六氟化硫SF6电气设备检漏哪个最优？

1.引言
六氟化硫（SF6）气体是一种无毒、无色、无味，化学性能极稳定的物质，具有优异的灭弧和绝缘性能。以SF6气体取代绝缘油作为灭弧和绝缘介质的电气设备，称为SF6电气设备。目前，SF6电气设备在电网中已大规模的使用，种类已扩展到电流互感器（CT）、电压互感器（PT）、电容器、SF6组合电器（GIS）多种电气设备。
2.SF6电气设备密封性能控制的必要性
影响设备中SF6气体的绝缘性能的主要因素有两个：一是气体中水蒸汽的含量，即通常所说的湿度或微量水分。当微量水分增高或严重超标时，可能会造成沿绝缘物内部表面闪络而造成事故，也可能使开关绝缘件受潮或产生凝露，从而大大降低其绝缘性能。同时水分会与被电弧分解的SF6分解物反应，生成腐蚀性极强的HF（氢氟酸）、氟化亚硫酰（SOF2）、二氟化硫酰（SO2F2）等酸性物质，会腐蚀设备内灭弧室内的金属元件和设备的密封绝缘材料，影响设备的机械性能，缩短设备的使用寿命，降低设备的绝缘能力，对人体也具有毒性，对环境也会造成污染。运行的SF6电气设备中气体微量水分标准是：含灭弧室的设备：300μι/ι；不含灭弧室的设备：500μι/ι（20℃）。另一个因素是SF6气体的密度，SF6气体在101325Pa、20℃时的密度为6.16g/L，具有优异的绝缘灭弧电气性能保证一定密度值的SF6气体，才能保持良好的灭弧和绝缘性能，而SF6气体的密度与压力曲线关系是正比例函数关系，也就是说，保证一定的压力，才能保证一定的密度值。这两个因素都与SF6电气设备的密封性能有直接关系，SF6电气设备的密封性能是指电气设备各个密封环节密封气体的能力和状况。SF6电气设备的密封性能对设备内部气体湿度有较大的影响作用，这是因为：一般的SF6电气设备由于人为的控制设备内部气体湿度，所以设备内部气体含水量较低，也就是说设备的内部水蒸气分压很低，而大气中水蒸气分压很高。在高温高湿条件下，水分子会自动地从高压区向低压区渗透。外界气温越高、相对湿度越大，内外水蒸气压差就越大，如果此时设备的密封性能出现不良状况，大气中的水分透过设备密封薄弱环节，进入设备的可能性就越大。这是因为SF6分子直径为4.56×10-10m，水分子直径为3.20×10-10m，SF6分子是球状，而水分子为细长棒状，在内外水分压差大时，水分子是容易进入设备内部的。所以，《GBJ147-90电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》第4.2.2条明确指出：“SF6断路器的密封是否良好，是考核其可靠性的主要指标之一。为防止水分渗入到断路器内，对密封材料有严格的要求，故强调了组装用的密封材料必须符合产品的技术规定。”要保证SF6电气设备内部SF6气体的密度，则必须维持设备内部SF6气体在一定的压力值，而维持住一定的压力值，就必须依靠设备的密封性能来保证。所以，IEC（国际电工技术委员会）关于SF6电气设备制造的相关标准中强制要求，所有SF6电气设备都必须设有SF6气体密度继电器（压力表），通过其设定的报警、闭锁两个压力值来监视SF6电气设备内部SF6气体的密度（压力值）值，以保证设备安全可靠运行。如上所述，SF6电气设备的密封能力和状况与其内部SF6气体保持优异的绝缘灭弧电气性能是密切相关的，要使SF6电气设备保持良好的运行工况，对设备的气体泄漏量进行严格控制是必要的。对SF6电气设备的气体泄漏量进行严格控制必须要依靠可靠、可行的检漏检测方法，目前，实际运用的定量检漏检测方法主要有年泄漏率法和定量检漏仪检测法。以下就这两种检测法在实际运用中的优劣性作一简单比较和探讨。
3.SF6电气设备年泄漏率检漏检测方法的局限性
