浅谈六氟化硫气体回收再利用.doc

浅谈六氟化硫气体回收再利用摘 要介绍了六氟化硫绝缘电器中六氟化硫气体回收后的再利用，叙述了对六氟化硫气体管理、检测和检修工作的几点思考。关键词六氟化硫气体；回收气体；再利用1 引言随着我国社会经济的不断发展，以及电力需求的快速增长，电力工业也不断地适应社会发展而发生着巨大的变化。从19世纪80年代初我国第一座500KV变电站和第一条500KV线路投入运行，直至20世纪初的农网、城网改造和现今的三峡电力外送。电力工业已经进入了一个全石面推进西电东送、南北互供和全国联网的新时期。电力技术和电力设备的应用同时都经历着这一变化和发展。用六氟化硫（SF6）气体作为绝缘介质的开关、变压器、互感器、组合电器（GIS）等，在电力系统中同样得倒到迅速发展与广泛的应用。2 SF6气体2.1 SF6气体基本特性SF6气体在常温常压下具有高稳定性，属于惰性气体。在通常状态下是一种无色、无味、无嗅、无毒、不可然的气体，室温条件不会和与之接触的物质发生化学变化。由于气体密度比空气密度大得多，约为空气的五倍；因此，空气中的SF6易于自然下沉，倒至下部空间的SF6气体浓度升高，且不易扩散稀释。2.2 绝缘和冷却性能SF6气体是一种高电气强度的气体介质。由于SF6气体的负电性，使其具有极好的绝缘性能。在均匀电场中，绝缘强度与绝缘油相同。在熄灭电弧和瞬时放电的温度范围内有着优良的热交换特性。由于SF6气体具有不可燃的特性，并具有优良的绝缘性能和灭弧性能，所以被广泛地应用于高压电气设备中。2.3 SF6气体的温室效应SF6气体作为一种非二氧化碳的温室效应气体，在大气中可稳定存在3200年。据资料报导SF6气体的温室效应是是等量二氧化碳的23900倍。SF6气体在大气中的化学性质稳定，它们的寿命相当长，其清除机制是缓慢光解和沉降。京都议定书（KYOTO PROTOCOL）将HFCs与CO2、CH4、N2O、PFCs、SF6并列为温室气体。3 SF6回收气体的研究与应用 首先SF6气体是一个理想的绝缘气体，越来越广泛地在电力系统中应用。同时SF6气体也是温室效应气体。根据EPA与IPCC有关报告统计，在1998年，美国排放的SF6气体总量相当于1000万吨二氧化碳，其中大部分是电力公司排放SF6气体造成的。1994年全球排放六氟化硫气体65800吨，其中20%来自镁的生产过程，其它80%排放来自绝缘器及高压转换器的消耗。目前世界上电力企业都积极进行有关SF6方面的研究，特别是SF6气体循环使用以及SF6泄漏检测的技术研究等。3.1 国外研究近况为了减少SF6气体的排放，减少温室效应。欧洲的有关方面，根据京都议定书，为减少全球温室效应，进行了一项研究，主要目的是研究对比使用SF6气体和使用空气作为绝缘气体对坏境的影响。SF6气体生产厂商S0LVAY、SF6开关设备生产商ABB、SIEMENS和电力公司RWE等参与了这项研究，通过在能源、使用场地、温室气体效应、酸雨和富营化五个方面对比，得出使用SF6气体实际上有助于减少全球温室效应，尽管由于SF6气体是一种具有很强温室效应的气体，但是使用SF6气体绝缘电器可以减少设备体积，提高电力输送效率，因此可以减少环境影响。但是由于目前缺乏有关研究的具体数据，比如SF6电器设备的年泄露率，SF6气体的循环使用比率等，因此无法对此进行评价。 美国EPA（环境保护署）也进行了许多研究工作。美国EPA和美国数十家电力公司建立了SF6 Emissions Reduction Partnership For Electric Power Systems ，即EPA和各电力公司减少SF6气体排放合作伙伴计划。该合作伙伴计划是通过大家技术合作和共享，通过：SF6气体净化回收循环使用；提高SF6气体现场检漏技术，降低设备年泄漏率；通过设备改造，使用气室体积较小的SF6电器设备。通过减少SF6气体的泄漏，提高SF6气体循环利用率，电力公司可以大大减少SF6气体方面的开支；同时减少环境污染，是一个典型的多赢计划。目前参加的电力公司约60多家，包括美国大多数大型电力公司。