典型500 kV变电站SF6应用现状调查与研究

于丽新，齐笑言，李 超，韩钟国

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

研究与应用

典型500 kV变电站SF6应用现状调查与研究

于丽新，齐笑言，李 超，韩钟国

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

为掌握典型500 kV变电站SF6的使用以及回收利用情况，对典型500 kV变电站运行中的SF6电气绝缘设备的数量、设备的运行维护管理以及SF6废气回收再利用等实际情况进行现场调研，确定500 kV变电站SF6回收再利用的技术水平。调研结果显示：SF6在高压电气绝缘设备应用越来越广泛，使用量逐年增加，平均约占总绝缘设备的30.5%。但是其回收利用率仍然较低，调研的11座变电站中，仅有73%的变电站配备回收装置，SF6气体回收再利用任重而道远。

SF6；500 kV变电站；电气绝缘设备；回收利用

1997年，《京都议定书》将SF6气体列为禁止排放的六大温室效应气体之一，SF6气体年排放量约为2 000 t，虽然SF6气体的年排放量小，但它对温室效应却存在着潜在危险［1-2］。SF6气体全球变暖系数很高，若CO2为1，则SF6气体为23 900，同时SF6气体在大气中的寿命长为3 200年，因为SF6气体大部分既不能化学降解，也不能光学降解，它能在大气中造成累计效应［3］。推进SF6气体回收循环利用，减缓温室效应与环境污染，已备受全球关注。在不久的将来，我国的温室效应废气排放总量将会超过美国，这必然受到履行《京都议定书》减排规定的更大约束。因此研究SF6气体回收处理及再利用，控制SF6气体向大气排放，是整个社会共同关注的问题。

SF6气体具有理想的绝缘和灭弧性能，相同条件下，其绝缘能力为空气、氮气的2.5倍以上，灭弧能力为空气的100倍［4］。SF6气体的应用使得断路器的尺寸小、重量轻、开断短路电流大，对开断空载长线、开断电抗器、开断空载变压器等均有很好的开断性能，已广泛应用于高压开关设备中［5-7］。作为SF6气体最大用户电力工业，着手进行SF6气体回收处理及再利用研究，是社会赋予我们的责任。

本文对典型500 kV变电站SF6使用及再利用现状进行调查与研究。掌握了典型500 kV变电站运行中的SF6电气绝缘设备的数量、设备的运行维护管理以及SF6废气回收再利用等情况，确定500 kV变电站主设备的SF6回收再利用的技术水平。在对现有断路器，电流互感器、GIS、H-GIS等电器设备中SF6气体回收、处理以及再利用的情况进行调查分析，为同行业对SF6在500 kV变电站中的使用以及回收利用情况提供科学数据，同时为后续变电站中SF6气体的使用以及回收再利用的研究奠定基础。

1 调研与统计分析方法

1.1 调研方法

本次针对11座典型的500 kV变电站SF6的使用以及回收利用情况的调研主要通过实地调研的方法进行。首先根据调研内容拟好调研表，表内调研内容包括：变电站名称、调研日期、变电站概况、电气绝缘设备使用情况、SF6绝缘设备使用情况、SF6气体回收利用情况、SF6气体管理情况等信息。然后携带调研表到各个典型500 kV变电站与相关负责人直接沟通了解SF6的使用以及回收利用情况。

1.2 调研结果统计分析方法

对11座典型500 kV变电站SF6的使用情况进行总体分析。以达到对典型500 kV变电站SF6使用以及回收利用情况进行全面总结与对比分析的目的。

2 调研结果汇总分析

2.1 典型500 kV SF6电气绝缘设备使用情况

本研究调研了11座典型的500 kV变电站SF6电气绝缘设备的使用情况，现汇总成表1。

表1 SF6电气绝缘设备使用情况表

从表1可以看出，SF6气体电气绝缘设备的比例在新建变电站中明显高于早先投运的变电站。经过统计，SF6气体电气绝缘设备约占总绝缘设备的30.5%。其中，在1990年之前投运的变电站共3座，SF6电气绝缘设备的比例约为19.7%，SF6气体总使用量平均为5 262 kg；在1991～2010年投运的变电站共8座，SF6电气绝缘设备的比例约为34.5%，SF6气体总使用量平均为8 890 kg。根据上述统计结果分析，SF6电气绝缘设备也在近20年内得到飞速发展，其占绝缘设备的比例由19.7%提高到了34.5%，随之SF6气体的平均使用量从5 262 kg提高至8 890 kg。随着进一步发展，SF6气体的使用量还会有所增加，SF6废气回收利用的经济效益和环境效益日益显著。

