SF6混合气体检测技术综述

SF6混合气体检测技术综述

发表时间：2018-07-05T15:21:19.977Z 来源：《电力设备》2018年第6期作者：刘香梅张智卫秦王晓峰周海龙[导读] 摘要：六氟化硫（SF6）气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于电气设备中，但 SF6气体温室效应是CO2的23900多倍。

（国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司安徽阜阳 236017）

摘要：六氟化硫（SF6）气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于电气设备中，但 SF6气体温室效应是CO2的23900多倍。近年来，随着国内外对减少温室气体排放、保护环境工作越来越重视，不少设备制造厂商开始利用混合绝缘气体（SF6+N2）替代纯SF6气体。因此对SF6混合气体检测技术进行探讨具有重要意义。

关键词：SF6混合气体；检测；绝缘气体

1SF6混合气体检测的目的和意义

六氟化硫（SF6）气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于电气设备中，六氟化硫电气设备由于其占地少，检修周期长等优点，在电力系统中的应用越来越广泛。SF6气体温室效应是CO2的23900多倍，在空气中能够存在3200多年，是《京都议定书》禁止排放的六种温室气体之一。随着国内外对减少温室气体排放、保护环境工作越来越重视，为适应环保要求，近年来，不少设备制造厂商开始研究混合绝缘气体的绝缘和灭弧特性，尝试应用混合绝缘气体替代纯SF6气体，如果在不使电气设备绝缘性能明显降低的情况下，在全网范围内推广使用混合绝缘气体电气设备，将大大减少SF6温室气体的使用量。国际大电网会议（CIORE）特别工作组已研究表明，混合绝缘气体（SF6+N2）适合用于GIL，既减少了对温室效应的影响，也就降低了使用费用。

国网公司为适应国际环保要求，履行社会责任，一直致力于减少SF6等温室气体的使用和排放等相关技术的研究。2016年6月1日国网公司运检部在北京召开《GIS母线使用SF6/N2混合气体关键技术讨论及后续推广应用工作》启动会，国内外各大设备生产厂家参加了会议，会议认为在GIS母线上推行混合气体替代纯六氟化硫气体已具备条件，一是可以有效地降低GIS内部的尖端放电情况发生；二是大幅度减少温室气体——六氟化硫气体的使用。明确了2016年将在现有的GIS母线上开展SF6/N2（30:70)为期一年的试点应用，使用情况良好将在国网系统进行推广。

在混合绝缘气体电气设备运行或检修过程中，经常需要对设备中混合绝缘气体进行补充或充气。目前国内外仅有针对SF6气体回充技术的研究，还没有关于混合绝缘气体补气或回充技术的研究；当前混合绝缘气体的充气多是通过多次充气、根据分压判断充气比例，不仅操作繁琐，而且混气比例误差较大，难以实现特定比例混合气体的补充，可能会影响设备的正常运行。

2 SF6混合气体检测国内外研究水平综述

国际上常见的均是利用多种检测技术对SF6气体检测方法进行研究，目前还没有对SF6混合绝缘气体检测技术研究的报导，法国工业电器试验中心采用气相色谱仪、红外分光光度计定性鉴定出SF6气体的十余种分解产物；德国WIKI公司利用红外光谱可检测SF6气体的多种分解产物；法国、美国也利用气-质联用技术实现了对SF6气体中分解产物的定性分析研究。

从20世纪70年代起，国内就有关于混合绝缘气体的研究，但都局限于其低温液化、绝缘性能、灭弧性能方面的研究。黑龙江省电力勘察设计研究院研究认为在灭弧室内按比例充入SF6混合绝缘气体，可解决SF6气体易液化的问题，实现高寒（-50 ℃）环境的安全无故障运行；西安交通大学的周黎明研究认为SF6/N2混合绝缘气体可用于解决-30 ℃左右严寒地区SF6的液化问题，SF6/空气混合绝缘气体适合低气压等级C-GIS的绝缘设计，SF6/CO2混合绝缘气体能满足SF6变压器对绝缘性能的要求；西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的汪讽研究了N2、CO2与SF6三种组分混合绝缘气体的绝缘特性，开展了仿真试验，认为对极不均匀电场，SF6/CO2、SF6/Air混合绝缘气体的50%击穿电压均高于SF6气体；清华大学的徐国政等研究认为SF6/CF4可代替SF6和SF6/N2作为气体绝缘介质，但CF4比例不宜超过50%；上海交通大学针对c-C4F8（八氟环丁烷）及其混合绝缘气体的绝缘特性做了大量研究，认为从绝缘角度考虑c-C4F8/CF4替代SF6可行；另有研究认为从耐压强度和温室效应两方面考虑，三种混合绝缘气体替代SF6的优势排列为c-C4F8/N2＞ c-C4F8/CO2＞c-C4F8/CF4。目前在我国北方低温地区使用的混合气体主要为SF6/CF4气体，在GIL中应用的混合绝缘气体主要为SF6/N2气体。

针对混合绝缘气体的检测分析技术，通常采用直接和间接法测量气体密度，直接测量法主要有气相色谱法、热传导法、频率法和光谱测量法，间接测量法为密度测量法。自20世纪70年代起，混合气体密度检测经历了机械式密度表、电子式密度表、电化学传感器、热导法和红外光谱法等阶段，应用热导法测量SF6混合气体中的SF6纯度。德国威卡公司和英国哈奇公司相继开展了红外光谱检测SF6混合气体的相关研究，国内部分高校和研究机构开展了类似研究，仍处于实验室研究阶段，未涉及混合气体的混合比、分解产物检测技术研究，及其特征组分与设备故障的关系。

3 SF6混合气体检测技术研究

（1）SF6气体纯度检测技术

SF6气体纯度检测技术主要有：超声波法、电晕放电法、电离法、激光成像法、热导法等，其中超声波法SF6气体纯度检测法可靠性高、误差小、不存在频率漂移等优点，但检测速度慢、精度不高，影响了其推广使用；电晕放电法传感器结构简单、成本低，但传感器使用寿命有限，高压电极放电特性不稳定；紫外线电离法精度高、误差小，但测量范围小、结构复杂；激光成像法测量速度快，但价格昂贵；热导法具有性能稳定、测量精度高、体积小等优点，适合推广使用。

（2）SF6混合气快速充装技术

SF6补气气路与其它气体补气气路中均设有质量流量控制器，由质量流量控制器精确控制SF6气体和其它气体的流量，可在配气的同时利用加压装置对配制的混合气体进行加压，实现两种气体快速加压分流混合，混气比精确可靠，方便混合气体绝缘电气设备的快速充气或补气。

参考文献

[1]李松琴.SF6混合气体在开关设备中的应用[J].技术与应用.2013.03

[2]白鹏，刘君华.SVM在混合气体光谱分析中的应用[J].仪器仪表学报.2016年10月.