3.2 国内现状 SF6气体绝缘电器在19世纪80年代初开始应用于我国电力系统，到现在已二十多年。通过这二十多年的运行经验，技术的积极引进和不断地研发，我国SF6气体绝缘电器和SF6气体的生产与应用都得到了极大的提高。我国对SF6气体的生产、管理及应用有着严格的规定，例如：六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则，高压开关设备六氟化硫气体密封试验导则，六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则工作导则和实施细则等。但是，由于使用管理部门和某些具体维护、试验及检修人员对其认识不够等多种原因，造成某些使用部门和个人在工作中SF6气体中毒事件偶有发生，任意排放运行中SF6气体的现象时有出现。根据不完资料统计，有50%70%的使用维护部门没有对运行中的SF6气体绝缘电器进行全面的质量监督。其主要原因是：大多数是近几年投入运行的SF6绝缘电气器设备，设备状况良好，且没有进入大修周期。管理部门对其运行维护工作，特别是SF6气体的全面质量监督与以后的大修解体工作没有充分的认识。由于对SF6绝缘电器设备全面质量监督、维护、检修等工作的投入资金较大，也是许多生产管理部门不能有效实施的原因之一。3.3 应用概况研究表明，虽然SF6气体是温室效应气体，但几乎对臭氧的减少没有影响，只要采取适当措施回收利用，完全可以保证人身安全，对整个环境而言，SF6仍然是理想的绝缘和灭弧介质。但是运行SF6气体绝缘电器设备中的SF6气含有多种杂质。由于电器设备内部残留水分的扩散会使空气和水的含量超过新气体相应的初始数值。放电使部分SF6气体分解，可产生含氧、硫的氟化物及其他气体，以及固体分解产物。其中酸性等杂质，对电气设备的安全运行，以及运行维护、试验、检修人员带来较大危害。因此，必须认真做好SF6气体使用及SF6气体绝缘电器设备的运行维护管理工作，特别是进入检修周期电气设备中的SF6气体检测与回收工作。湖北省超高压输变电公司（以下筒称为湖北超高压公司）成立二十多年来，对SF6开关的运行维护、气体质量监督、解体大修等工作积累了一些应用与管理上的经验。3.3.1 设备概况以某电力公司为例。该公司经过二十多年的运行维护，目前全公司八个500KV变电站中10KV及以上SF6开关在装总数量共有512台。SF6CT在装总数量共有60台。3.3.2 运行情况根据运行二十多年运行情况粗略统计， 500KVSF6断路器在运行中累计动作200次左右，其中开断线路故障37次左右，未出现拒动、误动和开断不成功的现象，正确动作率达100%。3.3.3 主要维护和检修工作对设备进行小修、本体大修、操动机构大修和临时性检修工作。通过这些检修工作大大地提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，取得良好的经济效益和社会效益。3.3.4 SF6气体质量监督与管理1982年随着我国第一座500KV变电站投入运行，我们对SF6气体绝缘介质的电气设备也开始有了全面的接触和逐步的认识。该公司凤凰山变电站一期工程投产的SF6断路器全部为引进法国MG公司FA系列产品。由于当时国内SF6气体检测技术的不成熟，质量检标准尚未完全建立，投产前未能严格控制SF6气体质量标准。在投产两年后，检测气体湿度均超过当时暂定执行标准。1988年和1990年分别进行了两次湿度普查。在此期间开展了现场检测技术的学习与研究，通过学习与研讨对SF6断路器的运行与维护有了较全面的认识和应用，为今后的检修工作打下了坚实的基础。1991年开始逐步建立了SF6气体检测手段，完善了监督制度，1993年10月该公司制定和实施SF6气体质量监督管理制度，1994年初正式成立SF6气体监督管理站。多年来，建立了一套全过程监督SF6气体质量的管理制度。保障了电气设备的经济、安全运行。