浅析水分对SF6气体及SF6设备的影响

摘要： 分析了SF6设备中水分的来源，SF6气体中水分对SF6开关装置的危害及SF6气体中微水监测和控制。

Abstract： The source of the water in SF6 device， the detriment of the water in SF6 device and the monitor and control of the brackish water in SF6 gas are analyzed.

关键词： SF6气体;SF6装置;微水;监测;控制

Key words： SF6 gas;SF6 device;brackish water;monitor;control

0 引言

SF6气体的突出特点就是拥有比较强的电气绝缘以及灭弧性能，并且已被广泛地应用于高压电器设备。伴随我国国民经济的发展以及科学技术的进步、电网建设和改造步法的不断加快、设备无油化率的不断提高，内部充装SF6气体的高压电器已被普遍应用于电力系统当中，SF6断路器抑或是气体绝缘封闭式组合电器（GIS）在新建还有技改工程的项目当中都是将SF6气体来作为绝缘和灭弧介质的，知晓SF6气体的性质以及掌握相关因素对SF6气体及设备造成的影响是对SF6气体设备进行维护、检修工作的最重要的一点。

尤其是有10年以上运行时间的设备，受到现场各个方面的因素的制约，参照GB7674-1997《72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》以及GB50150-91《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》对于SF6开关装置的试验之外，对于现场的绝缘试验也就是交流耐压，因为受到现场条件的多方面的限制，大多是由厂家保证，交流耐压试验也没有完全在开关设备中进行，尤其是运行中的设备会受到运行方式的限制，在很多情况之下都是通过对SF6气体的微水含量以及检漏来对其进行控制，由此可见，SF6气体中微水的含量是一项极其重要的指标，这项指标不单单影响到了设备的绝缘性能，对于设备的安全运行也起到了十分重要的作用。

1 SF6设备中水分的主要来源

1.1 SF6新气或SF6再生气体中本身含有水分

在生产的过程当中混入的水分是SF6新气中水分的主要来源，因为SF6在合成之后，需要经过一系列的工艺：热解、水洗和碱洗以及干燥吸附等，复杂的生产环节也导致遗留了少量的水分。SF6再生气体中的水分主要是再生过程中过滤器工作不正常或吸附剂更换不及时造成的，向设备进行充气抑或是补气的时候，水分就会进入设备的内部。此外SF6气瓶在长时间存放的过程当中，倘若气瓶的密封不好的话，那么大气当中的水分便会直接向内进行渗透，从而使得SF6气体当中的含水量增加。

1.2 SF6设备在组装维修检查和充补气过程当中所混入的水分

在组装以及维修检查高压电器设备的时候，也许会把空气当中所包含的水分带入设备的内部中。即使设备在组装完毕之后仍需用高纯氮气冲洗以及抽真空干燥处理，但是，附着在设备的内壁上抑或是灭弧室元件以及拉杆等部件的水分也不会被全部排除干净。如果充补气管道的保存方式不当，对于管道的冲洗不完全的话，在进行充补气的时候也会造成水分进入到设备的内部。

1.3 绝缘材料以及设备当中的吸附剂其本身含有水分

环氧树脂浇注品时SF6电气设备当中的固体绝缘的主要的材料，其含水量通常在0.1%～0.5%这个范围中，这些在固体绝缘材料中的水分会伴随着时间的流逝而慢慢释放掉。因为吸附剂饱和失效，平衡吸附量缺乏，对于增多的水分便没有办法再进行吸收，这便造成了设备当中SF6气体含水量的增多。

1.4 大气中的水分经由SF6电气设备密封薄弱环节而渗透到设备的内部

因为SF6高压电器设备的内部气体湿度是经由人为来进行操控的，这也导致设备内部的气体含水量比较低。内部的水蒸汽气压低，但大气中水蒸汽气压却相对很高。在这样的高温又高湿的条件之下，水分子便会自动从高压区往低压区进行渗透。外界的气温越高且相对湿度越大，那么内外水蒸汽的气压差也就会越大，从而也导致了大气中的水分透过设备的密封薄弱环节进入到设备的可能性也就越大。因为SF6的分子直径为4.56×10-10m，水分子的直径为3.2×10-6m，SF6分子为球状，水分子是细长棒状，那么在内部外部水分气压差比较大的时候，水分子便易于进到SF6的设备的内部。

2 水分对SF6气体和SF6设备的影响

①SF6气体含水量比较高的时候，在绝缘材料表面结露的现象便会极易发生，这会致使设备绝缘下降，在严重的时候会发生闪络击穿等事故。经由电弧的作用下，含水量比较高的SF6气体被分解，多种水解反应会在SF6气体和水分中产生，产生WO3、CUF2、WOF4等等的粉沫状绝缘物，其中的CUF2 具有吸湿性十分强烈这样的显著特点，附着于绝缘件的表面，使得沿面的闪络电压下降，HF、H2SO3又具有腐蚀性极强这一特点，对于设备固体有机材料以及金属都会有很大的腐蚀作用，这也导致设备的使用寿命被缩短了。

②含水量比较高的SF6气体，许多化合物会在电弧的作用下产生，这便影响了SF6气体的纯度，也相对减少了SF6气体介质中的复原数量，还有某些物质使得分解物的还原被阻碍，导致其影响到了SF6气体的灭弧能力。

③含水量较高的SF6气体，很多的化合物，诸如WO2、SOF4、SO2F2、SO2等，会在电弧作用下产生，那些化合物都属于有害有毒物质，伴随着水分的增加，其中的SOF2、SO2的含量也会相应增加，且和其增加的水分发生一些反应，从而生成WO2、HF、H2SO3等等的新的有害物质，从而进一步造成对设备的危害。

