六氟化硫SF6電氣設備檢漏哪個最優(yōu)？

1.引言
六氟化硫（SF6）氣體是一種無毒、無色、無味，化學性能極穩(wěn)定的物質，具有優(yōu)異的滅弧和絕緣性能。以SF6氣體取代絕緣油作為滅弧和絕緣介質的電氣設備，稱為SF6電氣設備。目前，SF6電氣設備在電網中已大規(guī)模的使用，種類已擴展到電流互感器（CT）、電壓互感器（PT）、電容器、SF6組合電器（GIS）多種電氣設備。
2.SF6電氣設備密封性能控制的必要性
影響設備中SF6氣體的絕緣性能的主要因素有兩個：一是氣體中水蒸汽的含量，即通常所說的濕度或微量水分。當微量水分增高或嚴重超標時，可能會造成沿絕緣物內部表面閃絡而造成事故，也可能使開關絕緣件受潮或產生凝露，從而大大降低其絕緣性能。同時水分會與被電弧分解的SF6分解物反應，生成腐蝕性極強的HF（氫氟酸）、氟化亞硫酰（SOF2）、二氟化硫酰（SO2F2）等酸性物質，會腐蝕設備內滅弧室內的金屬元件和設備的密封絕緣材料，影響設備的機械性能，縮短設備的使用壽命，降低設備的絕緣能力，對人體也具有毒性，對環(huán)境也會造成污染。運行的SF6電氣設備中氣體微量水分標準是：含滅弧室的設備：300μι/ι；不含滅弧室的設備：500μι/ι（20℃）。另一個因素是SF6氣體的密度，SF6氣體在101325Pa、20℃時的密度為6.16g/L，具有優(yōu)異的絕緣滅弧電氣性能保證一定密度值的SF6氣體，才能保持良好的滅弧和絕緣性能，而SF6氣體的密度與壓力曲線關系是正比例函數關系，也就是說，保證一定的壓力，才能保證一定的密度值。這兩個因素都與SF6電氣設備的密封性能有直接關系，SF6電氣設備的密封性能是指電氣設備各個密封環(huán)節(jié)密封氣體的能力和狀況。SF6電氣設備的密封性能對設備內部氣體濕度有較大的影響作用，這是因為：一般的SF6電氣設備由于人為的控制設備內部氣體濕度，所以設備內部氣體含水量較低，也就是說設備的內部水蒸氣分壓很低，而大氣中水蒸氣分壓很高。在高溫高濕條件下，水分子會自動地從高壓區(qū)向低壓區(qū)滲透。外界氣溫越高、相對濕度越大，內外水蒸氣壓差就越大，如果此時設備的密封性能出現(xiàn)不良狀況，大氣中的水分透過設備密封薄弱環(huán)節(jié)，進入設備的可能性就越大。這是因為SF6分子直徑為4.56×10-10m，水分子直徑為3.20×10-10m，SF6分子是球狀，而水分子為細長棒狀，在內外水分壓差大時，水分子是容易進入設備內部的。所以，《GBJ147-90電氣裝置安裝工程高壓電器施工及驗收規(guī)范》第4.2.2條明確指出：“SF6斷路器的密封是否良好，是考核其可靠性的主要指標之一。為防止水分滲入到斷路器內，對密封材料有嚴格的要求，故強調了組裝用的密封材料必須符合產品的技術規(guī)定�！币�保證SF6電氣設備內部SF6氣體的密度，則必須維持設備內部SF6氣體在一定的壓力值，而維持住一定的壓力值，就必須依靠設備的密封性能來保證。所以，IEC（國際電工技術委員會）關于SF6電氣設備制造的相關標準中強制要求，所有SF6電氣設備都必須設有SF6氣體密度繼電器（壓力表），通過其設定的報警、閉鎖兩個壓力值來監(jiān)視SF6電氣設備內部SF6氣體的密度（壓力值）值，以保證設備安全可靠運行。