SF6气体微水含量超标原因分析及处理

许 昌 胡 昊

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌443000）

0 引言

随着电网的迅速发展，电力系统的容量急剧增大，SF6全封闭组合电器以其体积小、噪音低、维护工作量小等特点，得到了广泛应用。SF6气体是一种稳定的惰性化合物，常温下一般不会发生化学反应，因此其是一种极好的绝缘和灭弧介质。

如果SF6气体中含有空气、水分等杂质，在一定条件下（如电弧、火花放电），被电解产生的氟硫化合物与水反应可以生成腐蚀性很强的化学物质，会腐蚀金属部件与绝缘材料，缩短设备使用寿命，影响SF6气体纯度及其电气性能。而且水分过量会凝结在固体介质表面，在设备运行后发生闪络，严重时会造成断路器爆炸事故。因此，微水试验作为SF6电气设备的必试项目，已广泛地受到重视，必须加强对SF6电气设备的监测［1］。

我国行业标准DL／T603—2006中规定了SF6气体湿度的检测标准。

（1）周期：新设备投入运行及分解检修后一年应检测一次，运行一年后若无异常情况，可间隔1～3年检测一次。

（2）SF6气体湿度允许标准如表1所示。

表" (:/气体湿度允许标准

1 SF6气体微水检测记录

1.1 齐岳山南能线出线气室SF6微水试验数据及趋势图表

2014年在齐岳山风电公司一级站检修时，发现其GIS南能线出线气室微水超标，具体测量数值如表2所示，检修处理之前微水值为1 049μL／L，检修处理之后，微水含量一直处于上升趋势，48h后，稳定后微水值接近运行允许极限值500μL／L。

表- 南能线出线气室微水值数据表

南能线出线气室微水值趋势图如图1所示。

图" 南能线出线气室微水值趋势图

1.2 清江水布垭电厂51PT SF6微水试验数据及趋势图表

2013年12月，检修公司在对水布垭电厂GIS进行周期性检测时发现母线上51PT三相气室SF6气体水分都超出500μL／L的运行标准，换气处理后，测量微水值为100μL／L以下。在母线带电运行一个月后，复测微水值在200～300μL／L间，发现SF6气体微水增长趋势较快。故2014年3月、4月、5月对其进行每月一次的加强检测。2014年2月及以后的微水值趋近稳定，未发现明显增长。具体测量微水值如表3所示。

表* #"91微水值数据表

51PT微水值趋势图如图2所示。

图- #"91微水值趋势图

2 原因分析［2］

通过以上数据可以看出，在经过处理后，SF6气体微水值会逐渐上升，但经过一定时间后，微水值逐渐趋于稳定状态。

2.1 气室内壁绝缘材料吸附的水分

气室内壁绝缘材料主要为环氧树脂，在设备安装或检修解体的过程中，水分会吸附在绝缘材料上难以完全排除。特别是在处理微水含量超标的气室时，大量水分会附着在气室内壁，这些微量水分不可能通过短时间抽真空的方法全部清除，在运行过程中就会慢慢向SF6气体中释放。

水布垭电厂51PT安装时内部绝缘材料没有完全干燥，PT内的绝缘材料、线圈非常致密，且长期处于缓慢向气体中释放水分的过程。所以，从安装运行至今51PT的微水值逐年缓慢增长，直至超标。气室更换SF6气体后，静置12h后测量合格，但绝缘材料中的水分仍然在向SF6中扩散，此时微水值仍在上升。经过一段时间的运行后，气室中的水分在绝缘材料和SF6气体中达到一个相对平衡状态，微水含量没有继续升高，而是达到一个稳定值。所以，水布垭电厂GIS设备微水值明显上升而后稳定，齐岳山风电公司也是这个原因。

2.2 环境温度对SF6微水的影响

当设备带电运行或者环境温度升高时，设备中的水分子平均动能会增大，使原先附着在器壁和绝缘件表面的水分子重新释放，导致SF6气体中的水分子数目增加，故此时微水值相应增大。在外界环境温度降低时，水分子的平均动能减弱，器壁吸附效应增强，这时会有相当数量的水分子被瓷套内壁或绝缘件表面所吸附，使SF6气体中的水分子减少，微水值相应减小。

齐岳山风电公司所在地海拔较高，GIS设备处于室外，白天阳光照射下的温度与阴凉处相差10℃。由于环境温度变化较快，且出线套管气室内未安装吸附剂，水分不能得到有效的吸收，因此在后续测量过程中发现设备微水含量上升较快。而水布垭电厂线路侧PT微水含量上升比较缓慢，一部分原因是设备位于室内，环境温度、湿度变化不大；另外一部分原因是有吸附剂的作用。

