SF6斷路器SF6氣體微水超標原因分析及改進措施

摘要：文章對引起SF6斷路器微水超標的原因及控制處理措施展開了討論，介紹了500kV從化換流站SF6斷路器SF6氣體微水超標，分析了SF6斷路器SF6氣體微水超標的原因，提出了對SF6斷路器SF6氣體微水超標的處理方案對策，并按照處理方案對策對SF6斷路器SF6氣體微水超標進行了處理。

關鍵詞：SF6斷路器；SF6氣體；微水超標；換流器；高壓電網 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM301 文章編號：1009-2374（2016）01-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.013

1 概述

隨著電力電網的高速發展和電氣設備質量的不斷提高，SF6斷路器在高壓和超高壓電力電網中有著絕緣性良好、分斷能力快、斷口電壓高、允許連續開斷的次數多、操作維護簡單方便實用等優點，因此SF6斷路器在高壓和超高壓電力電網中獲得廣泛使用。但是在安裝和運行過程中會出現SF6斷路器氣體微水超標的現象，如果忽視對SF6斷路器SF6氣體微水的監測，其對電力電網穩定可靠運行將會造成影響，同時也會導致環境受到污染。

1.1 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%混合組成重的負離子，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SF6具有很好的負點性。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1.01×10Pa氣壓下，SF6的滅弧性能是空氣的100倍，并且滅弧后不變質，還可以重復使用。

1.2 SF6微水超標的危害性

常態下，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表面而受潮，則電氣強度會顯著下降。SF6斷路器是戶外設備，當氣溫驟降時，SF6氣體中的過量水分會在介質表面凝結成固體而發生閃絡，嚴重的時候還會造成SF6斷路器發生爆炸事故。純凈的SF6氣體在運行中受電弧發電或高溫后會分解成單體的氟硫和氟硫化合物，電弧消失后又化合成穩定的SF6氣體。當氣體中含有水分時，出現的氟硫化合物會與水反應生成腐蝕性能很強的氫氟酸和其他毒性很強的化學物質等，這些都會危及維護人員的安全，并且對SF6斷路器的絕緣材料或金屬材料造成腐蝕，使絕緣劣化，嚴重時甚至會發生SF6斷路器爆炸。下面以500kV從化換流站500kV SF6斷路器作為例子，進行了對SF6氣體微水超標原因分析，提出了對SF6氣體微水超標處理對策，并按照對策對SF6氣體微水超標進行處理。

2 缺陷的發現

500kV從化換流站交流場500kV SF6斷路器采用了西門子生產的3AP2F1型SF6斷路器，它是運輸到現場以后由施工單位對設備的本體與附件進行安裝。安裝完畢后對SF6斷路器進行抽真空與充SF6氣體。SF6斷路器充至額定壓力靜置48小時后，調試人員進行對SF6斷路器氣室內部SF6氣體微水測試發現SF6氣體微水為220PPMS，此數據超過國家標準（注：SF6斷路器SF6氣體微水國家標準為150PPMS以下）。

3 SF6斷路器氣體微水超標原因分析

第一，500kV從化換流站交流場500kV SF6斷路器安裝時正值春季，南方春夏兩季雨水天氣特別多，空氣比較潮濕。SF6斷路器運輸到施工現場不是整體運輸，而是采用本體立柱瓷套和滅弧室瓷套及附件分體運輸，出廠前本體立柱瓷套和滅弧室瓷套未做好防雨防潮的措施；在出廠運輸過程到施工現場擺放有一段時間，在這段時間內未及時對SF6斷路器本體立柱瓷套和滅弧室瓷套及附件進行安裝。由于擺放時間長，未做好防雨防潮的措施，或者某個臨時密封部位密封不是很好，以至于外部潮氣慢慢滲入立柱瓷套或滅弧室瓷套內部氣室。

第二，在對SF6斷路器進行安裝過程中沒有注重當時外部環境的天氣情況，當時在沒有達到SF6斷路器安裝時濕度必須保持在80%以下的要求情況下就進行對SF6斷路器的本體立柱瓷套和滅弧室瓷套及附件安裝。另外，在安裝過程中SF6斷路器本體立柱瓷套與滅弧室瓷套法蘭口對接過程中露空時間過長，以至于大氣中的潮氣滲入SF6斷路器瓷套內部空間氣室。