目前对SF6电气设备的定量检漏检测方法，几乎所有的设备制造厂商都把年泄漏率≯1％作为金科玉律来应对用户。需要特别指出的是年泄漏率是SF6电气设备的多个定量检漏检测方法的其中一个指标或一种方法，不是绝对的方法或最好的方法。GB11023－89《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》中在4节4.2定量检漏中提出了年泄漏率定量检漏通常采用扣罩法、挂瓶法、局部包扎法等方法。扣罩法、局部包扎法、挂瓶法的计算原理基本相同（其中挂瓶法适用于有两道密封圈并有引出测点的密封结构，适用的设备种类比较单一），均属于容（体）积计算法。其计算方法是：漏气率：F=δc（Vm-V1）δt（1）式中：δc—试验开始到终了时泄漏气体浓度的增量，为测量的平均值，（ppm）；δt—测量δC的时间间隔（s）；Vm—封闭罩容积（m3）；V1—试品体积（m3）。相对年漏气率Fy（%年）：Fy=F×31.5×106V（Pr+0.1）（2）式中：V—试品气体密封系统容积（m3）；Pr—额定充气压力（表压）（MPa）。理论上，如果厂家给出了试品气体密封系统容积等条件后，经过δt时间段的测量、计算出Vm和V1体积后，按式⑴计算出F后再按式⑵计算出Fy，则可与标准年泄漏率1％进行比较，并判断合格与否。但在实际工作存在着如下问题：3.1试品气体密封系统容积的问题目前SZS供电局SF6电气设备的制造厂家，包括所有国产、合资、外资制造商，无论是采用入该厂学习还是其它沟通方法，均不愿或不能提供其试品气体密封系统容积的参数，使该参数只能通过设备铭牌提供的充气量来折算，而且铭牌提供的充气量与实际充气量是存在出入的，所以，试品气体密封系统容积这个参数现场使用起来是存在误差的。3.2Vm的计算当采用扣罩法、局部包扎法时，Vm很难准确地计算出。一般根据包扎的对象采用近似为圆柱或圆台的方法，用下式粗略计算Vm：V圆柱＝πR2H（3）式中：R—圆柱半径；H—圆柱高。V球台＝1/6πh[3(r12+r22)+h2]（4）式中：r1—上球台半径；r2—下球台半径；h—球台高。3.3V1的计算与Vm的计算有着近似的问题而在形状的计算上V1的计算更是各式各样。在一台开关，尤其是GIS上有着几十，上百个检测点，均需上面式（3）或式（4）或其它公式的粗略计算。在具体工作中还得用Vm、V1这种粗略计算出的体积，再去精确地计算出年泄漏率。在式（1）中：假定已准确地知道了F后，则δC与（Vm－V1）的关系如下式：δC=F×δtP×1Vm－V1（5）式中：F、δt、P—已知量，设为K。从理论上讲，当Vm－V1扩大一倍后，δC将减少一倍。但在实际的测量中可知，由于SF6分子量为146，大于空气的分子量。密度约是空气的5.1倍。所以往往是封闭罩中下部的SF6气体浓度远大于上部。其δC的浓度不是与数学计算出的Vm－V1体积完全成比例关系。这其中还有一个由于分子量的不同，在空腔中浓度的分布不同的问题。所以在实际测量中精确计算δC＝K/（Vm－V1）的意义不大。扣罩法、挂瓶法、局部包扎法这些容积法，要求封闭罩包扎后24h进行检测,停电时间长,不宜现场紧急泄漏事故的处理。要求使用的SF6检漏仪，按其制造原理基本上分为紫外电离式、负电晕电离式、高频电离式三种，均属灵敏度相对较低的仪器，其最小检测限：1ppm（体积比）即1×10-6，检测结果存在一定偏小误差。3.4检漏检测结果实际出入极大以近年来某厂制造的LVQB-220W2型电流互感器为例，该厂家对出厂的LVQB-220W2型电流互感器采用扣罩法作出厂检测，合格出厂后，个别设备在现场安装过程中却检测出许多漏点；个别设备安装检测合格后，运行一段时间SF6电气设备检漏检测方法的探讨。3.1试品气体密封系统容积的问题目前SZS供电局SF6电气设备的制造厂家，包括所有国产、合资、外资制造商，无论是采用入该厂学习还是其它沟通方法，均不愿或不能提供其试品气体密封系统容积的参数，使该参数只能通过设备铭牌提供的充气量来折算，而且铭牌提供的充气量与实际充气量是存在出入的，所以，试品气体密封系统容积这个参数现场使用起来是存在误差的。3.2Vm的计算当采用扣罩法、局部包扎法时，Vm很难准确地计算出。