SF6絕緣氣體產物檢測及吸附處理學習和實踐

任喬林，肖 灑，肖亞平，陳 黎，任貝婷

（

1．國網湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝 感432000；2．三峽大學，湖北 宜 昌443002；3．國網湖北省電力有限公司隨州供電公司，湖北 隨 州441300）

0 引 言

SF6（六氟化硫）自1990年合成，屬于惰性絕緣氣體，是已知化學穩定性最好的物質之一。由于具有良好的電氣絕緣性能及優異的滅弧性能，SF6作為一種重要的介質，被廣泛用于電力工業中。六氟化硫，是一種無色、無味、無毒的非可燃氣體，分子量為146．06，密度為6．13 g／l，約為空氣的5倍。SF6有極好的熱穩定性，純態下即使在500℃也不分解。SF6熔點－50．8℃，耐熱性能好，是一種穩定的高溫熱載體。SF6有較強的電負性，且分子體積大，容易捕獲電子并吸收形成低活性的穩定負離子，使SF6具有很高的絕緣強度。在斷路器中SF6分解時吸收大量的熱量，可使電弧迅速冷卻，經過10－7 s后可合成原氣體，性能無明顯下降，因此SF6是一種優良的絕緣和滅弧介質，國內外在變壓器、互感器、電纜和線路中大量采用。在大城市一般地價很高，加上變壓器油日益短缺，所以SF6變壓器日益增多。如香港港燈公司自1981年安裝首臺11 kV／1 000 kVA變壓器以來，至今已運行的氣體配電變壓器4 049臺，占配電變壓器總數的88%。1990年又安裝首臺275／11 kV變壓器，至1999年已有5臺275 kV變壓器和41臺132 kV SF6變壓器，未發生任何電氣事故。

但是SF6是一種窒息劑，當暴露在氧氣含量＜19．5%的大氣中時，會導致人產生頭暈、口水增多、反映遲鈍、反胃、嘔吐、昏迷等現象，直至失去意識和死亡；暴露在氧氣含量＜12%的大氣中會無任何先兆的使人失去知覺，并失去自我救護的能力。更為嚴重的問題是，SF6受到高溫、高壓及紫外線照射等條件下會引起電離反映，比如經高溫拉狐放電會產生分解，其分解物質有嚴重的腐蝕性和毒性，對人眼和呼吸系統有巨大的危害。因此，對SF6絕緣氣體產物檢測以及吸附處理對電力系統及人為安全具有重要的意義。

1 SF6絕緣氣體的應用

SF6氣體主要用于4種類型的電氣設備作為絕緣和滅弧：SF6斷路器及GIS、SF6負荷開關設備、SF6絕緣輸電管線、SF6變壓器及SF6絕緣變電站。SF6氣體具有優良的絕緣性能和滅弧性能，使SF6氣體絕緣斷路器具有尺寸小、重量輕、開斷容量大、維護工作量小等優點。目前SF6斷路器最高工作電壓已達765 kV，開斷電流已達80 kA，額定電流已達12 A［1］。由于SF6氣體具有優越的絕緣性能、滅弧性能和散熱性能，也開始向中壓設備發展。SF6開關柜正逐步提升市場份額。近年來，各種配電用的開關柜、環網柜等充SF6的產品不斷涌現［2］。

從用氣量講，80%用于高中壓電力設備。在超高壓和特高壓的范疇內，SF6絕緣氣體已取代絕緣油和壓縮空氣而成為唯一的斷路器滅弧媒質。SF6絕緣氣體安全性高，不會因為電荷的積累而發生著火和爆炸，適用于城市高層建筑的供電和地下礦井等有防火防爆要求的場合。

SF6變壓器主要有以下好處：

（1）由于SF6氣體流速比變壓器油快得多，所以其冷卻效果好。

（2）內部氣壓大，約100 kPa，所以即使有故障，故障氣體比例太小，不可能造成危險狀態。除非故障放電能量特別高。

（3）噪音小，并省去油枕。

（4）不燃，消防配置大大減少。

（5）維護工作量大大減少。

2 SF6絕緣氣體分解產物

SF6的分解產物大部分屬于酸性物質。

（1）SF4，四氟化硫，常溫常壓下為無色氣體，有刺激性臭味，與水反應生成SOF2，與堿反應生成氟化物和亞硫酸鹽，遇濃硫酸發生分解，易溶于苯，可用堿液或活性Al2O3吸收，對人體有劇毒，毒性近于光氣，主要對呼吸系統造成傷害。

