SF6气体泄漏监测方法及技术分析及石垭子电站SF6气体泄露监测系统安装及应用

SF6气体泄漏监测方法及技术分析及石垭子电站SF6气体泄露监测系统安装及应用

田小雄陈胜陈昱蔡田

(黔北水力发电总厂石垭子电站贵州563000)

摘要：本文是根据个人的检修维护经验从SF6气体泄漏监测的重要性入手，对SF6气体泄漏检测方法进行了探讨，并针对激光成像检漏方法进行了详细的分析，并已在石垭子电站具体实施应用，本人非常希望能与大家一起探讨。

关键词：SF6气体、泄漏监测方法、激光成像检漏方法、现场安装及应用。

引言：SF6高压设备具有紧凑小型化、运行可靠性高、维护工作最少、检修周期长的特点。

第一部分：SF6气体泄漏监测方法及技术分析

上世纪80年代末期，在我国大批量投入电力系统运行。SF6电气设备能否安全可靠运行。设备制造质量、安装质量、运行监测及检修质量等是至关重要的。SF6电气设备常常会由于产品质量、元件老化和外力损坏等原因发生气体泄漏，从而对设备、人身和环境造成危害。本文就SF6气体泄漏监测方法进行详细探讨，如有不当之处，敬请各位指正交流。

一、SF6气体泄漏监测的重要性

SF6气体泄漏会引发一些事故：①严重的SF6气体泄漏会造成SF。断路器闭锁不能操作；GIS发生内部绝缘击穿，导致重大事故发生。②影响设备的可靠性和人员安全。SF6气体是一种良好的高压设备绝缘介质，在化学及热方面都很稳定且无毒、不易燃。但SF6气体的大部分分解产物是不稳定的，有腐蚀性及毒性，这些分解产物积聚在设备内部，当消洁和维修设备时会影响设备可靠性和人员安全性。③SF6气体属于一种温室气体，发生SF6泄漏会污染和破坏大气环境，增加温室效应。从保护环境、保障电网安全、保证工作人员身体健康的任何角度分析，SF6气体泄露检测都显得非常重要。

二、SF6气体泄漏检测方法

1、肥皂泡检漏法:此法对于泄漏较大时或运行中的设备可以采用。将肥皂泡用刷子涂抹在可能出现泄漏的密封环节，出现向外鼓泡的地方就是漏点。此方法灵敏度不高。

2、包扎检漏法在大风的环境中或极微量漏气时.可采用收集法，即用密封袋把怀疑部分包扎起来，待一定时问后再使用检漏仪测量袋内SF6气体的浓度。此方法可以对出现漏气的设备进行定量定性检测，但缺点是对于在运的设备只能对本体部位进行检测，对于出现漏气的套管和法兰部位则需要等到停电后才能包扎检漏，存在一定的局限性。

3、红外检漏成像仪红外检漏成像仪依据SF6气体在10-11um波段辐射强的特点，可以充分利用空气和SF6气体的不同红外特性，配合高性能、高灵敏度探测器(0.03℃)及先进的电子及图像处理技术成像，所以不需要特定背景便可清晰检漏点并成像，可在远距离(最远30米)实时准确地检测SF6气体泄漏点，并即时形成层次感极佳、非常直观的红外图像。

4、激光检测方法SF6气体是目前己发现的最稳定的温室效应气体，其特点是红外吸收性极强、激光的波长可以被SF6气体吸收。激光成像SF6气体泄漏定位系统充分利用了SF6气体的这种特性。系统使用常规的激光成像技术产生成像的红外线能量是因为红外线激光反向散射的结果。

三、激光成像检漏方法

1、激光成像检测的原理分析利用激光的相干性，通过可调光学转换系统，可以在指定的某一检测位置实现一个理想的立体红外辐射场，从设备中泄漏出来的SF6气体分子以流动现象往外扩散，这些SF6分子流将对理盖在这个区域的立体辐射场激光产生较强的光子吸收和光子后向散射。由于光学吸收，泄漏处必然存在气流扰动现象。在激光发射端，安装相匹配的高灵敏度显微光电接收器.就构成了SF6激光检漏仪内部的最基本原理。由于激光具备相干性好，单色性好和高亮度二大特点，给光谱法痕量检测技术增添新的活力，实现了质的飞跃。近年来，激光痕量检测在电力系统中逐渐开始推广应用，特别是对含SF6电气设备气体泄漏检测已日益受到重视。大量实验证明，SF6分子对激光有较强的吸收，利用SF6气体的这种特性，使通常看不见的SF6气体泄漏在激光成像取景器上变得清晰可见，从而使得检测人员能快速定位泄漏位置，因此利用红外光谱法检测电气设备中的SF6气体泄漏是完全可行的。

