6，經(jīng)了解此部分氣室都較大，通管安裝時(shí)無法在短期內(nèi)完成，再加上有的通管是幾個(gè)間隔平行進(jìn)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(shí)間較長，有的高達(dá)10天或更長時(shí)間。大氣的水分直接作用在絕緣件上，吸收了水分，在運(yùn)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?jǐn)?shù)高達(dá)1000×10－6。該部分氣室雖是充氣運(yùn)輸，但里面的避雷器閥心是現(xiàn)場安裝的，安裝避雷器的時(shí)間都比較長。另外，閥心出廠干燥處理是否達(dá)到GIS設(shè)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(shí)吸收水分或者閥心干燥處理沒達(dá)到GIS設(shè)備要求，其中所含水分會(huì)在運(yùn)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(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場情況分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

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

2）現(xiàn)場安裝時(shí)打開氣室時(shí)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(xiàn)場打開正、副母閘刀G1、G2氣室時(shí)，沒有及時(shí)更換吸附劑，致使吸附劑受潮，甚至成為水分源。

4）應(yīng)在出廠前組裝好避雷器，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場環(huán)境不具備安裝條件。

通過本案例分析，反映出現(xiàn)場施工沒有嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或者技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工，設(shè)備制造廠在產(chǎn)品的運(yùn)輸和現(xiàn)場儲(chǔ)存上也沒有采取可靠的防潮措施，造成了GIS氣室在運(yùn)行一段時(shí)間后含水量超標(biāo)?？傊刂芐F6氣體含水量必須從產(chǎn)品制造、分解運(yùn)輸、現(xiàn)場保管、安裝等方面進(jìn)行精細(xì)化控制，其中現(xiàn)場安裝工藝質(zhì)量，是確保GIS設(shè)備滿足生產(chǎn)運(yùn)行要求的關(guān)鍵。