六氟化硫绝缘气体应用之我见

六氟化硫绝缘气体应用之我见

新疆疆南电力有限责任公司变电检修工区油务班万涛、周宝锋

摘要:阐述了六氟化硫的发展以及在电气设备（本文仅针对SF6断路器）上应用时应注意的事项、存在的问题、如何预防和维护要点进行了简要分析。

关键词:SF6断路器检漏微水维护

1.引言

六氟化硫是一种无毒、不燃烧、具有优异绝缘和灭弧性能的气体。这种绝缘介质在高压电器中的应用，使传统的输变电设备的面貌、技术性能大为改观，推动了电网技术的进步，加快了电力建设的发展速度。随着电力工业的迅速发展和技术装备水平的提高，六氟化硫电气设备大量投入运行，相应需要完善和加强对气体绝缘设备的技术监督。正如在电网行业中SF6断路器因其自身的优势，现在已经基本代替了有断路器。SF6断路器所使用的灭弧气体就是六氟化硫气体，具有强灭弧能力、高耐电强度等特点，它在重量、体积、开断性能、载流能力、绝缘性能、环境适应性等方面都超过了油断路器，因此在电力系统得到广泛的应用。下面谈谈SF6断路器在生产运行中应用时应注意的事项、存在的问题、如何预防以及维护要点。

2.六氟化硫断路器的发展历程

第一代SF6断路器为双压式结构，即在断路器内部设置高压区与低压区两种压力系统。低压区的压力一般为0.3~0.5MPa，主要用作内部绝缘。高压区的压力在1.5MPa左右，在分断过程中吹气阀打开时高压区气体流向低压区，，经触头喷口形成气吹使电弧熄灭。气吹过程停止，分断过程结束。高低压区之间有管道和气体压缩机连接，利用气体压缩机的气体压缩输送，使高低压区的气体压力维持在原设置的压力下。双压式SF6断路器结构复杂，且需管道和压缩机连接，加上高压区的SF6气体液化温度高（如在1.6MPa下，SF6的液化温度为5℃），还需设置电加热装置。

第二代SF6断路器为单压式结构，它只有一个压力不高的气体系统，结构简单，工作压力一般为0.6MPa，液化温度为-30℃。除一些高寒地区外，一般地区使用不加热也不会发生液化的情况。单压式SF6断路器开断时利用压气缸与活塞的相对运动把SF6气体压缩，产生气流在触头喷口高速喷出，使电弧熄灭。

旋弧式断路器较单压式更为发展，这种断路器摆脱了普通断路器靠吹弧气流带走在弧柱等离子区中产生的能量方式，而是靠电弧高速旋转，使SF6气体更有效地冷却电弧，把电弧能量带走。

自能膨胀式SF6断路器可称为第三代SF6断路器，它利用电弧能量加热膨胀室内的气体，

气体温度的上升引起了气体压力的增加。这种具有压力的SF6气体，一方面用来在电流过零时吹弧，另一方面在电极间形成绝缘间隙。这种断路器不需要压气缸，断路器的总体结构简单紧凑，触头开距变小，且所需的机械操作功小。

3.六氟化硫的灭弧原理

（1）SF6气体的分解温度（2000K）比空气（主要是氮气，分解温度约7000K）低，而需要的分解能（22.4eV）比空气（9.7eV）高，因此在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。由于气体分子的分解，在相应的分解温度上就出现气体导热率的高峰。

（2）SF6在高温时分解出S原子、F原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，有较大的游离度。在维持相同游离度时，弧柱温度就较低。因此，SF6气体中电弧电压也较低，燃弧时的电弧能量较小，对灭弧有利。

（3）由于SF6的强电负性，能吸附电子和正离子复合，故复合作用快，去游离作用强。尤其在电流过零前后，可使弧隙中带电粒子减少，导电率下降。SF6气体电弧的时间常数也很小，为微秒级或更小，在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急剧复合。因此SF6弧隙的介质强度及其恢复速度都很高，能耐受很高的恢复电压作用，电弧在电流过零后不易重燃。

