六氟化硫断路器微水超标原因分析及降低含水量控制措施

2013-08-15李波

电气开关 2013年2期

李波

（瓦房店高压开关有限公司，辽宁瓦房店 116300）

1 引言

SF6断路器具有断口电压高、开断能力、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、不需要维修或少维修。这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比，在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器；另外在中压配电方面，SF6断路器具有在开断容性电流时不重燃，以及开断感性电流时不产生过电压等优点，正逐步取代其他类型的断路器。SF6断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。SF6是无色、无味、无毒，不可燃的惰性气体，具有优异的冷却电弧特性，介电强度远远超过传统的绝缘气体。在均匀电场下，SF6的介质强度为同一气压下空气的2.5～3倍，在4个大气压，其介质电强度与变压器油相当。由于SF6的介质强度高，对相同电压级和开断电流相近的断路器，SF6的串联断口要少。一是因为SF6的分子量大，比热大，其对流的传热能力优于空气；二是SF6在高温下的分解特性，在分解反应过程中吸收能量。SF6这种优良导热性能，是形成SF6灭弧性能的原因之一；另外，SF6吸附自由电子而形成负离子的现象也是其成为优良灭弧介质的原因。

2 SF6气体微水超标的危害性

常态下，SF6气体无色无味，有良好的绝缘性能和灭弧性能，一旦大气中的水分浸入或固体介质表面受潮，则电气强度会显著下降。断路器是户外设备，当气温骤降时，SF6气体过量水可能会凝结在固体介质表面而发生闪络，严重时造成断路器发生爆炸事故。纯净SF6气体，在运行中，受电弧放电或高温后，会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物，电弧消失后会又化合成稳定的SF6气体。当气体中含有水分时，出现的氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等，危及维护人员的生命安全，对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀，使绝缘劣化，甚至发生设备爆炸。

要完全清除SF6断路器内SF6气体的水分是不可能的，但是掌握SF6气体微水超标的原因，采取相应的预防控制措施，减少SF6气体中的水分，可以保证和提高断路器的安全运行可靠性。

3 SF6气体微水超标的原因分析

SF6气体微水超标的原因，主要有以下六个方面:

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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，是水份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，渗入的水份就越多，由此进入SF6气体中的水份占有较大比重。

4 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:

（1）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。

（2）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份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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。