（广东电网有限责任公司东莞供电局）
摘要：常态下，SF6气体是一种无色、无味、无毒和不可燃的惰性气体，化学性质稳定，并且具有优异的绝缘性能和灭弧性能。SF6设备微水量超标的主要表现是SF6气室内SF6气体掺杂过量的水蒸气。水蒸气（H2O）是影响SF6气体绝缘性能和灭弧性能的最主要因素，同时，SF6与H2O在电弧的作用下会产生化学反应分解成氟化氢（HF）、二氧化硫（SO2）、硫酸（H2SO4）等氟化物和硫化物，对气室内的绝缘材料和金属材料有很强的腐蚀性，使绝缘劣化，气室内部发生闪络等高电阻接地事故的危险性大大提高。
SF6气体中的水蒸气在其含量达到饱和的时候会有一部分发生凝露而转换成液态水的形态，这个时候气室内同时存在着液态水和气态水，并且液态水的蒸发量和气态水的凝露量相等，使液态水与气态水处于动态的平衡。SF6气体中的水蒸气发生凝露的另一个原因是SF6设备大部分是110kV以上的户外设备，当进入夜晚温度骤降的时候，SF6气体中水蒸气的温度可能会下降至凝露点以下而产生液态水。液态水对SF6气室的危害更为明显，凝结在固体绝缘介质表面的液态水会使气室内部发生闪络而发生爆炸，是严重的设备事故。
关键词：SF6气体；GIS；微水
引言
SF6设备因其优越的电气性能而在高压电气设备领域中得到越来越广泛的应用，它在实际运行中有绝缘性好、灭弧能力强、化学性质稳定等优势，同时，对设备实行状态检修这个电气设备检修方式的必然趋势也促使SF6设备成为目前高压电气设备中不可替代的角色。
但是随着SF6设备的普及，越来越多的问题也开始涌现。在运行中，SF6设备有时会出现微水量超标的情况，而微水量是影响SF6气体绝缘性能、灭弧性能的最重要因素。以往一般采用结合停电进行更换吸附剂和SF6气体的方案，但是随着SF6设备数量的增加和运行时间的加长，SF6气室微水量超标的情况越来越多，长期进行停电处理将会影响大面积区域的供电，对供电可靠性带来严重的影响。因此，SF6气室微水量超标带电处理的研究和试验迫在眉睫。
提出问题
一、微水超标的危害
常态下，SF6气体是一种无色、无味、无毒和不可燃的惰性气体，化学性质稳定，并且具有优异的绝缘性能和灭弧性能。SF6设备微水量超标的主要表现是SF6气室内SF6气体掺杂过量的水蒸气。水蒸气（H2O）是影响SF6气体绝缘性能和灭弧性能的最主要因素，同时，SF6与H2O在电弧的作用下会产生化学反应分解成氟化氢（HF）、二氧化硫（SO2）、硫酸（H2SO4）等氟化物和硫化物，对气室内的绝缘材料和金属材料有很强的腐蚀性，使绝缘劣化，气室内部发生闪络等高电阻接地事故的危险性大大提高。
SF6气体中的水蒸气在其含量达到饱和的时候会有一部分发生凝露而转换成液态水的形态，这个时候气室内同时存在着液态水和气态水，并且液态水的蒸发量和气态水的凝露量相等，使液态水与气态水处于动态的平衡。SF6气体中的水蒸气发生凝露的另一个原因是SF6设备大部分是110kV以上的户外设备，当进入夜晚温度骤降的时候，SF6气体中水蒸气的温度可能会下降至凝露点以下而产生液态水。液态水对SF6气室的危害更为明显，凝结在固体绝缘介质表面的液态水会使气室内部发生闪络而发生爆炸，是严重的设备事故。
因此，必须严格控制SF6气体中水蒸气的含量。
二、气室水分的来源
我国现行对SF6气室的微水含量执行以下标准：
掌握了微水超标的原因可以采取相应的预控措施以保证设备的健康运行。以下是SF6气室内部水分子的主要来源：
