淺談六氟化硫氣體回收再利用

1、淺談六氟化硫氣體回收再利用摘 要介紹了六氟化硫絕緣電器中六氟化硫氣體回收后的再利用，敘述了對(duì)六氟化硫氣體管理、檢測和檢修工作的幾點(diǎn)思考。關(guān)鍵詞六氟化硫氣體；回收氣體；再利用1 引言隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及電力需求的快速增長，電力工業(yè)也不斷地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展而發(fā)生著巨大的變化。從19世紀(jì)80年代初我國第一座500kv變電站和第一條500kv線路投入運(yùn)行，直至20世紀(jì)初的農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造和現(xiàn)今的三峽電力外送。電力工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全石面推進(jìn)西電東送、南北互供和全國聯(lián)網(wǎng)的新時(shí)期。電力技術(shù)和電力設(shè)備的應(yīng)用同時(shí)都經(jīng)歷著這一變化和發(fā)展。用六氟化硫（sf6）氣體作為絕緣介質(zhì)的開關(guān)、變壓器、互感器、組合電器

2、（gis）等，在電力系統(tǒng)中同樣得倒到迅速發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。2 sf6氣體2.1 sf6氣體基本特性sf6氣體在常溫常壓下具有高穩(wěn)定性，屬于惰性氣體。在通常狀態(tài)下是一種無色、無味、無嗅、無毒、不可然的氣體，室溫條件不會(huì)和與之接觸的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。由于氣體密度比空氣密度大得多，約為空氣的五倍；因此，空氣中的sf6易于自然下沉，倒至下部空間的sf6氣體濃度升高，且不易擴(kuò)散稀釋。2.2 絕緣和冷卻性能sf6氣體是一種高電氣強(qiáng)度的氣體介質(zhì)。由于sf6氣體的負(fù)電性，使其具有極好的絕緣性能。在均勻電場中，絕緣強(qiáng)度與絕緣油相同。在熄滅電弧和瞬時(shí)放電的溫度范圍內(nèi)有著優(yōu)良的熱交換特性。由于sf6氣體具有不可燃的

3、特性，并具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，所以被廣泛地應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備中。2.3 sf6氣體的溫室效應(yīng)sf6氣體作為一種非二氧化碳的溫室效應(yīng)氣體，在大氣中可穩(wěn)定存在3200年。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)sf6氣體的溫室效應(yīng)是是等量二氧化碳的23900倍。sf6氣體在大氣中的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，它們的壽命相當(dāng)長，其清除機(jī)制是緩慢光解和沉降。京都議定書（kyoto protocol）將hfcs與co2、ch4、n2o、pfcs、sf6并列為溫室氣體。3 sf6回收氣體的研究與應(yīng)用 首先sf6氣體是一個(gè)理想的絕緣氣體，越來越廣泛地在電力系統(tǒng)中應(yīng)用。同時(shí)sf6氣體也是溫室效應(yīng)氣體。根據(jù)epa與ipcc有關(guān)報(bào)告統(tǒng)計(jì)，在1998

4、年，美國排放的sf6氣體總量相當(dāng)于1000萬噸二氧化碳，其中大部分是電力公司排放sf6氣體造成的。1994年全球排放六氟化硫氣體65800噸，其中20%來自鎂的生產(chǎn)過程，其它80%排放來自絕緣器及高壓轉(zhuǎn)換器的消耗。目前世界上電力企業(yè)都積極進(jìn)行有關(guān)sf6方面的研究，特別是sf6氣體循環(huán)使用以及sf6泄漏檢測的技術(shù)研究等。3.1 國外研究近況為了減少sf6氣體的排放，減少溫室效應(yīng)。歐洲的有關(guān)方面，根據(jù)京都議定書，為減少全球溫室效應(yīng)，進(jìn)行了一項(xiàng)研究，主要目的是研究對(duì)比使用sf6氣體和使用空氣作為絕緣氣體對(duì)壞境的影響。sf6氣體生產(chǎn)廠商s0lvay、sf6開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)商abb、siemens和電力公司