3.3.5 运行气体杂质含量检测在断路器更换过程中，对运行十年以上的设备有选择地进行了不同气室的取样分析，从而结合设备运行年限运行状况，掌握了相应部位的气体杂质含量数据，除了为检修工作提供依据，同时为今后利用气相色谱法分析设备内部故障积累了一定的经验。表1列出了运行气体和回收处理气体的部分分析数据，从这些分析数据中我们可以得到以下几点体会：表1 部分SF6运行气体、回收气体分析检测结果样品类别样品来源气体杂质含量（W%）纯度（W%）湿 度l/L备 注空气四氟化碳二氧化碳运行气体凤01C1柱0.11820.00100.000199.8800408进口气凤01C1-1灭弧室0.09270.00170.000199.9060进口气凤01C1-1合闸电阻0.12130.00070.000199.8800进口气双06灭弧室0.09860.00800.004499.08892.5进口气双06合闸电阻0.09140.00900.004699.89502.2进口气回收气体存储钢瓶2.41160.03230.000197.55622.2混合气回收罐上部0.48470.00080.000199.50732.3混合气回收罐下部0.08450.00320.004399.90802.0混合气3.3.5.1 运行中的SF6气体，无论是有电弧作用的气室，还是无电弧作用的气室，其纯度均符合国标要求。证明被抽检的断路器运行状况正常。3.3.5.2 有电弧作用的气室与无电弧作用的气室在空气含量上有的显差异，前者低，后者高。3.3.5.3 将进口的运行气体与国产新气体比较，其四氟化碳含量，前者略低于后者。结果见2表。表2 部分新SF6气体分析检测结果样品编号气体杂质含量（W%）纯度（W%）湿 度l/L备 注空气四氟化碳二氧化碳9727350.01760.03390.004799.94381.3红华公司9735970.00280.00610.004199.98701.1红华公司9403650.03040.01350.007099.949020.4红华公司9403380.02880.01380.002899.54023.2红华公司3.3.6 回收气体杂质含量检测对回收气体的处理方式可使其在SF6纯度、四氟化碳等指标上，达到新SF6气体要求，但空气含量较高，不符合国标要求。其主要原因是现有的储存瓶净化处理方法还存在着问题，导致空气含量增高，SF6纯度降低。目前运行气体回收处理后，主要用于SF6断路器解体大修后的设备温度检测和设备检漏，以及解体大修后的充气存放，作为备品待用。SF6回收气体的再利用，即节省了每年新气的用量，降低了生产成本，又解决了废气排放问题，减少了环境污染，带来了直接的经济效益和社会效益。4 建议4.1 完善SF6管理监督体系使用单位和部门应依照国家规定的六氟化硫电气没备中气体管理和检测导则，六氟化硫电气没备运行、试验及检修人员安全防护细则，高压开关设备六氟化硫气体密封试验导则等规定，建立和完善本单位和部门的SF6管理监督体系。应严格控制运行设备中的SF6气体，加强SF6气体泄漏监测工作，特别是对运行五至七年的SF6绝缘电器应采取定期记录FS6气体压力变化或利用定期检修时进行定性、定量等手段进行监控。防止危及人身和电器设备安全事故的发生。4.2 开展对SF6气体杂质的检测工作目前，大多数使用单位和部门一般对新的SF6气体和运行中的SF6气体只进行湿度检测，少数使用单位和部门具有对SF6气体纯度检测的能力，而对酸度、可水解氰化物、矿物油等SF6杂质检测分析项目尚未开展；因此，开展这些项目的分析可进一步的研究，改进SF6气体回收过程中的工艺，加强和完善检测手段，实现将回收的SF6气体应用运行中电器设备。通过减少设备泄漏和回收气体再利用，以减少购买SF6新气的费用支出。同时，将有利于对回收SF6气体进行全面严格的化学、电气分析，以确保SF6气体净化后可以在电气设备中安全可靠运行。广泛应用现场检测技术，跟踪检测使用净化后SF6绝缘电器设备，确保其长同期的安全、经济运行。4.3 建立SF6绝缘电器设备检修中心在电力工业中，高压开关设备使用SF6气体量占80%，且这个比例还在逐年增长。该电力公司所辖在线运行的SF6开关就有