论文部分内容阅读
摘 要 SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能，被广泛应用于电气设备中。 但水分的存在会对电气设备的安全运行及SF6气体的电气性能产生影响。本文分析了水分存在的这种影响以及如何进行防范。
关键词 SF6；水分；设备；安全
中图分类号 TM925 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0168-01
0 引言
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。
关键词 SF6；水分；设备；安全
中图分类号 TM925 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0168-01
0 引言
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。