SF6电气设备发生气体泄漏的危害和控制方法探讨

2014-04-16陆文娟

机电信息 2014年33期

关键词：灭弧漏气断路器

陆文娟

(常州供电公司，江苏常州 213003）

SF6电气设备发生气体泄漏的危害和控制方法探讨

陆文娟

(常州供电公司，江苏常州 213003）

SF6电气设备发生气体泄漏的危害极大，会严重影响设备和电网的安全，同时对人体和环境产生危害。鉴于此，对SF6气体泄漏的控制方法进行了探讨。

SF6电气设备；气体泄漏；击穿电压；检漏

0 引言

SF6气体作为良好的灭弧和绝缘介质，目前已广泛应用于GIS组合电器、断路器等电气设备中。今天，在高压、超高压及特高压领域，SF6气体几乎成为断路器和GIS组合电器唯一的绝缘和灭弧介质。在中压领域，SF6断路器和真空断路器已成为并驾齐驱的两大支柱。随着SF6气体使用量的增加，范围的扩大，SF6电气设备的气体泄漏也成了非常重要的问题，日益受到关注。

1 SF6电气设备发生气体泄漏的危害

SF6气体作为电气设备中的绝缘介质和灭弧介质，其绝缘和灭弧能力主要依赖于足够的充气压力和气体的高纯度，一旦设备中SF6气体发生泄漏将直接影响到设备的安全运行，同时会对工作人员和环境造成较大的危害。其危害主要有以下几点:

1.1 SF6气体泄漏会降低电气设备中SF6气体的击穿电压

1.1.1 SF6气体的密度降低对SF6击穿电压的影响

SF6气体的绝缘强度和灭弧能力取决于气体的密度。因此SF6气体密度的降低，将带来两方面的危害:一是导致设备绝缘强度降低，二是断路器等气室的开断容量下降，直接影响设备运行的可靠性。SF6气体密度的降低通常是由设备的泄漏引起的，SF6气体的工作压力肯定会降低。为了监视运行中SF6气体密度，断路器通常设有二级信号，即低压报警信号和闭锁压力信号。如果设备发生泄漏，压力降至低压报警值就会及时发出信号、灯光报警，提示设备内部气体压力降低了，有异常，应及时处理。如果压力继续下降至设置的闭锁值，设备就会闭锁，无法操作，因为此时的SF6气体已经失去了绝缘和灭弧能力，设备有爆炸的可能。

2009年12月18日，某变电所GIS组合电器F2-3气室(110 k VⅠ段母线压变）C相低压报警，现场测得气室压力为0.285 MPa(额定气压为0.40 MPa），水分含量1 062μL/L(国标注意值为500μL/L），经检漏发现，法兰连接处有针状缝2个。后来经过补焊等处理，抽真空，更换SF6气体，消除了设备隐患。

1.1.2 SF6气体含有杂质、水分对SF6击穿电压的影响

设备发生泄漏，外界大气中的空气、水分会通过泄漏点进入设备内部，从而显著降低SF6气体的绝缘能力。空气、杂质微粒在电场作用下易形成“导电小桥”，致使气体的击穿电压明显降低。管路接头、充气口、法兰处等泄漏点，是水分进入设备内部的通道。侵入的水分会腐蚀设备，也会阻碍SF6分解产物的复合，降低SF6的介质恢复强度。当SF6气体中水分含量超过一定限度时，SF6气体的稳定性会受到破坏，从而使绝缘性能大大降低。水分特别是液态水分对SF6电气设备的绝缘能力危害极大，当SF6气体中的水分在绝缘子表面凝成“露”时，则击穿电压显著下降，绝缘受到破坏。

某变电所常清线712开关自投运后气体水分含量就逐步上升，达550μL/L。当时就估计设备可能有泄漏，但在设备不停电情况下没有查到明显的泄漏点。此后该设备多次低压报警，每次报警后均采取补气的办法来消除报警信号，补气周期在一周左右。2010年2月13日，停电检查，当时设备气压为0.44 MPa(额定气压0.50 MPa，报警气压0.45 MPa）。经检漏，发现B相中法兰与上段瓷瓶的胶合面有缝隙，漏气严重。后将B相瓷瓶整体更换，消除了故障。

