典型500 kV變電站SF6應用現狀調查與研究

于麗新，齊笑言，李 超，韓鐘國

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

研究與應用

典型500 kV變電站SF6應用現狀調查與研究

于麗新，齊笑言，李 超，韓鐘國

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

為掌握典型500 kV變電站SF6的使用以及回收利用情況，對典型500 kV變電站運行中的SF6電氣絕緣設備的數量、設備的運行維護管理以及SF6廢氣回收再利用等實際情況進行現場調研，確定500 kV變電站SF6回收再利用的技術水平。調研結果顯示：SF6在高壓電氣絕緣設備應用越來越廣泛，使用量逐年增加，平均約占總絕緣設備的30.5%。但是其回收利用率仍然較低，調研的11座變電站中，僅有73%的變電站配備回收裝置，SF6氣體回收再利用任重而道遠。

SF6；500 kV變電站；電氣絕緣設備；回收利用

1997年，《京都議定書》將SF6氣體列為禁止排放的六大溫室效應氣體之一，SF6氣體年排放量約為2 000 t，雖然SF6氣體的年排放量小，但它對溫室效應卻存在著潛在危險［1-2］。SF6氣體全球變暖系數很高，若CO2為1，則SF6氣體為23 900，同時SF6氣體在大氣中的壽命長為3 200年，因為SF6氣體大部分既不能化學降解，也不能光學降解，它能在大氣中造成累計效應［3］。推進SF6氣體回收循環利用，減緩溫室效應與環境污染，已備受全球關注。在不久的將來，我國的溫室效應廢氣排放總量將會超過美國，這必然受到履行《京都議定書》減排規定的更大約束。因此研究SF6氣體回收處理及再利用，控制SF6氣體向大氣排放，是整個社會共同關注的問題。

SF6氣體具有理想的絕緣和滅弧性能，相同條件下，其絕緣能力為空氣、氮氣的2.5倍以上，滅弧能力為空氣的100倍［4］。SF6氣體的應用使得斷路器的尺寸小、重量輕、開斷短路電流大，對開斷空載長線、開斷電抗器、開斷空載變壓器等均有很好的開斷性能，已廣泛應用于高壓開關設備中［5-7］。作為SF6氣體最大用戶電力工業，著手進行SF6氣體回收處理及再利用研究，是社會賦予我們的責任。

本文對典型500 kV變電站SF6使用及再利用現狀進行調查與研究。掌握了典型500 kV變電站運行中的SF6電氣絕緣設備的數量、設備的運行維護管理以及SF6廢氣回收再利用等情況，確定500 kV變電站主設備的SF6回收再利用的技術水平。在對現有斷路器，電流互感器、GIS、H-GIS等電器設備中SF6氣體回收、處理以及再利用的情況進行調查分析，為同行業對SF6在500 kV變電站中的使用以及回收利用情況提供科學數據，同時為后續變電站中SF6氣體的使用以及回收再利用的研究奠定基礎。

1 調研與統計分析方法

1.1 調研方法

本次針對11座典型的500 kV變電站SF6的使用以及回收利用情況的調研主要通過實地調研的方法進行。首先根據調研內容擬好調研表，表內調研內容包括：變電站名稱、調研日期、變電站概況、電氣絕緣設備使用情況、SF6絕緣設備使用情況、SF6氣體回收利用情況、SF6氣體管理情況等信息。然后攜帶調研表到各個典型500 kV變電站與相關負責人直接溝通了解SF6的使用以及回收利用情況。

1.2 調研結果統計分析方法

對11座典型500 kV變電站SF6的使用情況進行總體分析。以達到對典型500 kV變電站SF6使用以及回收利用情況進行全面總結與對比分析的目的。

2 調研結果匯總分析

2.1 典型500 kV SF6電氣絕緣設備使用情況

本研究調研了11座典型的500 kV變電站SF6電氣絕緣設備的使用情況，現匯總成表1。

表1 SF6電氣絕緣設備使用情況表

從表1可以看出，SF6氣體電氣絕緣設備的比例在新建變電站中明顯高于早先投運的變電站。經過統計，SF6氣體電氣絕緣設備約占總絕緣設備的30.5%。其中，在1990年之前投運的變電站共3座，SF6電氣絕緣設備的比例約為19.7%，SF6氣體總使用量平均為5 262 kg；在1991～2010年投運的變電站共8座，SF6電氣絕緣設備的比例約為34.5%，SF6氣體總使用量平均為8 890 kg。根據上述統計結果分析，SF6電氣絕緣設備也在近20年內得到飛速發展，其占絕緣設備的比例由19.7%提高到了34.5%，隨之SF6氣體的平均使用量從5 262 kg提高至8 890 kg。隨著進一步發展，SF6氣體的使用量還會有所增加，SF6廢氣回收利用的經濟效益和環境效益日益顯著。

