高湿度地区GIS安装中SF6气体水分控制

2010-06-07龙爱平种芝艺

电力建设 2010年6期

龙爱平，种芝艺，张玮，李宏

（1.中国超高压输变电建设公司，武汉市，430022；2.国家电网公司直流建设分公司，北京市，100052；3.新东北电气（沈阳）高压开关有限公司，沈阳市，110025）

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）是由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、母线、出线套管、伸缩节等主要元件连接在一起，并封装在金属外壳内，壳内充入一定压力的SF6气体作为灭弧和绝缘介质[1]。GIS设备具有占地面积小，运行可靠性高、维护方便、不受外界环境影响、无火灾危险等优点，这些特性极大地提高了电气设备运行的安全可靠性。因此，GIS设备在输变电建设工程中得到越来越广泛的应用。

GIS设备虽然有很多优点，但是气室中的微水含量超标将会给设备的运行带来危害。SF6气体中的水分主要会带来2个方面的危害：（1）在固体绝缘件表面凝露时，会大大降低沿面闪络电压；（2）SF6气体中的水分会在电弧的作用下生成腐蚀性很强的氟化氢等分解物，对绝缘材料有损坏作用，使产品受到严重的损伤[2]。GB 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》对SF6气体含水量标准（20℃下体积分数）要求为：有电弧分解的隔室应小于150 uL/L，无电弧分解的隔室应小于250 uL/L[3]。SF6气体中的水分含量控制是GIS设备安装时质量控制的重要内容，也是GIS设备安装交接试验中的1个重要指标，直接关系到GIS设备的安全运行和维护。

为降低SF6气体中的水分含量，GIS设备的装配工作应在无风沙、无雨雪、空气相对湿度小于80%的条件下进行，并采取防尘、防潮措施[4]。然而在我国南方地区及山区，空气相对湿度常年在80%以上，对GIS设备安装过程中SF6气体含水量的控制带来了极大困难。

本文以复龙换流站GIS设备安装为例，对高湿度环境下的GIS设备安装过程中SF6气体含水量控制措施进行探讨。

1 复龙换流站GIS设备及安装条件

复龙换流站地处四川省宜宾县，为向家坝—上海±800 kV特高压直流输电示范工程的起点，GIS设备采用新东北电气公司生产的ZF15-550型GIS，接线方式采用3/2接线形式，包括9个完整串和1个不完整串，共28个间隔，516个气室。

根据当地气象台的测量，复龙换流站所在地区年平均相对湿度为81%，在GIS安装期间正值当地的多雨季节，现场实测每天只有11：30—17：00时的湿度在80%以下。在GIS设备安装前期，为保证GIS设备安装质量，在环境相对湿度80%以下时才进行GIS设备安装。由于安装期间的空气湿度较大，抽真空开始时抽取了几个较典型的气室（包括CB隔室、CT隔室、隔离开关隔室、管道母线隔室），按标准进行抽真空、充气取样检验。在充入SF6气体48～96 h后进行微水含量的测量，取样气室的水分含量均超标，达到400～500 uL/L，最大的气室微水含量为800 uL/L。同时由于设备大量到货，在相对湿度80%以下进行安装已不能满足安装工期的要求。

针对这种情况，在施工现场经过不断的试验和摸索，总结出了在高湿度环境下GIS设备安装措施，即在相对湿度85%时进行GIS设备安装，通过在安装过程和安装完成后的气室处理中采取措施，保证GIS设备SF6含水量符合国家标准。

2 SF6气体水分控制措施

2.1 安装过程的控制措施

在安装过程中，若采取防尘棚并在防尘棚内加装去湿装置和空调来调节小范围的环境气候，则需要增加很高的成本；而且，装配过程中户内、户外吊装时，必须开启房间的顶棚，这样就破坏了防尘棚内的小气候，起不到密闭、除潮的作用，也不能保证装配后的气室水分控制达到标准要求。因此，在现场安装时没有采取在防尘棚内加装去湿装置和空调的措施。

为保证安装进度和安装质量，在现场相对湿度小于85%时进行安装，在安装过程中尽量缩短安装单元在空气中的暴露时间。在处理罐体两侧法兰对接面时，用塑料布套在安装面上，安装人员进入塑料布内工作，最大限度地防止尘埃和空气中的水分入侵罐体。

同时，在当天安装结束的最后1节安装单元中加装过量的吸附剂，封盖后充入“0”表压的氮气。在次日安装下一节单元时取出吸附剂。此种方法的目的是利用吸附剂吸收当天安装单元的水分，减少水分对新安装单元的影响。

