浅谈六氟化硫断路器绝缘介质的水份控制

摘要：随着现代电力事业的飞速发展，SF6断路器以其独特的性能和优良的运行状态，已独占鳌头，与空气和油断路器相比，SF6断路器具有许多技术优点，因而在超高压断路器中已被广泛采用，随着我省经济的发展，它将会在农电系统越来越普遍采用。

关键词：六氟化硫断路器水份

六氟化硫断路器绝缘介质中水份的控制，则成为影响其技术性能的重要指标之一。

一、水份对开关性能的影响

这种影响主要表现在对产品绝缘性能、开断性能的影响和对零部件的腐蚀作用三个方面。

1、水份对绝缘性能的影响

当水份不足以在绝缘物表面产生凝露时，亦水份的饱和气压低于水蒸气的饱和参数时，产品的绝缘性能一般影响不大。但实验表明，当相对湿度为30%时，尽管未产生露珠，绝缘子表面闪络电压已开始下降。尤其是运行中的开关，绝缘件表面覆盖有SF6分解物，在气体中含水份很少时，这些分解物是绝缘的，但当SF6气体含水份较重时，受潮的固体分解物呈半导体特性，使绝缘子表面绝缘电阻下降。

2、水份对开断性能的影响

实践中曾有2台220千伏的SF6断路器，因SF6含水量超过标准（实测值为1350）而导致满容量开断失败。同是这两台开关，未更换任何零件，仅仅换了干燥的气体之后，顺利地通过了开断试验。

水份对开断性能的影响原因分析如下：

SF6被电弧分解后，主要的分解物是SF4+，其次是SF2+、SF5+及负离子F2-、F-、SF-。在电弧电流过零之后，这些正、负离子很快（0.1ms之内）复合成负电性的SF6，使开关断口间的介质强度迅速恢复。而水份的存在，对介质强度的恢复起阻碍作用。

这是由于SF4被水解：

SF4+ H2O SOF2 + 2HF・・・・・・・・・（1）

使断口间重新复合的SF6分子数变少了，亦水份妨碍SF6分解物的复合。

还由于SF6在高温时被水分解：

SF6+ 4H2OH2SO4+ 6HF ・・・・・・・・・（2）

部分硫酸在150℃～200℃时进而分解，使水份增加：

2H2SO4 2SO2+ 2H2O + O2 ・・・・・・・・・（3）

这种恶性循环的结果，一方面使弧隙SF6分解量增加复合量减少，吸附电子的能力减弱，开断能力下降，另一方面如气体分析结果所示的酸性物质增多。

3、水份对开关零部件的腐蚀作用

如上述（1）、（2）式所示，HF及H2SO4的产生，会对某些金属件或绝缘件产生腐蚀作用。经断流容量试验后，解体产品发现：铜及锌层有变色现象，填充石英砂的环氧树脂浇注件表面可见小米大小的腐蚀砂眼。值得强调的是，水份的存在会加重上述的腐蚀作用。

二、SF6断路器水份的控制界限

水份的数量表示有两种方式：

P1水分压：或kg/cm2

X水份浓度：体积浓度或重量浓度，1=8.11。

若以P2代表开关额定工作气压（绝对气压值），有如下关系：

P1=X×P2×10-6（kg/cm2） ・・・・・・・・・（4）

列出的饱和水气压及（4）式，即0℃时不同工作气压下的露点临界限。在曲线a以上的水份为液态。

当水份含量是常数时， 0℃以下水份达到饱和气压时，在绝缘件表面会覆盖冰霜，而冰霜是绝缘体，不影响绝缘性能。20℃以上的饱和气压低于表一数值，绝缘性能也不受影响。只在0―20℃区间，当水份接近或超过饱和气压 ，将产生凝露，绝缘性将大幅度下降，其中以0℃左右的饱和气压最低，故0℃时是对断路器绝缘最不利的。

水份对绝缘开始起破坏作用的起点是相对湿度为30%时，从这一值考虑再计算出曲线b，即就是水份的控制界限，超过这一界限就会对开关性能产生不良影响。运行中的设备如水份接近这个界限就应采取有效的干燥气体的措施或换气。可以认为曲线b以下为安全区。

对于刚投入运行的新设备或检修后刚投入运行的设备，则希望水份控制到更低的水平，以防设备在运行的过程中，大气的水份侵入而增加的水份量对开关的影响，水份值宜取Xb的一半，据此可绘出曲线c，即Xc=×b刚充气设备的水份合格线。