2.2 SF6氣體在各類電氣絕緣設備中的使用情況

本研究調查了11座典型的500 kV變電站SF6電氣絕緣設備的使用情況，表2為各類電氣絕緣設備SF6的使用量統計。

表2 電氣絕緣設備中SF6的使用情況kg

從表2可以看出，SF6電氣絕緣設備中，500 kV斷路器的使用量最大，為57 415.4 kg，占總的SF6使用量的66%。220 kV斷路器和電流互感器分別占15%和16%，66 kV斷路器用量最少，為3%。SF6氣體使用量的詳細分布見圖1。

2.3 SF6氣體回收情況分析

通過對11座典型500 kV變電站SF6電氣絕緣設備的回收情況的調研，發現有73%的變電站配備回收裝置，其中有7座變電站由于同一上級公司管理，共同配置1臺回收裝置，輪流使用。據調查，回收裝置利用情況不佳。由于各個變電站的SF6電氣絕緣設備的使用時間均未達到設備的使用壽命，設備更換所產生的SF6廢氣較少，回收裝置利用率較低。在排放量小，沒有大修的情況下，11座變電站每年由于微小泄漏而補充的氣體不超過200 kg，回收的經濟效益較低，廢氣對環境的影響也容易被忽略，所以，各個變電站SF6廢氣回收利用比例較低。但隨著設備的老化，最先投運的設備已經陸續進入更換期，對SF6廢氣回收利用的經濟效益和環境效益越來越明顯。

圖1 SF6氣體使用量分布圖

3 SF6回收處理問題

目前國內外SF6回收回充凈化處理設備普遍存在SF6氣體回收效率不高、污染嚴重、回收速度慢以及空氣難分離、氣體凈化難以達到國家SF6新氣標準要求等技術難題［8］。根據調研結果顯示典型500 kV變電站主要存在的回收處理問題如下。

3.1 回收的SF6氣體不能完全響應國家標準要求

我國規定充入電氣設備中的SF6氣體必須經過嚴格測試，達到工業SF6（GB／T 12022—2006）規定的指標。各個典型500 kV變電站對SF6氣體的各項指標檢驗不完全，基本只有微水檢測，檢測周期各自不同。由于SF6氣體的純度以及雜質的含量對電氣絕緣設備性能以及安全性影響巨大，所以，建議加強SF6氣體的各項指標檢測，以防患于未然。但是受到檢測儀器以及檢測人員水平的限制，指標多數不能全部檢測。

3.2 SF6氣體回收率低

根據調研結果顯示，大部分設備未到更換SF6氣體年限，由于經濟效益影響較小，少量SF6氣體回收不受重視。同時，目前采用的絕大多數回收處理設備對空氣的處理效果很差，需要大量排氣，導致現場回收處理率很低。

3.3 SF6氣體處理后的灌瓶效率低

SF6回收處理設備通常采用高壓灌瓶方式，灌瓶效率受環境影響很大，一般額定50 kg的鋼瓶只能灌裝20 kg左右［8］。有些處理設備采用冷凝后利用高度差灌瓶的方式，這存在著自重不能克服鋼瓶內壓力進而無法灌瓶的問題。調研結果顯示，不是所有的回收利用裝置都能有效地將處理后的SF6氣體灌裝回鋼瓶，導致回收后的SF6氣體再利用率較低。

3.4 處理后SF6氣體的回充存在安全問題［8］

目前一些SF6回收設備采用簡易的給鋼瓶外裝加熱套的方式來完成回充功能，這可能會使SF6液體直接回充入設備，由蒸發而形成的低溫SF6會導致設備短時的溫差變形，可能使設備密封失效，造成泄漏。更為嚴重的是，加熱根本不能使鋼瓶中的合格SF6液體變成氣體回充，過度受熱甚至可能燒焦鋼瓶表面，并使鋼瓶內壓力升高，存在嚴重的安全隱患。