5、rwe等參與了這項(xiàng)研究，通過在能源、使用場地、溫室氣體效應(yīng)、酸雨和富營化五個(gè)方面對(duì)比，得出使用sf6氣體實(shí)際上有助于減少全球溫室效應(yīng)，盡管由于sf6氣體是一種具有很強(qiáng)溫室效應(yīng)的氣體，但是使用sf6氣體絕緣電器可以減少設(shè)備體積，提高電力輸送效率，因此可以減少環(huán)境影響。但是由于目前缺乏有關(guān)研究的具體數(shù)據(jù)，比如sf6電器設(shè)備的年泄露率，sf6氣體的循環(huán)使用比率等，因此無法對(duì)此進(jìn)行評(píng)價(jià)。 美國epa（環(huán)境保護(hù)署）也進(jìn)行了許多研究工作。美國epa和美國數(shù)十家電力公司建立了sf6 emissions reduction partnership for electric power systems ，即ep

6、a和各電力公司減少sf6氣體排放合作伙伴計(jì)劃。該合作伙伴計(jì)劃是通過大家技術(shù)合作和共享，通過：sf6氣體凈化回收循環(huán)使用；提高sf6氣體現(xiàn)場檢漏技術(shù)，降低設(shè)備年泄漏率；通過設(shè)備改造，使用氣室體積較小的sf6電器設(shè)備。通過減少sf6氣體的泄漏，提高sf6氣體循環(huán)利用率，電力公司可以大大減少sf6氣體方面的開支；同時(shí)減少環(huán)境污染，是一個(gè)典型的多贏計(jì)劃。目前參加的電力公司約60多家，包括美國大多數(shù)大型電力公司。3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 sf6氣體絕緣電器在19世紀(jì)80年代初開始應(yīng)用于我國電力系統(tǒng)，到現(xiàn)在已二十多年。通過這二十多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)的積極引進(jìn)和不斷地研發(fā)，我國sf6氣體絕緣電器和sf6氣體的生產(chǎn)與

7、應(yīng)用都得到了極大的提高。我國對(duì)sf6氣體的生產(chǎn)、管理及應(yīng)用有著嚴(yán)格的規(guī)定，例如：六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則，高壓開關(guān)設(shè)備六氟化硫氣體密封試驗(yàn)導(dǎo)則，六氟化硫電氣設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)及檢修人員安全防護(hù)細(xì)則工作導(dǎo)則和實(shí)施細(xì)則等。但是，由于使用管理部門和某些具體維護(hù)、試驗(yàn)及檢修人員對(duì)其認(rèn)識(shí)不夠等多種原因，造成某些使用部門和個(gè)人在工作中sf6氣體中毒事件偶有發(fā)生，任意排放運(yùn)行中sf6氣體的現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)。根據(jù)不完資料統(tǒng)計(jì)，有50%70%的使用維護(hù)部門沒有對(duì)運(yùn)行中的sf6氣體絕緣電器進(jìn)行全面的質(zhì)量監(jiān)督。其主要原因是：大多數(shù)是近幾年投入運(yùn)行的sf6絕緣電氣器設(shè)備，設(shè)備狀況良好，且沒有進(jìn)入大修周期。管理部門

8、對(duì)其運(yùn)行維護(hù)工作，特別是sf6氣體的全面質(zhì)量監(jiān)督與以后的大修解體工作沒有充分的認(rèn)識(shí)。由于對(duì)sf6絕緣電器設(shè)備全面質(zhì)量監(jiān)督、維護(hù)、檢修等工作的投入資金較大，也是許多生產(chǎn)管理部門不能有效實(shí)施的原因之一。3.3 應(yīng)用概況研究表明，雖然sf6氣體是溫室效應(yīng)氣體，但幾乎對(duì)臭氧的減少?zèng)]有影響，只要采取適當(dāng)措施回收利用，完全可以保證人身安全，對(duì)整個(gè)環(huán)境而言，sf6仍然是理想的絕緣和滅弧介質(zhì)。但是運(yùn)行sf6氣體絕緣電器設(shè)備中的sf6氣含有多種雜質(zhì)。由于電器設(shè)備內(nèi)部殘留水分的擴(kuò)散會(huì)使空氣和水的含量超過新氣體相應(yīng)的初始數(shù)值。放電使部分sf6氣體分解，可產(chǎn)生含氧、硫的氟化物及其他氣體，以及固體分解產(chǎn)物。其中酸性等雜