三、水份的检测方法：

四、水份进入断路器的途径

水份进入开关的可能途径有如下五种：

1、SF6气体本身的水份，按国际IEC标准，其含水量不大于15，而我国标准为不大于8。

2、产品零部件，尤其是绝缘件中吸附的水份，或产品出厂前异处的积有水。

3、产品组装或安装时，从大气中带入的水份。

4、充气时，充放气装置如果干燥处理不好可能带入水份，或从充气接口部分吸入水份。

5、运行的产品，通过密封圈向开关内部渗入水份。运行开关虽然内部气压高于大气压，但就水份而言，外部的水分压比开关内部要大得多。

五、控制SF6断路器中水份含量的措施

1、对使用的新SF6气体含水量要从严掌握，不但要加强气体的保管，还要逐一测量每瓶气体的水份大小，进行搭配使用，对超标（标准为64）的，要进行干燥处理，其方法和效果如下图一和表一。

图一：气体干燥处理图

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待处理SF6处理后SF6

表一：气体干燥处理前后水份对照表

站名 渭河升压站 沣河变 马营变

瓶号 708 679 9001 9013 9011 4949 9487 33129 26523 41578 2642 684 199

处理前值 66 80 100 69 65 67 91 83 65 68 65 64.5 64.5

处理后值 23 39 45 24 20 26 43 41 40 45 37 18 15

2、严把安装或组装的质量关，减少水份进入。

（1）、安装及组装工作要选在天气晴朗、相对湿度较小的时间进行，加强协调作业，采用先进的工艺及施工方法，尽量缩短断路器暴露大气的时间。

（2）、严格按封密作业指导书进行，以防漏气或外界水份侵入。

（3）、加装F-03吸附剂时，不得提前打开密封袋，以防F-03的吸水性能降低。

（4）、对开关内部残存的积水要用吸附剂进行稀释，并用99.99%以上的氮气吹净。

（5）、安装完毕，要及时进行干燥处理，即对开关本体进行抽真空，真空度达1托（133）时，还要进行30分钟作业，保持4小时后，其真空度不得大于1托。这样才能将开关内部固有的部分水份和安装过程中进入的水份脱出，以保重启后的水份含量不超标准。

3、减少充气环节带入水份。抽真空作业后，要进行充气作业，每次操作时，要对气瓶的阀口、回收装置的阀口、开关的进气阀口用99.99%以上的氮气吹净，或用吸湿纸擦净，阀口要紧固，以防漏气或进入水份。其次，每次充气时要对充气管道抽真空，或用SF6气体吹过，以防管内水份进入开关。

4、要确保密封质量，减少水份从尘埃缝隙进入。大型开关安装或组装时要围屏障，架装防尘架。小型开关组装时，要在密封较好的检修间进行。作业人员要穿戴SF6作业服，卫生清理要用吸尘器。

5、安装或检修好的开关充完气后，要对每一个密封阀面用塑料薄膜包扎，放置24小时后，测量每一包扎处的SF6浓度，计算其整体气漏气量不得超过1%，一般情况下，每处SF6浓度不超过30，则其整体年漏气量将不超过1%。

按上述方法进行作业，开关的含水量能得到很好的控制。一般情况下，能保证SF6开关运行6年不大修不换气。

六、结论

1、在凝露温度区间，0℃饱和水蒸汽压力值最小，即断路器SF6水份在0℃时对开关性能构成威胁最大，由此得到SF6开关水份管理线，从曲线知道SF6气压等于6kg/cm2时，水份的规定值和允许值最接近我国标准。SF6气压越低，标准的规定值和允许值之间的裕度越大，反之裕度越小，也就是说，对于农电系统使用的10千伏SF6开关，其水份含量的要求就偏严了。

2、SF6开关水份管理线，其对应值即开关的水份允许值，取允许值的一半即开关的水份规定值。考虑到大气水分压值与开关内部水分压值相差的倍数，与大气温度、湿度有关，我省榆林地区气温低、湿度小，使用我国统一标准就偏严了。

3、我国控制开关水份的重要措施之一，是对新SF6气体的IEC标准中，水份含量由15改定为8，所以在今后引进国外SF6开关时，要特别注意随设备带来的SF6新气的含水量。

4、随经济的发展，我省农电系统已不同程度的开始使用SF6开关（主要是LW3-10开关），虽厂方服务较好，安装很简单，投入运行时的水份测量是十分必要的，成功的经验及有效的水份控制措施，仍对设备的检修和运行检查有指导和借鉴意义。

七、参考资料说明

1、SF6电气设备中气体管理和检测导则 GB8905-88

2、电力用油与SF6的测定方法 SD-1989-10-01

3、SF6气体设备的实用性能 （日本出版）

4、SFMT-363型SF6高压断路器使用说明书（三菱电机株式会社）

5、LW3-10型户外高压SF6断路器使用说明书（湛江高压电气总厂）

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看