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北京杰瑞恒达科技有限公司
由于六氟化硫气体具有优良的绝缘和灭弧性能,近年来,六氟化硫气体在高压电气设备中已取得普遍应用。六氟化硫气体绝缘设备已成为高压电气设备发展的方向。目前,在我国63~500KV电力系统中,六氟化硫气体绝缘断路器和六氟化硫气体绝缘变电站(GIS)的应用已相当广泛。
一、概述
由于六氟化硫气体具有优良的绝缘和灭弧性能,近年来,六氟化硫气体在高压电气设备中已取得普遍应用。六氟化硫气体绝缘设备已成为高压电气设备发展的方向。目前,在我国63~500KV电力系统中,六氟化硫气体绝缘断路器和六氟化硫气体绝缘变电站(GIS)的应用已相当广泛。
水分是影响绝缘老化的一个重要因素,含水量过高,会使绝缘材料的绝缘性能下降并加速其老化,从而导致运行设备的可靠性降低,寿命缩短。电气设备内部水分的主要来源:(1)外部侵入;(2)本身产生的。*种情况是由于设备在制造、运输、安装过程中,保护措施不当所引起的。第二种情况是由于设备在运行过程中绝缘介质的氧化及裂解而产生的水分。
六氟化硫高压电气设备(断路器、GIS、互感器等)在运行中要进行常规试验,如六氟化硫气体中含水量测试,多次测试或因为选用测试仪器耗气量大等原因会导致本体内部压力、密度下降,从而需要补充新的六氟化硫气体。在对新的六氟化硫高压电气设备充气、现场投运设备的补气等工作时,目前一般的操作方法都采用普通氧气减压阀(内部有吸水性很强橡胶密封材料)、普通橡胶管(吸水性强,*不使用管内水分含量在上万ppmv)等工具。一般情况下在使用前都不进行干燥处理,在补、充气时只是简单的向空气中排放一下(从环保及人生安全要求这是不允许的),吸附在管壁上的水分并没有能够得到排除,然后就往设备中补气体。由于设备本身对六氟化硫气体含水量有严格要求,行业标准规定投运前不得大于150PPm(灭弧室)投运后不得大于300PPm。如果在补气时环境湿度大于75%,或者管道内吸附了大量的水分,那么这些水分势必将被带进设备内部,而带进去的水分是无法再取出的,必将影响六氟化硫高压电器设备本身安全运行,并将产生严重后果。
为了解决上述问题,防止补气过程中将环境气体中的水分以及充气管道材料吸附的水分带入电气设备内,本公司和山东超高压公司共同设计了方便,可靠的,该装置可以有效防止补气过程中管道空气和材料中的水分带入断路器内部,确保设备运行的安全性。
下表是我们对两台断路器进行充气的验证:
设备名称 | 充气量 | 微水测试结果 | 温度 | 湿度 | 时间 | |
原方式 | 新装置 | |||||
沂蒙站S30开关 | 8kg | 80ppm | 65ppm | 25度 | 45% | 10月15 |
日照站31开关 | 8kg | 60ppm | 41ppm | 20度 | 50% | 9月20 |
上表中可以明显地看出,在进行补气量较大的情况下(该型开关气体额定重量为8kg),表明了应用这套装置,可以有效地降低微水含量,从而为设备的安全运行带来*的保证.
二、六氟化硫电气设备水分的来源与危害
2.1六氟化硫新气中含有的水分
无论是六氟化硫新气或六氟化硫电气设备中的运行气体都会不可避免地含有微量的水分。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。在向高压电气设备充气或补气时,这些水分会直接进入设备内部。另外六氟化硫气瓶在存放过程中,如果存放时间过长,气瓶密封不严,大气中水分会向瓶内渗透,使六氟化硫气体含水量升高。因此按规定要求,在充入六氟化硫新气时,对存放半年以上的气瓶,应复测其中的气体湿度。
2.2六氟化硫高压电气设备生产装配中混入的水分
高压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充高纯氮气、抽真空干燥处理,但附着在设备腔中内壁上的水分不可能*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出来。
2.3六氟化硫电气设备密封不严渗透进来的大气中的水汽
一般六氟化硫高压电器由于人为的控制设备内部气体湿度,所以设备内中气体含水量较低。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。由于六氟化硫分子直径为4.56×10-10m,水分子直径是3.20×10-10m,六氟化硫分子是球状,而水分子为细长棒状,在内外水分压差大时,水分子是容易进入设备内部的。
六氟化硫高压电气设备中气体含有的微量水分可与六氟化硫分解产物发生水解反应产生有害物质,可能影响设备性能并危及运行人员的安全,因此国内外对于六氟化硫气体中微量水分的分析、监测和控制都十分重视。
2.4六氟化硫气体中的水分对设备的危害
1、水解反应生成腐蚀性物质