9、質(zhì)，對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，以及運(yùn)行維護(hù)、試驗(yàn)、檢修人員帶來較大危害。因此，必須認(rèn)真做好sf6氣體使用及sf6氣體絕緣電器設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理工作，特別是進(jìn)入檢修周期電氣設(shè)備中的sf6氣體檢測與回收工作。湖北省超高壓輸變電公司（以下筒稱為湖北超高壓公司）成立二十多年來，對(duì)sf6開關(guān)的運(yùn)行維護(hù)、氣體質(zhì)量監(jiān)督、解體大修等工作積累了一些應(yīng)用與管理上的經(jīng)驗(yàn)。3.3.1 設(shè)備概況以某電力公司為例。該公司經(jīng)過二十多年的運(yùn)行維護(hù)，目前全公司八個(gè)500kv變電站中10kv及以上sf6開關(guān)在裝總數(shù)量共有512臺(tái)。sf6ct在裝總數(shù)量共有60臺(tái)。3.3.2 運(yùn)行情況根據(jù)運(yùn)行二十多年運(yùn)行情況粗略統(tǒng)計(jì)， 500kvsf6

10、斷路器在運(yùn)行中累計(jì)動(dòng)作200次左右，其中開斷線路故障37次左右，未出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)和開斷不成功的現(xiàn)象，正確動(dòng)作率達(dá)100%。3.3.3 主要維護(hù)和檢修工作對(duì)設(shè)備進(jìn)行小修、本體大修、操動(dòng)機(jī)構(gòu)大修和臨時(shí)性檢修工作。通過這些檢修工作大大地提高了設(shè)備的可靠性，延長了設(shè)備的使用壽命，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3.3.4 sf6氣體質(zhì)量監(jiān)督與管理1982年隨著我國第一座500kv變電站投入運(yùn)行，我們對(duì)sf6氣體絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備也開始有了全面的接觸和逐步的認(rèn)識(shí)。該公司鳳凰山變電站一期工程投產(chǎn)的sf6斷路器全部為引進(jìn)法國mg公司fa系列產(chǎn)品。由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)sf6氣體檢測技術(shù)的不成熟，質(zhì)量檢標(biāo)準(zhǔn)尚未完全建立，

11、投產(chǎn)前未能嚴(yán)格控制sf6氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在投產(chǎn)兩年后，檢測氣體濕度均超過當(dāng)時(shí)暫定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。1988年和1990年分別進(jìn)行了兩次濕度普查。在此期間開展了現(xiàn)場檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，通過學(xué)習(xí)與研討對(duì)sf6斷路器的運(yùn)行與維護(hù)有了較全面的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，為今后的檢修工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1991年開始逐步建立了sf6氣體檢測手段，完善了監(jiān)督制度，1993年10月該公司制定和實(shí)施sf6氣體質(zhì)量監(jiān)督管理制度，1994年初正式成立sf6氣體監(jiān)督管理站。多年來，建立了一套全過程監(jiān)督sf6氣體質(zhì)量的管理制度。保障了電氣設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。3.3.5 運(yùn)行氣體雜質(zhì)含量檢測在斷路器更換過程中，對(duì)運(yùn)行十年以上的設(shè)備有選擇地

12、進(jìn)行了不同氣室的取樣分析，從而結(jié)合設(shè)備運(yùn)行年限運(yùn)行狀況，掌握了相應(yīng)部位的氣體雜質(zhì)含量數(shù)據(jù)，除了為檢修工作提供依據(jù)，同時(shí)為今后利用氣相色譜法分析設(shè)備內(nèi)部故障積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。表1列出了運(yùn)行氣體和回收處理氣體的部分分析數(shù)據(jù)，從這些分析數(shù)據(jù)中我們可以得到以下幾點(diǎn)體會(huì)：表1 部分sf6運(yùn)行氣體、回收氣體分析檢測結(jié)果樣品類別樣品來源氣體雜質(zhì)含量（w%）純度（w%）濕 度l/l備 注空氣四氟化碳二氧化碳運(yùn)行氣體鳳01c1柱0.11820.0010<0.000199.8800408進(jìn)口氣鳳01c1-1滅弧室0.09270.0017<0.000199.9060進(jìn)口氣鳳01c1-1合閘電阻0.121

13、30.0007<0.000199.8800進(jìn)口氣雙06滅弧室0.09860.0080<0.004499.08892.5進(jìn)口氣雙06合閘電阻0.09140.0090<0.004699.89502.2進(jìn)口氣回收氣體存儲(chǔ)鋼瓶2.41160.0323<0.000197.55622.2混合氣回收罐上部0.48470.0008<0.000199.50732.3混合氣回收罐下部0.08450.0032<0.004399.90802.0混合氣3.3.5.1 運(yùn)行中的sf6氣體，無論是有電弧作用的氣室，還是無電弧作用的氣室，其純度均符合國標(biāo)要求。證明被抽檢的斷路器運(yùn)行狀況正常