图:SF6气体泄漏激光成像原理图

2、激光成像检测的应用经过我单位在变电站现场对运行中SF6电气设备气体泄漏情况的检测，能够发现并能准确定位漏气点。按照侧试要求，先后在九个供电公司，对部分有SF6泄漏或补气频繁的开关、流变，进行了SF6气体泄漏检测。期间对各公司设备的生产厂家、型号，补气情况，测试的环境、方法、使用仪器、测试过程中有关情况等作了详细的试验记录，并对己检侧出泄润的设备编写检测试验报告，经过实践证明，激光成像检测技术可取的良好的检漏效果。

3、激光成像检漏仪的优点采用高灵敏度的激光成像仪对SF6电气设备进行监测，使得电器设备漏点及时被发现，并消缺，为保障电气设备安全运行发挥着重要的作用。SF6气体泄漏激光成像检测系统具有以下优良性能：（1）检测技术先进，仪器性能稳定可靠:（2）以成像方式看到SF6气体泄漏情况；（3）带电远距离检测SF6气体泄漏点:（4）探测灵敏度高:1微升/秒；（5）测试距离远:0-15米:（6）定位准确，误差1mm.SF6气体泄翻激光成像仪在高压电气设备带电时远距离定位SF6泄漏点，安全高效。

4、激光成像检漏仪的缺点使用激光成像仪对泄漏点进行定位检测存在以下两点不足：（1）在检测过程中，经常出现激光功率过高保护，尤其是在对设备机构部分检测时更加明显。由于受激光发射功率保护限制，泄漏部位成像亮度不够，影响准确判断泄漏部位观测，对于泄漏量小的状况，检测功率明显影响泄漏点的发现。（2）环境因素影响，如风速影响，实测情况显示，风力较大时，即使是泄漏严重的设备也难以发现其泄漏，风力较大泄翻的SF6气体被很快扩散，不利SF6泄漏于成像:湿度影响，当环境湿度较大时，影响对泄漏部位的观察。

第二部分：石垭子电站SF6气体泄露监测系统安装及应用

一、实施背景

1、石垭子电站GIS室位于地下厂房进口侧两台主变上层，高程为432.90米，长35米×宽10米×高8.83米，两端分别设有楼梯通道,楼梯进口高程为420.80米层，进口侧设有3米×5米的吊物孔。主变安装于420.80米层（发电机层），主变室与GIS室之间设有电缆夹层，高程为429.90米。共计18个以六氟化硫为绝缘介质的气室。

2、客观上讲，SF6气体是一种无色、无味、无臭、无毒、密度比空气重的惰性气体，纯净的SF6对人体没有毒性，但不能维持生命。SF6是一种简单窒息剂，暴露在O2含量小于19.5%的大气中会导致头晕、昏迷、口水增多、反应迟钝、反胃、呕吐、失去意识甚至死亡。暴露在O2小于12%的大气中会无任何先兆地失去知觉，产失去自我救护的能力。更重要的是，SF6在高压电弧的作用下会发生部分分解，其分解物SF4、SOF2、SF2、SO2F2、HF等含有剧毒和强腐蚀性，即使微量泄漏也能造成人身及设备的伤害，对于经常进出SF6电气设备室的作业人员预知SF6泄漏点及泄漏量和O2的含量就更为重要了。如何预防以及采取何种安全措施，《DL408-91》电业安全工作规程、《GB/T8905-96》六氟化硫电气设备中气体管理和检验导体及高压开关设备反事故技术措施等国家标准中明文规定：室内安装运行的气体绝缘开关设备宜设置一定数量的氧量仪和SF6浓度报警仪，人员进入设备区前必须先行通风15min以上。当室内SF6泄漏超标（大于1000ppm），O2含量低于18%时。发生报警，自动启动风机，根据电力安全工作规程指示精神，各SF6使用单位非常有必要安裝SF6浓度和氧气含量报警控制功能的设备，来确保在SF6电气设备区域和作业人员人身安全。

3、此系统的安装解除了运行人员人身安全隐患，体现了领导关心职工人身及设备的安全的责任。

二、实施措施

1、主机一套，壁挂式，安装在发电机层安装间（420.80米层）到GIS室旋转楼梯入口右侧墙上，便于值班人员观察、操作；GIS室有两道进出旋转楼梯，除安装间到GIS室旋转楼梯入口右侧墙安装主机、红外感应器、警灯外，另一个旋转楼梯入口为获得同样效果（红外感应获得语言提示、手动启动风机、报警等），将配置红外感应器、报警器、终端控制器各一套。

