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SF6电气设备中水分的危害及防范措施研究
发布时间:2021-11-22 09:21:05 浏览次数:513次

    SF6气体具有良好的绝缘和灭弧性能,被广泛应用于电气设备中。但SF6气体中存在的水分不但会直接影响其电气性能,而且还会参与SF6电弧分解反应,生成的剧毒物质对人身造成伤害,酸性物质会对设备造成腐蚀,影响设备的使用寿命,以及对环境产生极大的污染。 


    1 SF6气体的性质及应用 


  六氟化硫(SF6)常态下是一种无色、无味、无嗅、无毒的非燃烧性气体,分子量146.06,密度6.139 g/l,约为空气的5倍。为便于运输和贮存,SF6气体通常以液态形式存在于钢瓶中。 


  SF6气体的化学性质非常稳定,在空气中不燃烧,不助燃,与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应;在低于150℃时,SF6气体呈化学惰性,极少熔于水,微熔于醇。对电器设备中常用的金属及其它有机材料不发生化学作用。然而,在大功率电弧、火花放电和电晕放电作用下,SF6气体能分解和游离出多种产物,主要是SF4和SF2,以及少量的S2、F2、S、F等。它是已知化学安定性最好的物质之一,其惰性与氮气相似。具有极好的热稳定性,纯态下即使在500℃以上也不分解。六氟化硫具有卓越的电绝缘性和灭弧特性,相同条件下,其绝缘能力为空气、氮气的2.5倍以上,灭弧能力为空气的100倍。现在没有一种介质或混合介质有如此良好的性能从而完全取代它。 


  SF6气体之所以适用于电力设备,因它主要有如下特性:


  1)强负电性,具有优异的灭弧性能;


  2)绝缘强度高,在大气压力为空气的3倍; 


  3)热传导性能好且易复合,特别是当SF6气体由于放电或电弧作用出现离解时; 


  4)可在小的的气罐内储存,这是因为室温下加高压易液化; 


  5)供气方便,价格不贵且稳定。
 

  SF6电气设备检修周期长,维护方便,占用地面和空间体积小。用六氟化硫气体作为绝缘介质制成的全封闭组合电气设备,可以包括断路器、隔离开关、接地开关、互感器、母线、避雷器等元件,并且高压带电部分全部密封于钢壳之中,无触电危险,提高了运行的安全性。同时,由于密闭组合,避免了外界环境的影响,适合于大城市、工业密集区、严重污秽地区的变电所安装使用。 


  2 电气设备SF6气体水分的来源 


  1)SF6新气带入。GB 12022-2006规定的SF6新气中的水分为 40 ppmv。
 

  2)设备安装时从大气中带入的水分。设备组装完毕后,虽然进行了抽真空并用高纯氮气干燥,但不可能把设备内壁所有的水分清除。 


  3)设备零部件(尤其是固体绝缘)中释放的水分SF6设备中的固体绝缘环氧树脂,随着设备运行时间延长及环境温度的变化,会把其吸收的水分缓慢释放到SF6气体中。 


  4)设备充气时,充放气装置如果干燥处理不好,可能带入水分。 


  5)对运行中的SF6电气设备,水分可以通过密封圈渗透SF6绝缘设备的密封圈面上使用的橡胶衬垫,运行多年后,密封垫老化,透过密封件和微孔渗入水分。 


  运行中的SF6电气设备,其内部气压要高于外部的大气压力,但就水分而言,外部的水分压比开关内部的要大。如果在外界环境温度及相对湿度增大的情况下,内外水分的差值会更大,水分通过设备密封薄弱环节进入设备内部的可能性更大。运行经验中,漏气量大的SF6电器设备(说明密封不良)其含水量容易超标就是一个证明。 


  3 SF6气体中水分对电气设备的危害
 

  水分是SF6气体中的极其有害的物质,可能引起一系列的问题,控制设备内气体水分含量,是保证设备安全稳定运行及运行维护人员安全的重要保障。
 

  3.1 水分加速设备腐蚀 


  一般来讲,气体中的微量水分对设备材料影响不大,然而对运行中设备来讲,由于含水使某些电弧分解气发生反应,会生成具有极强腐蚀性的酸性气体。当SF6气体水分含量达到一定数量时,在200左右,就会发生水解反应: 


  2SF6+6H2O=2SO2+12HF+O2 


  反应所生成的氢氟酸(HF)是具有极强腐蚀性的酸性气体,对人的皮肤粘膜有强烈的刺激作用,并可能引起肺水肿、肺炎等,对设备材料也是具有腐蚀作用。二氧化硫(SO2)同样是具有强烈刺激性气体,损害粘膜及呼吸系统,其水解物也具有较强的腐蚀作用。 


  3.2 水分使设备击穿电压下降 


  SF6 气体中的水分存在共有三种形式:气态、液态和固态。大量的研究表明,当设备中的水分以气态或固态形式存在时,其不会对设备的击穿电压造成影响 只有当其水分含量超过一定限度时,气体的稳定性会受到破坏,表现在气体中沿绝缘材料表面的耐压下降;当SF6气体中的潮气足以使绝缘材料表面凝结成露 时,设备的击穿电压会显著下降。 


  3.3 水分会增加设备有害杂质的数量 


  SF6气体中含有水分,由于水解反应会阻碍开断后SF6分解物的恢复,从而增加气体中有毒有害杂质的组分和含量。SF6被电弧分解后,其主要分解物是SF4+,其次是SF2+、SF5+,而负离子包括F2-、F-及SF-。当电弧电流过零后,这些正负离子迅速复合成SF6 但水分的存在,对SF6电弧分解物的复合起到阻碍作用: 


  从上式可以看到,SF6分解物水解过程,不但会产生一系列有害物质,而且还是一个恶性循环的过程,一方面使SF6分解量增加而复合量减少,吸附电子的能力减弱;另一方面气体中的腐蚀性物质量增大。
 

  由此可见SF6电器设备对水分含量的要求是非常严格的。因此,在生产、安装、调试各个环节中都应对水分严加控制。 


  4 防范措施 


  1)即使纯净的 SF6新气体中仍含有一定的水分。所以SF6电器设备在充填气体前,必须对气体的含水量进行测定,不符合标准的气体不得装入SF6电器设备。 


  2)SF6电器设备的部件在制造厂装配前一定要干燥处理。对于像GIS这类外壳体积较大的部件,在存放期间应加盖密封,并在其中放入适量的吸附剂。 


  3)在设备安装完毕抽真空前,应放入新的吸附剂。 


  4)SF6电器设备内安放吸附剂可以有效地减少内部的水分含量。 


  5)改进SF6电器设备的密封结构,提高密封面的加工精度与装配质量,选用优质的密封垫圈,这样可以减小外界水蒸气的进入。 


  5 结论 


  SF6气体中水分含量的多少,直接影响到电气设备的安全可靠运行。SF6气体水分含量超标会降低气体的绝缘强度及灭弧能力,同时气体的水解物多为酸性具腐蚀性物质,对设备及运行检修人员的安全产生危害。SF6电气设备在电力系统的广泛应用,决定了SF6气体技术监督的重要性。我们要加强其监测工作,超标时及时判定、处理,将设备隐患消灭在萌芽状态,防止事故发生。保证人身、电网、设备的安全。