六氟化硫气体是非常稳定的,当温度低于500℃时一般不会自行分解,但当水分含理较高时,温度高于200℃时就可能生产水解反应,生成SO2和HF。SO2可进一步与H2O反应生成亚硫酸。
氢氟酸和亚硫酸都具有腐蚀性,可严重腐蚀电气设备。
1、 加剧低氟化物水解
六氟化硫气体中的水分,会加剧低氟化物的水解。六氟化硫在电弧作用下可分解。电弧高温可达5000~10000℃以上,在这样的高温下,六氟化硫可分解成原子态S和F。电弧熄灭后,S、F原子重新又结合成六氟化硫,但其中仍有一部分结合不*而生成低氟化物。由于水分的存在,低氟化物可进一步水解成氟化亚硫酰,其反应式如下:SF6→S+6F→SF4+F2,SF4+H2O→SOF2+HF
六氟化硫气体中水分含量增加,会加速上述反应。
2、 使金属氟化物水解
在六氟化硫被电弧分解成原子态S、F的同时,触头蒸发出大量的金属铜和钨蒸汽,该蒸汽与六氟化硫在高温下会发生反应,生成金属氟化物和低氟化物。
4SF6+W+CU→4SF4+WF6+CUF2
2SF6+W+CU→2SF2+WF6+CUF2
4SF6+3W+CU→2S2F2+3WF6+CUF2
气态的WF6与H2O会继续反应:
WF6+3H20→WO3+6HF
生成的WO3和CUF2呈粉末状况沉积在灭弧室内。SF2与S2F2在电弧作用下还会再次反应成为SF4,SF4会进一步水解成氟化亚硫酰。
2SF2→SF4+S
2S2F2→SF4+3S
氟化亚硫酰是剧毒的,对人体有很大的危害。HF也是毒性气体,它不仅具有腐蚀性而且可严重烧伤肌体。HF还可以与含SiO2的零件、瓷件、充石英粉的环氧树脂浇铸件反应,这不仅腐蚀了固体零件的表面,且生成了水分。
4HF+SiO2→SiF4+2H2O
SiF4+2HF→H2SiF6
3、 在设备内部结露
由于气体中的水分以水蒸气的形式存在,在温度降低时,可能在设备内部结露,附着在零件表面,如电极、绝缘子表面等,容易产生沿面放电(闪络)而引起事故。
为此,我公司为了解决上述问题,设计了方便,可靠的。
三、工作原理
采用不吸湿的憎水材料,管道采用不锈钢可弯曲铠装管,通过无油真空泵能快速地将管道内的气体水分抽出,保证管路内真空压力低于13Pa(0.13mpar)。
四、操作过程
*步:将装置取出包装箱后,把减压阀连接到六氟化硫钢瓶上,同时将3米的不锈钢管道带有不锈钢进口阀的一头连在减压阀上,管路上的阀门保持关闭状态。
第二步:取出5米长的带有不锈钢进口阀的管道,将带有阀门的一头连接相应的断路器转接装置后接到断路器上,保持阀门关闭状态。
第三步:将2根管路的另一头连接到前面并列的2个出口上。
第四步:打开上的阀门,连接好电源,保证各连接口的密封,然后打开电源,RBZB-R002型将开始抽真空,一般在几秒内即可将管路内的气体抽净,但为了保持更低的真空度,可让继续运行1~3分钟,上的真空压力表同时显示-0.1Mpa,该压力值即为管路内压力,对应为13毫巴。
第五步:关闭上的阀门,关闭电源,打开六氟化硫钢瓶气源,打开六氟化硫钢瓶减压阀,打开连接六氟化硫钢瓶的管道上的阀门,让管路内充满六氟化硫气体,并且使管路内六氟化硫气体的压力调到0.6~0.7Mpa左右(断路器内额定压力,必须高于断路器内的压力)。
第六步:打开连接在断路器上的不锈钢进口阀,让钢瓶内的气体逐渐充入到断路器内,等压力到了额定值之后关闭该阀门。
第七步:关闭六氟化硫钢瓶气源,关闭六氟化硫钢瓶减压阀,关闭连接六氟化硫钢瓶的管道上的阀门,打开上的阀门,使内的气体自然排出。
第八步:卸下各连接部件,将干燥器两头密封,装入箱内,结束充气。
附录1压力单位换算表
帕斯卡 | 巴 | 公斤/厘米2 | 磅/英寸2 | 大气压 | 毫米汞柱 | 英寸汞柱 | |
帕斯卡 | 1 | 10-5 | 1.02*10-5 | 1.45*10-4 | 9.869*10-6 | 7.501*10-3 | 2.953*10-4 |
巴 | 105 | 1 | 1.020 | 14.5 | 0.9869 | 750.1 | 29.53 |
公斤/厘米2 | 9.807*104 | 0.9807 | 1 | 14.22 | 0.9678 | 735.6 | 28.96 |
磅/英寸2 | 6.895*103 | 6.895*10-2 | 7.031*10-2 | 1 | 6.805*10-2 | 51.71 | 2.036 |
大气压 | 1.013*105 | 1.013 | 1.033 | 14.7 | 1 | 760 | 29.92 |
毫米汞柱 | 1.333*102 | 1.333*10-3 | 1.36*10-3 | 1.934*10-2 | 1.1316*10-3 | 1 | 3.937*10-2 |
英寸汞柱 | 3.386*103 | 3.386*10-2 | 3.453*10-2 | 0.4912 | 3.342*10-2 | 25.4 | 1 |
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