SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）出廠及現(xiàn)場(chǎng)氣密試驗(yàn)基本方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)

平高集團(tuán)有限公司 關(guān) 曉 聶海全

1 常用檢漏設(shè)備的使用方法

1.1 檢漏設(shè)備簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)GIS生產(chǎn)廠家及安裝現(xiàn)場(chǎng)常用的檢漏設(shè)備，大多是上海唐山儀表廠生產(chǎn)的LF-ID檢漏儀，見圖1。它的工作原理是探槍內(nèi)裝有高頻振蕩回路的電離腔，工作時(shí)電離腔內(nèi)接近真空狀態(tài)下產(chǎn)生高頻電離，具有負(fù)電性的SF6氣體進(jìn)入電離腔，電離狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，高頻振蕩狀態(tài)也隨之改變，檢波高頻振蕩狀態(tài)就能判定SF6氣體濃度。該檢漏儀優(yōu)點(diǎn)為具有定量校準(zhǔn)曲線，方便進(jìn)行定量計(jì)算；靈敏度較高，10-8 SF6氣體濃度有反應(yīng)。缺點(diǎn)為穩(wěn)定性較差，體積重量較大，適應(yīng)于出廠試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)檢漏試驗(yàn)。

1.2 LF-ID檢漏儀操作方法

圖1 上海唐山儀表廠LF-ID檢漏儀工作原理示意圖

1.3 定量校準(zhǔn)曲線的意義

每一臺(tái)檢漏儀都有其唯一的校準(zhǔn)曲線，見圖2。橫坐標(biāo)代表檢漏儀探槍的讀數(shù)，縱坐標(biāo)代表SF6濃度。檢漏時(shí)，檢漏儀的讀數(shù)沒(méi)有單位，要換算成濃度值，就要查該檢漏儀的SF6氣體檢漏儀定量校準(zhǔn)曲線，例如，檢漏儀的讀數(shù)為100，從曲線上對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)代表的濃度為9.5×10-6(V/V，體積比)，即9.5ppm。

圖2 定量校準(zhǔn)曲線

1.4 定量校準(zhǔn)曲線的繪制

用檢漏儀對(duì)配制（常用方法是用1ml的針筒抽入純SF6氣體，稀釋到100ml的針筒內(nèi)，該針筒內(nèi)氣體濃度就是10-2，以此類推）的每一濃度（10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 ）的標(biāo)準(zhǔn)SF6氣體進(jìn)行測(cè)量，就有一個(gè)相應(yīng)的讀數(shù)，這些濃度和檢漏儀讀數(shù)在坐標(biāo)紙上就構(gòu)成了相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，把這些點(diǎn)用平滑的曲線連起來(lái)，就制成該臺(tái)檢漏儀的SF6氣體檢漏儀定量校準(zhǔn)曲線，檢漏儀的基數(shù)，即檢漏儀在沒(méi)有SF6氣體、空氣清新的地方，儀器所顯示的基礎(chǔ)數(shù)值，簡(jiǎn)稱為基數(shù)，如圖2，該臺(tái)檢漏儀基數(shù)為30。

1.5 定量校準(zhǔn)曲線注意事項(xiàng)

我們?cè)趯?shí)際檢漏試驗(yàn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)檢漏儀在工作一定時(shí)期之后，基數(shù)會(huì)發(fā)生變化?；鶖?shù)是儀器各個(gè)可調(diào)部位調(diào)整在一定情況下所固有的數(shù)值。定量校準(zhǔn)曲線表是在此基數(shù)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)得來(lái)的，曲線中的各項(xiàng)指標(biāo)與檢漏儀的實(shí)際檢測(cè)性能相符。由于檢漏儀的實(shí)際工況及各部件的工作性能發(fā)生了變化，引起基數(shù)發(fā)生變化，這時(shí)原定量校準(zhǔn)曲線表與檢漏儀的實(shí)際檢測(cè)性能已不再相符?；鶖?shù)變化越大，原校準(zhǔn)曲線準(zhǔn)確度越低。此時(shí)，需要對(duì)檢漏儀重新校準(zhǔn)。

2 檢漏基本方法及判定標(biāo)準(zhǔn)：

2.1 定性檢漏（適用于出廠試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)）

定性檢漏方法：試品充額定壓力SF6氣體后，且靜置時(shí)間不少于24h才可進(jìn)行定性檢漏。檢漏儀工作正常，在無(wú)風(fēng)吹拂的情況下，手拿探槍距試品5mm左右，對(duì)電氣設(shè)備的各個(gè)密封環(huán)節(jié)、焊縫、鑄件、接頭接合面、法蘭密封、轉(zhuǎn)動(dòng)密封、滑動(dòng)密封、表計(jì)接口等位置進(jìn)行緩慢移動(dòng)（盡量避免接觸試品，避免探槍靠試品太近易吸入灰塵及雜物、與產(chǎn)品易磕碰，會(huì)造成檢漏儀讀數(shù)的不穩(wěn)定），監(jiān)聽檢漏儀的報(bào)警聲音的變化，同時(shí)監(jiān)視檢漏儀的濃度讀數(shù)。

