SF6電氣設(shè)備發(fā)生氣體泄漏的危害和控制方法探討

陸文娟

(常州供電公司，江蘇 常州 213003）

SF6電氣設(shè)備發(fā)生氣體泄漏的危害和控制方法探討

陸文娟

(常州供電公司，江蘇 常州 213003）

SF6電氣設(shè)備發(fā)生氣體泄漏的危害極大，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備和電網(wǎng)的安全，同時(shí)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害。鑒于此，對(duì)SF6氣體泄漏的控制方法進(jìn)行了探討。

SF6電氣設(shè)備；氣體泄漏；擊穿電壓；檢漏

0 引言

SF6氣體作為良好的滅弧和絕緣介質(zhì)，目前已廣泛應(yīng)用于GIS組合電器、斷路器等電氣設(shè)備中。今天，在高壓、超高壓及特高壓領(lǐng)域，SF6氣體幾乎成為斷路器和GIS組合電器唯一的絕緣和滅弧介質(zhì)。在中壓領(lǐng)域，SF6斷路器和真空斷路器已成為并駕齊驅(qū)的兩大支柱。隨著SF6氣體使用量的增加，范圍的擴(kuò)大，SF6電氣設(shè)備的氣體泄漏也成了非常重要的問題，日益受到關(guān)注。

1 SF6電氣設(shè)備發(fā)生氣體泄漏的危害

SF6氣體作為電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，其絕緣和滅弧能力主要依賴于足夠的充氣壓力和氣體的高純度，一旦設(shè)備中SF6氣體發(fā)生泄漏將直接影響到設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)會(huì)對(duì)工作人員和環(huán)境造成較大的危害。其危害主要有以下幾點(diǎn):

1.1 SF6氣體泄漏會(huì)降低電氣設(shè)備中SF6氣體的擊穿電壓

1.1.1 SF6氣體的密度降低對(duì)SF6擊穿電壓的影響

SF6氣體的絕緣強(qiáng)度和滅弧能力取決于氣體的密度。因此SF6氣體密度的降低，將帶來兩方面的危害:一是導(dǎo)致設(shè)備絕緣強(qiáng)度降低，二是斷路器等氣室的開斷容量下降，直接影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。SF6氣體密度的降低通常是由設(shè)備的泄漏引起的，SF6氣體的工作壓力肯定會(huì)降低。為了監(jiān)視運(yùn)行中SF6氣體密度，斷路器通常設(shè)有二級(jí)信號(hào)，即低壓報(bào)警信號(hào)和閉鎖壓力信號(hào)。如果設(shè)備發(fā)生泄漏，壓力降至低壓報(bào)警值就會(huì)及時(shí)發(fā)出信號(hào)、燈光報(bào)警，提示設(shè)備內(nèi)部氣體壓力降低了，有異常，應(yīng)及時(shí)處理。如果壓力繼續(xù)下降至設(shè)置的閉鎖值，設(shè)備就會(huì)閉鎖，無法操作，因?yàn)榇藭r(shí)的SF6氣體已經(jīng)失去了絕緣和滅弧能力，設(shè)備有爆炸的可能。

2009年12月18日，某變電所GIS組合電器F2-3氣室(110 k VⅠ段母線壓變）C相低壓報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得氣室壓力為0.285 MPa(額定氣壓為0.40 MPa），水分含量1 062μL/L(國標(biāo)注意值為500μL/L），經(jīng)檢漏發(fā)現(xiàn)，法蘭連接處有針狀縫2個(gè)。后來經(jīng)過補(bǔ)焊等處理，抽真空，更換SF6氣體，消除了設(shè)備隱患。

