GIS設(shè)備中氣體分解影響因素分析

康寧 于文海 王飛

摘要：研究SF6氣體分析的基礎(chǔ)知識(shí)，了解如何分解SF6氣體，是設(shè)備維護(hù)和安全操作的良好指南，本文分析了影響因素與氣體分解的相應(yīng)特征和初始效應(yīng)，定量定性的關(guān)系是更好地理解SF6氣體分解的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：SF6氣體;GIS設(shè)備;電流強(qiáng)度

引言

純SF6氣體是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不燃的氣體，具有較高的耐電性和較強(qiáng)的滅弧性能，因此廣泛應(yīng)用于GIS等電氣設(shè)備中。GIS等電子設(shè)備在生產(chǎn)、安裝和運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，可能產(chǎn)生廢氣（電弧排放、火花排放、電暈排放或部分排放）和潮熱，導(dǎo)致SF6氣體的復(fù)雜分解，導(dǎo)致產(chǎn)生各種類(lèi)型的有毒氣體，特別是SF4、SOF2、 、 、 、 、 HF和CF4等，降低設(shè)備的絕緣性，對(duì)工人構(gòu)成危險(xiǎn)。因此，研究GIS在不同類(lèi)型排放和過(guò)熱之間的分解過(guò)程、衰減速率、分解產(chǎn)物和SF6氣體的相關(guān)含量，以及了解如何分解SF6氣體，是設(shè)備維護(hù)和安全的重要指導(dǎo)。

1電流強(qiáng)度

在電弧放電中，隨著電流的增加， + 的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，而 的含量增長(zhǎng)非常緩慢，目前 的產(chǎn)量幾乎是獨(dú)立的。一些國(guó)內(nèi)科學(xué)家也得到了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們認(rèn)為在引弧過(guò)程中， 和 的含量隨著電弧電流的增加而不斷增加。在直流電暈釋放過(guò)程中， + 、 的含量在0～4μA的電流范圍內(nèi)迅速增加。當(dāng)I≥10μA時(shí)，隨著電流的增加， 、 增加， 的含量略有減少，而 與電流強(qiáng)度無(wú)關(guān)。在50Hz交流電暈釋放中，輸出功率為一定值時(shí)， 與電流變化無(wú)關(guān)，而 隨電流增加而增加。在I≥20μA時(shí)， 與電流強(qiáng)度無(wú)關(guān)。由于濕度和 含量不同等多種原因，交流和直流電暈的效果并不相同，電暈提取產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化與電弧提取的產(chǎn)品有很大不同，這可能與提取強(qiáng)度有關(guān)，目前，很難把握分解物產(chǎn)量和電流強(qiáng)度之間的關(guān)系。

2 氣壓

高壓斷路器 為單壓，氣壓約0.7MPa。GIS的某些部件上的壓力，除斷路器外，通常不超過(guò)0.45MPa。實(shí)驗(yàn)室材料中的總氣壓為100～400kPa，小于現(xiàn)場(chǎng)材料中的氣壓。在研究萃取過(guò)程時(shí)研究了空氣的影響，認(rèn)為 和 的含量與風(fēng)能/氣壓有關(guān)，而 和 的產(chǎn)生量與氣壓無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)與直流電暈放電實(shí)驗(yàn)得到的測(cè)試結(jié)果是一致的。 的產(chǎn)生量與 壓力無(wú)關(guān)， 的含量與功率/壓力有關(guān)。氣體分解產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性可歸因于火花和電暈排放形式的低能量排放。在引弧中， + 的含量隨著氣體壓力的增加而略有增加， 的產(chǎn)生幾乎與氣壓無(wú)關(guān)，其他氣體分解產(chǎn)物尚無(wú)相關(guān)研究。

3水分含量

GIS設(shè)備中的水分是由于以下原因造成的：

1）G1S設(shè)備在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、維修過(guò)程中可能會(huì)接觸到水分，水分會(huì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部;

2）絕緣GIS設(shè)備的部件有0.1～0.5ppmv的水分，在運(yùn)行過(guò)程中緩慢釋放到外界;

3）GIS設(shè)備上的吸附劑本身含有水分;

4） 氣體含有水分，但與新氣體一樣，必須經(jīng)過(guò)干燥處理以保持一定的水分， 中發(fā)現(xiàn)的氣體含水量高。研究表明，氣體的含水量在很大程度上取決于環(huán)境溫度。

氣體中的水含量對(duì)電弧分解產(chǎn)物的形成和含量有顯著影響。由于存在水分和 等污雜質(zhì)，提取完成后SF6氣體回收過(guò)程困難，產(chǎn)生 、 、 、 等氣體產(chǎn)物，水分對(duì)于在產(chǎn)品中產(chǎn)生穩(wěn)定的氣體至關(guān)重要。水參與的一般公式如下：

在放電區(qū)，水分子分解成O和OH，OH與低氟含量的硫化物反應(yīng)形成穩(wěn)定的氣體產(chǎn)物，如 和 ，它們?cè)诜烹妳^(qū)中分解并繼續(xù)與水反應(yīng)較少。 和HF會(huì)溶解在電極表面或絕緣層中，與水反應(yīng)形成強(qiáng)酸，腐蝕固體表面。例如，HF會(huì)損壞金屬并影響設(shè)備性能，為了更好地了解水的有效性，科學(xué)家們研究了在不同排放條件下包含各種液體的主要?dú)怏w產(chǎn)品。

直流電暈排放：隨著含水量的增加， 、 、 和HF增加， 產(chǎn)量減少; 產(chǎn)量隨著供水量的增加而減少。交流電暈50Hz放電：當(dāng)含水量超過(guò)一定量時(shí)， 的產(chǎn)生量與含水量無(wú)關(guān)，而 隨著濕度的增加而略有增加。

局部放電：水分不影響 + 的產(chǎn)生量。

電弧放電：水分不影響 + 和 的產(chǎn)生， 的含量隨著初始含水量的增加而增加。

基于以上發(fā)現(xiàn)，可以得出結(jié)論，水分初始含量可能會(huì)影響某些氣體產(chǎn)物的形成;適量的水分會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)氣體的形成;隨著一定能量的放電，多余的水分不影響氣體分解產(chǎn)物的形成。

結(jié)語(yǔ)

迄今為止，在SF6氣體分解產(chǎn)物的生產(chǎn)中提取能量、水分和 O2 方面取得了一些進(jìn)展。 最初了解水分、 和硫氧化物的作用機(jī)理，以及能量提取與氣體分解產(chǎn)物形成之間的平衡關(guān)系，水分含量、 含量與氣體產(chǎn)物組成之間沒(méi)有太大的相關(guān)性。了解從 氣體分解產(chǎn)物中提取能量、水分和氧氣的作用，將有助于全面了解 氣體分解產(chǎn)物在放電或加熱失效時(shí)的過(guò)程，為深入研究 氣體分解過(guò)程奠定基礎(chǔ)。

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