一般根据包扎的对象采用近似为圆柱或圆台的方法，用下式粗略计算Vm：V圆柱＝πR2H（3）式中：R—圆柱半径；H—圆柱高。V球台＝1/6πh[3(r12+r22)+h2]（4）式中：r1—上球台半径；r2—下球台半径；h—球台高。3.3V1的计算与Vm的计算有着近似的问题而在形状的计算上V1的计算更是各式各样。在一台开关，尤其是GIS上有着几十，上百个检测点，均需上面式（3）或式（4）或其它公式的粗略计算。在具体工作中还得用Vm、V1这种粗略计算出的体积，再去精确地计算出年泄漏率。在式（1）中：假定已准确地知道了F后，则δC与（Vm－V1）的关系如下式：δC=F×δtP×1Vm－V1（5）式中：F、δt、P—已知量，设为K。从理论上讲，当Vm－V1扩大一倍后，δC将减少一倍。但在实际的测量中可知，由于SF6分子量为146，大于空气的分子量。密度约是空气的5.1倍。所以往往是封闭罩中下部的SF6气体浓度远大于上部。其δC的浓度不是与数学计算出的Vm－V1体积完全成比例关系。这其中还有一个由于分子量的不同，在空腔中浓度的分布不同的问题。所以在实际测量中精确计算δC＝K/（Vm－V1）的意义不大。扣罩法、挂瓶法、局部包扎法这些容积法，要求封闭罩包扎后24h进行检测,停电时间长,不宜现场紧急泄漏事故的处理。要求使用的SF6检漏仪，按其制造原理基本上分为紫外电离式、负电晕电离式、高频电离式三种，均属灵敏度相对较低的仪器，其最小检测限：1ppm（体积比）即1×10-6，检测结果存在一定偏小误差。3.4检漏检测结果实际出入极大以近年来某厂制造的LVQB-220W2型电流互感器为例，该厂家对出厂的LVQB-220W2型电流互感器采用扣罩法作出厂检测，合格出厂后，个别设备在现场安装过程中却检测出许多漏点；个别设备安装检测合格后，运行一段时间SF6电气设备检漏检测方法的探讨。后，又出现泄漏报警。见表1的统计。在表1中所列设备出厂试验是采用扣罩法，且检测年泄漏率1％的指标均合格。但从现场实际检修结果看，在表1中所列设备检测出的漏点中大部分漏点的密封部位经拆开检查均存在不同程度工艺质量的问题，造成密封面的泄漏增大。（其余合格密封面的泄漏量均≤0.02ppm）由此可见，当采用扣罩法检测年泄漏率1％时大部分密封接口的少量泄漏有可能掩盖某个接口工艺质量不良造成的泄漏。采用扣罩法计算的是设备气室的整体泄漏，一个设备或一个气室随着其结构的不同，接口密封部位的多少也不同，有的只有一、两个，有的可多达十几个，扣罩法测量的是一个综合量。不计接口及密封面多少的情况,其中有的密封面接口工艺可能存在问题，反应在综合的测量结果上却是泄漏量小，而工艺质量小于几个ppm或零点几个ppm有缺陷隐患的接口，是反应不出来的。但工艺质量有缺陷隐患的接口其缺陷往往是不稳定的，可以随着时间、温度等外部条件的变化而扩大。所以会出现安装、投运测量时指标合格，但设备投运后几个月就发生补气的现象。局部包扎法是采用密封面的局部包扎，其包扎的容积很小，在实际测量中，当用圆台或球体等公式近似计算出体积，或是大致估算其容积后代入公式，可能所有的代入公式参数都是错误的，而且可看出在年泄漏率为1%的标准时密封面接口的允许泄漏量很大，这样的结论在套公式、标准下是成立的。由于包扎的体积小导致计算出的允许泄漏大，但在实际检测时，这样的数值往往已掩盖了密封面接口工艺质量的严重问题，而这些问题往往是导致日后设备频繁补气的原因。如上所述，一些厂家采用扣罩法检测年泄漏率作为SF6电气设备出厂检漏的方法，是有很大局限性的，其检测的灵敏度及合理性是存在问题的。
4.定量检漏仪检测SF6电气设备泄漏的优点