如上所述，SF6電氣設備的密封能力和狀況與其內部SF6氣體保持優(yōu)異的絕緣滅弧電氣性能是密切相關的，要使SF6電氣設備保持良好的運行工況，對設備的氣體泄漏量進行嚴格控制是必要的。對SF6電氣設備的氣體泄漏量進行嚴格控制必須要依靠可靠、可行的檢漏檢測方法，目前，實際運用的定量檢漏檢測方法主要有年泄漏率法和定量檢漏儀檢測法。以下就這兩種檢測法在實際運用中的優(yōu)劣性作一簡單比較和探討。
3.SF6電氣設備年泄漏率檢漏檢測方法的局限性
目前對SF6電氣設備的定量檢漏檢測方法，幾乎所有的設備制造廠商都把年泄漏率≯1％作為金科玉律來應對用戶。需要特別指出的是年泄漏率是SF6電氣設備的多個定量檢漏檢測方法的其中一個指標或一種方法，不是絕對的方法或最好的方法。GB11023－89《高壓開關設備六氟化硫氣體密封試驗方法》中在4節(jié)4.2定量檢漏中提出了年泄漏率定量檢漏通常采用扣罩法、掛瓶法、局部包扎法等方法。扣罩法、局部包扎法、掛瓶法的計算原理基本相同（其中掛瓶法適用于有兩道密封圈并有引出測點的密封結構，適用的設備種類比較單一），均屬于容（體）積計算法。其計算方法是：漏氣率：F=δc（Vm-V1）δt（1）式中：δc—試驗開始到終了時泄漏氣體濃度的增量，為測量的平均值，（ppm）；δt—測量δC的時間間隔（s）；Vm—封閉罩容積（m3）；V1—試品體積（m3）。相對年漏氣率Fy（%年）：Fy=F×31.5×106V（Pr+0.1）（2）式中：V—試品氣體密封系統(tǒng)容積（m3）；Pr—額定充氣壓力（表壓）（MPa）。理論上，如果廠家給出了試品氣體密封系統(tǒng)容積等條件后，經過δt時間段的測量、計算出Vm和V1體積后，按式⑴計算出F后再按式⑵計算出Fy，則可與標準年泄漏率1％進行比較，并判斷合格與否。但在實際工作存在著如下問題：3.1試品氣體密封系統(tǒng)容積的問題目前SZS供電局SF6電氣設備的制造廠家，包括所有國產、合資、外資制造商，無論是采用入該廠學習還是其它溝通方法，均不愿或不能提供其試品氣體密封系統(tǒng)容積的參數，使該參數只能通過設備銘牌提供的充氣量來折算，而且銘牌提供的充氣量與實際充氣量是存在出入的，所以，試品氣體密封系統(tǒng)容積這個參數現(xiàn)場使用起來是存在誤差的。3.2Vm的計算當采用扣罩法、局部包扎法時，Vm很難準確地計算出。一般根據包扎的對象采用近似為圓柱或圓臺的方法，用下式粗略計算Vm：V圓柱＝πR2H（3）式中：R—圓柱半徑；H—圓柱高。V球臺＝1/6πh[3(r12+r22)+h2]（4）式中：r1—上球臺半徑；r2—下球臺半徑；h—球臺高。3.3V1的計算與Vm的計算有著近似的問題而在形狀的計算上V1的計算更是各式各樣。在一臺開關，尤其是GIS上有著幾十，上百個檢測點，均需上面式（3）或式（4）或其它公式的粗略計算。在具體工作中還得用Vm、V1這種粗略計算出的體積，再去精確地計算出年泄漏率。在式（1）中：假定已準確地知道了F后，則δC與（Vm－V1）的關系如下式：δC=F×δtP×1Vm－V1（5）式中：F、δt、P—已知量，設為K。從理論上講，當Vm－V1擴大一倍后，δC將減少一倍。但在實際的測量中可知，由于SF6分子量為146，大于空氣的分子量。