SF6气体绝缘金属封闭开关设备SF6/N2混合气体改造

作者：柴志

摘要：

随着电力系统的不断发展和对环境问题的日益关注，对高压开关设备的要求也越来越高。SF6气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）作为一种先进的开关设备，已经在电力系统中得到了广泛应用。然而，传统的单一SF6气体已经不能满足现代电力系统的需求，因此需要探索新的解决方案。本文主要探讨了SF6/N2混合气体的改造问题，旨在降低SF6气体的使用量，较少对环境的影响。

关键词：气体绝缘金属封闭开关设备，混合气体，微水含量，气体压力，环保性

一、引言

SF6气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）具有结构紧凑、运行可靠、维护方便等优点，被广泛应用于电力系统中。其中，绝缘气体的选择和运用是关系到环境和可靠性的关键因素之一。传统的单一SF6气体已经不能满足现代电力系统的需求，因此需要探索新的解决方案。即采用SF6/N2混合气体作为GIS设备的绝缘气体，通过优化气体压力和微水含量，提高设备的绝缘性能和可靠性，降低的温室效应对环境的影响。本文对在运行GIS设备混合气体改造的实施推广提供了一种可行性方案。

二、SF6/N2混合气体的优势

1、环保性：SF6气体虽然具有优异的绝缘性能，但在高温下会产生有毒分解物，对环境和人体健康造成威胁。而N2气体是环保的，不会产生有害物质。采用SF6/N2混合气体可以降低对环境的影响。额定压力下，每100kg的SF6气体按照标准体积混合比30%SF6+70%N2进行混气改造后，SF6气体使用量减少约57kg。

2、经济性：采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质，可以显著减少GIS对SF6气体的使用量，具有较低的温室效应潜能。这不仅能降低设备的成本，还能提高设备的经济效益，积极响应国家“碳达峰”、“碳中和”号召。

3、优化气体压力和微水含量：通过优化气体压力和微水含量，可以提高设备的绝缘性能和可靠性。合适的混合气体比例和压力可以增强设备的绝缘效果，同时微水含量的控制可以避免设备内部产生凝露，从而保证设备的正常运行。

4、安全性: SF6/N2混合气体在电弧作用下降低有毒物质的产生,因此使用和维护时比纯SF6更安全可靠。

三、在运行GIS设备SF6/N2混合气体改造内容

3.1混合气体GIS设备改造范围一般包括母线（混合气体气室压力升高，带有温补伸缩节的母线需更换）、隔离-接地开关、快速接地开关、进出线套管、电流互感器。部分电压互感器和避雷器可以进行改造。断路器、电缆终端气室无法进行混合气体改造。

3.2在运行的GIS设备进行混合气体改造，首先根据改造范围和布置接线形式确定停电方式，待设备停电后方可按改造施工方案实施SF6/N2混合气体改造。

3.3设备原SF6气体回收，先检查确认所有伸缩节伸缩节螺杆螺母已全部拧紧。回气过程中盆式绝缘子两侧压力差不能超过0.3MPa，需两个气室同时轮流逐步回收降压。

3.4混合气体改造后气室压力升高，设备混气改造气室需要更换的部件有密度继电器、所有的手孔盖内吸附剂和密封圈、防爆装置（防爆片）、温补型伸缩节母线(必要时)、电压互感器(必要时)、避雷器(必要时)。

3.5气室清理更换吸附剂后及时抽真空，抽真空压强达到40 Pa 以下后停泵，检查真空计，记录读数值的时间，30 分钟后再检查真空计的读数是否大于133 Pa，如大于说明有漏气的地方，可在充气检漏工序中进行查漏检修；如果小于133 Pa，则视为真空检漏合格；为尽量抽干水分和SF6气体，应继续抽真空2-5小时，记录真空度数值。

3.6充入混合气体

（1）关闭充气口阀门，连接充气装置与待充气设备。

（2）SF6气体与N2通过减压装置分别与充气装置连接。

（3）对充气装置进行真空自洁处理。

（4）关闭装置的真空系统，设置配制组分和比例信息，启动配气系统，现场开始进行混合气体配制。

（5）在充气装置出口检测混合气体混气比例，配制的气体混合比与目标气体混合比偏差≤±1%，O2混入量（体积分数）≤0.05%。

（6）充混合气体前，充气管路应用混合气体进行清洗30s。打开充气口阀门，对设备进行充气。严格控制SF6气体和N2的流量，充气过程中时刻监视配气仪的混合比指示，发现异常立即停止。充气过程中，气瓶或储气容器压力表压不应低于0.1MPa。

（7）充混合气时不要一次性充至额定气压，禁止相邻气室压力差过大（盆式绝缘子两侧压差不能超过0.2MPa），各气室逐步充气至额定压力后，关闭气路阀门和充气设备。

3.7密度表回路校验

（1）密度表回路校验。

（2）恢复密度表接线盒，可利用充混合气体阶段校验密度表回路。

（3）用户二次检修室负责完成回路效验工作。

3.8气体密封性检测

（1）充气完成24小时后，采用局部包扎法进行气体检漏。

（2）用塑料布和胶带将拆卸接口包扎严密，24小时后用SF6气体检漏仪进行定量泄漏测试，测试时应在包扎点的最低处多点测试，并适当拍打塑料布。

（3）测量结果应符合产品技术条件要求，SF6年泄漏率≤0.15%。

3.9气体水分含量检测

气体密封检测后对改造气室进行水分含量检测，检测结果应符合产品技术条件要求，隔离开关气室水分含量≤150μL/L，其它气室水分含量≤200μL/L。

3.10混合气体混合比及O2含量检测

（1）测试混合气体的混合比及O2含量，应在气室充气结束24小时后进行，测量时注意调节气体流速不能太快。

（2）混合气体体积比为30%SF6+70%N2，偏差≤±1%，氧气含量（体积比）≤0.5%。

3.11交流耐压试验

四、SF6/N2混合气体改造后的GIS设备运维

4.1定期巡检，对SF6/N2混合气体压力表进行检查，检查压力表指针，应位于正常区域范围内。对密度继电器的计数值记录比较，判断是否存在混合气体泄漏。

4.2配置混合气体充补气，回收等装置，当SF6/N2混合气体泄漏时，应使用混合气体进行补气、充气工作，禁止使用SF6或N2直接补气。

4.3配置混合比检测仪，定期进行混合气体体积比检测。

五、结束语

由于各设备制造厂家产品的结构、型号、新旧设备运行情况、变电站的布置型式、设备需要更换的部件不同，造成停电范围大、周期长，是影响混气改造实施的难点。目前多地已经优先开展了在运行110千伏GIS设备的SF6气体绝缘金属封闭开关设备SF6/N2混合气体改造工作，取得了一定的成绩，其结果对110千伏以上电压等级的GIS产品设备混气改造提供了实践依据。