SF6绝缘气体产物检测及吸附处理学习和实践

任乔林，肖 洒，肖亚平，陈 黎，任贝婷

（

1．国网湖北省电力有限公司孝感供电公司，湖北 孝 感432000；2．三峡大学，湖北 宜 昌443002；3．国网湖北省电力有限公司随州供电公司，湖北 随 州441300）

0 引 言

SF6（六氟化硫）自1990年合成，属于惰性绝缘气体，是已知化学稳定性最好的物质之一。由于具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，SF6作为一种重要的介质，被广泛用于电力工业中。六氟化硫，是一种无色、无味、无毒的非可燃气体，分子量为146．06，密度为6．13 g／l，约为空气的5倍。SF6有极好的热稳定性，纯态下即使在500℃也不分解。SF6熔点－50．8℃，耐热性能好，是一种稳定的高温热载体。SF6有较强的电负性，且分子体积大，容易捕获电子并吸收形成低活性的稳定负离子，使SF6具有很高的绝缘强度。在断路器中SF6分解时吸收大量的热量，可使电弧迅速冷却，经过10－7 s后可合成原气体，性能无明显下降，因此SF6是一种优良的绝缘和灭弧介质，国内外在变压器、互感器、电缆和线路中大量采用。在大城市一般地价很高，加上变压器油日益短缺，所以SF6变压器日益增多。如香港港灯公司自1981年安装首台11 kV／1 000 kVA变压器以来，至今已运行的气体配电变压器4 049台，占配电变压器总数的88%。1990年又安装首台275／11 kV变压器，至1999年已有5台275 kV变压器和41台132 kV SF6变压器，未发生任何电气事故。

但是SF6是一种窒息剂，当暴露在氧气含量＜19．5%的大气中时，会导致人产生头晕、口水增多、反映迟钝、反胃、呕吐、昏迷等现象，直至失去意识和死亡；暴露在氧气含量＜12%的大气中会无任何先兆的使人失去知觉，并失去自我救护的能力。更为严重的问题是，SF6受到高温、高压及紫外线照射等条件下会引起电离反映，比如经高温拉狐放电会产生分解，其分解物质有严重的腐蚀性和毒性，对人眼和呼吸系统有巨大的危害。因此，对SF6绝缘气体产物检测以及吸附处理对电力系统及人为安全具有重要的意义。

1 SF6绝缘气体的应用

SF6气体主要用于4种类型的电气设备作为绝缘和灭弧：SF6断路器及GIS、SF6负荷开关设备、SF6绝缘输电管线、SF6变压器及SF6绝缘变电站。SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能，使SF6气体绝缘断路器具有尺寸小、重量轻、开断容量大、维护工作量小等优点。目前SF6断路器最高工作电压已达765 kV，开断电流已达80 kA，额定电流已达12 A［1］。由于SF6气体具有优越的绝缘性能、灭弧性能和散热性能，也开始向中压设备发展。SF6开关柜正逐步提升市场份额。近年来，各种配电用的开关柜、环网柜等充SF6的产品不断涌现［2］。

从用气量讲，80%用于高中压电力设备。在超高压和特高压的范畴内，SF6绝缘气体已取代绝缘油和压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质。SF6绝缘气体安全性高，不会因为电荷的积累而发生着火和爆炸，适用于城市高层建筑的供电和地下矿井等有防火防爆要求的场合。

SF6变压器主要有以下好处：

（1）由于SF6气体流速比变压器油快得多，所以其冷却效果好。

（2）内部气压大，约100 kPa，所以即使有故障，故障气体比例太小，不可能造成危险状态。除非故障放电能量特别高。

（3）噪音小，并省去油枕。

（4）不燃，消防配置大大减少。

（5）维护工作量大大减少。

2 SF6绝缘气体分解产物

SF6的分解产物大部分属于酸性物质。

（1）SF4，四氟化硫，常温常压下为无色气体，有刺激性臭味，与水反应生成SOF2，与碱反应生成氟化物和亚硫酸盐，遇浓硫酸发生分解，易溶于苯，可用碱液或活性Al2O3吸收，对人体有剧毒，毒性近于光气，主要对呼吸系统造成伤害。

（2）SOF2，氟化亚硫酰，常温常压下为无色气体，有窒息性臭味，化学性质稳定，与水反应水解，具有很高击穿电压，能被活性氧化铝、活性炭吸附，对人体有剧毒，刺激粘膜，造成水肿，引起呕吐。