1、设备在出厂前未进行干燥处理或干燥处理不合格；
2、充入的SF6新气不合格，原因可能是：制气厂对新气检测不合格；运输过程不符合要求；储存环境不符合要求；储存时间过长。IEC和一些国家对SF6新气中的水分含量作了相关规定：
注：重量比＝0.123×体积比
3、设备气室安装或处理低气压缺陷时由于工作人员不按有关规程以及检修工艺操作要求进行安装而导致水分子进入气室。如充气时气瓶未竖立放置；管路、接口不干燥；
4、设备进行解体检修时暴露在空气中时间过长而受潮；
5、吸附剂活化处理时间短、没有彻底干燥，或安装时暴露在空气中时间过长受潮而带入部分水分子；
6、大气中的水分子透过气室密封件渗入内部。假设一个气压为0.7MPa的SF6气室微水量为150uL/L，则其水蒸气分压力为0.7×106×150×10-6=105Pa，大气的平均水蒸气压力为1600Pa，因此水蒸气压力差为1600/105=15.24倍。而且水分子呈V型结构，其等效分子直径仅为SF6的70%，水分子对SF6的渗透力极强。在内外巨大的压力差和水分子对SF6分子的渗透优势下，大气中的水分会逐渐透过密封件渗入气室内部。
7、气室的充气口、法兰面、管路接头是气室密封的薄弱部位，水分子容易从此渗入气室内部。
8、气室内部含有容易附带水分的变压器类元件，如PT、CT等，运行初期没有显现出来，在运行一定时间后扩散到气室与SF6混合。
三、停电处理带来的客观问题
在SF6设备尚未全面普及或投运时间不长的阶段，针对SF6气室微水量超标的处理一般采用停电处理的办法。停电处理有着处理时间相对较短、水蒸气清除比较彻底的优点，但是处理带来的客观问题也十分明显：
1、目前微水量超标停电处理的流程一般包括排气、抽真空、充氮气、抽真空、充SF6气体，加上期间所需气体静止的时间，总的停电时间至少需要4天。随着SF6设备的普及，微水超标的问题同样越来越常见，实际运行中的设备不可能经常大面积地停电；
2、停电处理时气室内外压力差的巨大变化可能引起气室密封结构的改变而导致气室密封性破坏；
3、停电处理时相邻气室需要下降一定气压，引起类似上述2的影响，造成连带效应，漏气范围加大；
4、停电处理时要求低湿度的空气环境，但是停电的时间跨度太长导致天气状况难以掌握；
解决问题
SF6气室微水量超标带电处理的主要意义在于免除停电处理带来的影响与危害，本文主要探讨通过联通缺陷气室与干燥气室并静止一段时间来达到转移一部分缺陷气室的水蒸气到干燥气室的理论依据与具体实施方法。
对于带电处理的方法曾有一篇论文提出过一种方案：在缺陷气室允许的气压范围内（一般是从气压报警值到气压允许最大值）重复多次补气与排气，通过这种方法达到将气室内水蒸气带出气室的目的。这种方法能比较快速且有效地带出气室内部的水蒸气，但是在处理过程中气室内部会有比较大的气压变化，而且频繁的补气可能会造成刚补入气室的SF6无法迅速气化，这些都是未知的风险。
由于在整个处理过程中气室内部的导体都处于带电状态，气室内部的气压不能变化太大，也不能有大量的流通气体，因此本文探讨的模型中缺陷气室和干燥气室都处于相等的气压值。在有单一气体的静止气室内部气体分子会由于热运动而做无规则运动，称为布朗运动。当在这个静止气室加入少量其他气体，这些少量气体会由浓度高的地方扩散到浓度低的地方，直至整个气室的浓度重新达到平衡，称为扩散运动。
H2O的三相点图