1.2 泄漏出的SF6气体对人体的危害

纯净的SF6气体无色、无味，在常温下化学性能稳定。但在断路器多次分断操作中，由于电弧放电及水分等杂质的影响，不可避免地会生成一些SF6分解产物，其中一部分是高毒性分解物，它们会对皮肤、黏膜等产生刺激，如果大量吸入，会引起肺水肿和头晕，甚至有致人死亡的可能。

1.3 泄漏出的SF6气体对环境的影响

温室效应，是指大气中的CO2、SF6等气体能透过太阳短波的辐射，使地球表面温度升高，同时又能有效地阻挡地球表面发射长波辐射，使得大气温度升高。SF6气体就是产生温室效应的气体之一，并且具有较严重的危害，因为一个SF6气体分子比一个CO2分子对温室效应的影响要大得多，约为一个CO2分子的20 000多倍。另外大气中的SF6气体性质稳定，寿命特别长，难以分解，对环境的影响相当大。

2 控制SF6电气设备发生气体泄漏的方法

2.1 加强对SF6电气设备的检漏

GB/T8905—1996规定SF6设备每个隔室的年漏气率不大于1%，并且将SF6气体泄漏量的检查作为SF6电气设备交接和运行监督的主要项目。通过仔细的检漏，可以发现泄漏点并及时处理，提高设备的密封性能，减少或消除设备的泄漏情况。SF6气体泄漏检查一般可分为定性检漏和定量检漏2种。

2.1.1 定性检漏

定性检漏是对设备进行直接检测，查出设备的泄漏情况及泄漏点的具体部位，从而为设备检修提供可靠的依据。定性检漏并不能有效地反映泄漏量，仅能判断设备是否存在漏气，它应该是定量检漏前的预检。定性检漏通常有检漏仪检漏、抽真空检漏2种方法。

现场工作中常用的是检漏仪检漏。用高灵敏度的SF6气体检漏仪探头在设备充气口、密度继电器及连接件附近进行反复、缓慢移动，根据检漏仪的声光等信号来判断被测部件的气体泄漏情况。对气路管道各连接处必须仔细检查，速度一般以10 mm/s左右为宜，以防探头移动过快而错过泄漏点。如无漏点则认为设备密封性能良好。

2.1.2 定量检漏

定量检漏是通过计算泄漏点的泄漏量，从而得到气室的年漏气率。定量检漏通常采用扣罩法、挂瓶法、包扎法、压力折算法等。

包扎法是工作中常用的方法。用厚塑料薄膜将设备围一圈半以上，尽量使缝口朝上，构成圆形或方形等规则形状，然后边缘用白布带扎紧或胶带粘贴密封。薄膜与设备间保留空隙，一般5 mm左右，在规定的时间间隔后，用仪器测量间隙内SF6气体浓度值，然后分别计算出漏气量、年漏气率，得出设备的泄漏情况。

2.2 加强对SF6气体密度的运行监测

SF6气体耐压强度取决于气体的密度，即单位体积内SF6气体的分子数。因此为了保证设备的可靠运行，必须监测SF6气体的密度。在实际工作中，常常用压力表来监测SF6气体的泄漏。我们可以根据测量时的气体温度，在SF6气体的温度特性曲线上找到相应的额定气压值，通过与实际测量值比较，了解气体的泄漏情况。

2.3 采用新材料、新技术，减少设备泄漏

通过技术革新来提高设备的密封性能，同时采用新工艺、新技术，有效减少SF6气体泄漏量。如设备的直动密封、转动密封采用波纹管结构，靠波纹管的蠕变来提供所需的行程或转角。提高设备的设计水平，改变设备结构，减小充气空间，这样可减少SF6气体的使用量，降低泄漏率。另外在保证电气设备性能的前提下，尽量降低SF6气体充气压力，这样可能减少漏气，提高密封性能。

2.4 采用混合气体代替SF6气体

寻找能完全代替SF6的气体，是有效防止SF6气体泄漏产生危害的终极措施。N2/SF6混合气体是良好的绝缘介质，能满足电气设备绝缘强度的要求，有接近于纯SF6气体的绝缘性能。西门子公司已开始在高寒地区的断路器中使用N2/SF6混合气体，取得了一定的效果。