2.2 SF6气体在各类电气绝缘设备中的使用情况

本研究调查了11座典型的500 kV变电站SF6电气绝缘设备的使用情况，表2为各类电气绝缘设备SF6的使用量统计。

表2 电气绝缘设备中SF6的使用情况kg

从表2可以看出，SF6电气绝缘设备中，500 kV断路器的使用量最大，为57 415.4 kg，占总的SF6使用量的66%。220 kV断路器和电流互感器分别占15%和16%，66 kV断路器用量最少，为3%。SF6气体使用量的详细分布见图1。

2.3 SF6气体回收情况分析

通过对11座典型500 kV变电站SF6电气绝缘设备的回收情况的调研，发现有73%的变电站配备回收装置，其中有7座变电站由于同一上级公司管理，共同配置1台回收装置，轮流使用。据调查，回收装置利用情况不佳。由于各个变电站的SF6电气绝缘设备的使用时间均未达到设备的使用寿命，设备更换所产生的SF6废气较少，回收装置利用率较低。在排放量小，没有大修的情况下，11座变电站每年由于微小泄漏而补充的气体不超过200 kg，回收的经济效益较低，废气对环境的影响也容易被忽略，所以，各个变电站SF6废气回收利用比例较低。但随着设备的老化，最先投运的设备已经陆续进入更换期，对SF6废气回收利用的经济效益和环境效益越来越明显。

图1 SF6气体使用量分布图

3 SF6回收处理问题

目前国内外SF6回收回充净化处理设备普遍存在SF6气体回收效率不高、污染严重、回收速度慢以及空气难分离、气体净化难以达到国家SF6新气标准要求等技术难题［8］。根据调研结果显示典型500 kV变电站主要存在的回收处理问题如下。

3.1 回收的SF6气体不能完全响应国家标准要求

我国规定充入电气设备中的SF6气体必须经过严格测试，达到工业SF6（GB／T 12022—2006）规定的指标。各个典型500 kV变电站对SF6气体的各项指标检验不完全，基本只有微水检测，检测周期各自不同。由于SF6气体的纯度以及杂质的含量对电气绝缘设备性能以及安全性影响巨大，所以，建议加强SF6气体的各项指标检测，以防患于未然。但是受到检测仪器以及检测人员水平的限制，指标多数不能全部检测。

3.2 SF6气体回收率低

根据调研结果显示，大部分设备未到更换SF6气体年限，由于经济效益影响较小，少量SF6气体回收不受重视。同时，目前采用的绝大多数回收处理设备对空气的处理效果很差，需要大量排气，导致现场回收处理率很低。

3.3 SF6气体处理后的灌瓶效率低

SF6回收处理设备通常采用高压灌瓶方式，灌瓶效率受环境影响很大，一般额定50 kg的钢瓶只能灌装20 kg左右［8］。有些处理设备采用冷凝后利用高度差灌瓶的方式，这存在着自重不能克服钢瓶内压力进而无法灌瓶的问题。调研结果显示，不是所有的回收利用装置都能有效地将处理后的SF6气体灌装回钢瓶，导致回收后的SF6气体再利用率较低。

3.4 处理后SF6气体的回充存在安全问题［8］

目前一些SF6回收设备采用简易的给钢瓶外装加热套的方式来完成回充功能，这可能会使SF6液体直接回充入设备，由蒸发而形成的低温SF6会导致设备短时的温差变形，可能使设备密封失效，造成泄漏。更为严重的是，加热根本不能使钢瓶中的合格SF6液体变成气体回充，过度受热甚至可能烧焦钢瓶表面，并使钢瓶内压力升高，存在严重的安全隐患。