2、SF6、O2双气监测传感器GIS室设置8只，其中SF6监测传感器4只，O2监测传感器4只，用来检测室内SF6和氧气含量。电缆层设置4只，其中SF6监测传感器2只，O2监测传感器2只，用来检测室内SF6和氧气含量。共计12只，GIS室安装在4个间隔的最下位区安装2只，两个进入口各安装1只。电缆层安装在两台主变间隔进线气室下面，实时采集测量该区域的SF6、O2双气的含量；

3、GIS及电缆层设置温、湿度传感器各1只，共计2只，安装在室内适中位置，负责采集室内的温湿度；红外人体感应传感器、报警器、终端控制器均分别安装在两个旋转楼梯入口位置，便于进入人员操作、收听；

4、综合控制信号箱安装在主机的下方或侧面，里面有风机启动、报警、数据上传等模块和接点，给上位机及远程监控平台联络用。

5、选择合适的安装位置，制作地基，尽量不影响其他的维护检修；

6、安装主机、风机控制器，开关接点信号传送到公用LCU上，达到控制风机启动、停止的目的。

7、安装2套温湿度传感器，用于检测GIS室温湿度。

8、声光报警器2只安装于GIS室及电缆层进口处。

9、红外线探测器2套在人员巡视时语言提示或报警。

10、集中控制室和工作现场可以随时监视到GIS室的SF6和O2含量数据。

11、系统结构布置图(如下):

三、实施成效

经现场安装调试，能实现的功能：SF6气体浓度检测和显示功能：各传感器连续检测并由主机读取和显示GIS室内各监测点处SF6浓度，当SF6浓度超过设定报警值（出厂默认值1000ppm）时，报警并显示“超标”，否则显示“正常”。

O2浓度检测和显示功能：各传感器连续检测，并由主机读取和显示GIS室内各监测点处的O2浓度。当浓度低于设定报警值（出厂默认值18%）实时显示报警值，否则正常显示实际值（如22%）。

SF6和O2浓度控制功能：SF6气体浓度超标（≧1000ppm）或氧气浓度低于（≦19.6%）时，控制风机启动通风直到SF6和O2浓度恢复正常。

1、温度、湿度检测和显示功能：由就地位置的温湿度传感器实时检测，并由主机读取和显示GIS室内温、湿度值。温度控制功能（湿度），可根据实况进行室内温度设置。

2、传感器通信状况显示功能：各传感器连续检测并由主机读取和显示GIS室各传感器通信状况，如果发生通信故障，则在界面上故障地址出现“#”和编号。

3、按时段定时通风功能：系统可以按时段设定风机每天定时启动和停止的多个时间段，以保证开关室每天都能按需要通风。

4、SF6、O2气体浓度超过报警设置值自动启停风机通风功能：当GIS室内环境中SF6、O2气体浓度超出报警设置值时会自动启动风机进行通风，直至室内环境中SF6、O2气体浓度恢复正常值，风机自动停止。

5、强制通风功能：风机在停止状态时，按下主机通风按钮，风机会启动15min，当风机在通风运行时，按下主机通风按键，风机将停止。

6、显示风机最近一次运行时间功能：如果风机发生过启停动作则会在显示器屏面上显示“风机上次运行时间”工作人员可根据该信息判断进入GIS室前是否要强制通风。

7、语音提示功能：当主机开启语言功能时，则系统会在满足规定条件时语音提示告警，提示作业人员进入GIS室注意。

8、声光报警功能：当GIS室环境中SF6、O2气体含量超限时，会发出高频报警声和红色灯光闪耀。

9、人体红外感应功能：当作业人员要进入GIS室前，红外感应器动作，主机会发出提示语音。

10、任一门进入前均能获得跟主门同等的语言提示，强制通风的功能：作业人员不管从哪个门进入GIS室前，均能获得跟主门同等的

图为：首端控制报警系统图为：终端控制报警系统

图为：GIS室内安装的SF6气体泄漏在线监测装置（共1-8个监测点）

结论随着现代社会的发展，人们对电的需求也越来越大，要求电力供应的安全可靠性也越来越高。因此，需对新投入运行设备加强检测，并针对不同的情况制定相应的措施，为生产运行人员、设备检修维护人员的安全提供了可靠的保障措施。

参考文献：

【1】孙成宝.变电检修〔M].中国电力出版社；

【2】李剑锋，王韬.LW系列断路器SF6气体泄漏分析.电力技术，2004(10)。