SF6断路器微水超标原因分析与处理

郑 桓

SF6断路器具有断口电压高、开断能力强、允许连续开断的次数较多，噪声低和无火花危险，而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、维修少等优点。这使得SF6断路器广泛应用于当今的电网中。然而SF6断路器微水超标会对断路器使用造成很大影响，因此，我们对引起SF6断路器微水超标的原因及控制处理措施展开讨论。

一、SF6气体的优点

SF6的分子和自由电子有非常好的混合性。当电子和SF6分子接触时几乎100％的混合而组成重的负离子，这种性能对剩余弧柱的消电离及灭弧有极大的使用价值。即SF 6具有很好的负电性，它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。这些负离子的导电作用十分迟缓，从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率，因此有很好的灭弧性能。在1.01×105Pa气压下，SF6的灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。

SF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使SF6断路器具有如下优点：开断能力强，断口电压允许做得较高，允许连续开断次数较多，适用于频繁操作，噪音小，无火灾危险，机电磨损小等，是一种性能优异的“无维修”断路器。

二、SF6气体微水超标的危害性

(一)SF6气体是非常稳定的，当温度低于500℃时一般不会自行分解，但当水分含量较高时，温度高于200℃时就可能产生水反应，会生成亚硫酸和氢氟酸(HF)，它们都具有腐蚀性，可严重腐蚀设备。

(二)SF6在电弧作用下可分解，由于水分的存在会加剧低氟化物的水解，生成氟化亚硫酰。且水分的增加会加速其反应。

(三)SF6被电弧分解成原子态s和F的同时，触头蒸发出大量的金属Cu和W蒸汽，该蒸汽与SF6在高温下会发生反应，产生金属氟化物和低氟化物，生成的氟化亚硫酰、硫化氢都是剧毒，HF还可与含SiO₂元件反应，腐蚀固体元件的表面。

(四)存在于SF6气体中的水分本身一般不会对开关装置的绝缘有显著的影响。但当这些水分以液态存在于绝缘件的表面(特别是表面存在易于导电的物质)时，会降低沿绝缘件表面的电阻，并改变了绝缘件的电场。试验表明附着在绝缘件表面的水分可以使绝缘件的沿面放电电压降到无水时的60％～80％。

(五)SF6的结霜问题，在运行中也是易遇到的问题。在装置内的SF6气体中的水气结霜后，当绝缘件的温度回升到零度时，绝缘件表面的霜就会融成水并因此而降低绝缘件的绝缘强度。一般认为只要把SF6气体装置中的水分降低到使其水气的露点低于零度，水气不可能凝结成水，而直接变成霜就可以避水气对绝缘的影响。这种认识是不全面的。如果露点温度达到零度，这时霜开始融化成水。这一过程在使用中是经常发生的，这就必然会降低设备的绝缘。只有升温的过程极其缓慢，当霜的温度未达到零度之前就都升华为水气了时，才不会出现水态。霜变成水决定于：①升温的程度；②露点的高低；③SF6气体的多少；④装置内水气的多少。

三、SF6气体微水超标的原因

SF6气体微水超标的原因，主要有以下六个方面：

(一)SF6气体新气的水分不合格

造成新气不合格的原因，一是制气厂对新气检测不严格，二是运输过程中和存放环境不符合要求，三是存储时间过长。

(二)断路器充入SF6气体时带进水分

断路器充气时，工作人员不按有关规程和检修工艺操作要求进行操作，如充气时气瓶未倒立放置；管路、接口不干燥或装配时暴露在空气中的时间过长工等导致水分带进。

(三)绝缘件带入的水分

厂家在装配前对绝缘未作干燥处理或干燥处理不合格。断路器在解体检修时，绝缘件暴露在空气中的时间过长而受潮。

(四)吸附剂带入的水分

吸附剂对SF6气体中水分和各种主要的分解物都具有较好的吸附能力，如果吸附剂活化处理时间短，没有彻底干燥，安装时暴露在空气中时间过长而受潮，吸附剂可能带入数量可观的水分。