2.3 吸附剂中的水分

气室内部的吸附剂在不断吸收水分后会出现饱和状态。随着环境温度升高，气室内相对湿度减小，吸附剂吸附水分的能力降低，这时吸附剂会释放出水分来平衡因温度升高而使相对湿度降低的变化。反之温度降低时，则会吸收水分，使气体中微水含量降低。因此吸附剂在安装时暴露在空气中时间过长而受潮、吸附剂分量不足、吸附剂达到吸收饱和等原因，都可能使吸附剂不能起到吸附水分的作用。清江隔河岩电厂GIS就曾出现过因为没有及时更换已饱和的吸附剂，导致微水严重超标的事例。

2.4 外部水分渗透

虽然断路器中的SF6气体压力比外界气压高，但由于断路器内部气体含水量较低，而外界的水分压力比断路器内部高出一百多倍，且SF6气体分子为正八面体球体结构，水分子呈V形结构，其等效分子直径仅为SF6分子的0.7，渗透力极强。一些设备运行时间较长，气室有微量泄漏，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，导致微水值升高。

2.5 充气时带进水分

在换气过程中，管路与接口未干燥、装配时暴露在空气中的时间过长、抽真空时间不够、气室密封不严，都可能导致水分进入气室内，进而造成微水含量超标。

3 有效控制措施

3.1 制定规范的SF6气体处理工艺流程［3］

气体处理应在晴朗干燥天气进行，并严格按照有关规程和检修工艺操作要求进行操作。

3.1.1 检查密封部件

对于微水含量严重超标且泄漏量大的设备，应开盖检查密封部件是否完好，变形或开裂的应更换与原配型号相同的密封件。

3.1.2 更换吸附剂

安装时尽量缩短暴露于大气中的时间，应在30min内更换完毕吸附剂后立即抽真空，减少吸附剂自身带入的水分。

3.1.3 抽真空

将真空泵连接至气室，对设备抽真空到133Pa时，继续运行真空泵至少30min，停运真空泵，30min后读取真空度A，保持5h后读取真空度B，B－A≤67Pa（极限允许值为133Pa）才算合格。否则，应检查气室密封性并进行处理，直至抽真空合格为止。

3.1.4 干燥

为了能最大程度地去除气室内残留水分，用真空泵抽气室真空至50Pa并持续30min后，向气室内注入0.1MPa的氮气进行干燥，静止12h后测量氮气微水是否合格。如超标，则应继续更换吸附剂—抽真空—注氮—静止—测量的流程，直至测量合格为止。

3.1.5 充SF6

测量氮气合格后，重新将气室抽真空，然后向气室内注入合格的SF6至额定压力，静止24h，测量气室内微水含量。

针对齐岳山风电公司一级站GIS出线套管侧内没有安装吸附剂的情况，可以考虑在检查密封后，在气室内部放置大量吸附剂，抽真空注氮气测量微水含量合格后取出吸附剂，然后重新抽真空充入额定压力的SF6。

3.2 对测量数据进行校正

由于温度对气室内气体水分影响较大，测量水分时应根据厂家提供的含水量—温度修正曲线来对数据进行修正，使试验数据能真实地反映SF6气体微水量。

3.3 加强运行中SF6气体监视

设备密封不良可能导致泄漏，使外部空气中的水分渗透进入设备内部，从而影响SF6气体微水含量，而且设备泄漏会导致SF6密度降低，以致影响其绝缘性能。因此，有必要对运行中设备的泄漏情况加强监视。

4 结语

SF6微水含量超标的原因包括设备运行年限较长，气室内壁的固体材料会释放出水分；而且设备没有绝对的密封性，所处环境相对湿度较大，空气中的水分会缓慢渗透入设备内部；吸附剂在吸附水分饱和后，不但不会吸收气体中的水分含量，反而会对气室内释放水分。因此， 在处理微水含量超标时必须更换吸附剂，干燥气室后才能充入SF6。

今后检修应加强对运行中设备的监测与记录，做到早发现早处理，防患于未然，并且制定规范的检修工艺，切勿因赶工期出现不规范作业，从而给设备留下安全隐患。

［1］王晋根，黄弘.SF6电器中微水过量的危害及采标建议［J］.高电压技术，2002，28（5）：49，54.

［2］王永强，程仲林，张重远.关于SF6气体绝缘组合电器中微水问题的研究［J］.电力情报，2001（2）：40－43.

［3］DL／T603—2006 气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程［S］.