近年来，工作人员在现场摸索出的利用Q200型SF6定量检漏仪检测SF6电气设备泄漏并换算年漏量的检测方法（点测法），已正式列入《宁夏电力公司预试规程2006版》，作为现场检测标准予以执行。其基本内容（1）其依据标准主要有：《DL/T402—1999交流高压断路器订货技术条件》第E1.2.14条：“检漏围绕设备缓慢移动检漏仪的探头以检测泄漏点的动作。”和《GB11023-89高压开关设备SF6气体密封试验导则》第4.1.2条：“检漏仪检漏用灵敏度不低于0.01ppm（V/V）的SF6气体检漏仪检漏，无漏点则认为密封性能良好”。等相关标准规程规定。（2）现场通常使用的Q200型SF6定量检漏仪，其制造原理是电子捕获原理，即采用放射性同位素Ni63作为检测器的离子发射体，只对具有电负性的气体（如卤素物质以及含有O、S、分子的物质）产生信号，灵敏度随物质电负性的增强而增高。由于SF6气体是负电性气体，具有吸收自由电子形成负离子的特性，所以该仪器对其检测灵敏度和准确极高。该仪器由探头和控制器组成。探头包括有电子捕获检测器、检测管、信号放大器和指示器、浓度报警器。控制器包括载气钢瓶、气体控制部件、信号控制系统及电源。当载气通过放射源时，被高能射线电离成正离子和慢速电子，并形成基流。当电负性气体（如SF6）从探头进入检测器时，捕获了检测器中的慢速电子生成负离子，待检气体负离子与载气正离子复合成为中性化合物，被载气带出检测室外，而使原有的基流减少。该基流的减少量与被测气体的浓度成一定数量的比例关系。这样，通过信号放大器，将变化了的基流转为浓度指示信号输出，从而达到检测气体浓度（体积比）的要求。（3）GB50150-1991《电气设备交接试验标准》中规定，使用SF6定量检漏仪检测单个泄漏点SF6气体泄漏量不得高于1ppm（体积比）即1×10-6，（《宁夏电力公司预试规程2006版》在制定SF6气体泄漏量考虑温度系数等多方面因素，将单个泄漏点SF6气体泄漏量标准定为不得高于20×10-8ml/s）。Q200型SF6定量检漏仪的制造原理是为了直接检测SF6气体的浓度（体积比），但由于ml/s是国际电工组织（IEC）普遍接受的泄漏率（速率）单位，所以制造商和国家计量院均按ml/s进行设置和校验。其最小检测限：0×10-8ml/s其ml/s泄漏率（速率）值换算为体积比比值ppm（浓度）的公式如下：ppm=泄漏率数值ml/s×106喷嘴气体流率。式中：喷嘴气体流率=100ml/min=1.66ml/s。例1：2003年1月，检测SZS局姚伏变302开关管路自封阀时，仪器显示泄漏率数值为：332×10-8ml/s，按式⑹计算，该泄漏点的体积比（浓度）为：2ppm；泄漏量超标，需对泄漏点进行检修。表2是近年来，该仪器换算公式在石嘴山供电局检漏检测工作中的应用情况。（4）换算年漏量的方法使用Q200型SF6定量检漏仪换算SF6设备年泄漏量方法如下：年泄漏量=（泄漏率数值×全年秒数（质量单位）铭牌提供的充气质量）×%（7）例2：.2005年7月检测SZS局落石滩变314电容器B相本体焊缝时，仪器显示泄漏率数值为：330×10-8ml/s，其充气质量为15kg，按式⑺计算，该泄漏点的年泄漏量超标，需对泄漏点进行检修。厂家拒绝接受，2006年5月，设备泄漏报警，厂家更换B相本体。例3：2005年7月检测SZS局落石滩变314开关B相本体自封阀时，仪器显示泄漏率数值为：13×10-8ml/s，其充气质量为300g，按式⑺计算，该泄漏点的年泄漏量超标，对泄漏点进行检修。厂家拒绝接受，2005年12月，设备泄漏报警，厂家更换B相本体。
5.结束语
如上所述，可以看出：年泄漏率≯1％是一个控制SF6充气设备在规定的年限内不进行泄漏检修的指标，但在出厂或现场测试中，如完全机械的按公式核对此指标，在实际工作中是不可取的，也不易实施。根据多年SF6电气设备检漏工作中的实践，以及对标准的理解，提出的依靠Q200型SF6定量检漏仪这样高精确度的仪器，快捷、灵敏、准确地对设备密封性能进行有效的检漏检测，为监督设备运行工况、保障设备安全运行提供有效的技术监督依据的检测方法和在实际工作中可行的标准，要优于机械的按公式核对年泄漏率。 

   24小时 贴心服务：如果您对以上纽瑞德气体感兴趣或有疑问，请点击和我联系网页右侧的在线客服，或致电：400-6277-838，纽瑞德气体——您全程贴心的采购顾问。