第三，在SF6斷路器安裝完畢后，沒有及時對SF6斷路器氣室更換吸附劑及進行抽真空。抽真空時間過短，在達到要求（SF6斷路器真空度國標為133Pa）要求后，沒保持繼續抽真空4～6小時，導致SF6斷路器瓷套內氣室的濕氣沒有及時完全抽出就進行對SF6斷路器氣室充氣。

第四，在對SF6斷路器氣室抽完真空后，對SF6斷路器氣室進行充氣的時候充氣速率過快，SF6氣體沒在氣瓶內完全氣化，而是SF6氣體在液體狀態下就充進SF6斷路器氣室內，這也是引起SF6氣體微水超標的重要原因。

第五，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。斷路器在工廠組裝時外部環境濕度未達到80%以下時進行組裝，組裝時絕緣件暴露在空氣中的時間過長而受潮。

第六，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。

4 SF6斷路器氣室SF6氣體微水超標改進措施

根據以上對SF6斷路器氣室SF6氣體微水超標原因的分析，相關部門制定了對SF6斷路器氣室SF6氣體微水超標的處理方案。按此方案的步驟對SF6斷路器氣室進行了SF6氣體微水超標的處理。

第一，進行對SF6斷路器氣室SF6氣體微水超標處理外部環境應天氣晴朗，其濕度應保持在80%以下，并做好防雨防受潮的措施。

第二，用SF6氣體回收裝置將SF6斷路器氣室內部微水超標的SF6氣體進行回收，回收至微正壓，然后對SF6斷路器氣室進行吸濕劑的更換。

第三，更換吸濕劑后立即進行對SF6斷路器氣室進行抽真空，用麥氏真空計測試SF6斷路器氣室真空度當真空度達到133Pa后繼續對SF6斷路器氣室抽4～6小時，再用麥氏真空計測試SF6斷路器氣室真空度。SF6斷路器氣室抽完真空達到要求后進行對SF6斷路器氣室充入合格的高純氮，充至SF6斷路器額定壓力。

第四，SF6斷路器氣室充入高純氮后靜止48小時，中和SF6斷路器氣室內部潮氣，調試人員然后用微水測試儀測試充入SF6斷路器氣室的高純氮的微水是否合格。SF6斷路器氣室內部高純氮微水合格后排除SF6斷路器氣室內部的高純氮，排至與大氣壓平衡。

第五，再次對SF6斷路器氣室進行抽真空，用麥氏真空計測試SF6斷路器氣室真空度當真空度達到133Pa以后繼續抽4～6小時，再用麥氏真空計測試SF6斷路器氣室真空度。抽完真空以后對SF6斷路器氣室充入合格的SF6氣體。充SF6氣體的速率不宜過快，讓SF6氣體在氣瓶內完全氣化后充入SF6斷路器氣室內部，充至SF6斷路器額定壓力。在靜止48小時候后調試人員用微水測試儀測試SF6斷路器氣室SF6氣體微水是否合格。經過按上述方案步驟進行處理后，測得SF6斷路器氣室SF6氣體微水為85PPMS，符合國家標準與行業標準。

5 結語

通過對500kV從化換流站500kV SF6斷路器SF6氣體微水超標的缺陷原因分析及處理結果，發現SF6斷路器在工廠車間加工時應控制車間的濕度符合要求；出廠前立柱瓷套與滅弧室瓷套的臨時密封應認真仔細檢查是否密封絕對可靠；出廠時SF6斷路器包裝應做好防雨防潮的措施。安裝時應該嚴格控制天氣情況是否符合安裝條件；安裝本體瓷套與滅弧室瓷套的法蘭口對接時嚴格控制露空時間；SF6斷路器氣室抽真空及充SF6氣體時應嚴格按有關規程規范進行，這樣才能保證安裝好的SF6斷路器氣室SF6氣體微水符合國家標準與行業標準，保證電力電網的安全可靠運行。

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作者簡介：蔣伯付（1973-），男，湖南益陽人，廣東省輸變電工程公司技師，研究方向：變電一次安裝。

（責任編輯：周 瓊）