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《变电站继电保护试验,高压试验》《交接及预防性试验项目》
严重危害SF6电器设备安全运行的各种因素
发布时间：2012-01-06 14:11 文章来源：木森电气技术部 作者：木森电气 人气：
通过总结SF6气体绝缘变电站的运行，经验和大量的试验研究表明：在电气方面严重危害SF6变电站安全运行有三个因素。
一是导电微粒的存在是造成SF6电器设备发生闪络事故的重要原因之一，从而引起SF6设备长时间停电检修。
二是SF6分解物的影响；SF6开关在开断大电流时，SF6经电弧分解产生一些有毒的SF6分解物，这对运行人员身体健康有严重影响同时也会引起绝缘材料和金属材料的腐蚀。
三是水分的影响当SF6电器设备中混入较多的水分时，由于温度变化，气体中的水分在绝缘表面凝结，造成沿面闪络，危害SF6设备的安全运行。
1．导电微粒和灰尘的影响
SF6气体绝缘对导电微粒的存在是很敏感的，这对SF6气体在高压绝缘设备中应用而言是一个非常值得注意的问题。由于导电微粒污染的存在，使SF6气体的击穿强度大为降低。被污染的SF6气体的击穿强度取决于微粒的类型、形状、尺寸、材料、位置、运动、气体压力及外施电压的波形等。
在同轴电板中，微粒击穿机理可分三个方面： a、固定微粒击穿机理。b、绝缘子表面闪络机理。c、自由微粒击穿机理。
微粒的击穿机理取决于微粒存在的位置（电极上或绝缘子上）和方式（运动或固定）。自由微粒比电极上的固定微粒更具有危害性。
1）固定微粒击穿机理
对于固定微粒来说，击穿机理明显地取决于电场增强。在电场的影响下，微粒尖端出现一个电离区。在此区内，不断进行着电子崩过程并产生大量的空间电荷。随着电压增高，气隙发生击穿。
2）绝缘子表面闪络机理
绝缘子表面闪络可能是由于绝缘子表面缺陷或绝缘子表面附近的微粒引起的。这实际上是高场强区的作用。因为带电微粒聚积在绝缘子表面使局部电场增强，引起很强烈的电子发射及电离。这样产生的电荷被束缚在绝缘子表面，进而加强了局部电场，并加速了电离过程直到沿其表面闪络。
3）自由微粒击穿机理
在外施电场影响下，带电微粒在电极间振动。当带电微粒趋近电极时，由于微粒与电极之间的微放电将失去电荷，微粒和电极产生一个高密度空间电荷区域，触发主间隙击穿。还有人认为，当带电微粒达到离相反极性的电极相当小的距离时，如果满足此微间隙的击穿条件将导致微放电；微放电立即短路微间隙使微粒带有电极的电位，于是此微粒的作用相当于电极伸展到主间隙中的凸起物。余下气隙的电场强度取决于微粒与气隙的尺寸和气体的压力，若此电声强度能达到形成雪崩电子流的临界值，那么主间隙将导致击穿。
a. 自由导电微粒
导电微粒的形状，尺寸及材质对气体间隙的击穿电压影响很大。形容表明，机械加时产生的螺旋状微粒在电场中特别活泼，对气体击穿电场强度的影响也大，这是因为螺旋状微粒等效比重比实心微粒小得多的缘故。比线状及球状导电杂质对SF6气体击穿电压的影响。
武汉高压研究所在“八五”攻关项目中，开展了导电微粒对SF6高压电器绝缘性能影响的研究。
由图可见，在有3.2mm、6.4mm、12.7mm铝线微粒存在时，击穿电压大幅度降低，微粒越长，击穿电压越低。气压增加时，击穿电压几乎没有增加。击穿电压有不太明显的峰值。紧接着击穿电压有所下降其变化区域比较平缓。对于0.8mm、1.6mm铝线微粒。其击穿电压与3.2mm、6.4mm、12.7mm铝线微粒有明显的差异。气压变化时，击穿电压平缓上升。在P=0.4MPa时，0.8mm铝线微粒的击穿电压只有清洁SF6气体的69%；12.7mm铅线微粒只有清洁状态时的29%左右。
