1 000 kV泉城站SF6新氣實驗室質量控制

齊國棟，于乃海，冷述博，胥　婷，黃　清

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　250003；2.山東中實易通集團有限公司，濟南　250003）

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1 000 kV泉城站SF6新氣實驗室質量控制

齊國棟1，于乃海1，冷述博1，胥婷1，黃清2

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.山東中實易通集團有限公司，濟南250003）

摘要：特高壓變電站在新建過程中需要向電氣設備注入SF6氣體，為保障設備的良好運行，對注入的SF6新氣質量要求嚴格。依據實驗室手段對其中的水含量和關鍵雜質組分進行檢測，確保所用氣體符合國家標準要求，保障設備的安全運行。

關鍵詞：特高壓；SF6；水含量；雜質組分；氦離子檢測

0　引言

特高壓輸電是指在超高壓輸電的基礎上，使用1 000 kV及以上的電壓等級輸送電能，實現大功率的中、遠距離輸電以及實現遠距離的電力系統互聯，建成聯合電力系統［1］。

隨著人口增長、經濟發展、科技進步以及火電增速的放緩，山東省用電缺口在逐年增大，急需特高壓遠距離的輸電支持。2014年7月12日，國家發展改革委向國網公司正式下發了《關于錫盟—山東1 000 kV特高壓交流輸變電工程核準的批復》，明確錫盟—北京東—濟南雙回1 000 kV輸變電工程，并新建錫盟、北京東和濟南3個1 000 kV變電站。國網山東省電力公司電力科學研究院六氟化硫實驗室承擔了泉城特高壓站建設過程中SF6新氣質量檢測，泉城特高壓站所建六氟化硫電氣設備需要約3 500瓶SF6氣體，對于SF6新氣的質量控制尤為重要。

1　SF6氣體檢測意義

SF6氣體無毒、無味、無色并且化學性質極其穩定，具有優越的電氣絕緣性能和滅弧性能，被越來越廣泛的應用于電氣設備中。但是在生產過程中或者在高能因子的作用下，會產生若干有毒甚至劇毒、強腐蝕性的有害雜質引起設備材質的腐蝕；水分的存在會在一定條件下導致電氣性能的劣化，可能造成嚴重設備事故；硫、氟、氧、氫等元素組合會形成對人體危害極大的化合物，甚至導致人身傷亡。SF6氣體是電氣設備（GIS、互感器、斷路器、接地開關等）的主要絕緣介質，電氣設備的絕緣性能和滅弧性能與SF6氣體質量存在必然聯系［2］。因此，在設備安裝過程中必須對SF6氣體進行質量控制，防止不合格氣體注入設備。根據GB/T 12022—2014《工業六氟化硫》要求［3］，SF6新氣質量指標如表1所示。

表1　SF6新氣質量標準要求

2　SF6新氣水含量實驗室檢測

目前SF6氣體中水分的檢測主要分為阻容法和冷凝式露點法，儀器測量誤差中要求阻容法儀器不超過±2.0℃，而冷凝式露點法儀器不超過±0.6℃［4］。基于SF6新氣中水分較低，因此本實驗室對于水含量的檢測采用精度更高的冷凝式露點儀。

2.1儀器及原理

試驗儀器：DP99mini鏡面露點儀，準確度±0.2℃，取樣氣體流量為25～30 L/h。

工作原理：被測氣體進入露點測量室后，由于鏡面溫度高于氣體的露點溫度，需要通過光電控制對鏡面進行制冷處理。當溫度降至一定值后會在鏡面形成露滴，此時鏡面的溫度值即為被測氣體的露點值。

2.2檢測結果

鏡面露點儀檢測值為水體積分數，可按下式將其轉換為質量分數。

式中：wH2O為水的質量分數，μg/g；φH2O為水的體積分數，μL/L；MH2O為水的摩爾質量，18 g/mol；MSF6為SF6的摩爾質量，146 g/mol。

根據1 000 kV泉城站所到SF6氣體數量，按照GB/T 12022—2014《工業六氟化硫》規定，現階段抽檢81瓶新氣。執行抽檢標準如表2所示，所抽檢SF6氣體的水含量檢測情況如表3所示。

表2　瓶裝SF6新氣抽樣檢查表

表3　SF6新氣水含量檢測結果統計

標準規定SF6新氣中水的質量分數wH2O≤5μg/g，從表3中可以看到，實驗室所抽檢81瓶SF6新氣的檢測結果均符合標準要求。

3　SF6新氣雜質組分色譜檢測

SF6氣體是一種合成氣體，常用生產方法為單質硫磺和過量氣態氟直接化合反應而成。化學合成的過程中會產生多種雜質，例如O2、N2、CF4、C2F6、C3F8、SO2F2、SOF2、S2OF10等。工業化生產的SF6氣體粗品必須經過熱解、水洗、堿洗、吸附、干燥等凈化精制才能得到符合要求的新氣。對于新氣中O2、N2、CF4、C2F6、C3F8等雜質組分檢測尤為重要，若過量存在會直接影響電氣設備的安全運行。常規的氣相色譜熱導檢測器法，由于受其靈敏度的制約，難以對C2F6和C3F8以及其他低氟化物進行檢測。本實驗室選用了高靈敏度的氦離子化氣相色譜儀，能對SF6氣體中O2、N2、CF4、C2F6、C3F8、SO2F2、SOF2、SO2、H2S等15種雜質組分進行高靈敏度檢測，保證了泉城特高壓站采用的SF6氣體質量。

3.1儀器及原理

儀器及材料：氦離子氣相色譜儀（采用氦離子化檢測器，檢測器溫度為180℃）；色譜柱選用Porpark Q，柱爐溫度為50℃；進樣方式為定量管進樣，壓力控制0.1 MPa；檢測靈敏度10-9；載氣為氦氣，純度大于99.999%；標準混合氣體為國家二級標準物質，以氦氣為底氣。

