六氟化硫断路器水分控制与处理工艺研究

任东峰

【摘 要】六氟化硫断路器是电力系统中的关键设备，其运行的可靠性对电力系统的安全稳定运行非常重要。本文阐述了六氟化硫断路器中SF6气体水分含量超标的危害性，对造成SF6气体水分含量超标的原因进行了分析，给出了断路器中SF6气体水分含量超标的控制与处理方法。

【关键词】断路器；六氟化硫；水分

中图分类号： TM561 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）02-0147-002

【Abstract】Sulfur hexafluoride circuit breaker is the key equipment in power system. The reliability of its operation is very important to the safe and stable operation of power system. This article describes the hazardous sulfur hexafluoride circuit breaker SF6 gas content exceeded the cause of excessive SF6 gas moisture content of the reasons were analyzed， circuit breaker SF6 gas moisture content exceeding the control and treatment methods.

【Key words】Circuit breakers； Sulfur hexafluoride； Moisture

0 前言

随着近年来电力电网的快速发展，六氟化硫断路器因其具有绝缘性能高、开断能力强、维护简单方便等诸多优点，在高压电力电网中得到广泛应用[1]。六氟化硫断路器内部以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。如果断路器气室内水分含量超标，不仅会使设备的绝缘强度变低，还会严重腐蚀设备，从而导致电网运行事故的发生。断路器气室内的SF6气体完全干燥不含水分任何是无法做到的，因此必须采取有效的控制与处理措施，将断路器气室内的SF6气体中的水分含量控制在合格范围内，才能保证六氟化硫断路器的安全可靠运行。

1 断路器气室内SF6气体中水分的危害

SF6气体在常温常压下无色无味，具有优异的绝缘性能和灭弧性能。纯的SF6气体，受电弧放电或高温后，会分解成硫、氟和硫氟化合物，在电弧消失后这些分解物又会化合成SF6气体。当断路器气室内气体中所含含水分超标时，水在电弧作用下会分解为氢和氧。氢和氧與SF6气体分解物在电弧作用下会生成二氧化硫（SO2）、氢氟酸（HF）、亚硫酸酰氟（SOF2）等杂质。这些杂质会对断路器的绝缘材料及金属材料造成腐蚀，使其绝缘强度降低，甚至发生设备爆炸[2]。

另外，断路器气室中SF6气体中水是以气态的形式存在，周围环境温度降低时，水汽会凝结成液态的露水附着在零部件的表面，可能会造成支持件，绝缘拉杆等绝缘件沿面闪络而引起事故。

2 断路器水分控制与处理工艺

2.1 水分控制工艺

断路器的气室内部总会有一定量的水分，其水分的来源主要是：断路器内部绝缘件与金属表面本身所含水分的析出；装配时从周围环境中带入的水分；充入断路器的SF6气体本身所含的水分和充SF6气体时从充气管路中带入的水分；其次还有在断路器运行时从周围环境透过密封件侵入的水分[3]。依据不同的水分来源，断路器在装配过程中应该采取相应的控制措施。

（1）断路器产品装配时应对装配环境的湿度进行严格控制，一般情况下断路器的装配要求环境湿度不大于60%。另外在装配时，应尽量减缩短气室的敞开时间，如必须等待，需用塑料布或临时盖板封闭。断路器气室的敞开时间应控制在2小时之内；

（2）断路器产品装配前所有的零部件都需进行烘干处理，烘干温度80-100℃，烘干时间为4小时。

（3）新的SF6气体水分含量在入厂时必须进行抽样检测，水分应控制在10PPm左右。在给断路器充入SF6气体前，需要对充气管路进行干燥，可用高纯氮气吹管，充气时，应确保充气管路密封良好，避免将周围环境中水分带入断路器气室内部。

2.2 水分处理工艺

根据断路器产品装配工艺的不同，断路器生产中经常用水分处理方法主要有4 种。

（1）吸附法

分子筛是一种吸附能力极强的无机化合物吸附剂，呈颗粒状，对水分、SF6分解物等具有极强的吸附能力。分子筛通过对断路器气室水分及SF6分解物的吸附，使得不会因为有害气体的产生，潮解而降低断路器的绝缘性能与机械性能。分子筛为密封包装，可直接使用，如果放置不当而吸水，在使用前必须350～400℃焙烧活化2h，吸附剂打开密封包装后，应在2h内使用完。

原则上吸附剂的使用量不应低于所充入的SF6气体重量的10%。分子筛的安装位置应设在SF6气体流动较顺畅的地方，以利于其吸收水分和其他杂质。

在断路器产品装配分子筛时，将烘干活化好的分子筛取出后应立即装入断路器气室内部，然后立即进行抽真空处理。当烘干活化过的分子筛不能立即装入产品时，应与空气隔绝，并及时放入烘箱内继续烘干。

分子筛吸水后，使用前必须采用活化处理恢复其吸附能力。活化温度为250℃～300℃，活化时间不少于3 小时。

（2）烘干法

在断路器产品装配过程中，待装零部件会吸收环境中的水分，从而导致断路器气室内水分残留。所以断路器产品装配前所有零部件都需进行烘干处理，烘干温度80-100℃，烘干时间为4小时。

（3）抽真空静止法

首先，将断路器气室抽真空至一定数值后，使断路器气室内部呈负压，然后长时间静止存放，使断路器气室内部零部件所含水分充分的释放，最后，再通过抽真空，将零部件释放岀的水分排出，该过程是断路器水分处理抽真空静止法的处理过程。一般抽真空需在67Pa（真空泵静止后的读数）以下，断路器静止时间应不少于12小时。特殊情况，断路器气室可通过两次抽真空两次静止，以保证断路器气室水分合格。

（4）氮气冲洗法

氮气清洗法，首先在断路器气室充内充入高纯氮气（含氮99.999%）至额定压力，保持4-6小时，然后放出氮气。在氮气的充入和放出过程中，将断路器气室内部的水分带出气室。

在现阶段断路器产品装配中，烘干法是控制水分最普遍应用的方法。也可应用吸附法和抽真空静止相结合的方法，通常以抽真空静止法为主，吸附法辅。在断路器日常生产中，高纯氮气冲洗法很少使用，一般在夏季环境湿度较大时才会使用。

吸附剂的作用是在断路器长期运行中吸收断路器内部水分及SF6分解物，保证断路器产品运行10年以上水分不超标。所以，吸附剂不是工厂内水分处理的手段，在工厂内靠用吸附剂把水分含量降下来。断路器产品有时水分处理合格后，一段时间后，水分又会超标，这是由于断路器内部元件在装配前未彻底烘干水分溢出造成的。因此，装配过程控制中对水分处的理控制和处理是十分必要的。

3 结论

六氟化硫断路器产品水分超标不仅会使设备绝缘强度大大降低，水分及SF6分解物还会严重腐蚀设备，因此对断路器产品的水分控制与处理十分重要，将断路器产品水分通过必要的措施与方法控制在合格的范围内是保证六氟化硫断路器产品质量的关键。

【参考文献】

[1]何嘉希，高文胜，刘卫东，等.六氟化硫断路器灭弧室压力测量导管结构研究[J].中国电机工程学报，2016，36（1）：310-316.

[2]侯光杰.六氟化硫断路器应用优势及安全运行要点[J]. 中国水能及电气化，2016（11）：20-22.

[3]王刘芳，刘伟，祁炯，等.六氟化硫混合绝缘气体电气设备检测技术的研究及现场应用[J].安徽化工，2017，43（3）：75-79.