1.1.2 SF6氣體含有雜質(zhì)、水分對(duì)SF6擊穿電壓的影響

設(shè)備發(fā)生泄漏，外界大氣中的空氣、水分會(huì)通過泄漏點(diǎn)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，從而顯著降低SF6氣體的絕緣能力?？諝狻㈦s質(zhì)微粒在電場(chǎng)作用下易形成“導(dǎo)電小橋”，致使氣體的擊穿電壓明顯降低。管路接頭、充氣口、法蘭處等泄漏點(diǎn)，是水分進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的通道。侵入的水分會(huì)腐蝕設(shè)備，也會(huì)阻礙SF6分解產(chǎn)物的復(fù)合，降低SF6的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度。當(dāng)SF6氣體中水分含量超過一定限度時(shí)，SF6氣體的穩(wěn)定性會(huì)受到破壞，從而使絕緣性能大大降低。水分特別是液態(tài)水分對(duì)SF6電氣設(shè)備的絕緣能力危害極大，當(dāng)SF6氣體中的水分在絕緣子表面凝成“露”時(shí)，則擊穿電壓顯著下降，絕緣受到破壞。

某變電所常清線712開關(guān)自投運(yùn)后氣體水分含量就逐步上升，達(dá)550μL/L。當(dāng)時(shí)就估計(jì)設(shè)備可能有泄漏，但在設(shè)備不停電情況下沒有查到明顯的泄漏點(diǎn)。此后該設(shè)備多次低壓報(bào)警，每次報(bào)警后均采取補(bǔ)氣的辦法來消除報(bào)警信號(hào)，補(bǔ)氣周期在一周左右。2010年2月13日，停電檢查，當(dāng)時(shí)設(shè)備氣壓為0.44 MPa(額定氣壓0.50 MPa，報(bào)警氣壓0.45 MPa）。經(jīng)檢漏，發(fā)現(xiàn)B相中法蘭與上段瓷瓶的膠合面有縫隙，漏氣嚴(yán)重。后將B相瓷瓶整體更換，消除了故障。

1.2 泄漏出的SF6氣體對(duì)人體的危害

純凈的SF6氣體無色、無味，在常溫下化學(xué)性能穩(wěn)定。但在斷路器多次分?jǐn)嗖僮髦校捎陔娀》烹娂八值入s質(zhì)的影響，不可避免地會(huì)生成一些SF6分解產(chǎn)物，其中一部分是高毒性分解物，它們會(huì)對(duì)皮膚、黏膜等產(chǎn)生刺激，如果大量吸入，會(huì)引起肺水腫和頭暈，甚至有致人死亡的可能。

1.3 泄漏出的SF6氣體對(duì)環(huán)境的影響

溫室效應(yīng)，是指大氣中的CO2、SF6等氣體能透過太陽短波的輻射，使地球表面溫度升高，同時(shí)又能有效地阻擋地球表面發(fā)射長波輻射，使得大氣溫度升高。SF6氣體就是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體之一，并且具有較嚴(yán)重的危害，因?yàn)橐粋€(gè)SF6氣體分子比一個(gè)CO2分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響要大得多，約為一個(gè)CO2分子的20 000多倍。另外大氣中的SF6氣體性質(zhì)穩(wěn)定，壽命特別長，難以分解，對(duì)環(huán)境的影響相當(dāng)大。

2 控制SF6電氣設(shè)備發(fā)生氣體泄漏的方法

2.1 加強(qiáng)對(duì)SF6電氣設(shè)備的檢漏

GB/T8905—1996規(guī)定SF6設(shè)備每個(gè)隔室的年漏氣率不大于1%，并且將SF6氣體泄漏量的檢查作為SF6電氣設(shè)備交接和運(yùn)行監(jiān)督的主要項(xiàng)目。通過仔細(xì)的檢漏，可以發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并及時(shí)處理，提高設(shè)備的密封性能，減少或消除設(shè)備的泄漏情況。SF6氣體泄漏檢查一般可分為定性檢漏和定量檢漏2種。

2.1.1 定性檢漏

定性檢漏是對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接檢測(cè)，查出設(shè)備的泄漏情況及泄漏點(diǎn)的具體部位，從而為設(shè)備檢修提供可靠的依據(jù)。定性檢漏并不能有效地反映泄漏量，僅能判斷設(shè)備是否存在漏氣，它應(yīng)該是定量檢漏前的預(yù)檢。定性檢漏通常有檢漏儀檢漏、抽真空檢漏2種方法。

