GIS设备中SF6体分解影响因素分析

马婧珺

摘 要：SF6气体无色、无味且不会污染环境，具备较高的耐电强度，因而被广泛应用至GIS等电气设备中。但运行中的GIS等电气设备会因安装以及制造等环节释放出二氧化硫、二氧化碳、硫化氢以及氟化氢等有害气体，不但影响了设备正常的运转，还危害了检修人员的生命安全。为此，工作人员应掌握SF6气体的分解机制，并研究不同放电情况下GIS等電气设备内部SF6气体的分解过程，从而确保设备的安全运行。

关键词：GIS设备；SF6气体；分解影响因素

1 放电能量

由以往大量的实验研究可以发现，无论是火花放电、局部放电或者是电弧放电，SF6气体分解后产物的量均会与放电能量呈正比关系。

2 电流强度

处于电弧放电形式下，随着电流的进一步增大，CF4含量不会出现明显的变化，且SO2F2的产量与电流之间不存在任何联系。但也有相类似实验认为，二氧化硫以及硫化氢气体的含量会随着电弧电流的增大会不断增加。而直流放电时，当电流在0至4微安时，SO2F2气体的含量会随着电流的增加而增多，但电流大于20微安时，SOF2气体的变化则与电流变化无关，而SO2F2气体则会随着电流的增大而逐渐减少。当处于50赫兹的交流放电时，当电量为一定数值时，SOF2气体的变化与电流强度不存在联系，而SO2F2气体则会随着电流强度的增大而增大。但当电流超过20微安时，SO2F2气体含量的变化与电流强度不存在联系。

3 SF6气压

目前工业中较常使用单压式的SF6高压断路器，且气压会保持在0.7兆帕左右。且除了断路器以外，其他电气设备的充气压力不得超过0.45兆帕。实验过程中，电气设备的气压保持在100至400千帕范围内，小于实际现场设备的充气压力。

4 水分含量

GIS在以下几种情况下会生成水分，首先是GIS设备在制造、安装以及检修过程中可能会接触外界的水分，以致水分浸入至设备内部；其次是GIS设备的绝缘件带有一定水分，且在设备运行期间，会慢慢向外释放；最后是SF6气体带有一定水分，但新气的含水量应保持在一定范围内，因而需要进行干燥处理。研究发现，SF6气体含水量的多少与电弧分解物质存在很大联系，受水分、氧气以及杂质气体的影响，放电结束后的SF6在复合过程中遇到了很大阻碍，以致生成了二氧化硫、SO2F2以及SOF2等有害气体，由此看出，水分对气体产物的生成量具备十分重要的作用。水分子参与反应的常见反应式如下所示：

SFx+1+OH→SOFx+HF X=0…4 （1）

SF4+H2O→SOF2+2HF （2）

SOF2+H2O→SO2+2HF （3）

SOF4+H2O→SO2F2+2HF （4）

在放电区域，水分子会被分解为O与OH，且其会与低氟硫化物产生反应，并生成有害气体，这些气体还会扩散至放电区域外，并吸附于绝缘材料表面形成强酸物质，严重侵蚀了固体材料，影响了电气设备的正常运转。

为了进一步深入了解水分的作用机制，研究人员还分析了不同放电情况下，不同水分含量对气体产物的影响，首先是直流放电，此种情况下，随着水分的增加，SO2F2以及 SOF2等有害气体的生成量也会随之增大。其次是交流放电，当水分含量增加至一定程度时，SO2F2气体的生成量与水分含量无关，但SOF2气体的含量则会随着水分的增加而缓慢增大。最后是电弧放电，与局部放电相似，电弧放电形式下，水分对SOF2以及SO2F2气体的生成量也不存在影响。

5 氧气含量

GIS设备中的氧气可能来自于安装以及检修等过程中渗入的空气，且电极以及绝缘材料也会生成氧气。氧气产生的氧离子可以吸附在电极表面，是有毒、有害气体等分解物的主要来源。一般来讲，随着氧气含量的增大，SOF2以及SO2F2气体的含量会明显增大，但当水分与氧气含量极低时，其对设备气体分解产物的影响便会变得微乎其微。氧气主要参与反应的反应式如下：

SFx+1+O→SOFx+F X=0…4 （5）

SOFx+O→SO2Fx X=0，2 （6）

6 电极材料

电极材料也是决定气体分解物的主要因素，不同的电极材料存在不同性质的表面结构，对氧气以及水分的吸附力也各不相同，以致会发生不同的电极反应。银、铜、铝以及不锈钢等均属于常用的电极材料，由研究可知，电极表面的水分以及氧气也与气体分解物存在紧密联系，且电极表面吸附的氧分子越多，SOF2以及 SO2F2气体的生成量越大，且具体分解物情况如图1所示。

7 固体绝缘材料

GIS电气设备内部的绝缘材料主要分为SF6气体以及固体绝缘材料两种，且根据设备不同功能，固体绝缘材料也各不相同，具体来说，主要有热固性环氧树脂、聚四氟乙烯以及绝缘漆等。同时，断路器的固体绝缘材料还包括环氧树脂与聚四氟乙烯等。热固性环氧树脂主要由C、H、N以及O等元素构成，具备稳定的化学性能与绝缘性，只有温度大于500度以上时才会开始分解，会产生二氧化硫、一氧化碳以及硫化氢等气体。聚四氟乙烯具备较好的绝缘性与稳定的化学性质，只有温度大于500度时，才会产生少量的一氧化碳等有害气体。聚酯乙烯当温度大于130度时才会开始分解，且会产生一氧化碳、氢气以及二氧化碳等有害气体。绝缘漆主要由C、H以及O等元素构成，且裂解后会产生一氧化碳、二氧化碳等有毒气体。

由固体绝缘材料以及裂解机制可以发现，硫化氢气体的含量与固体绝缘性有关，且聚酯乙烯以及绝缘漆等会释放出一氧化碳气体，也可以通过CF4气体的含量判断固体绝缘情况。

8 结束语

当前，人们在水分、氧气以及放电能量影响SF6气体分解产物方面取得了一定成绩，且基本掌握了各种影响因素的作用机理，但研究人员还应进一步深入探索，以便掌握更多关于SF6气体的分解知识，全面了解SF6气体分解产物的作用过程，从而确保电气设备的安全稳定运行。

参考文献

[1]唐炬，范敏，谭志红，等.SF6局部放电分解组分光声检测信号交叉响应处理技术[J].高电压技术，2013（02）.

[2]唐炬，陈长杰，刘帆，等.局部放电下SF6分解组分检测与绝缘缺陷编码识别[J].电网技术，2011（01）.

作者简介：马婧 （1986，08-），女，汉族，北京电力工程师，硕士研究生，研究方向：项目管理。