2.2 安装完成后气室的处理

2.2.1 概述

在相对湿度85%的情况下进行GIS设备安装，设备安装完成后气室的处理措施是控制GIS设备SF6气体含水量的关键。复龙换流站在GIS设备安装过程中气室处理的措施是：在气室上外挂罐体，罐体内放置过量吸附剂，抽真空后注入纯度为99.9%的氮气去潮，在氮气含水量合格后再放入额定容量的吸附剂，抽真空后注入SF6气体。经过这种方式处理后的气室其SF6气体含水量均符合国家标准。

2.2.2 吸水材料的选用及活化

由于本工程涉及到需要处理超标水分的气室很多，在吸附剂选择时采用大连生产的吸水能力很强的KDHF-03型吸附剂，其球径分别为2～3 mm和4～6 mm。根据以往使用经验，KDHF-03型吸附剂性能较强，其主要性能见表1。

表1 KDHF-03型吸附剂的主要性能Tab.1 Main performance of KDHF-03 adsorbent

从表1中可看出球径为4～6 mm的吸附剂抗压强度优于球径为2～3 mm的吸附剂，静态吸水率也稍好。本工程选用了球径为4～6 mm的吸附剂。

对于无包装损坏和受潮现象的吸附剂直接拆包装使用。在拆开吸附剂袋后，立即查看袋内所装试纸的颜色，试纸呈现蓝色可直接使用，若试纸呈浅粉色时必须采用活化或烘干的方法进行处理。处理方法为：（1）将KDHF-03吸附剂放入烘干箱中加热至500～600℃（不能超过600℃，否则会破坏吸附剂的性能），保持2 h；（2）将KDHF-03吸附剂放入烘干箱中加热至250℃，保持24 h。此2种方法获得的吸附剂的效果是一样的。

为了防止盛放吸附剂的布口袋受潮，在活化吸附剂的同时，将盛放吸附剂的布口袋放入另一个烘干箱中加热至100℃保温，驱除其所吸收的潮气，待安装吸附剂时，再取出。

2.2.3 吸附剂的放置

由于ZF15-550型GIS的结构紧凑，安装空间小，而且盆式绝缘子水平放置的很多，为了防止安装在罐内的吸附剂产生的灰尘落到水平盆式绝缘子上，不能按常规的方法将吸附剂放入罐体内部，而是采用外挂罐体，在罐体的内部放置吸附剂。对于安装环境狭小和不能使用直筒罐体的安装口，外挂的罐体采用了弯头的形式。

为了防止吸附剂粉尘进入罐内，在安装吸附剂时采用2层过滤的方式，第1层过滤是将零散的吸附剂放入专用口袋，第2层过滤是在外置容器和GIS设备本体之间放入的过滤网。通过这2层过滤装置，在充入氮气时有效地抑制吸附剂灰尘的扩散。

吸附剂烘干结束后，关闭烘干箱的柜门待烘干箱的温度降至环境温度，再将吸附器取出安装。尽量缩短吸附剂取出烘干箱直到安装完毕的时间，一般不超过15 min。安装完毕后，一般不宜超过30 min，应立即抽真空。

2.2.4 气体处理

为控制气室内SF6水分含量，每个气室都经过2次水分的处理，即第1次抽真空结束时充入0.3 MPa的氮气保持48 h或更长时间，检测充入氮气的微水含量，合格后向大气中排放；第2次抽真空结束后充入规定的SF6气体，具体操作过程如下：

（1）先把外置罐体装入要处理气室的防爆膜接口上，在容器内装入过量的吸附剂，装入吸附剂前一定要将过滤装置放入容器内，抑制吸附剂灰尘对产品内部的影响。

（2）装配完成后，进行抽真空作业，抽真空压力值达到40 Pa后，继续抽真空4 h，目的是利用真空作用将附着在固体表面和侵入固体内部（尤其是结构较疏松的绝缘材料的内部）的微量水分抽出，在抽真空过程中尽量减少吸附剂对水分的吸附。

（3）在抽真空结束后，立即充入0.3 MPa的高纯氮气（纯度99.9%），保持48 h，并在每天下午14：00从充气口取样测量充入氮气的微水含量指标及其变化情况，待指标合格且稳定后放掉氮气去掉外接容器，再正式放置额定容量的吸附剂，抽真空后充入额定压力的SF6气体。

通过上述的处理过程可以发现，充入氮气的压力越高，吸附剂的吸附效果越好，但是在吸附剂趋近饱和后则吸附效果明显减弱。在日照强烈时气室内的微水含量稍高，这是由于温度升高时，水分子吸热获得较大的热动能，因热运动而脱离零部件表面，游离到氮气中；温度降低时相反，气体中的水分子因热运动能量的下降而被固体吸附。对充入的氮气要保持2天以上的时间，促使吸附剂对温度升高时吸附游离出来的水分。使放入的吸附剂充分发挥作用，并在每天温度较高的14：00进行微水含量的测量。