林锦桐

（广东电网有限责任公司江门供电局,广东 江门 529000）

SF6高压断路器分解物的分析及对策

林锦桐

（广东电网有限责任公司江门供电局,广东 江门 529000）

阐述了SF6气体分解机理,分析了高压断路器正常运行及切断故障电流气体分解物的变化情况及对应关系,并结合500 kV五邑站500 kV开关在台风期间开关动作情况,对SF6中气体含量产生和升高的原因进行了分析研究,了解分解物的危害,同时提出相应对策,提高SF6断路器安全运行的可靠性。

500 kV变电站；SF6断路器；分解物

0 引言

自法国化学家使用硫在氟气中燃烧出六氟化硫（SF6）气体以来，人类已从中受益非浅。SF6分子为单硫多氟的对称结构，使它具有极强的电负性，这也赋予它优良的绝缘性能和灭弧性能[1]。到了19世纪60到70年代，SF6断路器已广泛应用于超高压电力系统中，80年代初已成功研制出363 kV单断口、550 kV双断口和额定开断电流达80 kA、100 kA的SF6断路器[1]。

SF6气体正常工作状态下可靠性、稳定性很高，但是在一定条件下能分解出各种有毒和腐蚀性气体，其中含有SO2、H2S等近10种化学物。分解物含量的增加会降低设备耐电强度和绝缘能力，直接影响到运行设备的安全运行，从而导致电气故障，影响设备安全。

从SF6气体性质、水分的存在对其影响和分解物的产生情况展开分析，并结合500 kV五邑站500 kV阳五乙线开关运行及动作情况，从分析中说明产生气体分解物的危害，同时提出相应对策。

1 SF6气体的性质

纯净的SF6气体是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物，相对密度约为空气的5倍。SF6气体多以液态形式存在于钢瓶中主要为了便于运输和贮存。SF6气体分子吸附自由电子十分强大，在断路器电弧过零一瞬间，电极间的电子被SF6分子的强电负性吸附上。由于分子质量是电子质量的几十万倍，移动很慢，因此电子无再次冲击的速度，从而使电弧熄灭。SF6气体有优异的绝缘和灭弧能力，与普通空气相比，绝缘能力高出2.5～3.0倍，灭弧能力则高出近百倍。在低于150 ℃时，SF6气体呈现出化学惰性，极少熔于水，微熔于醇，对电器设备中常用的金属均不发生化学作用[1]。

2 水分对SF6的影响及分解物的产生

SF6生产过程中或电气设备运行中的SF6气体都不可避免含有微量的空气和水分，而且空气中水汽通过设备密封这一薄弱环节也能渗透到设备内部。

首先，先了解水分对电器绝缘的影响，这与其存在形式有关：温度下降一定时，水蒸气凝结成露珠，并附着设备绝缘件表面，将引起沿面放电，降低绝缘能力；温度上升一定后，露珠恢复成水蒸气，恢复绝缘特性；当温度下降到0 ℃以下，水蒸气变成冰霜，击穿电压保持一定值，从以上可以看到水分结成露珠时对设备绝缘的影响较大。同样SF6气体在水分作用下也能发生反应，生成具有极强腐蚀性的酸性气体。在200 ℃，当微水含量达到一定数量时，会发生以下水解反应： 2SF6+6H2O＝2SO2+12HF+O2。

氢氟酸HF是一种具有极强腐蚀性的酸性气体，对电器设备材料具有腐蚀作用，对人的皮肤和粘膜有强烈的刺激作用，甚至引起肺水肿、肺炎等。SO2同样具有强烈刺激性气体，损害人体呼吸系统。可以看到水分的含量是SF61项非常重要的指标。

SF6在正常运行的情况下（小于500 ℃时）分解物极少，正常情况下对电力设备中常用的金属和其他有机材料均不发生化学作用。但当SF6设备中发生绝缘故障时，在大功率电弧、火花放电和电晕放电作用下能使SF6气体分解发生化学反应，并生成多种低氟硫化物，主要反应为：SF6＝SF4+2F（四氟化硫酰）

如为纯净的SF6气体，将随着温度降低分解物很快复合，还原为SF6气体。然而SF6气体中存在空气、水分，将与活泼的低氟硫化物产生继发性反应，如图1所示。

图1 SF6气体分解图

断路器灭弧室触头材料Cu、W与SF6气体及分解物发生化学反应，产生CuF2和WF6有毒产物。灭弧室内SF6气体成分中水分的增加，使得SF6气体与绝缘介质直接反应,再经过一系列复杂的化学反应，产生H2O、SO2和H2S等成分，含量明显超标[2-3]。

通过以上分析得出，SF6断路器正常运行中及在大功率电弧、放电作用下，气体分解产物主要有：CF4、SOF2、H2S、SO2F2、CO、S2OF10、SO2、HF、CO2。对SF6断路器进行检测分析，发现SO2，CO，H2S，H2O 4项指标最多，下面对其进行简单分析。

