六氟化硫斷路器水分控制與處理工藝研究

任東峰

（西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018）

0 前言

隨著近年來電力電網的快速發展,六氟化硫斷路器因其具有絕緣性能高、開斷能力強、維護簡單方便等諸多優點,在高壓電力電網中得到廣泛應用[1]。六氟化硫斷路器內部以SF6氣體作為絕緣和滅弧介質。如果斷路器氣室內水分含量超標，不僅會使設備的絕緣強度變低，還會嚴重腐蝕設備，從而導致電網運行事故的發生。斷路器氣室內的SF6氣體完全干燥不含水分任何是無法做到的，因此必須采取有效的控制與處理措施，將斷路器氣室內的SF6氣體中的水分含量控制在合格范圍內，才能保證六氟化硫斷路器的安全可靠運行。

1 斷路器氣室內SF6氣體中水分的危害

SF6氣體在常溫常壓下無色無味，具有優異的絕緣性能和滅弧性能。純的SF6氣體，受電弧放電或高溫后，會分解成硫、氟和硫氟化合物，在電弧消失后這些分解物又會化合成SF6氣體。當斷路器氣室內氣體中所含含水分超標時，水在電弧作用下會分解為氫和氧。氫和氧與SF6氣體分解物在電弧作用下會生成二氧化硫（SO2）、氫氟酸（HF）、亞硫酸酰氟（SOF2）等雜質。這些雜質會對斷路器的絕緣材料及金屬材料造成腐蝕，使其絕緣強度降低，甚至發生設備爆炸[2]。

另外，斷路器氣室中SF6氣體中水是以氣態的形式存在，周圍環境溫度降低時，水汽會凝結成液態的露水附著在零部件的表面，可能會造成支持件，絕緣拉桿等絕緣件沿面閃絡而引起事故。

2 斷路器水分控制與處理工藝

2.1 水分控制工藝

斷路器的氣室內部總會有一定量的水分，其水分的來源主要是：斷路器內部絕緣件與金屬表面本身所含水分的析出；裝配時從周圍環境中帶入的水分；充入斷路器的SF6氣體本身所含的水分和充SF6氣體時從充氣管路中帶入的水分；其次還有在斷路器運行時從周圍環境透過密封件侵入的水分[3]。依據不同的水分來源，斷路器在裝配過程中應該采取相應的控制措施。

（1）斷路器產品裝配時應對裝配環境的濕度進行嚴格控制，一般情況下斷路器的裝配要求環境濕度不大于60%。另外在裝配時，應盡量減縮短氣室的敞開時間，如必須等待，需用塑料布或臨時蓋板封閉。斷路器氣室的敞開時間應控制在2小時之內；

（2）斷路器產品裝配前所有的零部件都需進行烘干處理，烘干溫度 80-100℃，烘干時間為 4小時。

（3）新的SF6氣體水分含量在入廠時必須進行抽樣檢測，水分應控制在10PPm左右。在給斷路器充入SF6氣體前，需要對充氣管路進行干燥，可用高純氮氣吹管，充氣時，應確保充氣管路密封良好，避免將周圍環境中水分帶入斷路器氣室內部。

2.2 水分處理工藝

根據斷路器產品裝配工藝的不同，斷路器生產中經常用水分處理方法主要有4種。

（1）吸附法

分子篩是一種吸附能力極強的無機化合物吸附劑，呈顆粒狀，對水分、SF6分解物等具有極強的吸附能力。分子篩通過對斷路器氣室水分及SF6分解物的吸附，使得不會因為有害氣體的產生，潮解而降低斷路器的絕緣性能與機械性能。分子篩為密封包裝，可直接使用，如果放置不當而吸水，在使用前必須350～400℃焙燒活化2h，吸附劑打開密封包裝后，應在2h內使用完。

原則上吸附劑的使用量不應低于所充入的SF6氣體重量的10%。分子篩的安裝位置應設在SF6氣體流動較順暢的地方，以利于其吸收水分和其他雜質。

在斷路器產品裝配分子篩時，將烘干活化好的分子篩取出后應立即裝入斷路器氣室內部，然后立即進行抽真空處理。當烘干活化過的分子篩不能立即裝入產品時，應與空氣隔絕，并及時放入烘箱內繼續烘干。

分子篩吸水后，使用前必須采用活化處理恢復其吸附能力。活化溫度為250℃～300℃，活化時間不少于3小時。

（2）烘干法

在斷路器產品裝配過程中，待裝零部件會吸收環境中的水分，從而導致斷路器氣室內水分殘留。所以斷路器產品裝配前所有零部件都需進行烘干處理，烘干溫度 80-100℃，烘干時間為 4小時。

（3）抽真空靜止法

首先，將斷路器氣室抽真空至一定數值后，使斷路器氣室內部呈負壓，然后長時間靜止存放，使斷路器氣室內部零部件所含水分充分的釋放，最后，再通過抽真空，將零部件釋放岀的水分排出，該過程是斷路器水分處理抽真空靜止法的處理過程。一般抽真空需在67Pa（真空泵靜止后的讀數）以下，斷路器靜止時間應不少于12小時。特殊情況，斷路器氣室可通過兩次抽真空兩次靜止，以保證斷路器氣室水分合格。

（4）氮氣沖洗法

氮氣清洗法，首先在斷路器氣室充內充入高純氮氣（含氮99.999%）至額定壓力，保持4-6小時，然后放出氮氣。在氮氣的充入和放出過程中，將斷路器氣室內部的水分帶出氣室。

在現階段斷路器產品裝配中，烘干法是控制水分最普遍應用的方法。也可應用吸附法和抽真空靜止相結合的方法，通常以抽真空靜止法為主，吸附法輔。在斷路器日常生產中，高純氮氣沖洗法很少使用，一般在夏季環境濕度較大時才會使用。

吸附劑的作用是在斷路器長期運行中吸收斷路器內部水分及SF6分解物，保證斷路器產品運行10年以上水分不超標。所以，吸附劑不是工廠內水分處理的手段，在工廠內靠用吸附劑把水分含量降下來。斷路器產品有時水分處理合格后，一段時間后，水分又會超標，這是由于斷路器內部元件在裝配前未徹底烘干水分溢出造成的。因此，裝配過程控制中對水分處的理控制和處理是十分必要的。

3 結論

六氟化硫斷路器產品水分超標不僅會使設備絕緣強度大大降低，水分及SF6分解物還會嚴重腐蝕設備，因此對斷路器產品的水分控制與處理十分重要，將斷路器產品水分通過必要的措施與方法控制在合格的范圍內是保證六氟化硫斷路器產品質量的關鍵。

［1］何嘉希,高文勝,劉衛東,等.六氟化硫斷路器滅弧室壓力測量導管結構研究[J].中國電機工程學報,2016,36(1):310-316.

［2］侯光杰.六氟化硫斷路器應用優勢及安全運行要點[J].中國水能及電氣化,2016(11):20-22.

［3］王劉芳,劉偉,祁炯,等.六氟化硫混合絕緣氣體電氣設備檢測技術的研究及現場應用[J].安徽化工,2017,43(3):75-79.