SF6气体湿度对SF6开关装置的影响

SF6气体湿度对SF6开关装置的影响


SF6气体湿度对SF6开关装置的影响(发表于行业通讯)
摘要：本文深入探讨了SF6开关装置中SF6气体湿度即水分含量对开关绝缘性能带来的危害，以及在SF6开关装置制造过程中设备内部水分的控制注意点。
关键词：SF6 气体湿度 开关装置 影响
0 、前言
随着电力建设的发展，城市用电的增长，农网改造的进行，SF6 气体以其优异的绝缘性能和灭弧性能被广泛用于电气设备中，充SF6气体开关装置的运行也得到迅猛的发展，全国各高低压开关制造厂也相继对SF6开关装置进行研究、设计、生产，使开关性能得到日益完善，但是SF6开关装置中SF6气体的湿度不仅会影响设备的电气性能，而且运行中水分还会与SF6气体的若干分解物发生水解反应生成有害物质，这一问题一直是充SF6气体开关装置发展过程中的瓶颈。本文就此问题进行分析和探讨。
一、SF6气体中水分对SF6开关装置的危害
存在于SF6气体中的水分的最主要的危害是在电弧作用下与SF6气体产生反应，在电弧或电晕作用下，SF6气体将被分解为SF4、SO2F2（氟化硫酰）、SOF2（氟化亚硫酸）、HF（氢氟酸）和SO2 等有害物质，生成物HF是所有酸中腐蚀性最强的，SO2 遇水生成亚硫酸H2SO2 ，它也是一种腐蚀性物质。因此如果SF6气体中含有水分，不仅会降低设备的绝缘强度，而且会危害人体健康。另外SF6气体中混杂的水分通常以水蒸气形式存在，在较低温度下水蒸气可能凝成露附着在零件表面，降低绝缘件表面的电阻，并改变了绝缘件的电场，实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%，从而产生沿面放电的几率大大提高，根据国内近几年来SF6开关装置的运行情况，实际运行过程中SF6开关装置的内绝缘事故亦主要是有SF6气体中水分凝露造成的。
二、SF6开关设备中水分含量的标准要求
GB7674中规定SF6开关装置中SF6气体含水量如下（表1）
表1 标准关于SF6气体含水量的规定（x10-4体积比）

隔室 交接验收时 运行允许值
有电弧分解物的隔室 ≤150~200 ≤300~400
无电弧分解物的隔室 ≤500 ≤1000

标准控制水分的指标，就是指容器内水气和SF6气体在相同温度和相同压强下的体积比，通常测量SF6气体湿度的方法有露点法、电解法、阻容法等，标准中除规定了交接验收时开关装置中的水分含量外还规定了运行过程中开关装置内SF6气体允许的水分含量。标准对这两点的规定是完全必要的，原因有二：
第一，这是对设计者、制造者和使用者提出不同的要求，以保证开关装置内存留足够少的水分。
第二，在规定开关装置的允许水分含量时，其实开关装置能在标准规定的各种环境下安全可靠运行，是对设计生产者提出的更高要求。
三、SF6开关装置中的水分控制
这一问题，我们应该从产品设计和生产装配过程两个方面来分析：首先设计者在设计绝缘件的过程中应尽量降低因水分而可能引起的沿面耐电强度的降低的几率，通过对结构设计、材料选择、加工工艺等方面加以考虑，以保证开关装置在投入运行后能满足标准规定的要求；其次在生产过程中，生产者必须按照开关装置的要求制定严格的工艺标准，尽可能减少装配过程中可能残留在开关装置内部的水分，因为装配过程对于开关装置来说是一个非常重要的环节。
本公司研发、生产的具有独立知识产权的DLF-12负荷开关（FLN48-12），在水分控制方面取得了很好的效果，我公司生产的DLF-12负荷开关产品已再我国很多地区得到安全运行。以下我们就针对生产装配过程中如何进行水分控制，谈谈几点心得。我认为为了达到装配过程中尽量少的给设备内部带入水分的目的，装配过程中必须在以下几个方面加以注意：
A、减少装置内部元、器件和表面的存水，具体措施是在零部件使用前必须密封保存，而且装配前24小时应对元器件在适当温度下进行烘干处理。
B、降低充气设备中SF6气体中的水分含量，以及充入开关装置中的SF6气体所含的水分，这就是要求所选用SF6气体必须符合国家标准要求。
对SF6气体的质量要求，SF6气体中杂质含量如下(表2)：
表2 SF6新气质量标准
项目名称 IEC376 GB12022
纯度（SF6）（m/m） ≥99.8%
空气（N2+O2）（m/m） ≤0.05% ≤0.05%
四氟化碳（CF4）（m/m） ≤0.05% ≤0.05%
湿度(H2O)(μg/g) ≤15 ≤8
酸度(以HF计) (μg/g) ≤0.3 ≤0.3
可水解氟化物(以HF计) (μg/g) ≤1.0 ≤1.0
矿物油(μg/g) ≤10 ≤10
毒 性 生物试验无毒 生物试验无毒