二氧化硫SO2：为断路器频繁动作时分解的主要特征组分。大功率电弧、放电作用下，SO2含量明显超标；而正常运行时设备化学反应产生的SO2含量极少[4]。

二氧化碳CO2和一氧化碳CO：当设备内部温度＞500 ℃或电弧、放电下灼伤固体绝缘部件时，产生CO2和CO分解物。

氟化硫H2S（HF）：SF6气体在正常或在电弧作用分解成的氟硫离子与设备内部的水分和空气发生反应，会产生HF或H2S[3]。

微水H2O：微水能使SF6气体在电弧、放电作用下分解的低氟硫化物引起继发性反应，产生超标分解物，影响设备绝缘性能。

3 实例分析

2014年7月17日14：29至15：43，雷雨天气，五邑站500 kV阳五乙线5053开关A相开断故障短路电流达7次，开关B相开断故障短路电流3次，开关C相开断故障短路电流达8次，故障相电流均在4 kA至8 kA范围内，运行人员对5053开关进行一、二次设备检查，发现开关本体和压力值等无异常，对比开关前后动作次数和主控室监控机显示动作次数相符。7月18日试验研究所化学班到达现场抽取5053开关SF6气体进行化学试验，结果如表1所示。

表1 试验研究所试验数据 μL/L

按以上的分析及试验数据可见5052、5053开关三相在电晕、火花和放电频繁作用下产生了SF6气体分解物SO2，其中最频繁动作的5053开关含有H2S。在7月21日，化学班再次抽取SF6气体送广东电力科学研究院详细检测，试验结果如表2所示。

从检测结果判断开关SF6气体中H2O在运行中均小于300 μL/L，虽符合电力设备预防性试验相关规程规定，然而SO2、CO、H2S含量的超标则是在H2O的影响之下产生的。

分解产生出的有毒气体和粉末，对人及动物上呼吸道伤害很大，并对环境造成了污染和破坏。同时也使断路器的灭弧能力和绝缘强度大大下降，影响设备安全稳定运行。因此，SF6在生产、安装、调试和运行各个环节中都应采取有效的措施加以防范和控制。

表2 广东电力科学研究院试验数据

4 对策

通过以上分析，SF6断路器正常运行中及在大功率电弧、放电作用下产生多种分解物，其中开关频繁动作数据最为明显，对设备、运维人员和环境有一定的影响。为了使设备能安全稳定运行，掌握开关详细运行情况，提出了以下几点对策。

a) 按月度跟踪设备消缺情况，利用气体采样报告或开关停电计划制定相应的停、送电运维方案。

b) 针对化学班反馈的分析报告应密切跟踪分解物的变化情况，数据异常应送电科院检测并通知上级部门。

c) 日常巡视需重点注意开关SF6气体压力值，是否有异常声响等，并认真按计划记录SF6气体压力值，密切跟踪变化情况[5-6]。2~3 a做一次微水试验，如碰恶劣天气，开关频繁动作，运行人员应上报相关部门并由化学班立刻进行分解物检测。

d) 在装置内装入强力吸附剂，改善密封部件的结构或使用优质的绝缘材料以尽量降低水分渗入装置内部。

e) 在条件允许下可配置检测成分多样，性能优异，精准的测试仪器，可及时准确发现SF6气体内部分解物的异常，跟踪变化数据，超前防止事故的发生，保证设备的可靠性、安全和稳定。

f) 由于SF6气体分解物属有毒气体，对人体有刺激和腐蚀作用，因此化学班在采样过程中应防止SF6泄漏导致中毒，必要时应佩戴防毒面具和手套等，当发生SF6气体泄漏时，现场人员应撤离至上风口再采取有效防范措施。

5 结束语

SF6气体中分解物直接影响到电气设备的安全稳定运行，其水分、空气含量超标会降低开关灭弧能力及绝缘强度，特别在开关频繁动作、开断较大的故障电流时，经大功率电弧、放电作用下，分解产生出多种有毒气体和粉末，对设备和运维人员的安全产生一定的危害性。

SF6断路器气体中SO2、H2S等含量试验分析为判断其内部故障提供了技术支持，这也成为电气设备内部故障诊断手段。因此应从设备安全稳定运行、杜绝人身事故的角度出发，提出各项对策措施，将设备隐患消灭在萌芽状态，确保电网安全运行，避免大面积停电等事故事件出现。

参考文献：

[1] 电力科学研究院高压开关研究所.高压断路器运行规程[M].北京：中国电力出版社，1991.

[2] 张海斌，张磊. 对SF6气体中水分的危害与控制探讨[J]. 科技创新与应用，2014（34）:147-148.

[3] 游荣文，黄逸松.基于S02、H2S含量测试的SF6电气设备内部故障的判断[J].电力与电工，2004（2）:15-16.

[4] 张仲旗，连鸿松.通过检测SO2发现SF6电气设备故障[J].中国电力，2001（01）: 78-81.

[5] 梁斌儒. 500 kV SF6高压断路动作过程产生分解物的分析与对策[J]. 科技创新与应用，2014（15）: 147-148.

[6] 李颖. SF6电气设备中水分的危害及防范措施研究[J].科技与生活，2012（23）:168.

Analysis on SF6High Voltage Circuit Breakers Decomposition and Countermeasures for Improvement

LIN Jintong

（Guangdong Power Grid Co., Ltd., Jiangmen Power Supply Bureau, Jiangmen, Guangdong 529000, China）

This paper describes the decomposition mechanism of SF6gas, and the decomposition of SF6gas on normal operation and the decomposition when fault current is cut off are compared. Combined with the 500 kV switching action during typhoons in 500 kV Wuyi substation, the generation and the increase of SF6gas content were analyzed and researched to understand the harm of decomposition, and corresponding strategies are put forward to improve the reliability of the safe operation of SF6circuit breaker.

500 kV station; SF6circuit breakers; decomposition

TM561.3

A

1671-0320（2016）04-0016-04

2016-04-19，

2016-05-19

林锦桐（1985），男，广东开平人，2009年毕业于广东工业大学电气工程及其自动化专业，工程师，技师，从事变电运行工作。