現場進行氣體處理時，必定有部分尾氣需要排放。非專業處理中心沒有專門用于凈化處理SF6氣體的場所，各使用單位也缺少專用氣體凈化處理設備，操作人員的安全僅依靠數量有限的防護服，在現場直接作業可能因為通風等原因危及作業人員身體健康。有些采用液氮冷卻的處理設備，由于液氮本身屬于危險化學品，在吊裝、儲運和使用方面也存在一系列安全問題。

4 展望與建議

通過對11座典型500 kV變電站SF6使用以及回收利用情況的調查與研究，發現近年來SF6電氣絕緣設備以其優秀的性能、占地面積小以及低維修率等優點，有了廣泛的應用，特別是在超高壓變電中的應用越來越多。隨著設備老化，越來越多的SF6電氣絕緣設備進入更換期，隨著設備解體而產生的SF6廢氣越來越多，對其回收再利用的經濟效益和環境效益日益顯著。根據本次調查研究，提出以下3點建議。

a.提高對SF6氣體危害的認識，明確SF6廢氣回收再利用的重大意義。對這項工作要重視起來，制定完善的SF6氣體采購、使用、回收、再利用以及儲存等相關事項的管理辦法，并嚴格按規定操作。

b.在調研過程中，發現各個典型500 kV變電站對SF6氣體的各項指標檢驗不完全，基本只有微水檢測，檢測周期各自不同。由于SF6氣體的純度以及雜質的含量對電氣絕緣設備性能以及安全性影響巨大，建議加強SF6氣體的各項指標檢測，以防患于未然。

c.綜合經濟效益和環境效益，建議SF6廢氣回收和處理分開進行，即各個變電站有能力將SF6廢氣回收，并妥善保管回收的SF6廢氣；然后，以檢修分公司為單位，對回收的SF6廢氣進行處理，處理后可以達到回用標準；處理后的SF6氣體，按需求返回各個變電站備用。這樣，在SF6氣體得到回收利用的基礎上，降低了回收裝置的閑置率。

［1］ 李建國，王蘭蘭.RF系列六氟化硫氣體回收凈化再生系統的原理及應用［J］.電力設備，2008，9（5）：50-52.

［2］ 李建基.新型高中壓開關設備選型及新技術手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［3］ 海豫新.超高壓開關設備中減少六氟化硫氣體用量的措施［J］.電工電氣，2011，33（5）：45-47.

［4］ 張云飛.六氟化硫在斷路器的應用及六氟化硫環保問題［J］.精細化工原料及中間體，2009，11（2）：29-32.

［5］ 李文琦.六氟化硫斷路器中SF6氣體含水量分析和對策［J］.能源與環境，2008，27（3）：32-33.

［6］ 卞 楊，趙 海，齊笑言，等.SF6氣體泄漏環境在線監測技術綜述［J］.黑龍江電力，2009，31（12）：477-479.

［7］ 魯旭臣，李 爽，畢海濤，等.遼寧電網GIS與HGIS運行可靠性和實用性分析［J］.東北電力技術，2014，35（9）：20-22.

［8］ 劉紅志，彭 柯.六氟化硫回收回充凈化處理系統的應用研究［J］.四川電力技術，2011，33（2）：52-55.

Investigation and Research on the Application of SF6at Typical 500 kV Substations

YU Li?xin，QI Xiao?yan，LI Chao，HAN Zhong?guo
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

On the basis of site investigation，the typical 500 kV substations sulfur hexafluoride（SF6）application and recycling utili?zation are mastered.The number of electrical insulation devices，the operation and maintenance management and the exhaust gas recy?cling of SF6are investigated in order to determine the technical level of SF6recycling at 500 kV substations.Research results show that SF6is widely used in high voltage electrical equipment insulation，and to achieve the total insulation equipment 30.5%.But the recov?ery rate is still low，only 73%substation of 11 substations have recovery devices，so the SF6recycling and utilization have a long way to go.

SF6；500 kV substation；Electrical insulation devices；Recycling and utilization

TM63

A

1004-7913（2015）06-0007-03

于麗新（1984—），女，碩士，工程師，現從事電力系統環境保護相關工作。

2015-03-25）