六氟化硫气体湿度现场检测及其应用

六氟化硫气体湿度现场检测及其应用
[摘要]文中简介了六氟化硫气体的基本性质，阐述了六氟化硫设备中水分来源的四个方面以及水分的存在造成的四大危害；介绍了电气设备中六氟化硫气体湿度的现场检测方法，检测原理，阐述了六氟化硫气体在gis设备中的应用，通过对我局六氟化硫设备开展六氟化硫气体湿度现场检测，使我们对六氟化硫气体湿度的检测有了深刻的认识和了解，同时也提高了对六氟化硫设备的检测率，保证六氟化硫设备安全可靠的运行。

[关键词]六氟化硫分解产物影响因素水分来源检测方法应用
中图分类号：tb 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）20-0524-02
1 六氟化硫气体的基本特性
1.1 物理性质
六氟化硫（sf6）气体是世界上目前最优良的绝缘介质和灭弧介质。

它无色、无味、无毒、不燃烧；在常温常压下，化学性能最稳定；与传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都要好的多，其分子量较大，为146，是氮气的5.2倍；它的密度在20℃，气压在101325pa下是6.16kg/m3，为空气的5.1倍。

1.2 化学性质
六氟化硫的结构比较稳定，化学性能也极不活泼，在150℃下，不与水、氧、苛性钾、氨、盐酸、硫酸等活泼物质反应，在电气设
备中运行正常范围内，与电气材料如：铜、钢、铝等不起化学反应。

sf6在180℃-200℃，可与alcl3反应生成alf3；在250℃左右可与so2发生反应：
sf6+2so33so2f2
在室温下，sf6可被无水碘酸定量地还原：
sf6+8hih2s+6hf+4i2
在低能量放电时，若没有sf6的分解产物，其性质相当稳定，在正常运行的设备中使用sf6，很少因sf6的化学性质不稳定而造成事故。

1.3 电气性能
sf6是一种高绝缘强度的气体电介质。

在均匀电场、相同大气压下，sf6的绝缘强度约为空气的2.5-3倍；sf6具有高绝缘强度特性的主要原因是sf6有很强的电负性，容易与电子结合形成负离子，削弱电子碰撞而电离的能力，从而阻碍电离的形成和发展；sf6的负电性主要是氟（f）元素的性能带来的。

负离子的形成如下式：sf6+esf6-
sf6+esf6+f-
由于sf6气体中的负离子与电弧中的正离子结合，造成电弧中带电粒子迅速减少，以提高电弧中击穿电压，使电弧间隙能很快恢复。

2 六氟化硫气体在电弧作用下的分解
2.1 sf6的电弧分解反应
sf6气体化学性质极为稳定，纯sf6是无毒的，但其分解产物却
是有毒或剧毒的。

sf6在断路器中的电弧作用下，不仅有本身的分解，而且还涉及f与电极材料中的金属蒸气的反应，以及sf6的分解物与设备中微量水分等的反应，其产物较为复杂。

纯sf6气体本身虽然无毒，但因为sf6气体里不含o2，所以有窒息的作用。

它的重量为空气的5倍，如有泄漏，在低洼处沉积，将空间的氧排出，人们因无氧而窒息。

所以在gis室内，要装抽风机，定时将室内的气体排出室外，使室内的sf6气体浓度限制在1000ppm之内。

sf6的自身分解反应：
sf6=sf4+f2
与电极材料的反应：
3sf6+w=3sf4+wf6
sf6+cu=sf4+cuf2
2.2 电弧作用下sf6分解物及性质
⑴四氟化硫（sf4）：常温下无色气体，有毒
⑵氟化硫（s2f2）：常温下无色有臭味气体，有毒
⑶二氟化硫（sf2）：化学性能极不稳定，易水解，有毒
⑷十氟化硫（s2f10）：常温常压下为无色易挥发的液体，化学性能极稳定，有毒
⑸氟化亚硫酰（sof2）：无色气体有刺激性，高温下不活泼，有剧毒
⑹二氟化硫酰（so2f2）：无嗅无色气体，有毒性
⑺四氟化亚硫酰（sof4）：无色有刺激性的气体，有毒
2.3 影响sf6分解过程中的主要因素
⑴电弧能量的影响
⑵电极材料的影响
⑶水分的影响
⑷氧气的影响
⑸设备中绝缘材料的影响
3 电气设备中气体水分的来源
电气设备中气体水分的来源主要有四个方面：
3.1 六氟化硫新气中含有的水分
六氟化硫新气中的水分主要是生产过程中混入的。

