SF6气体在电力工业中的应用现状及问题

SF6气体在电力工业中的应用现状及问题

北京诺德威电力技术开发有限责任公司，北京，100070

摘要：近年来，由于温室效应对气候的影响越来越明显，同时如何应对温室效应也在国际上得到了更多的重视。作为重要的温室效应气体之一的SF6，其主要应用在电气设备、金属熔炼、电子制造业，以及大气示踪之上。作为SF6的主要消耗产业，为了符合国际上对环保的要求，通过研究和技术改进，电子制造业和大气示踪上都已经基本停止了SF6气体的使用，金属熔炼方面通过混合气体的使用也已经大幅降低了SF6的用量，并且还在不断改进之中。而作为最大消耗量的电气设备方面，国内对SF6的环保关注的声音依然极少，电气设备本身还在不断的拓展充SF6设备的应用。本文主要针对充SF6电气设备的应用现状进行了分析，并针对目前问题提出SF6电气设备的研究方向和发展趋势，并为短期内大量降低SF6用量提出了建议。

关键词：SF6，电气设备，温室效应，环保，回收

Present Situation and Solutions of SF6 in Electrical Equipment

Liang Fangjian1, Wang Yu2, Wang Zhilong2, Jia Xiaojing2

1. Shangqiu electric power supply company limited, HeNan province, 476000

2. Beijing NUODEWEI electric tech develop CO., LTD. Beijing, CHINA, 100070 Keyword：SF6, electrical equipment, greenhouse effect, environmental protection, recycle

1、前言

六氟化硫（以下简写：SF6）以其良好的绝缘性能和灭弧性能，被广泛应用于电器工业，如：断路器、高压开关、高压变压器、气封闭组合电容器、高压传输线、互感器等。SF6还因其化学惰性、无毒、不燃及无腐蚀性，还被广泛应用于金属冶炼、大气示踪，电子制造等行业。

SF

6

自20世纪初(1900年)在实验室(法国巴黎大学)初次合成后，研究发现其具有良好的电气性能，逐步开始工业生产。历经试验研究和在小型电气设备上的应用，20世纪60年代后，开始应用于大容量电气设备，继而出现了全封闭组合电器。

我国对SF

6

电气设备的认识始于20世纪60年代，70年代初第一台国产设备投运，第一组气体绝缘变电站（简称：GIS）引进，此后不同电压等级设备相继得到鉴定和使用，到改革开放

的80年代，大量的SF

6电气设备引进和研制成功，不断地促进了SF

6

电气设备在我国的迅速发展。

至目前，高压断路器几乎全部使SF

6替代绝缘油和空气介质；GIS在许多省网已经投运，SF

6

变压

器也在一些城网改造中得以引进；其他如互感器、套管等也得到大量更换与应用，甚至电容器、避雷器和管道母线等设备亦在应用[1]。

SF6是在化学上极其稳定的一种气体，它在大气中的寿命约为3200年。特别是SF6具有很强的吸收红外辐射的能力，也就说，SF6是一种有很强温室效应的气体，如以100年为基线，其潜在的温室效应作用为CO2的2.39万倍。而且，目前排放到大气中的SF6气体，正以8.7%的速率在增长[2]。

考虑到SF6对温室效应发展的贡献，1997年的京都议定书将其列入六种主要的温室效应气体之一[3]。因此，在其他大量使用SF6的行业，通过大量的研究工作，已经停止使用SF6，或者大幅降低了SF6的用量。比如：韩国三星电子集团公司已经投资42亿美元用于这部分工作[4]；在大气示踪技术方面，SF6已经基本被替换停用[5]；而在金属冶炼方面，由于混合气体的逐步应用，SF6用量已经大大降低，同时，还在开发新的替代物质以便完全替代SF6[6]。

2.1 优异的电气性能

SF6是在高温下硫和氟反应制得（即：S+3F2→SF6），SF6在常温常压下为无色无臭无毒的气体。不燃烧导热系数比空气小，为优良的冷却介质。其独特稳定的正八面体分子结构，使其化学性能也极不活泼，在电气设备运行正常范围内，与铜、钢和铝等电气材料不起化学反应。没有腐蚀性，药物学性质不活泼，没有毒。微溶于水[7]。

SF6在电力工业中的主要优点如下[8]：

A、电绝缘性能和消弧性能好，绝缘性能为空气的2～3倍，而且气体压力越大，绝缘性能越增高。在294．2 kPa压力下，SF6的绝缘强度与变压器油大致相当。

B、SF6具有优越的灭弧特性。由于其电负性的作用，灭弧能力约为空气的100倍，特别适用于高电压大电流的开断。

C、由于SF6气体良好的绝缘性能，使设备绝缘距离大为缩小，占地面积与空间体积大大缩小。

正是由于这些优异的电气性能的存在，SF6才在电力工业中得到了越来越多的应用。并且，近年来，还在不断向中低压扩展。

2.2 关于SF6的环保问题

1997年的《京都议定书》已经明确：SF6是目前发现的六种温室气体之一。减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标，而我国在减少温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。

温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射，使地球表面升温。同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射，从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应”，二氧化碳等气体被称为“温室气体”。

其中CO2对温室效应影响最大，占60%，而SF6气体的影响仅占0.1%，但SF6气体分子对温室效应具有潜在的危害，这是因为SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍，同时，排放在大气中的SF6气体寿命特长，约3400年。现今，每年排放到大气中的CO2气体约210亿吨。现在全球每年生产的SF6气体中，至少有一半以上用于电力工业，还在不断的增长当中，而且增速惊人[9]。

这儿最值得关注的是其特别长的寿命和达到CO2的25000倍对温室效应的贡献能力！

当然，也有人提到SF6在应用过程中会产生少量的毒性物质等问题，但这些问题在严酷的温室效应面前就显得微不足道了。

2.3 国内对SF6的环境保护意识淡薄

出于对利润的渴望，电力设备的生产商竭尽所能的研发和推广各种使用SF6的产品。而各地电力公司也往往推波助澜，很多时候在不必要的情况也尽量选取GIS等类似的SF6设备，尤其是经济效益很好的一些省市，更是变本加利，指导方针变成了：只要有可能，就用这种设备。完全置环境保护于不顾。

在所有SF6电力设备中，GIS是SF6气体用量最大，也是最难对泄露气体回收的，但由于其占地面积非常小，部分地区不顾具体情况，一味的采用GIS，更有部分地区，甚至以采用这种设备为荣。

目前，尚有相当一部分人缺乏环境保护知识，对SF6气体的理化性能了解不够，对其给环境所造成的危害认识不深，环境保护意识淡薄。在生产、使用SF6气体的环节中由于使用、管理不当所造成的泄露及人为的排放相当严重[10]。

甚至有很多人认为：SF6在大气中的存在量甚微，SF6目前对温室效应的贡献极小。因此，很多企业在开发拓展SF6电力设备上乐此不疲，甚至在上市报表把SF6设备作为支柱产业的发展方向。

3、应用SF6的电力设备的现状