現(xiàn)場(chǎng)工作中常用的是檢漏儀檢漏。用高靈敏度的SF6氣體檢漏儀探頭在設(shè)備充氣口、密度繼電器及連接件附近進(jìn)行反復(fù)、緩慢移動(dòng)，根據(jù)檢漏儀的聲光等信號(hào) 來判斷被測(cè)部件的氣體泄漏情況。對(duì)氣路管道各連接處必須仔細(xì)檢查，速度一般以10 mm/s左右為宜，以防探頭移動(dòng)過快而錯(cuò)過泄漏點(diǎn)。如無漏點(diǎn)則認(rèn)為設(shè)備密封性能良好。

2.1.2 定量檢漏

定量檢漏是通過計(jì)算泄漏點(diǎn)的泄漏量，從而得到氣室的年漏氣率。定量檢漏通常采用扣罩法、掛瓶法、包扎法、壓力折算法等。

包扎法是工作中常用的方法。用厚塑料薄膜將設(shè)備圍一圈半以上，盡量使縫口朝上，構(gòu)成圓形或方形等規(guī)則形狀，然后邊緣用白布帶扎緊或膠帶粘貼密封。薄膜與設(shè)備間保留空隙，一般5 mm左右，在規(guī)定的時(shí)間間隔后，用儀器測(cè)量間隙內(nèi)SF6氣體濃度值，然后分別計(jì)算出漏氣量、年漏氣率，得出設(shè)備的泄漏情況。

2.2 加強(qiáng)對(duì)SF6氣體密度的運(yùn)行監(jiān)測(cè)

SF6氣體耐壓強(qiáng)度取決于氣體的密度，即單位體積內(nèi)SF6氣體的分子數(shù)。因此為了保證設(shè)備的可靠運(yùn)行，必須監(jiān)測(cè)SF6氣體的密度。在實(shí)際工作中，常常用壓力表來監(jiān)測(cè)SF6氣體的泄漏。我們可以根據(jù)測(cè)量時(shí)的氣體溫度，在SF6氣體的溫度特性曲線上找到相應(yīng)的額定氣壓值，通過與實(shí)際測(cè)量值比較，了解氣體的泄漏情況。

2.3 采用新材料、新技術(shù)，減少設(shè)備泄漏

通過技術(shù)革新來提高設(shè)備的密封性能，同時(shí)采用新工藝、新技術(shù)，有效減少SF6氣體泄漏量。如設(shè)備的直動(dòng)密封、轉(zhuǎn)動(dòng)密封采用波紋管結(jié)構(gòu)，靠波紋管的蠕變來提供所需的行程或轉(zhuǎn)角。提高設(shè)備的設(shè)計(jì)水平，改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)，減小充氣空間，這樣可減少SF6氣體的使用量，降低泄漏率。另外在保證電氣設(shè)備性能的前提下，盡量降低SF6氣體充氣壓力，這樣可能減少漏氣，提高密封性能。

2.4 采用混合氣體代替SF6氣體

尋找能完全代替SF6的氣體，是有效防止SF6氣體泄漏產(chǎn)生危害的終極措施。N2/SF6混合氣體是良好的絕緣介質(zhì)，能滿足電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的要求，有接近于純SF6氣體的絕緣性能。西門子公司已開始在高寒地區(qū)的斷路器中使用N2/SF6混合氣體，取得了一定的效果。

3 結(jié)語

SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，在電力系統(tǒng)中得到廣泛使用，而且使用量越來越大，這樣不可避免地會(huì)發(fā)生泄漏，從而給設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來威脅，給人類賴以生存的環(huán)境帶來污染和破壞。減少SF6氣體的泄漏量，尋找綜合性能更好的氣體，是有效控制其泄漏導(dǎo)致危害的方法。

[1]GB/T8905—1996 六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測(cè)導(dǎo)則[S]

2014-09-30

陸文娟(1973—），女，江蘇常州人，技師，助理工程師，研究方向:電力系統(tǒng)電氣設(shè)備高電壓試驗(yàn)和絕緣油化驗(yàn)。