（3）SO2F2，硫酰二氟，常温常压下为无色、无味、无嗅气体，化学性质极为稳定，加热到150℃时，可与金属反应，可被碱液吸收，不易被活性氧化铝吸附。毒性主要作用于神经，往往因麻痹造成死亡。

（4）SOF4，与SOF2类似。

3 常用SF6绝缘气体分解产物检测方法

检测SF6气体分解物的变化可以有效地判断电气设备的运行状态。SF6气体分解产物检测的技术可分为非光谱测量法和光谱测量法。目前采用的非光谱测量技术如气体检测管法［3］，电气学气体传感器法［4］，色谱－质谱法［5］等；光谱测量法如傅里叶变换红外光谱（FTIR）［6］、非分散红外光谱（NDIR）［7］等。

气体检测管法利用待测气体的化学显色反应半定量获得气体的浓度信息，可用于检测SO2、H2S、HF等气体，这种方法检测精度较低，容易受到温度、湿度和存放时间等影响。

电化学气体传感器法适用于性质活泼的气体，如SO2、H2S、CO等，具有设备小、响应快、可在线监测等优点，但存在交叉干扰、寿命短等问题。

色谱－质谱法结合了气体色谱法与质谱法的优势，可应用在相对复杂组分的精确分析与鉴别，如C4F10、S2OF10等。多用于实验室分析，属于大型仪器设备。

傅里叶变换红外光谱仪基于迈克尔逊干涉原理获得待测气体的红外吸收光谱图，进而反演气体浓度，这种技术分辨率高、速度快，可实现多种气体同时测量，设备运行对环境要求较高，目前常用于实验室离线分析测量SF6分解物的特性。

非分散红外光谱针对待测气体的特征吸收波段，采用窄带干涉滤光测量特定波段吸收量，反演气体浓度。这种技术容易受到气体的交叉干扰，适用于较高气体浓度的场合。

4 SF6绝缘气体分解产物现场检测

4.1 试验仪器及材料

试验仪器及材料如表1所示。

表1 试验仪器及材料

4.2 试验方法

本次检测设备为某变电站110 kVGIS气体绝缘金属封闭开关设备，型号为ZF7A－126，该设备由西安西电开关电气有限公司于2017年7月生产，2017年9月出厂。2017年11月14日通过回收气体以便重新安装固化零件，担心有毒气体造成人员伤亡，所以采用SF6电气设备分解物检测仪进行检测，并通过XDF－02吸附剂和活性炭对分解产物进行吸附处理。本次采用XDF－02吸附剂和活性炭各500 g，按照原气瓶－吸附塔－气体回收车－吸附后气瓶的流程连接。采用迪诺DILO－b143r01抽了6．7 ppm气体，原气瓶气室压力1．1，通过厦门加华电力科技有限公司生产的JH4000A－4型号的SF6电气设备分解物检测仪进行检测。关闭吸附塔，出气稳定后吸附，吸附后为0．2 MPa，打开吸附塔出气最后吸附塔抽到0MPa，通过气相色谱法对吸附前后气体进行分析，现场检测设备连接如图1所示。

图1 现场设备连接图

4.3 试验结果

根据SF6气体吸附前后各种气体的值的不同记录，进行分析。具体实验结果见表2。

表2 吸附前后数据

同时对吸附前后的气体进行纯度测试，结果如表3所示。

表3 吸附前后纯度数据表

从上表可知，XDF－02吸附剂对SF6分解产物气体具有显著的吸附效果，吸附之后含硫化合物和低氟化物重量降低，表明XDF－02及活性炭在吸附过程中，能够促进低氟化物及含硫化合物的吸附。

5 结束语及建议

（1）XDF－02吸附剂对SF6分解产物气体具有显著的吸附效果，但针对不同的吸附剂量对SF6分解产物的吸附程度还未进行研究。

（2）针对SF6吸附前后的低氟化物成分还需进一步研究分析。

（3）SF6混合绝缘气体开关设备运行过程中，由于缺乏统一的执行标准，气体压力、混合比等实测值与设定值相差影响对SF6混合绝缘气体设备的安全运行造成较大隐患，亟需制定相关标准以规范SF6混合绝缘气体的使用。