在缺陷气室与干燥气室的联通模型中，虽然缺陷气室与干燥气室的总气压相等，但是实际上缺陷气室与干燥气室的气压各自由不同比例的气体分压力组成。假设一个绝对压力为0.7MPa的缺陷气室微水量为1000ppm，则其水蒸气分压力为：
P水=0.7×106×1000×10-6=700Pa
而气压相等的微水量为100ppm的干燥气室，其水蒸气分压力为：
P水=0.7×106×100×10-6=70Pa
从两个气室的水蒸气压力差可见，虽然两个气室的气体总压力相等，但是缺陷气室水蒸气的气压是干燥气室的10倍，在缺陷气室与干燥气室的联通模型中水蒸气会迅速从缺陷气室扩散至干燥气室。
3.2结果与分析
注：A管长0.5m，B管长1m，微水测量管长0.1m，排气管长10m，所有管径16mm
在具体实施前需要建立一个模型来计算两个气室的体积、气压、微水量与水蒸气扩散速度的关系。假设缺陷气室容积为1m3，气压0.7MPa，微水量1000ppm，干燥气室内装有足量吸附剂，容积1m3，气压0.7MPa，微水量100ppm，气温20℃，两气室与连通管道密封完好，如上图所示。
定期记录缺陷气室的微水量，以一个星期为周期，原始值为1000，其余每周用a1、a2、a3……表示。每周微水量变化率为：
根据实测，得出平均周变化率v=0.14。
此为针对容积为1m3，气压0.7MPa，微水量1000ppm缺陷气室的微水量周变化率，以方便判断该方法的可行性。得出平均周变化率v后，可通过以下公式计算微水量a降到预期值b时所需要的时间t：
t=
其中，
t=缺陷气室从微水量a降到微水量b所需时间，单位周；
a=缺陷气室原始微水量；
b=缺陷气室目标微水量；
为使该方法具有普遍适用性，将缺陷气室的容积V，气压p和微水量a加入以上公式，得：
其中，
t=缺陷气室从微水量a降到微水量b所需时间，单位周；
a=缺陷气室原始微水量；
V=缺陷气室体积；
P=缺陷气室气压；
b=缺陷气室目标微水量；
结束语
相对停电处理和重复充气、排气这两种方案，本次SF6气室微水量超标带电处理方案有着不停电、不改变缺陷气室气压、充分带走缺陷气室水蒸气和凝露、操作简单等优点，能有效处理微水量超标的问题。但是处理结束后干燥气室的重干燥成为本文微水超标处理方案的关键。
重干燥除了需要带出干燥气室内的水蒸气，更主要是要带出干燥气室内吸附剂所吸附的水分子。为了使水蒸气和吸附剂上的水分子充分释放，将采用加热和抽真空同时进行的方法。加热有助于降低吸附剂的吸附能力和提高气态水与液态水的比值，以达到气化液态水的目的；抽真空则用于将干燥气室内的气体（主要是SF6和相对少量的水蒸气）抽离。
虽然本文提出的方案有着显著的优点，但是缺点同样十分明显。假如缺陷气室容积为1m3，气压为0.7MPa，微水量为1000ppm，目标微水量为300ppm，代入式①，得：
对同样的气室进行微水量超标停电处理，包括气体回收——抽真空——充氮气——解体、更换吸附剂、安装——抽真空——充氮气——静止24小时——抽真空——静止48小时——充SF6，整个过程不出现差错需要大概5天的时间
处理同一个气室，停电处理只需要5天，带电处理需要8周，也即是大约两个月的时间，该带电处理方案不具有即时性。提高处理的效率、降低处理时间是本方案未来改良的方向。
致谢
在本文的编写过程中，何满棠、李志钿提出了宝贵的意见，谨此致谢。
参考文献：
[1]陶瑞基林惠玲《220kV电压互感器SF6微水量超标的处理》《电力电气》2005年第24卷第10期
[2]林立生《关于SF6开关设备中微水含量问题》《华北电力技术》1998年第1期