分析原理：載氣（高純氦，99.999%）經減壓閥減壓后進入鈍化器，鈍化后的載氣流經定量管，將標準氣體樣品帶入色譜柱，標準氣體中的各種組分經過分離后會隨著載氣進入檢測器進行電離，檢測器會根據電離后的已知濃度組分的譜峰信號確定出各自對應的峰面積。依據同樣的方法檢測待測氣體，將所得到的待測氣體譜峰信號和標準氣體的譜峰信號進行比對，最終得到待測氣體中各種組分的濃度。色譜儀結構如圖1所示［5］。

1-進樣管；2-定量管；3-載氣；4-進樣閥；5～10-進樣閥接口；11-放空閥；12-色譜柱Ⅰ；13-連接管路；14-檢測器切換閥；15～18-檢測器切換閥接口；19-PDD檢測器Ⅰ；20-放空閥；21-分流器；22-氣流阻尼；23-放空閥；24-色譜柱Ⅱ；25-四通切換閥；26～29-四通切換閥接口；30-放空閥；31-四通閥載氣；32-PDD檢測器Ⅱ；33-放空閥；34-檢測器切換閥載氣。圖1　氣相色譜儀結構

3.2檢測及結果分析

3.2.1標準氣體檢測

實驗過程中采用硫化物（SO2F2、H2S、COS、SOF2、CS2）和無機組分（H2、N2、O2、CH4、CO、CF4、CO2、C2F6、C3F8、SO2）混合物兩種標準氣體，各標準組分對應的譜圖如圖2～5所示。

圖2　H2、O2、N2組分色譜

通過對標準氣體的分析，每種組分的保留時間及對應的峰面積如表4所示。

圖3　CH4、CO、CF4、CO2、C2F6組分色譜

圖4　C3F8、SO2組分色譜

圖5　SO2F2、H2S、COS、SOF2、CS2組分色譜

從標準氣體各組分譜圖可看出，各組分所出峰形均比較對稱，不同組分之間無重峰，分離效果良好。

3.2.2待測樣品的檢測

圖6為一張典型的待測樣品的譜圖，從圖中可以看到待測樣品中含有N2、O2、C2F6和C3F8，而CF4及低氟化物等其他組分未檢出。

待測樣品中各組分的質量分數可按照式（2）計算，檢測結果如表5所示。

表4　標準氣體各組分保留時間及峰面積

圖6　待測樣品的分析譜圖

式中：wi為待測樣品中被測組分i的質量分數，μg/g；Ai為待測樣品中被測組分i的峰面積，μV·s；As為氣體標準樣品中相應已知組分的峰面積，μV·s；φs為氣體標準樣品中相應已知組分的體積分數，μL/L；Mi為標準樣品中組分i的摩爾質量，g/mol；MSF6為六氟化硫的摩爾質量，146 g/mol。

依據上述方法，對1 000 kV泉城站用所抽檢的81瓶SF6新氣進行雜質組分色譜檢測，檢測結果如表6所示。

表5　某樣品所檢出組分峰面積及濃度

表6　所抽檢氣體雜質組分的檢測結果統計

從表6可以看出，實驗室所抽檢81瓶SF6新氣的空氣、CF4、C2F6、C3F8關鍵雜質組分檢測結果均符合標準要求。標準氣中所涉及其他組分雜質未檢測出。

4　結語

通過實驗室手段對泉城1 000 kV變電站建設過程中所用的SF6氣體按標準要求抽檢81瓶新氣進行水含量和關鍵雜質組分的檢測，結果均符合國家標準要求。SF6氣體的質量直接關系到電氣設備的安全運行，在安裝調試過程中對SF6氣體的質量監督非常重要，同時也是工程質量和進度的基本保證。

實驗室所建立的氦離子化氣相色譜儀，由于檢測雜質組分多，靈敏度高，可用于特高壓站運行SF6氣體分解產物的檢測，有效診斷設備運行中存在的潛伏性故障。

參考文獻

［1］王宏亮.特高壓建設的必要性［J］.山東電力高等專科學校學報，2006（3）：60-63.

［2］羅竹杰，劉吉堂.電力用油與六氟化硫［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］DL/T 12022—2014工業六氟化硫［S］.

［3］樊小鵬，周永言，李麗，等.六氟化硫分解產物氦離子化色譜檢測儀的研發［J］.廣東化工，2015，42（23）：208-209.

［4］DL/T 506—2007六氟化硫電氣設備中絕緣氣體濕度測量方法［S］.

［5］米勁臣，齊國棟.一種檢測六氟化硫分解產物的色譜分析系統及方法：中國，ZL 201410413157.7［P］.2014-12-10.

Laboratory Quality Control of New SF6Gas in 1 000 kV Quancheng Substation

QI Guodong1，YU Naihai1，LENG Shubo1，XU Ting1，HUANG Qing2
（1. State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2. Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

Abstract:In UHV substation gas insulation electrical equipment need to be injected six sulfur hexafluoride gas in the new process. In order to ensure the good operation of the equipment，strict requirement of new injection gas quality is needed. The water content and impurity component of six fluoride sulfur are tested by laboratory means to ensure that the gas can meet requirements of the national standard，and to ensure the safe operation of the equipment.

Key words:UHV；SF6；water content；impurity component；PDHID

中圖分類號：TM213

文獻標志碼：A

文章編號：1007-9904（2016）05-0033-04

收稿日期：2016-03-20

作者簡介：

齊國棟（1987），男，工程師，從事電力用油（氣）工作。