SF6气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）出厂及现场气密试验基本方法及判断标准

平高集团有限公司 关 晓 聂海全

1 常用检漏设备的使用方法

1.1 检漏设备简介

目前国内GIS生产厂家及安装现场常用的检漏设备，大多是上海唐山仪表厂生产的LF-ID检漏仪，见图1。它的工作原理是探枪内装有高频振荡回路的电离腔，工作时电离腔内接近真空状态下产生高频电离，具有负电性的SF6气体进入电离腔，电离状态会发生改变，高频振荡状态也随之改变，检波高频振荡状态就能判定SF6气体浓度。该检漏仪优点为具有定量校准曲线，方便进行定量计算；灵敏度较高，10-8 SF6气体浓度有反应。缺点为稳定性较差，体积重量较大，适应于出厂试验与现场检漏试验。

1.2 LF-ID检漏仪操作方法

图1 上海唐山仪表厂LF-ID检漏仪工作原理示意图

1.3 定量校准曲线的意义

每一台检漏仪都有其唯一的校准曲线，见图2。横坐标代表检漏仪探枪的读数，纵坐标代表SF6浓度。检漏时，检漏仪的读数没有单位，要换算成浓度值，就要查该检漏仪的SF6气体检漏仪定量校准曲线，例如，检漏仪的读数为100，从曲线上对应纵坐标代表的浓度为9.5×10-6(V/V，体积比)，即9.5ppm。

图2 定量校准曲线

1.4 定量校准曲线的绘制

用检漏仪对配制（常用方法是用1ml的针筒抽入纯SF6气体，稀释到100ml的针筒内，该针筒内气体浓度就是10-2，以此类推）的每一浓度（10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 ）的标准SF6气体进行测量，就有一个相应的读数，这些浓度和检漏仪读数在坐标纸上就构成了相应的坐标点，把这些点用平滑的曲线连起来，就制成该台检漏仪的SF6气体检漏仪定量校准曲线，检漏仪的基数，即检漏仪在没有SF6气体、空气清新的地方，仪器所显示的基础数值，简称为基数，如图2，该台检漏仪基数为30。

1.5 定量校准曲线注意事项

我们在实际检漏试验时，会发现检漏仪在工作一定时期之后，基数会发生变化。基数是仪器各个可调部位调整在一定情况下所固有的数值。定量校准曲线表是在此基数基础上经过校准得来的，曲线中的各项指标与检漏仪的实际检测性能相符。由于检漏仪的实际工况及各部件的工作性能发生了变化，引起基数发生变化，这时原定量校准曲线表与检漏仪的实际检测性能已不再相符。基数变化越大，原校准曲线准确度越低。此时，需要对检漏仪重新校准。

2 检漏基本方法及判定标准：

2.1 定性检漏（适用于出厂试验与现场试验）

定性检漏方法：试品充额定压力SF6气体后，且静置时间不少于24h才可进行定性检漏。检漏仪工作正常，在无风吹拂的情况下，手拿探枪距试品5mm左右，对电气设备的各个密封环节、焊缝、铸件、接头接合面、法兰密封、转动密封、滑动密封、表计接口等位置进行缓慢移动（尽量避免接触试品，避免探枪靠试品太近易吸入灰尘及杂物、与产品易磕碰，会造成检漏仪读数的不稳定），监听检漏仪的报警声音的变化，同时监视检漏仪的浓度读数。

定性检漏合格判断：检漏仪读数不增加的为合格；

定性检漏仪读数增加较大（大于1×10-6）的，为不合格(要避免螺纹孔等处SF6气体积蓄后，浓度较大，造成误判)；

定性如果读数增加不大（不大于1×10-6），需采用定量法（包扎法）进一步确认是否合格。

引用相关标准二：DL/T618-2011《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》第3页9.3.1规定：

我们经过多年实践验证：

用不低于1×10-6（体积比）的检漏仪对各气室密封部分、管道接头等处进行检测时，检漏仪不报警的方法能够保证年漏气率不大于1%。

用不低于1×10-8（体积比）的检漏仪对各气室密封部分、管道接头等处进行检测时，检漏仪不报警的方法能够保证年漏气率不大于0.1%。对于检漏仪有反应，读数浓度没有超过1×10-6（体积比）的，要用包扎法进行确认(避免误判)。

2.2 定量检漏（适用于出厂试验与现场试验）

定量检漏方法：试品充额定压力SF6气体后，且静置时间不少于24h，用薄膜对试品进行包扎或扣罩，历时5h或24h后，用检漏仪测量罩内SF6气体增加量。

检漏合格判断：包扎5h后，单个包扎罩内SF6浓度增加不大于15ppm为合格。

每个气室，计算年漏气率不应大于0.3%为合格。

单个密封面或单个零部件，计算漏气率≤0.1Pa.cm3/s为合格。

引用相关标准一、GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》第49页14.0.4规定，必要是要采用局部包扎法进行气体泄漏测量。以24h的漏气量换算，每个气室年漏气率不应大于1%。