（2）SOF2，氟化亞硫酰，常溫常壓下為無色氣體，有窒息性臭味，化學性質穩定，與水反應水解，具有很高擊穿電壓，能被活性氧化鋁、活性炭吸附，對人體有劇毒，刺激粘膜，造成水腫，引起嘔吐。

（3）SO2F2，硫酰二氟，常溫常壓下為無色、無味、無嗅氣體，化學性質極為穩定，加熱到150℃時，可與金屬反應，可被堿液吸收，不易被活性氧化鋁吸附。毒性主要作用于神經，往往因麻痹造成死亡。

（4）SOF4，與SOF2類似。

3 常用SF6絕緣氣體分解產物檢測方法

檢測SF6氣體分解物的變化可以有效地判斷電氣設備的運行狀態。SF6氣體分解產物檢測的技術可分為非光譜測量法和光譜測量法。目前采用的非光譜測量技術如氣體檢測管法［3］，電氣學氣體傳感器法［4］，色譜－質譜法［5］等；光譜測量法如傅里葉變換紅外光譜（FTIR）［6］、非分散紅外光譜（NDIR）［7］等。

氣體檢測管法利用待測氣體的化學顯色反應半定量獲得氣體的濃度信息，可用于檢測SO2、H2S、HF等氣體，這種方法檢測精度較低，容易受到溫度、濕度和存放時間等影響。

電化學氣體傳感器法適用于性質活潑的氣體，如SO2、H2S、CO等，具有設備小、響應快、可在線監測等優點，但存在交叉干擾、壽命短等問題。

色譜－質譜法結合了氣體色譜法與質譜法的優勢，可應用在相對復雜組分的精確分析與鑒別，如C4F10、S2OF10等。多用于實驗室分析，屬于大型儀器設備。

傅里葉變換紅外光譜儀基于邁克爾遜干涉原理獲得待測氣體的紅外吸收光譜圖，進而反演氣體濃度，這種技術分辨率高、速度快，可實現多種氣體同時測量，設備運行對環境要求較高，目前常用于實驗室離線分析測量SF6分解物的特性。

非分散紅外光譜針對待測氣體的特征吸收波段，采用窄帶干涉濾光測量特定波段吸收量，反演氣體濃度。這種技術容易受到氣體的交叉干擾，適用于較高氣體濃度的場合。

4 SF6絕緣氣體分解產物現場檢測

4.1 試驗儀器及材料

試驗儀器及材料如表1所示。

表1 試驗儀器及材料

4.2 試驗方法

本次檢測設備為某變電站110 kVGIS氣體絕緣金屬封閉開關設備，型號為ZF7A－126，該設備由西安西電開關電氣有限公司于2017年7月生產，2017年9月出廠。2017年11月14日通過回收氣體以便重新安裝固化零件，擔心有毒氣體造成人員傷亡，所以采用SF6電氣設備分解物檢測儀進行檢測，并通過XDF－02吸附劑和活性炭對分解產物進行吸附處理。本次采用XDF－02吸附劑和活性炭各500 g，按照原氣瓶－吸附塔－氣體回收車－吸附后氣瓶的流程連接。采用迪諾DILO－b143r01抽了6．7 ppm氣體，原氣瓶氣室壓力1．1，通過廈門加華電力科技有限公司生產的JH4000A－4型號的SF6電氣設備分解物檢測儀進行檢測。關閉吸附塔，出氣穩定后吸附，吸附后為0．2 MPa，打開吸附塔出氣最后吸附塔抽到0MPa，通過氣相色譜法對吸附前后氣體進行分析，現場檢測設備連接如圖1所示。

圖1 現場設備連接圖

4.3 試驗結果

根據SF6氣體吸附前后各種氣體的值的不同記錄，進行分析。具體實驗結果見表2。

表2 吸附前后數據

同時對吸附前后的氣體進行純度測試，結果如表3所示。

表3 吸附前后純度數據表

從上表可知，XDF－02吸附劑對SF6分解產物氣體具有顯著的吸附效果，吸附之后含硫化合物和低氟化物重量降低，表明XDF－02及活性炭在吸附過程中，能夠促進低氟化物及含硫化合物的吸附。

5 結束語及建議

（1）XDF－02吸附劑對SF6分解產物氣體具有顯著的吸附效果，但針對不同的吸附劑量對SF6分解產物的吸附程度還未進行研究。

（2）針對SF6吸附前后的低氟化物成分還需進一步研究分析。

（3）SF6混合絕緣氣體開關設備運行過程中，由于缺乏統一的執行標準，氣體壓力、混合比等實測值與設定值相差影響對SF6混合絕緣氣體設備的安全運行造成較大隱患，亟需制定相關標準以規范SF6混合絕緣氣體的使用。