14、。3.3.5.2 有電弧作用的氣室與無電弧作用的氣室在空氣含量上有的顯差異，前者低，后者高。3.3.5.3 將進(jìn)口的運(yùn)行氣體與國產(chǎn)新氣體比較，其四氟化碳含量，前者略低于后者。結(jié)果見2表。表2 部分新sf6氣體分析檢測結(jié)果樣品編號(hào)氣體雜質(zhì)含量（w%）純度（w%）濕 度l/l備 注空氣四氟化碳二氧化碳9727350.01760.03390.004799.94381.3紅華公司9735970.00280.00610.004199.98701.1紅華公司9403650.03040.01350.007099.949020.4紅華公司9403380.02880.01380.002899.54023.2紅華

15、公司3.3.6 回收氣體雜質(zhì)含量檢測對(duì)回收氣體的處理方式可使其在sf6純度、四氟化碳等指標(biāo)上，達(dá)到新sf6氣體要求，但空氣含量較高，不符合國標(biāo)要求。其主要原因是現(xiàn)有的儲(chǔ)存瓶凈化處理方法還存在著問題，導(dǎo)致空氣含量增高，sf6純度降低。目前運(yùn)行氣體回收處理后，主要用于sf6斷路器解體大修后的設(shè)備溫度檢測和設(shè)備檢漏，以及解體大修后的充氣存放，作為備品待用。sf6回收氣體的再利用，即節(jié)省了每年新氣的用量，降低了生產(chǎn)成本，又解決了廢氣排放問題，減少了環(huán)境污染，帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4 建議4.1 完善sf6管理監(jiān)督體系使用單位和部門應(yīng)依照國家規(guī)定的六氟化硫電氣沒備中氣體管理和檢測導(dǎo)則，六氟化硫

16、電氣沒備運(yùn)行、試驗(yàn)及檢修人員安全防護(hù)細(xì)則，高壓開關(guān)設(shè)備六氟化硫氣體密封試驗(yàn)導(dǎo)則等規(guī)定，建立和完善本單位和部門的sf6管理監(jiān)督體系。應(yīng)嚴(yán)格控制運(yùn)行設(shè)備中的sf6氣體，加強(qiáng)sf6氣體泄漏監(jiān)測工作，特別是對(duì)運(yùn)行五至七年的sf6絕緣電器應(yīng)采取定期記錄fs6氣體壓力變化或利用定期檢修時(shí)進(jìn)行定性、定量等手段進(jìn)行監(jiān)控。防止危及人身和電器設(shè)備安全事故的發(fā)生。4.2 開展對(duì)sf6氣體雜質(zhì)的檢測工作目前，大多數(shù)使用單位和部門一般對(duì)新的sf6氣體和運(yùn)行中的sf6氣體只進(jìn)行濕度檢測，少數(shù)使用單位和部門具有對(duì)sf6氣體純度檢測的能力，而對(duì)酸度、可水解氰化物、礦物油等sf6雜質(zhì)檢測分析項(xiàng)目尚未開展；因此，開展這些項(xiàng)目的分析可進(jìn)一步的研究，改進(jìn)sf6氣體回收過程中的工藝，加強(qiáng)和完善檢測手段，實(shí)現(xiàn)將回收的sf6氣體應(yīng)用運(yùn)行中電器設(shè)備。通過減少設(shè)備泄漏和回收氣體再利用，以減少購買sf6新氣的費(fèi)用支出。同時(shí)，將有利于對(duì)回收sf6氣體進(jìn)行全面嚴(yán)格的化學(xué)、電氣分析，以確保sf6氣體凈化后可以在電氣設(shè)備中安全可靠運(yùn)行。廣泛應(yīng)用現(xiàn)場檢測技術(shù)，跟蹤檢測使用凈化后sf6絕緣電器設(shè)備，確保其長同期的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。4.3 建立sf6絕緣電器設(shè)備檢修中心在電力工業(yè)中，高壓開關(guān)設(shè)備使用sf6氣體量占80%，且這個(gè)比例還在逐年增長。該電力公司所轄在線運(yùn)行的sf6開關(guān)