④SF6气体在常温下是很稳定的，温度低于500℃时也不会自行进行分解，但是当水分的含量比较高的时候，温度高于200℃的时候便有可能会有水解反应的发生，生成HF、H2SO3、SOF2以及SO2F2这样的有害有毒杂质，在所有酸当中，腐蚀性最强的当属HF。HF对于绝缘材料以及金属材料的腐蚀性是非常大的，其强大的腐蚀性对于电瓷和玻璃也不例外，而且还会对人体产生一定的危害，其在环境温度较低的时候会凝结成露水附在零件表面，在绝缘体表面，便可能产生沿面放电从而致使击穿事故的产生。

⑤在电弧作用下，SF6会分解，因为水分会使得低氟化物的水解速度加快，生成剧毒气体SOF2。在0℃的时候，SOF2和水的反应很慢，但是它和溶于HF中的水可发生瞬时反应，生成SO2以及HF水分的增加也会使得反应速度加快。

⑥在电弧将SF6分解为原子态S以及F的时候，同一时间，触头会蒸发大量的金属Cu以及W蒸汽，在高温之下，这种蒸汽和SF6会发生反应从而产生金属氟化物和低氟化物，生成的SOF2和HS都是剧毒，HF还会和含SiO2元件发生反应，从而腐蚀固体元件表面。

⑦通常情况下，在SF6气体中存在的水分不会对开关装置的绝缘产生明显影响。但是当其在绝缘件的表面以液态的形式存在的话，便会降低沿绝缘件表面的电阻，改变绝缘件的电场。经过试验表明，附着于绝缘件表面的水分会使得绝缘件沿面放电电压下降到无水时候的60%～80%。

⑧在运行当中也会发生SF6气体中的水分结霜这样的问题。在设备的内部当中的SF6气体的水分产生结霜之后，绝缘件的温度回升至零度的时候，绝缘件表面的霜便会融成水且也是因为这一点而使得绝缘件的绝缘强度降低。通常会认为，只需将设备中SF6气体的水分降致使其露点比0℃低，水分便会直接成霜，即可避免水分对于绝缘的负面影响。但是这种认识是片面的。倘若露点温度为0℃，这个时候，霜便开始融化为水。在使用的过程中这是经常会发生的，这便一定会使得设备的绝缘程度降低。也只有当升温的过程非常慢，且当霜的温度没有达到0℃前便升华为水气的时候，水才不会呈现出液态。霜变为水是由升温的程度以及露点的高低还有SF6气体的多少和设备内水分的多少这几个因素决定的。

3 设备中SF6气体的水分控制措施

在SF6设备当中，应用下列办法来控制SF6气体中的水分含量。

①应将SF6新气体抑或是再生气体的含水量加以严格地控制，不可超过国家标准。运行当中SF6气体的含水量可以高一些，但是绝对不可以超过国家所规定的SF6气体运行中的标准值。补充SF6气体时对存放半年以上的气瓶，使用前，应复测其中的气体微水含量。国家标准中新SF6气体的含水量不得高于8ppmw。

GB50150-91、DL / T596-1996规程规定的SF6气体含水量见表1和表2。

②改善SF6高压电器设备在组装和维修检查过程中的环境状况，监测环境的空气湿度，工作现场空气湿度不得大于80%，安装检修人员须遵循与之相关的工艺的要求在现场来对其进行组装和维修以此来使设备内绝缘件以及部件的清洁程度加以保持，因为，当一些污物在绝缘件的表面存在时，会使得绝缘件的表面绝缘电阻降低至几个数量级，从而导致绝缘件沿面放电电压会大大下降。试验以及理论分析已经证明，当能够降低绝缘电阻的污物不在绝缘件表面存在的时候，凝结水本身不会让其沿面绝缘能力大幅度降低。也就是说，保持绝缘件表面的清洁在组装以及维修的时候是必须要做到的。在组装之前，可以利用丙酮擦干净其表面，在使用时也要保证绝缘件表面的清洁。应保存良好充补气管道，充补气之前，应当彻底冲洗干净管道，防止水分进到设备内部。

③要将SF6设备密封材料的质量以及密封部位的结构加以改善，且要选择质量上乘的密封材料用来防止水分渗入设备内部，避免使用含水量高的绝缘和密封材料。吸附剂是很容易就会受潮的，所以要烘干处理安装于SF6设备内的吸附剂。在200℃的烘干温度下要烘干时间12小时，在300℃的温度下要烘干4～8小时。烘干的吸附剂要置于密封干燥的容器当中冷却至稍稍比室温高之后快速置于设备内部，其在空气中的暴露时间不能超过10分钟。

④安装检修人员应严格按相关的工艺要求进行组装或维修，对接面应涂抹防水密封胶，对接密封面紧固螺栓的紧固应严格按照力矩要求均匀紧固，保证密封面密封良好，防止大气当中的水汽经由SF6设备密封薄弱环节渗透进入设备内部。

总而言之，水分对与SF6气体以及设备的影响是非常大的，SF6气体中水分含量的多少直接关系到SF6气体绝缘强度的高低和设备的安全运行。在SF6设备中，应严格控制SF6气体中的微水含量。只有把SF6气体中微水含量控制在国家标准规定的范围内，才能使水分对SF6气体以及设备的影响降至最低，才可以保证SF6气体的绝缘强度的稳定以及设备的安全运行。

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