C、保持绝缘件表面的清洁，装配前可以用丙酮将其表面擦洗干净，同时保证使用时绝缘件表面的清洁，且装配过程中可以用紫外线灯对半成品进行烘干，以达到降低水分含量的目的。
D、在充气过程中，在对SF6开关装置抽真空准备充入SF6气体前，先应该对装置在抽真空状态下充入干燥N2气保持数分钟进行干燥，循环进行三次。真空处理一方面可检查设备的气密性，另一方面可抽出气室中的氧气和水分等有害成分，这一过程中的真空度、真空持续时间和充入氮气的微水含量都是关键数据。
对氮气的质量要求：
氮：≥99.999%(v/v)
氧：≤0.003%(v/v)
水分: ≤2.6 PPm
氢：≤1 PPm
氟等惰性气体：≤10 PPm
E、改善装置密封部位结构的同时，在装配过程中摸索出工艺上的改进，包括密封圈的选用（密封圈必须表面光滑，修边后残余毛刺其厚度应小于0.15mm，边宽应小于0.1mm，修边时不得划伤密封圈表面，而且将密封圈敷在密封槽内时，要防止发生扭曲）、密封硅脂涂抹（在密封槽的底部外侧均匀敷上一圈密封胶）、螺栓旋紧顺序（将螺栓、螺母固紧时必须按顺序对称进行而且应该均匀加力，建议采用力矩扳手）(以本公司生产的DLF-12产品为例，如图1)等，这样就可以增强开关装置密封结构的严密性，从而达到防止环境中的水分从外部经开关装置密封面侵入开关装置内部的目的。

F、虽然SF6 气室经过了严格的清理和真空处理，并充入了合格的SF6气体，但是气室中仍有少量残余水分，而且运行中还会产生一些新的杂质。因此在装置中装入既能吸收水分又能有效消除电弧分解物的吸附剂（最好选用F-03型吸附剂）是完全必须的，这样既可以吸收水分，同时也减少电弧分解物对人体和电器设备可能产生的危害。同时应注意经过高温活化的吸附剂应立即安装,尽量缩短其在空气中的暴露时间(一般不超过15min)安装完成后应立即抽真空。
四、结论
设计者、制造者和使用者都很关心SF6开关装置中SF6气体中所含的水分的多少，都希望把它降低的越低越好。事实上，通过结构设计、材料选择、加工工艺、装配工艺和适当的充气方法，只会尽可能减少充入的SF6气体中和零部件表面及内部的水分，只会尽可能减少从装置外部渗入的水分。然而SF6开关装置内的气体湿度还受到环境温度等各种综合因素的影响，因此要想完全消除SF6开关装置中的水分是完全不可能的。换句话说，无论生产者还是使用者只要能保证SF6开关装置符合标准对水分含量的要求，保证开关装置能够安全可靠运行，就足够拉，就没必要提出太苛刻的要求。

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