现场进行气体处理时，必定有部分尾气需要排放。非专业处理中心没有专门用于净化处理SF6气体的场所，各使用单位也缺少专用气体净化处理设备，操作人员的安全仅依靠数量有限的防护服，在现场直接作业可能因为通风等原因危及作业人员身体健康。有些采用液氮冷却的处理设备，由于液氮本身属于危险化学品，在吊装、储运和使用方面也存在一系列安全问题。

4 展望与建议

通过对11座典型500 kV变电站SF6使用以及回收利用情况的调查与研究，发现近年来SF6电气绝缘设备以其优秀的性能、占地面积小以及低维修率等优点，有了广泛的应用，特别是在超高压变电中的应用越来越多。随着设备老化，越来越多的SF6电气绝缘设备进入更换期，随着设备解体而产生的SF6废气越来越多，对其回收再利用的经济效益和环境效益日益显著。根据本次调查研究，提出以下3点建议。

a.提高对SF6气体危害的认识，明确SF6废气回收再利用的重大意义。对这项工作要重视起来，制定完善的SF6气体采购、使用、回收、再利用以及储存等相关事项的管理办法，并严格按规定操作。

b.在调研过程中，发现各个典型500 kV变电站对SF6气体的各项指标检验不完全，基本只有微水检测，检测周期各自不同。由于SF6气体的纯度以及杂质的含量对电气绝缘设备性能以及安全性影响巨大，建议加强SF6气体的各项指标检测，以防患于未然。

c.综合经济效益和环境效益，建议SF6废气回收和处理分开进行，即各个变电站有能力将SF6废气回收，并妥善保管回收的SF6废气；然后，以检修分公司为单位，对回收的SF6废气进行处理，处理后可以达到回用标准；处理后的SF6气体，按需求返回各个变电站备用。这样，在SF6气体得到回收利用的基础上，降低了回收装置的闲置率。

［1］ 李建国，王兰兰.RF系列六氟化硫气体回收净化再生系统的原理及应用［J］.电力设备，2008，9（5）：50-52.

［2］ 李建基.新型高中压开关设备选型及新技术手册［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

［3］ 海豫新.超高压开关设备中减少六氟化硫气体用量的措施［J］.电工电气，2011，33（5）：45-47.

［4］ 张云飞.六氟化硫在断路器的应用及六氟化硫环保问题［J］.精细化工原料及中间体，2009，11（2）：29-32.

［5］ 李文琦.六氟化硫断路器中SF6气体含水量分析和对策［J］.能源与环境，2008，27（3）：32-33.

［6］ 卞 杨，赵 海，齐笑言，等.SF6气体泄漏环境在线监测技术综述［J］.黑龙江电力，2009，31（12）：477-479.

［7］ 鲁旭臣，李 爽，毕海涛，等.辽宁电网GIS与HGIS运行可靠性和实用性分析［J］.东北电力技术，2014，35（9）：20-22.

［8］ 刘红志，彭 柯.六氟化硫回收回充净化处理系统的应用研究［J］.四川电力技术，2011，33（2）：52-55.

Investigation and Research on the Application of SF6at Typical 500 kV Substations

YU Li⁃xin，QI Xiao⁃yan，LI Chao，HAN Zhong⁃guo
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

On the basis of site investigation，the typical 500 kV substations sulfur hexafluoride（SF6）application and recycling utili⁃zation are mastered.The number of electrical insulation devices，the operation and maintenance management and the exhaust gas recy⁃cling of SF6are investigated in order to determine the technical level of SF6recycling at 500 kV substations.Research results show that SF6is widely used in high voltage electrical equipment insulation，and to achieve the total insulation equipment 30.5%.But the recov⁃ery rate is still low，only 73%substation of 11 substations have recovery devices，so the SF6recycling and utilization have a long way to go.

SF6；500 kV substation；Electrical insulation devices；Recycling and utilization

TM63

A

1004-7913（2015）06-0007-03

于丽新（1984—），女，硕士，工程师，现从事电力系统环境保护相关工作。

2015-03-25）