引用相关标准二、DL/T596-1996 《电力设备预防性试验规程》第567页规定，对电压等级较高的断路器以及 GIS 。因体积大可采用局部包扎法检漏，每个密封面位包扎后历时5h，测得的SF6气体含量（体积比）不大于30×10-6。

引用相关标准三：DL/T618-2011《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》第3页9.3.2规定：

引用相关标准四：GIS生产厂家技术标准：单个密封面或单个零部件要求，漏气率 ≤0.1Pa.cm3/s

我们经过多年实践验证：包扎后历时5h，测得的SF6气体含量（体积比）不大于15×10-6 方法能够保证年漏气率不大于0.1%。

单个密封面或单个零部件，计算漏气率≤0.1Pa.cm3/s的，也能够保证年漏气率不大于0.1%。

当气密性试验，漏气量大小有争议时，应以包扎检漏为准，只要满足包扎后时间5h，罩内增加的SF6气体含量（体积比）不大于15×10-6，就能够保证年漏气率不大于0.1%。

图3为某耐压工装（内充0.5MPa SF6）包扎检漏情况

图3 耐压工装包扎检漏

3 定量检漏计算方法，对试品包扎或扣罩

3.1 漏气率的计算

P(大气压强)——105Pa V(检漏罩减去试品的容积)—cm3K(检漏罩内SF6气体的浓度增加值即K2-K1)—体积比值t(扣罩收集SF6气体含量的时间)。

3.2 年漏气重量的计算

年漏气量：

r＝SF6气体密度 6.15kg/m3(latm 20℃)

T＝1年的小时数 365日×24h ＝8760h

V＝检漏罩减去试品的容积 m3

K＝SF6气体浓度变化 V/V

t＝扣罩或包扎时间 t (h)

3.3 年漏气率的计算

G＝年漏气重量 kg

M＝该气室充入SF6气体重量 kg

4 结束语

规范有效的GIS气密试验，一方面检漏设备要完好、满足要求，充SF6气体时间要足够长，不低于24h，检漏方法（定性、包扎）要得当，计算方法要正确，使用标准要准确。

附有关SF6气体的相关特性

1）SF6气体和空气的对比度：

SF6气体约是空气重量的5倍〔分子量SF6气体146.06(g/mol)空气为28.966(g/mol)〕、SF6气体构造是以S原子为中心周围有6个F原子的顶点相结合的正八面体，S原子和F原子的间隔是1.58A、由于SF6气体是无色、无味、无害的气体、重量又是空气的5倍，所以在检漏罩中操作时要充分注意不要造成缺氧。

2）压力单位

我们通常所见所说的压力表上的压力比如『0.4MPa』指的是表压。表压再加上大气压就是绝对压力。平时，单说压力是多少MPa时，在科学关系中多指绝对压力，在机器关系中多指仪表压力。1个大气压是指空气层对地上的物体的通常压力，用latm,760 mmHg,1013 hPa等来表示。另外，用来表示真空度的单位的Pa则是133Pa=1Torr =1 mmHg。

3）波耳—查理定律

一般温度保持一定的话气体的体积与压力成反比。这在波耳—查理定律中以气体的压力为P、体积为V，表示出来的话即是PV=常量。另外，就气体的膨胀率来说，几乎所有的气体都是一定的，大约是1/273，如α＝1/273时，则α＝(V-V0)/(V0 t)即V＝V0(1+t/273)即一定质量的气体的体积，如压力一定的话，温度每上升1℃，将增加0℃的体积的1/273。这就是波耳—查理定律。

波耳—查理定律中气体的体积与绝对温度成正比、与压力成反比。现在，以绝对温度为T0，此时的压力为P0，体积为V0时，其绝对温度T时的压力P、体积V则为P·V/T＝P0·V0/T0＝常量。

如:V＝一定的话，则P/P0＝T/T0 ∴ P0(1+t/273)，即一定体积的气体压力，温度每上升1℃,则增加0℃时的压力的1/273。

习题1 一压力容器中置入0.5 MPa(20℃)的空气，当空气温度降至5℃时，压力是多少？

SF6气体和空气的对比度表

各种绝对压力换算表

4）求得SF6气体重量的方法

欲求封入某容器中的SF6气体的重量。因压力1atm 20℃时的密度为6.15kg/m3，假设1m3的容器中封入0.3MPa（表压）SF6气体的话，其重量则是：密度25.28 kg/m3 ×1m3＝25.28 kg，通过压力—密度曲线可以简单看出。记牢SF6气体的密度6.15 kg/m3（20℃）的话，会在计算中带来很多方便。

习题2 在温度5℃时在750l的容器中封入0.5 MPa（表压）的SF6气体，其重量是多少？

温度5℃时0.5MPa的SF6气体，根据波耳—查理定律20℃的压力为0.53MPa。

查表求得此时的密度是41.77 kg/m3（20℃）。

内容积是750l，即0.75m3 SF6气体的重量是41.77×0.75＝31.3 kg。计算时应注意的是单位必须统一。

Kgf/cm与MPa（表压）的密度参考值（20C。）