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SF6混合气体是否可替代六氟化硫绝缘气体

来源:http://www.winfoss.com.cn/    日期:2019-02-28    浏览量:载入中...

SF6气体已有百年历史,从60年代中期起,SF6被广泛用作高压电气设备的绝缘介质。虽然SF6本身对人体无毒、无害,但它却是一种温室效应气体,目前,全世界范围内都在全面控制SF6的排放量。

通过对252kV气体绝缘金属封闭开关设备用母线电场研究分析,以及CIGRE公布的《N2/SF6 混合气体绝缘系统》研究成果,最终确定使用混合比例为3:7的SF6/N2混合气体,国家高压电器质量监督检验中心进行了绝缘、温升等型式试验,验证了在252 kV GIS产品母线中使用混合比例为3:7的SF6/N2混合气体的可靠性,并且N2/SF6 混合气体绝缘气体可大大地降低高寒环境下SF6气体设备六氟化硫气体液化点。

根据CIGRE公布的《N2/SF6 混合气体绝缘系统》研究成果,当SF6/N2混合气体中SF6含量为30%时,绝缘强度达到纯SF6的78%;而但SF6含量为40%时,绝缘强度达到纯SF6的80%。根据上述结果以及大量经验认为,用作GIS母线绝缘气体的SF6/N2混合气体,SF6气体体积分数可以在10%-30%之间选取较为合适。依据实际使用情况,确定对于SF6体积分数为30%的SF6/N2混合气体,需将混合气体气压提高到纯SF6气体时的1.33倍,即P SF6/N2=1.33×(P SF6+P0)-P0。252 kV GIS用母线采用 SF6气体绝缘,额定压力为0.4 MPa,报警压力为0.35 MPa;计算得出252 kV GIS用母线采用 SF6/N2气体绝缘,额定压力为0.6 MPa,报警压力为0.55 MPa。            


六氟化硫是一种无色、无味、无毒、具有良好绝缘性的气体。六氟化硫设备由于绝缘强度高,具有优良的灭弧性能、冷却特性、不燃性和热稳定性,被广泛应用于电力传输系统中。

然而,六氟化硫气体却属于温室气体,有可能导致全球变暖。联合国气候变化公约缔约方在1997年签订的《京都议定书》中,将SF6列为六种限制性使用的温室气体之一,并要求限制SF6的使用。美国、欧盟、英国和日本政府均与电力公司合作,提出一系列减少温室气体排放的措施,且美国加州提出从2020年开始逐年降低电气领域SF6使用量,欧盟计划在2030年将SF6排放量缩减到2014年的2/3CO2。大气中的SF6气体的含量以每年8.7%的速度增长CF4,到目前为止,SF6气体占温室气体总排量已经超过15%,因此寻找环境友好型的SF6替代气体作为绝缘介质用于电气设备刻不容缓。

温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射,使地球表面升温。同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射,从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与 “ 温室 ” 的作用类似,故称之为 “ 温室效应 ” ,二氧化碳等气体被称为 “ 温室气体 ” 。目前,发现人类活动排放的温室气体有六种,它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫,这当中氟化物就有三种。其中 CO2 对温室效应影响最大,占 60% ,而 六氟化硫(SF6) 气体的影响仅占 0.1% ,但 六氟化硫(SF6) 气体分子对温室效应具有潜在的危害,这是因为 六氟化硫(SF6) 气体一个分子对温室效应的影响为 CO2 分子的 25000 倍,同时,排放在大气中的 六氟化硫(SF6) 气体寿命特长,约 3400 年。现今,每年排放到大气中的 CO2 气体约 210 亿,而每年排放到大气中的 六氟化硫(SF6) 气体相当于 1.25 亿 t CO2 气体。

六氟化硫电气设备自1993年起就广泛用于变电站,该设备使用10年后,将进行大修,传统维修方式是将该气体直接排放大气,污染环境。

六氟化硫气体作为工业生产用气,是绝好的电力设备绝缘气体,但它作为六种温室气体之一,据计算,六氟化硫气体对臭氧层的破坏程度是二氧化碳的23900倍,而且大气中的六氟化硫气体寿命可达3400年,能对臭氧层造成长期破坏。

随着新技术的推广和新设备、新材料的应用,六氟化硫设备以其安全可靠、维护方便和使用寿命长等优势,在电力系统中得到了广泛使用,并对电力系统的安全、经济、稳定运行起到了重要的作用。

一线运行人员和检修人员对六氟化硫气体特性、用途、危害性及在日常接触中如何做好防范措施有了更深的了解,在六氟化硫气体的回收上有了新的思路,并能正确掌握与使用防护服、防毒面具等防护用品,尤其在操作和检修过程中能更规范地做好相关安全防护措施。

如今,全世界每年排放的二氧化碳气体约210亿吨,而每年排放到大气中的六氟化硫气体则相当于1.25亿吨二氧化碳气体。

在今后相当长一段时期,必须减少使用六氟化硫气体和开展寻找更安全的替代气体的工作。

所以,减少六氟化硫气体排放,是打造绿色电网,推动电网清洁发展,控制全球气候变暖的重要手段之一。

目前使用氮气或氮氧混合气体或干燥空气为主要绝缘介质来代替六氟化硫气体绝缘材料的技术出现,但这些基本属于应用研究或已有技术改良,对于环保或理论意义上的社会效率提高不明确。目前阶段更多是示范意义和新技术路线的尝试。


西开电气生产的252 kV GIS母线结构为三相共箱式。2017年1月在国家高压电器质量监督检验中心顺利完成了母线的绝缘、温升、密封、压力等试验。 2017年12月,重庆奉节铁甲变220 kV变电站2M母线混合气体置换项目成功投运。该站220kV GIS设备为西开电气2012年制造252 kV 户外GIS设备,2012年12月投运,双母线接线方式,母线结构与试验验证结构相同。220kV 2M母线总长度为39.8 m,体积19900 L共分4个气室。目前充入的绝缘气体为额定压力0.4 MPa的纯SF6气体,总重量为645 kg。2M母线SF6气体更换为混合比为3:7的SF6/N2混合气体,先将原0.4 MPa的纯SF6气体全部回收,再罐充额定压力0.6 MPa的SF6/N2混合气体,其中纯SF6气体为290 kg,占原绝缘气体45%,其余为高纯N2。换气完成后,可节约SF6气体约355 kg,占原绝缘气体55%。由此可见,该项目采用混合比为3:7的SF6/N2混合气体代替SF6气体作为GIS母线设备的绝缘介质,显著减少了GIS对SF6气体的使用量,对国家节能减排和实现低碳发展具有重要意义。

SF6/N2混合气体在气体绝缘金属封闭开关设备母线中的应用相比纯SF6气体母线,显著降低SF6气体用量,降低泄漏率,具有成本低、环保性好、适用范围广、可靠性高等优势。



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