(五)透过密封件渗入的水分

在SF6断路器中SF6气体的压力比外界高5倍，但外界的水分压力比内部高。例如，断路器的充气压力为0.5Mpa，SF6气体水分体积分数为30×10－6，则水的压力为0.5×30×10－6=0.015×10－3Mpa，外界的温度为20℃时，相对湿度70％，则水蒸气的饱和压力为2.38×10－3×0.7=1.666×10－3Mpa，所以外界水压力比内部水分高1.666×10－3／0.015×10－3=111倍。而水分子呈V形结构，其等效分子直径仅为SF6分子的0.7倍，渗透力极强，在内外巨大压差作用下，大气中的水分会逐渐通过密封件渗入断路器的SF6气体中。

(六)断路器的泄漏点渗入的水分

充气口、管路接头、法兰处渗漏、铝铸件砂孔等泄漏点，是水分渗入断路器内部的通道，空气中的水蒸气逐渐渗透到设备的内部，因为该过程是一个持续的过程，时间越长。渗入的水分就越多，由此进入SF6气体中的水分占有较大比重。

四、SF6气体含水量的控制措施

运行中的SF6断路器，对于SF6气体的微水量要求相当严格，因为它直接影响断路器的安全运行。如何降低运行中断路器的SF6气体含水量，可采取如下措施：

(一)控制SF6新气质量关

根据《安规》的规定，SF6新气应具有厂家名称、装灌日期、批号及质量检验单。新气到货后应按有关规定进行复核、检验，合格后方可使用。存放半年以上的新气，使用前要检验其微水量和空气，符合标准后方准使用。SF6气瓶放置在阴凉干燥、通风良好地方，防潮防晒，并不得有水分或油污粘在阀门上，未经检验合格的SF6新气气瓶和已检验合格的气体气瓶应分别存放，以免误用。

为了保证SF6气体新气的质量和纯度，充入断路器之前进行微水测试，并要符合我国的SF6气体新气的质量标准。

(二)控制绝缘件的处理关

绝缘件出厂时，如果没有进行特殊密封包装，安装前又未做干燥处理，则绝缘件在运行中所释放的水分将在气体含水量占有很大比重。因此绝缘件干燥处理完毕后立即进行密封包装，在安装现场未组装的绝缘件应存放在有干燥氮气的容器中。

(三)控制密封件的质量关

采用渗透率小的密封件，加强断路器密封面的加工、组装的质量管理，保证密封良好。断路器法兰面及动密封都用双密封圈密封，一可加强密封效果，减少SF6气体的漏气量，二可减少外界水分进入SF6断路器中。

(四)控制吸附剂的质量关

采用高效吸附剂，使用前进行活化处理，安装时尽量缩短暴露于大气中的时间，减少吸附剂自身带入的水分。

(五)控制充气的操作关

应在晴朗干燥天气进行充气，并严格按照有关规程和检修工艺操作要求进行操作。充气的管子必须用聚四氟乙烯管，管子内部干燥，无油无灰尘，充气前用新的SF6气体进行冲洗。

(六)加强运行中SF6气体检漏关

断路器在运行中，当发现压力表在同一温度下前后两次读数的差值达到0.01－0.03Mpa时应全面检漏，找出漏点。

(七)加强运行中SF6气体微水量的监视测量关

设备安装完毕充气24h后，应进行SF6气体微水量测量，设备通电后每三个月测量一次，直至稳定后，以后每一至三年检测一次微水量。对于微水量超过管理标准的应进行干燥处理。

通过以上七个环节的严格管理，可以控制SF6断路器SF6气体的微水量。

五、SF6微水超标处理

SF6断路器一旦检测出微水含量超标，就要对其进行处理。

(一)首先回收SF6断路器内的SF6气体，更换断路器内的吸附剂。

(二)充氮气至0.1MPa，抽真空至133Pa(绝对真空)。再充氮气至0.1Mpa，静置24小时后测氮气微水。如果不合格，就再次抽真空、充氮气、测氮气微水。

(三)如果氮气的微水合格，那么就抽真空，充SF5气体，静置24小时后测量微水含量，应小于150μL／L。若合格，补充SF6气体至额定压力，即认为处理完毕。

(四)处理后SF6气体微水超标状况应得到明显改善。

(五)处理过程中使用高纯氮，能干燥设备，降低使用SF6成本，保护环境。

六、结束语

SF6设备未来将在各方面得到广泛应用，了解SF6微水产生的原因，知道对SF6微水的控制措施，掌握SF6微水超标的处理方法是每一位合格检修人员的必备技能。