SF6气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它并不仅依靠气流等的压力梯度所形成的等熵冷却作用，而主要是利用SF6气体特异的热化学性质和强电负性，使得SF6气体具有很强的灭弧能力。。对于灭弧来说，供给大量新鲜的SF6中性分子并使之与电弧接触是有效的方法。

4.六氟化硫断路器在生产运行中存在的问题

4.1 水分的危害

SF6气体中水分的含量对开关设备的安全运行有一定的影响，水分含量过大，使气体中酸性腐蚀性的气体HF和SOF2的含量增加，开关绝缘容易受潮，绝缘性下降，存在着安全隐患。一般认为，SF6断路器在正常运行情况下，有害气体的分解量不应大于10-4量级。这些有毒气体对金属器件和绝缘器件会产生腐蚀作用，如果微量水的存在就会加重腐蚀了，某些分解产物，还具有毒性，如果发生泄漏对工作人员的健康和周围的环境都很构成威胁。4.2压力的影响

在SF6断路器设备中所使用的SF6气体的额定压力在20℃时，气体的额定压力一般为0.6-0.7MPa。若SF6气体压力降低将会造成压缩的压力和排气的压力相比相差较小，这样不能在短时间内使电弧冷却。这样会带来很多问题，将会导致电弧的半径变大，将会可能出现喷嘴堵塞的危险而造成事故。

如果设备的气体压力偏低，需补充气体，在补气之前需要测量气体中的水分含量，其合格可直接补气，如若不合格应将气体回收，作相应处理后抽真空，再充入合格的气体，再充装气体的过程中会有杂质的介入，使其杂质含量升高。同时从气瓶中取SF6气体时，必须使用减压阀是瓶内的压力下降，充气前应先把充气管内的空气排除，防止充入断路器内，充气之后瓶阀门一定要拧紧，防止气体外泄。由于充气管路和电器设备材质中自身含有水分向气体中扩散;管路的连接处的渗透现象。

4.3固体杂质的影响

固体杂质的来源一般有以下几种情况：

（1）设备在出厂时没有处理干净；

（2）断路器在工作时，金属之间的磨损导致金属构件脱落而来的；

（3）在化学反应过程中分解的粉尘颗粒。

这些杂质对SF6气体的击穿电压有很大的影响，杂质的大小，形状，材料和位置对击穿电压影响的大小都是有关系的。

4.4温度和湿度的影响

SF6断路器在实际工作过程中，在不同的季节也就是在不同的温度下同一台设备所测得水分含量的数据是不同的，在低温的情况下微水的含量小，相反在高温时微水的含量就会高一些。环境的湿度对部件中水分的影响，主要是在存放和组装过程中，所以可以再组装之前先对部件进行烘干处理，组装环境的温度25℃左右，相对湿度要控制在60%以下。归根结底，温度和湿度的影响到微水和有毒气体的含量，使其对设备产生影响。

5.SF6断路器维护要点及注意事项

首先，SF6断路器到安装现场之后，注意观察部件是否受潮，在装卸断路器时应尽量轻移动，避免剧烈碰撞，不得随意打开阀门，在安装瓷套的过程中要特别小心，防止瓷绝缘子被打碎，切忌不能用硬物撞击到SF6气体管路和气体的阀门。在断路器充气时气体管路要保持干燥和干净。SF6断路器必须定期检漏、分解产物的含量以及微水的含量需要定期检测，检测场所周围的环境应该保持清洁。

5.1气体的检漏

SF6气体泄漏的原因主要是在焊缝、密封面和管路接头处的裂缝或密封不严的地方。对SF6气体进行检漏的过程一定要使用专用检漏仪。如果发生大量的SF6气体泄漏情况（虽然这种情况出现的几率极小），工作人员不得停留在现场，要远离泄漏点10m以外，直到泄漏停止后，才可以进入该区域。如果是电气设备内部发生问题，在电气设备内部一定会存在SF6电弧分解产物，在打开外壳清除之后，在检测工作过程中，很有可能会接触到污染的部