六氟化硫是化合物,分子式为SF6,常温常压下密度约为空气的5倍。六氟化硫是强电负性气体,在20摄氏度下,绝缘强度约为空气的3倍,灭弧能力约为空气的10倍(也有说100倍)。由于具有出众的电气特性,因此目前在电气设备中存在着广泛的应用。
关于电气设备中应用的六氟化硫,我有一个疑问和一个假想,与大家分享。
一、六氟化硫气体是不是怕水
在生产、储藏、充气以及在电气设备中使用的过程中,六氟化硫气体都有可能会混入水分,一般用六氟化硫气体湿度来来表述。之所以说不怕水,是因为关于含水量对六氟化硫气体本身绝缘特性的影响方面,我没有找到文献,当然非常可能的原因只是我没有检索到而已。但给我的感觉,也或许含水量对六氟化硫气体的绝缘特性真的没有什么大的影响。六氟化硫气体应用于电气设备的时候,含水量确实又是一个必须关注的问题,原因是与气体本身绝缘无关的两个方面。一是气体中的水分可能随着环境条件的变化,在电气设备内部产生凝露,从而降低绝缘水平,造成事故。二是,水分的存在会对六氟化硫气体在电弧下的分解情况产生影响。传说纯净的六氟化硫气体分解后,其分解物主要是SF5、SF4和SF3等低氟化物,这些分解物在低温情况下还会还原成六氟化硫。但其分解物由于有很高的活性,特别容易与水发生反应,形成其他的产物,比如SOF2,SOF4,SO2、HF、H2S等。其中一些产物水解后会产生强腐蚀性,对电气设备内部有腐蚀作用,进而破坏内部绝缘。同时,上述的一些产物还是剧毒。下图是几种主要的分解物与水分含量的关系曲线(图片来自网络)。
基于以上原因,在生产、储存、使用等各环节,对六氟化硫气体含水量都有明确的要求。对于涉及电弧作用的环境,比如断路器灭弧室,一般会给出更严格的含水量要求。比如输变电设备状态检修规程(DL/T 393)的要求见下表。
至于水分是否会对六氟化硫气体本身的绝缘特性有影响呢,期待高手们进行研究或者给出答案。
二、运行中六氟化硫气体的含水量不需要测量
各种规程中对运行中的六氟化硫气体含水量都规定了测试周期,比如一年,或者三年等等。对于这种测试我持否定态度,直接的原因是这种测试会造成一些负面的影响。一是试验存在造成电气设备与测试仪器接口的逆止阀失效的风险,一旦发生会造成气体大量泄漏,形成设备强迫停运。二是测试会消耗掉一定量的气体,特别是对气体容量比较小的设备会产生比较大的影响,比如瓷柱式断路器,甚者会产生补气的需求,而补气操作恰恰是气体中水分的重要来源。我的观点是,在控制好安装工艺、新气体质量、新气体充入电气设备等环节基础上,考虑一定时间后水分在电气设备内分布达到平衡时测量气体湿度合格(比如充气后静止24小时)的前提下,运行过程中如果电气设备不存在气体泄漏,则气体含水量不需要测量。之所以提出这样的观点,是因为我认为对于密封良好的电气设备,水分是不能进入的。即使存在六氟化硫气体泄漏的电气设备,水分也很难进入。为了证明这一点,我曾经对能接触到的所有有泄漏的六氟化硫充气设备进行过统计,所有设备六氟化硫气体湿度均不超标。其中包括一些泄漏很严重的设备,比如一周就要补气一次的设备。当然,以上说法仅仅是基于很小样本的推测,没有什么理论依据。我也曾请教过一些行业专家,大多是基于分子扩散或者分子压力等方面的理论,认为水分还是存在通过上述渠道进入电气设备的可能。但我对这种看法持怀疑态度。因为电气设备内部六氟化硫气体不是常压,通常会有零点几MPa的压力。如果电气设备内外部存在泄漏通道,这种情况就像是一条河流流入大海,大海中的盐分浓度一定是大于河水,但盐分绝对无法逆流而上,把河水变成咸水。水分也不能,顶着泄漏的气体进入电气设备内部。
当然,上面的说法依然只是我没有专业知识的胡乱猜测。因此,最终只能保守一些,提出对于没有泄漏问题的设备,六氟化硫气体湿度可以不进行测试。如果可以,将节约大量的人力、物力等等。同样,对于这个猜测,期待高手们进行研究或者给出答案。