对SF6气体中水分的危害与控制探讨

张海斌　张磊

摘 要：SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能，在电气设备中得到了广泛应用。在常态下SF6气体无色无味，一旦大气中的水分浸入或固体介质表面受潮，则电气强度容易出现明显的下降。水分的存在会对电气设备的安全运行及SF6气体的电气性能和绝缘性能产生不良影响。文章分析了水分存在的危害以及如何进行防范。

关键词：SF6；水分；设备；安全

引言

SF6气体具有良好的绝缘和灭弧性能，在电气设备中得到了广泛应用，在常态下SF6气体无色无味，有良好的绝缘性能和灭弧性能，一旦大气中的水分浸入或固体介质表面受潮，则电气强度容易出现明显的下降，SF6气体里面的水分直接影响到电气设备的性能和安全使用，而这些水分还会参与SF6电弧分解反应，出现的氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等，生成的剧毒物质对维护人员人身造成伤害，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。因此控制SF6气体中的水分，进行详细分析所超标的原因所在，并采用有效的预防与控制措施，减少SF6气体里面的水分，这样才能提高电气设备的安全性能，保证运行的可靠性。

1 SF6气体的性质及特点

纯净的SF6气体是一种无色、无嗅、基本无毒的非燃烧性气体。其相对密度在气态时为6.16g/cm3（20℃，0.1MPa时），在液态时为1400g/cm3（20℃时）；在相同状态下约是空气相对密度的五倍。

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S，SF6有着超强的灭弧性能与电绝缘性能，在同等的条件情况下，其灭弧能力是空气的一百倍，绝缘能力是氮气与空气的二点五倍以上。

然而，SF6气体有着出色的热化学特性，极强的电负性，极小的电弧时间常数。具有极高的绝缘强度和优越的灭弧性能。

2 SF6气体中水份对电气设备的危害

2.1 SF6气体的化学性质相当稳定，在一般情况下，气体中所存在微量的水分基本对电气设备材料不是很大的影响，而从电气设备运行角度来说，因设备含有水分会对某些电弧分解气出现变化，会生成具有极强腐蚀性的酸性气体。当水份含量较高时，温度高于200℃时就可能产生水解反应：

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。因此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。

2.2 水分对绝缘的直接影响。通常SF6气体中的水分以水蒸汽的形式存在，但一定的温度和压力下，当这些水份以液态存在于绝缘件的表面（特别是表面存在易于导电的物质）时，会降低沿绝缘件表面的电阻，并改变了绝缘件的电场。试验表明附着在绝缘件表面的水份可以使绝缘件的沿面放电电压降到无水时的60%～80%，可引起局部放电，严重时会产生沿面闪络，断路器中的SF6气体严重受潮时还能导致开断失败，引起爆炸。

3 电气设备SF6气体水分的来源

3.1 SF6新气体和再生气体自身包含的水分。

3.2 设备制造过程中残存水分。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。

3.3 绝缘材料析出的水分。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。有机绝缘材料缓慢析出的水分，一般估计有0.01%～0.5%（W）。

3.4 设备安装充气过程中，充放气装置干燥处理不好，可能带入水分；安装过程中带入的水分：（1）抽真空时，开关装置内部的残余水分；（2）由于安装过程和检修过程，造成装置吸附水分。

3.5 外部通过密封材料水侵入的水分，SF6电气设备在运行过程中，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，经过多年运行工作，密封垫发生了退化，透过密封件和微孔渗入水分。

SF6电气设备在运行过程中，SF6的内部气压总是比外部的大气压力大很多，对于水分来说，开关内部水分压比外部的要小一些。若是外界环境湿度和温度发生增大时，内外水分的差值随之变大，水分通过设备密封薄弱环节进入设备内部的可能性更大。另外SF6的分子直径4.56 比水分子的直径3.2 大SF6的分子呈球状，而水分子呈细长棒状，加之装置内的水蒸汽压力要要低，所以容易侵入，因此SF6电力设备的密封设计很重要。

4 SF6气体含水量的控制

4.2 水分的控制措施

4.2.1 保证SF6新气质量。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并要符合我国的SF6气体新气的质量标准，不符合标准的气体不得装入SF6电器设备。

4.2.2 保证绝缘件的干燥。部件在制造厂装配前一定要干燥处理，为了控制设备中的水分SF6电器设备充气腔部分的零部件一定要干燥处理，烘干根据材料而定。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。绝缘件在运行中所释放的水份将在气体含水量占有很大比重。所以绝缘件完成干燥处理之后应及时密封包装起来，对于现场安装还没完成的组装绝缘件储存时，应放在具有干燥氮气的容器中。

4.2.3 提高和改进密封件的质量。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“O”型密封圈进行密封时可适当加硅脂或密封胶，同时采用渗透率小的密封件，加强断路器密封面的加工、组装的质量管理，保证密封良好。断路器法兰面及动密封都用双密封圈密封，可加强密封效果，减少SF6气体的漏气量，这样可以减小外界水蒸气的进入。

4.2.4 应用高质量的吸附剂。采用高效吸附剂，最好选用F-03型吸附剂，这种吸附剂不仅能消除水分，还能有效地消除电弧分解物。同时减少了电弧分解物对人体和电器设备的危害。使用前进行活化处理，在安装过程中控制好暴露于大气的时间，越短越好，降低吸附剂自身带入的水分。在设备安装完毕抽真空前，应放入新的吸附剂。

4.2.5 SF6气体的充装。设备充入SF6新气前，应复检其含水量，当确认合格后，方可缓慢地充入。在SF6气体充装完毕24h后，对设备中气体进行含水量测量，若超过标准，必须进行处理，直至合格，同时应在晴朗干燥天气进行充气，并严格按照有关规程和检修工艺操作要求进行操作。充气的管子必须用聚四氟乙烯管，管子内部干燥，无油无灰尘，充气前用新的SF6气体进行冲洗。

4.2.6 严格进行捡漏。断路器在运行中，当发现压力表在同一温度下前后两次读数的差值达到0.01-0.03Mpa时应全面检漏，找出漏点。特别对焊缝、管路、接头密封等地方，加强监测，不放过漏点。

4.2.7 运行中SF6气体微水量的监视。目前检测SF6气体微水含量的方法如重量法、电解法、露点法等，均属于离线预防性检测为减压后在大气压力下进行的测量，这些方法由于忽视了组合电器内外压力变化及被测SF6气体介质的变化，采样点测得的微水值与组合电器内的真实值很容易产生偏差，测量结果无法准确代表组合电器内的真实湿度情况。在线监测SF6气体的微水含量可以随时掌握气体含水量的变化并适时报警，便于运行状况下电器设备的控制，值得推广。

5 结束语

运行中的SF6电器设备，对于SF6气体微水量要求相当严格，因为它直接影响设备的安全运行，当水分超标时，会降低电气设备的绝缘特性，也会间接造成设备的腐蚀，产生有害、有毒物质，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。应加强对其监测力度，超标时及时判定、处理，才能防止事故发生，保证人身、电网、设备的安全。

参考文献

[1]江苏省电力公司.江苏省电力设备交接和预防性试验规程[Z].江苏省电力公司，2001.

[2]电力行业电厂化学标准技术委员会.电力用油、气质量、试验方法及监督管理标准汇编[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]侯惠娥.SF6气体中含水量问题的研究[J].高压电器，1993（5）.

作者简介：张海斌（1966-），男，江苏启东人，本科，工程师，从事高压试验工作。

张磊（1975-），男，江苏启东人，本科，助理工程师，从事变电检修工作。