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突破SF6定量检漏仪测量局限——ppm使用误区解析

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-04-27  浏览次数:1679
核心提示:SF6常态下是一种无色、无味、无臭、无毒的非可燃性气体,是已知化学稳定性最好的物质之一,具有很强的耐电强度,在较均匀的电场

SF6常态下是一种无色、无味、无臭、无毒的非可燃性气体,是已知化学稳定性最好的物质之一,具有很强的耐电强度,在较均匀的电场中约为空气耐电强 度的2.5倍,同时具有良好的理化特性,是理想的绝缘和灭弧介质。SF6因此广泛运用于变电站等电力系统中[1]。“十二五”期间,电网投资2.55万亿 元,占全国电力工业投资48%。随着新一轮农网改造和特高压建设的进行,输变电工程也将快速发展,相应的,将SF6作为良好的绝缘介质使用的电气设备,诸 如SF6断路器和全封闭组合电器(GIS),以及超高和特高压电气设备等的需求也将得到快速的增长和使用。

然而SF6气体作为诸多电气设备 中一极其重要的绝缘气体和保护气,其发生的泄漏却是这些设备不得不面对的致命弱点。泄漏将导致灭弧和绝缘性能下降,甚至严重危险系统的安全运行;同时 SF6所具有的温室气体的属性也制约了它在多个领域的使用(一个标准的52Kg瓶装的SF6气体排放出,相当于1243吨CO2对大气的影响,更准确的说 24000倍于CO2的温室效应,所以国内外相关法规均对SF6的排放制定了严格的要求。)。因此对于提高SF6电气设备运行可靠性的要求越来越高,同时 也对SF6检漏的辅助设备及检漏仪器提出了更高的要求。针对某地区SF6设备运行情况的调查和分析, 2003年10月 — 2004年10月间,绝缘故障占总故障率的79.64%,其中因SF6泄漏造成的绝缘故障就达到了65.91%, 因此在SF6设备运行中加强和提高检漏精度是预防事故的重要措施之一。

按照GB50150-2006电气设备交接试验标准规定,密封性 SF6检漏试验应采用的灵敏度体积分数不低于1x10-6。目前市场上SF6检漏仪器品种繁多, 但真正符合GB50150-2006标准的SF6检漏仪相对比较少。出于对电气产品及设备运行安全,以及环境的要求,选择一款高精度、高质量及高性能的 SF6检漏仪极其重要, 在符合标准的情况下,不仅能及时地发现隐患,更多的避免了财产,生命及对环境的影响和破坏。

1. 影响检漏仪灵敏度的因素

通 常SF6检漏设备在泄漏测试时分定性与定量两种,定性法仅寻找泄漏点,无法确认SF6泄漏的排放量,定量法则可以测定泄漏的程度,以及在不同单位情况下的 SF6泄漏量,相关的单位有:ppm(μL/L)、ml/s、g/y。其中ppm是目前大部分仪器惯为使用的单位。虽然国家标准GB50150-2006 规定对SF6检漏试验应采用的灵敏度体积分数(L/L)不低于1x10-6,即1ppm。但对标准片面理解,令用户在市场上选购SF6检漏仪时造成了一些 误区,认为选购仅提供浓度ppm测量单位的SF6检漏仪就已经满足SF6检漏试验的测量要求。而忽视了其它参数,即检漏仪流量率,对选型的重要性。也就是 说除了已知因素,电路噪声、温度和湿度对检测结果的影响外,检漏仪的进气流量同样影响着检测结果的准确性。

图1. 气体实际泄漏率 ml/s

2. 不同进气流量率对ppm值的影响

提供ppm浓度测量的SF6检漏仪无法避免给用户带来了误导。在理解SF6泄漏的损失量的前提下,可以了解到当对SF6电气设备检漏时,很重要的一点是要确定SF6气体损失程度,即SF6气体持续泄漏至外部环境中的总量。而我们往往忽略了这一点。

而 且这里所述的ppm指一定量的SF6与空气的混合比。不同于在相对密闭环境中,泄漏气体与一定量空气混合后,空气的量始终是恒定的。如果仅显示浓度ppm 读数的SF6检漏仪在非包扎应用中,即在开阔环境中检漏时,由于仪器的流量率极大,SF6相对占比极小,因此很难查找到泄漏点且显示泄漏量。只有当泄漏气 体相对占比很大时被吸入检漏仪中,才能确定有泄漏点存在。

下面两张图显示开阔环境下测量同一泄漏点,用两种不同流量2 ml/s 和 11 ml/s,并以相同1ppm灵敏度做比较。

图2. 相同SF6泄漏率不同进气流量率下的ppm浓度值

图 2反映了以相同ppm灵敏度的SF6检漏仪测量不同进气流量率,单位时间内同等量泄漏气体所得出的结果,以及所比较出的极大差异。其结果也就是说,同一泄 漏情况下,小口径进气流量率的仪器所得ppm值将远远大于大口径的仪器,这和实际存在的泄漏情况相矛盾的。说明单纯的使用ppm来表达实际泄漏率是不合理 的。

我们所用的ppm单位,其结果值只是表示了损失在空气中的SF6与外部空气的混合体积浓度比。任何体积的SF6只要与相应体积的空气混 合,都能达到1ppm。标准所规定的1ppm虽说是对仪器测量时的灵敏度要求,却非真正显示给用户的直观泄漏情况。我们把一个单位时间内的气体泄漏或损失 称之为“泄漏率”,对应单位可表述为: g/y、ml/s、mbar/L/s。这才是真正表达了SF6实际的泄漏损失量。如果一台SF6定量检漏仪无法显示上述单位,那么通常因为它的泄漏检测精 度十分不理想,因为ppm只是一个无量纲量,无法说明泄漏率实际情况。只要已知仪器的样气流量率和ppm体积比,就可以按下列公式得出泄漏率:

试 验中使用两台不同型号SF6定量检漏仪, A型为GasChek P1(LDD2000)-SF6定量检漏仪,样气流量率为2ml/min,另一台B型为普通的SF6定量检漏仪,样气流量率为1000ml/min,这两 种检漏仪的灵敏度相同体积比,且假设所得最小体积比都为1ppm,即标准所定的仪器有反应的最低标准,由实验及计算可得以下实际泄漏率:

A型检漏仪样气流量率 =2ml/min =0.033 ml/s

B型检漏仪样气流量率 =1000ml/min =16.66ml/s

同 样是1ppm体积比浓度,使用仪器进气流量低至2ml/min的,实际测得气体损失率仅为3.33x10-8ml/s;使用当进气流量为1000ml /min的B型检漏仪,气体损失率为1.8 x 10-5ml/s是前者的540倍,说明B型只有单位时间内泄漏量很大时才能检测到气体泄漏。因此以气体泄漏速率为标准显示的话,选用A型GasChek P1(LDD2000)低流量的定量检漏仪,其检测结果准确度远远大于高流量的普通SF6定量检漏仪,单位时间内的灵敏度为3.33x10-8ml/s和 1.8 x 10-5ml/s。

通过图3比较可知,B型检漏仪对1s内泄漏量为1.8x10-5ml以下的SF6不会有反应。而A型可测得1s内低至3.33x10-8ml泄漏量的SF6。

3. 包扎法情况下流量率的影响

在 包扎法检漏情况下,往往认为只需要ppm读数就足够了,因为没有空气为背景,所以流量率无关紧要,即使存在细小的泄漏也可以忽略。其实不然,SF6气体昂 贵,何况出于环境等因素的考虑,京都协议和欧盟EC842/2006标准也都严格限制SF6气体随意排放,因此极小的泄漏不管出于何种考虑也应该排查出 来。为了要提高灵敏度或减少检测时间,在个别案例中采用对GIS局部包扎检漏十分有效,但如果要捕捉小的泄漏就必须保证包扎袋中的气量较少,否则泄漏气体 被稀释体现不出包扎法的优势。

实验中当4 x 10-6 ml/s纯SF6气体泄漏至一足够检测1ppm的包扎区域,当我们使用进气流量大的SF6定量检漏仪测量时,测量的问题在于一旦把探头伸入袋内,里面的气 体浓度即开始减少,因为仪器的流量率越大,袋口的气体浓度随即降低使得读数也降低(进气量小于出气量产生的流量差所致)。“大流量,低浓度”,实验说明 1ppm灵敏度的大流量仪器在检测相对较低泄漏时,可能只短暂显示1ppm随后降至零甚至毫无反应。

4. 结论

在不同测试方式下,ppm测量方式并不能提供直观的泄漏情况,在受限于检测方式与测量技术情况下,体积浓度比ppm值提供了间接的泄漏参考,其准确性取决于检漏仪流量率。因此具有泄漏率ml/s显示的检漏仪更能体现检测的准确性和可靠性,对于检漏仪选型也具有重要的价值。

如 果出于安全、环保、节约等目的,自然需要更真实,更准确的检测结果,所以在测定各种SF6电气设备可能存在的泄漏时,一款高精度,高灵敏,高质量真实显值 的检漏仪是必不可少的。面对市场上诸多同类不同情况的产品,拥有泄漏率ml/s等表达的检漏仪将更有可靠性。譬如,采用”负离子捕捉”技术的SF6定量检 漏仪, GasChek P1(LDD2000)/ SF6 LeakCheck (LDD2008), 它更是国际上第一款无需纯氩气、无辐射、绿色环保、超低样气流量率的高灵敏度定量检漏仪。该产品曾荣获ABB公司和Phoenix公司参与评定的英国工业 大奖即环境保护和技术创新两项冠军。其优势在于它不仅能提供用户三项单位灵活选择,即ppm、ml/s、g/y,很重要的一点是其流量率仅为2ml /min,且实际气体损失测量精度更降至3.33×10-8 ml/s,体积比灵敏度达到0.1ppm。是一款真正符合GB50150-2006电气设备交接试验标准中所规定的密封性SF6检漏试验首选产品,使得 SF6泄漏检测不再被ppm所误导。诸如此类产品将成为将来用户广泛使用的类型。

参考文献

[1] 房宁珍. 流量在SF6检测技术中的应用[J]. 高电压技术,2010,Vol.36: 372-374

[2] 邱毓昌. GIS装置及其绝缘技术[M]. 北京:水利电力出版社1994.

[3] 佟智勇. 甄利. 张远超. SF6开关设备检漏及漏点处理现场实践[J]. 高压电器,2010,46(5):92-97

[4] 姜宝林.孙吉权.许亮.张重. 紫外线电离型气体检漏仪 [J]. 现代仪器,2005,第四期:56-58

[5] 朱栋. SF6电气设备现场定量检漏检测应注意的几个问题[J].电气应用,2009,28(13):30-35

[6] 林乐亭.王振龙.文元明.SF6断路器的定量检漏[J]. 吉林电力,2002,第4期:50-51

[7] Karen Louise Aplin. Instrumentation for atmospheric ion measurements [D] August 2000

[8] Moody N.F. (1984), Design and construction of an improved[J]. Biometeor. 28: 169-184

 

 
 
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