密度約是空氣的5.1倍。所以往往是封閉罩中下部的SF6氣體濃度遠大于上部。其δC的濃度不是與數學計算出的Vm－V1體積完全成比例關系。這其中還有一個由于分子量的不同，在空腔中濃度的分布不同的問題。所以在實際測量中精確計算δC＝K/（Vm－V1）的意義不大�？壅址�、掛瓶法、局部包扎法這些容積法，要求封閉罩包扎后24h進行檢測,停電時間長,不宜現(xiàn)場緊急泄漏事故的處理。要求使用的SF6檢漏儀，按其制造原理基本上分為紫外電離式、負電暈電離式、高頻電離式三種，均屬靈敏度相對較低的儀器，其最小檢測限：1ppm（體積比）即1×10-6，檢測結果存在一定偏小誤差。3.4檢漏檢測結果實際出入極大以近年來某廠制造的LVQB-220W2型電流互感器為例，該廠家對出廠的LVQB-220W2型電流互感器采用扣罩法作出廠檢測，合格出廠后，個別設備在現(xiàn)場安裝過程中卻檢測出許多漏點；個別設備安裝檢測合格后，運行一段時間SF6電氣設備檢漏檢測方法的探討。3.1試品氣體密封系統(tǒng)容積的問題目前SZS供電局SF6電氣設備的制造廠家，包括所有國產、合資、外資制造商，無論是采用入該廠學習還是其它溝通方法，均不愿或不能提供其試品氣體密封系統(tǒng)容積的參數，使該參數只能通過設備銘牌提供的充氣量來折算，而且銘牌提供的充氣量與實際充氣量是存在出入的，所以，試品氣體密封系統(tǒng)容積這個參數現(xiàn)場使用起來是存在誤差的。3.2Vm的計算當采用扣罩法、局部包扎法時，Vm很難準確地計算出。一般根據包扎的對象采用近似為圓柱或圓臺的方法，用下式粗略計算Vm：V圓柱＝πR2H（3）式中：R—圓柱半徑；H—圓柱高。V球臺＝1/6πh[3(r12+r22)+h2]（4）式中：r1—上球臺半徑；r2—下球臺半徑；h—球臺高。3.3V1的計算與Vm的計算有著近似的問題而在形狀的計算上V1的計算更是各式各樣。在一臺開關，尤其是GIS上有著幾十，上百個檢測點，均需上面式（3）或式（4）或其它公式的粗略計算。在具體工作中還得用Vm、V1這種粗略計算出的體積，再去精確地計算出年泄漏率。在式（1）中：假定已準確地知道了F后，則δC與（Vm－V1）的關系如下式：δC=F×δtP×1Vm－V1（5）式中：F、δt、P—已知量，設為K。從理論上講，當Vm－V1擴大一倍后，δC將減少一倍。但在實際的測量中可知，由于SF6分子量為146，大于空氣的分子量。密度約是空氣的5.1倍。所以往往是封閉罩中下部的SF6氣體濃度遠大于上部。其δC的濃度不是與數學計算出的Vm－V1體積完全成比例關系。這其中還有一個由于分子量的不同，在空腔中濃度的分布不同的問題。所以在實際測量中精確計算δC＝K/（Vm－V1）的意義不大�？壅址ā�掛瓶法、局部包扎法這些容積法，要求封閉罩包扎后24h進行檢測,停電時間長,不宜現(xiàn)場緊急泄漏事故的處理。要求使用的SF6檢漏儀，按其制造原理基本上分為紫外電離式、負電暈電離式、高頻電離式三種，均屬靈敏度相對較低的儀器，其最小檢測限：1ppm（體積比）即1×10-6，檢測結果存在一定偏小誤差。