击穿电压下降到最小值。例如，12.7mm铝螺旋微粒的击穿电压（P=0.45MPa)。仅有160KV。相当于无污染SF6的29%。
当P=0.3MPa时，击穿电压值出现非常明显的峰值。在击穿电压值的最低点（P=0.45MPa)。铜线微粒的击穿电压只有清洁SF6的46%。
导电微粒长度为6.4mm时，铜线微粒的击穿电压高于铝线和铝螺旋微粒的击穿电压
2. SF6分解物的影响
SF6开关电器在开断大电流时，SF6经电弧分解形成低氟化物，低氟化物与氧和水应，生成具有毒性和腐蚀性的气体。分解气体对SF6的绝缘耐压影响极小。如SF6的分解物SF4、SOF2、SO2F2、SO2、CO2、CF4、CHF3和C4F8，当在SF6中含有10%时，SF6的分解物（甚至在较大数量下）对击穿场强的影响很小，但固体生成物CuF2,WOF4或WO2附着在绝缘物表面时，因其有吸湿性，水份一多，就有降低绝缘电阻的危险。另外，SF6分解物将严重腐蚀SF6电器设备中的金属和绝缘构件。
3.水分的影响
这种影响主要表现在SF6电器设备的绝缘性能、开断性能的影响和对零部件的腐蚀作用三个方面：
1) 水分对绝缘性能的影响
在SF6电器设备中混入较多的水分时，由于温度变化，气体中的水分在绝缘子表面凝结，沿面闪络电压显著下降。图17给出了圆柱形绝缘子在各种水分含量时表面湿度与交流闪络电压的关系。当温度低于0摄氏度时，附着的水分一结冰，闪络电压就近于干燥状态，当温度上升，结成冰的水一溶化，附着的水份越多沿面闪络电压越显著下降。当温度进一步升高，凝结的水份蒸发，闪络电压则再上升到近于干燥时的数值。
SF6电弧分解后，主要的分解物是SF4+，其次是SF2+、SF5+及负离子F2ˉ、Fˉ及SFˉ。在电弧电流过零之后这些正、负离子很快（0.1ms之内）复合成负电性的SF6，使开关断口间的介质强度迅速恢复。水分的存在，对SF6电弧分解物的复合和断口间介质强度的恢复起阻碍作用。这是由于SF4被水解：
SF4+H2O→SOF2+2HF （1）
使断口间重新复合的SF6分子数变少了，即水分妨碍了SF6分解物的复合。还由于SF6在高温时被水解为：
SF6+4H2O →H2SO4+6HF （2）
部分硫酸在150~200℃时进行分解，使水分增加：
2H2SO4→2SO2+2H2O+O2 （3）
这种恶性循环的结果，一方面使弧隙SF6分解量增加而复合量减少，吸附电子的能力减弱，开断能力下降：另一方面酸性物质增多。
水分对开断能力的影响在不同的开关上的表现是不同的，难以提出统一适用的危险界限。有些开关在SF6含水分（体积分数）400×10-6时，并没有出现危及开断的影响。但这一指标对别的开关不一定适用。水分对开断性能的影响是个新课题，仅根据几台开关的试验当然难下结论，还待深入研究。
2)、水分对开关零部件的腐蚀作用
分解物HF及H2SO4的产生，会对某些金属件或绝缘件产生腐蚀作用。经短路开断试验后，解体产品发现，铜及镀锌层有变色现象，尤其是在触头附近可能接触高温气体的部位，变色现象能经常见到；填充石英砂的环氧树脂浇注件表面可见小米大小的腐蚀砂眼；环氧玻璃丝管（棒）表面可见灰黑色的腐蚀层。对于开关设计使用较多的铝板，脱锌铸铝件、铸铁、不锈钢、环氧树脂及填充Al2O3 的环氧树脂浇注件、聚四氟乙烯及氧化铝陶瓷等无腐蚀作用。
值得强调的是，水分的存在会加重上述腐蚀作用。
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