由于六氟化硫在合成后，要经过热解、水洗、碱洗、干燥吸附等工艺，生产的环节多，难免遗留有少量水分。

在向电气设备充气和补气时，这些水分会直接进入设备内部。

3.2 六氟化硫电气设备生产装配中混入的水分
六氟化硫电气设备在生产装配过程中，可能将空气中所含水分带到设备内部。

虽然设备组装完毕后要进行崇高纯氮气、抽真空干燥处理，但附着在设备腔中内壁上的水分不可能完全排除干净。

另外六氟化硫电气设备中的固体绝缘材料，主要是环氧树脂浇注品。

这些环氧树脂的含水量一般在0.1%～0.5%之间。

固体绝缘材料中的这些水分随时间延长可以逐步地释放出来。

3.3 大气中的水汽通过六氟化硫电气设备密封薄弱环节渗透到设备内部
一般六氟化硫电气设备由于人为的控制设备内部气体湿度，所以设备内部气体含水量较低。

内部水蒸气分压很低，而大气中水蒸气分压很高。

在高温高湿的条件下，水分子会自动地从高压区向低压区渗透。

外界气温越高、相对湿度越大，内外水蒸气压差就越大，大气中的水分透过设备密封薄弱环节，进入设备的可能性就越大。

3.4 补气管路受潮，将潮气带入设备中
另外还有一种来源，是我在实际工作中总结出来的。

那就是在对六氟化硫电气设备进行补气时，补气管路、阀门如果保管不好而受潮，将导致潮气进入设备中，而使设备内部气体湿度增大。

4 六氟化硫气体杂质和水分的检测方法
4.1 水分的测定方法
⑴重量法：定量的样品，通过吸湿剂（p2o5或mgclo4）后，精确称量其重量变化。

这一方法是检测气体中水分的基本方法。

⑵电解法：样品通过电解池，水被p2o5膜层吸收同时被电解，再将此电解后的电流放大，从而测出水分的含量。

⑶露点法：当测试装置系统温度略低于样品气体中水蒸气的饱和温度时，测试系统发出信号，经过放大输出，再根据露点值来确定水分的含量。

4.2 空气（氧、氮）和四氟化碳（cf4）的测定方法
用气相色谱法测量，可用分子筛法或parapak-q法作固定相，用热导检定器测定。

热导校正系数值：cf4为0.7，空气为0.4。

4.3 矿物油的测定方法
用红外分光光度计进行测定。

4.4 游离酸的测定方法
采用标准碱定量吸收气体的酸和酸的生成物，然后用标准酸来反滴定过量碱的酸碱中和滴定法。

4.5 可水解氟化物的测定方法
用比色分光光度分析法和氟离子选择电极等两种方法。

5 现场常用的六氟化硫气体湿度检测方法及测量原理
目前电力系统常用的六氟化硫气体湿度检测方法主要有电解法、阻容法、露点法。

我们采用的是露点法，它是检测气体中微量水分的经典方法之一，其测量原理是：
露点仪的测量系统是一个金属镜面，被测气体在恒定压力下，以一定的流速通过这个金属镜面。

当气体中的水蒸汽随着镜面温度的逐渐降低而达到饱和时，将有露（或霜）在镜面上形成，镜面上附着的水膜和气体中的水分处于动态平衡。

此时所测量到的镜面温度称为露点温度，由测定露点温度可以测知气体湿度。

6 结论
六氟化硫电气设备适用范围广，六氟化硫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，使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。

但六氟化硫气体在电场中产生电晕放电时会分
解出氟化亚硫酸等近十种气体。

这些氟、硫化物气体不但有毒，而且很多还有腐蚀性，对人体及呼吸系统有强烈的刺激和毒害作用。

因此，充六氟化硫的电气设备应放置吸附剂，工作人员接触时应戴防毒面具和防护手套，并有强力通风，避免气体中毒。

参考文献
[1] 朱芳菲，孟玉婵.郑铉编著《六氟化硫气体分析技术》.兵器工业出版社.
[2] 罗学琛，编.《六氟化硫气体绝缘全封闭组合电器》.中国电力出版社
[3] 孙坚明等编.《电力用油（气）》电力部热工研究院.。