3.4檢漏檢測結果實際出入極大以近年來某廠制造的LVQB-220W2型電流互感器為例，該廠家對出廠的LVQB-220W2型電流互感器采用扣罩法作出廠檢測，合格出廠后，個別設備在現(xiàn)場安裝過程中卻檢測出許多漏點；個別設備安裝檢測合格后，運行一段時間SF6電氣設備檢漏檢測方法的探討。后，又出現(xiàn)泄漏報警。見表1的統(tǒng)計。在表1中所列設備出廠試驗是采用扣罩法，且檢測年泄漏率1％的指標均合格。但從現(xiàn)場實際檢修結果看，在表1中所列設備檢測出的漏點中大部分漏點的密封部位經拆開檢查均存在不同程度工藝質量的問題，造成密封面的泄漏增大。（其余合格密封面的泄漏量均≤0.02ppm）由此可見，當采用扣罩法檢測年泄漏率1％時大部分密封接口的少量泄漏有可能掩蓋某個接口工藝質量不良造成的泄漏。采用扣罩法計算的是設備氣室的整體泄漏，一個設備或一個氣室隨著其結構的不同，接口密封部位的多少也不同，有的只有一、兩個，有的可多達十幾個，扣罩法測量的是一個綜合量。不計接口及密封面多少的情況,其中有的密封面接口工藝可能存在問題，反應在綜合的測量結果上卻是泄漏量小，而工藝質量小于幾個ppm或零點幾個ppm有缺陷隱患的接口，是反應不出來的。但工藝質量有缺陷隱患的接口其缺陷往往是不穩(wěn)定的，可以隨著時間、溫度等外部條件的變化而擴大。所以會出現(xiàn)安裝、投運測量時指標合格，但設備投運后幾個月就發(fā)生補氣的現(xiàn)象。局部包扎法是采用密封面的局部包扎，其包扎的容積很小，在實際測量中，當用圓臺或球體等公式近似計算出體積，或是大致估算其容積后代入公式，可能所有的代入公式參數都是錯誤的，而且可看出在年泄漏率為1%的標準時密封面接口的允許泄漏量很大，這樣的結論在套公式、標準下是成立的。由于包扎的體積小導致計算出的允許泄漏大，但在實際檢測時，這樣的數值往往已掩蓋了密封面接口工藝質量的嚴重問題，而這些問題往往是導致日后設備頻繁補氣的原因。如上所述，一些廠家采用扣罩法檢測年泄漏率作為SF6電氣設備出廠檢漏的方法，是有很大局限性的，其檢測的靈敏度及合理性是存在問題的。
4.定量檢漏儀檢測SF6電氣設備泄漏的優(yōu)點
近年來，工作人員在現(xiàn)場摸索出的利用Q200型SF6定量檢漏儀檢測SF6電氣設備泄漏并換算年漏量的檢測方法（點測法），已正式列入《寧夏電力公司預試規(guī)程2006版》，作為現(xiàn)場檢測標準予以執(zhí)行。其基本內容（1）其依據標準主要有：《DL/T402—1999交流高壓斷路器訂貨技術條件》第E1.2.14條：“檢漏圍繞設備緩慢移動檢漏儀的探頭以檢測泄漏點的動作�！焙汀禛B11023-89高壓開關設備SF6氣體密封試驗導則》第4.1.2條：“檢漏儀檢漏用靈敏度不低于0.01ppm（V/V）的SF6氣體檢漏儀檢漏，無漏點則認為密封性能良好”。等相關標準規(guī)程規(guī)定。（2）現(xiàn)場通常使用的Q200型SF6定量檢漏儀，其制造原理是電子捕獲原理，即采用放射性同位素Ni63作為檢測器的離子發(fā)射體，只對具有電負性的氣體（如鹵素物質以及含有O、S、分子的物質）產生信號，靈敏度隨物質電負性的增強而增高。由于SF6氣體是負電性氣體，具有吸收自由電子形成負離子的特性，所以該儀器對其檢測靈敏度和準確極高。該儀器由探頭和控制器組成。探頭包括有電子捕獲檢測器、檢測管、信號放大器和指示器、濃度報警器。控制器包括載氣鋼瓶、氣體控制部件、信號控制系統(tǒng)及電源。當載氣通過放射源時，被高能射線電離成正離子和慢速電子，并形成基流。當電負性氣體（如SF6）從探頭進入檢測器時，捕獲了檢測器中的慢速電子生成負離子，待檢氣體負離子與載氣正離子復合成為中性化合物，被載氣帶出檢測室外，而使原有的基流減少。該基流的減少量與被測氣體的濃度成一定數量的比例關系。這樣，通過信號放大器，將變化了的基流轉為濃度指示信號輸出，從而達到檢測氣體濃度（體積比）的要求。（3）GB50150-1991《電氣設備交接試驗標準》中規(guī)定，使用SF6定量檢漏儀檢測單個泄漏點SF6氣體泄漏量不得高于1ppm（體積比）即1×10-6，（《寧夏電力公司預試規(guī)程2006版》在制定SF6氣體泄漏量考慮溫度系數等多方面因素，將單個泄漏點SF6氣體泄漏量標準定為不得高于20×10-8ml/s）。Q200型SF6定量檢漏儀的制造原理是為了直接檢測SF6氣體的濃度（體積比），但由于ml/s是國際電工組織（IEC）普遍接受的泄漏率（速率）單位，所以制造商和國家計量院均按ml/s進行設置和校驗。其最小檢測限：0×10-8ml/s其ml/s泄漏率（速率）值換算為體積比比值ppm（濃度）的公式如下：ppm=泄漏率數值ml/s×106噴嘴氣體流率。式中：噴嘴氣體流率=100ml/min=1.66ml/s。例1：2003年1月，檢測SZS局姚伏變302開關管路自封閥時，儀器顯示泄漏率數值為：332×10-8ml/s，按式⑹計算，該泄漏點的體積比（濃度）為：2ppm；泄漏量超標，需對泄漏點進行檢修。表2是近年來，該儀器換算公式在石嘴山供電局檢漏檢測工作中的應用情況。（4）換算年漏量的方法使用Q200型SF6定量檢漏儀換算SF6設備年泄漏量方法如下：年泄漏量=（泄漏率數值×全年秒數（質量單位）銘牌提供的充氣質量）×%（7）例2：.2005年7月檢測SZS局落石灘變314電容器B相本體焊縫時，儀器顯示泄漏率數值為：330×10-8ml/s，其充氣質量為15kg，按式⑺計算，該泄漏點的年泄漏量超標，需對泄漏點進行檢修。廠家拒絕接受，2006年5月，設備泄漏報警，廠家更換B相本體。例3：2005年7月檢測SZS局落石灘變314開關B相本體自封閥時，儀器顯示泄漏率數值為：13×10-8ml/s，其充氣質量為300g，按式⑺計算，該泄漏點的年泄漏量超標，對泄漏點進行檢修。廠家拒絕接受，2005年12月，設備泄漏報警，廠家更換B相本體。
5.結束語
如上所述，可以看出：年泄漏率≯1％是一個控制SF6充氣設備在規(guī)定的年限內不進行泄漏檢修的指標，但在出廠或現(xiàn)場測試中，如完全機械的按公式核對此指標，在實際工作中是不可取的，也不易實施。根據多年SF6電氣設備檢漏工作中的實踐，以及對標準的理解，提出的依靠Q200型SF6定量檢漏儀這樣高精確度的儀器，快捷、靈敏、準確地對設備密封性能進行有效的檢漏檢測，為監(jiān)督設備運行工況、保障設備安全運行提供有效的技術監(jiān)督依據的檢測方法和在實際工作中可行的標準，要優(yōu)于機械的按公式核對年泄漏率。 

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