定性檢漏合格判斷：檢漏儀讀數(shù)不增加的為合格；

定性檢漏儀讀數(shù)增加較大（大于1×10-6）的，為不合格(要避免螺紋孔等處SF6氣體積蓄后，濃度較大，造成誤判)；

定性如果讀數(shù)增加不大（不大于1×10-6），需采用定量法（包扎法）進(jìn)一步確認(rèn)是否合格。

引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)二：DL/T618-2011《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)規(guī)程》第3頁(yè)9.3.1規(guī)定：

我們經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐驗(yàn)證：

用不低于1×10-6（體積比）的檢漏儀對(duì)各氣室密封部分、管道接頭等處進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢漏儀不報(bào)警的方法能夠保證年漏氣率不大于1%。

用不低于1×10-8（體積比）的檢漏儀對(duì)各氣室密封部分、管道接頭等處進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢漏儀不報(bào)警的方法能夠保證年漏氣率不大于0.1%。對(duì)于檢漏儀有反應(yīng)，讀數(shù)濃度沒(méi)有超過(guò)1×10-6（體積比）的，要用包扎法進(jìn)行確認(rèn)(避免誤判)。

2.2 定量檢漏（適用于出廠試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)）

定量檢漏方法：試品充額定壓力SF6氣體后，且靜置時(shí)間不少于24h，用薄膜對(duì)試品進(jìn)行包扎或扣罩，歷時(shí)5h或24h后，用檢漏儀測(cè)量罩內(nèi)SF6氣體增加量。

檢漏合格判斷：包扎5h后，單個(gè)包扎罩內(nèi)SF6濃度增加不大于15ppm為合格。

每個(gè)氣室，計(jì)算年漏氣率不應(yīng)大于0.3%為合格。

單個(gè)密封面或單個(gè)零部件，計(jì)算漏氣率≤0.1Pa.cm3/s為合格。

引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一、GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》第49頁(yè)14.0.4規(guī)定，必要是要采用局部包扎法進(jìn)行氣體泄漏測(cè)量。以24h的漏氣量換算，每個(gè)氣室年漏氣率不應(yīng)大于1%。

引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)二、DL/T596-1996 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》第567頁(yè)規(guī)定，對(duì)電壓等級(jí)較高的斷路器以及 GIS 。因體積大可采用局部包扎法檢漏，每個(gè)密封面位包扎后歷時(shí)5h，測(cè)得的SF6氣體含量（體積比）不大于30×10-6。

引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)三：DL/T618-2011《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)規(guī)程》第3頁(yè)9.3.2規(guī)定：

引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)四：GIS生產(chǎn)廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)蝹€(gè)密封面或單個(gè)零部件要求，漏氣率 ≤0.1Pa.cm3/s

我們經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐驗(yàn)證：包扎后歷時(shí)5h，測(cè)得的SF6氣體含量（體積比）不大于15×10-6 方法能夠保證年漏氣率不大于0.1%。

單個(gè)密封面或單個(gè)零部件，計(jì)算漏氣率≤0.1Pa.cm3/s的，也能夠保證年漏氣率不大于0.1%。

當(dāng)氣密性試驗(yàn)，漏氣量大小有爭(zhēng)議時(shí)，應(yīng)以包扎檢漏為準(zhǔn)，只要滿足包扎后時(shí)間5h，罩內(nèi)增加的SF6氣體含量（體積比）不大于15×10-6，就能夠保證年漏氣率不大于0.1%。

圖3為某耐壓工裝（內(nèi)充0.5MPa SF6）包扎檢漏情況

圖3 耐壓工裝包扎檢漏

3 定量檢漏計(jì)算方法，對(duì)試品包扎或扣罩

3.1 漏氣率的計(jì)算

P(大氣壓強(qiáng))——105Pa V(檢漏罩減去試品的容積)—cm3K(檢漏罩內(nèi)SF6氣體的濃度增加值即K2-K1)—體積比值t(扣罩收集SF6氣體含量的時(shí)間)。

3.2 年漏氣重量的計(jì)算

年漏氣量：

r＝SF6氣體密度 6.15kg/m3(latm 20℃)

T＝1年的小時(shí)數(shù) 365日×24h ＝8760h

V＝檢漏罩減去試品的容積 m3

K＝SF6氣體濃度變化 V/V

t＝扣罩或包扎時(shí)間 t (h)

3.3 年漏氣率的計(jì)算

G＝年漏氣重量 kg

M＝該氣室充入SF6氣體重量 kg

4 結(jié)束語(yǔ)

規(guī)范有效的GIS氣密試驗(yàn)，一方面檢漏設(shè)備要完好、滿足要求，充SF6氣體時(shí)間要足夠長(zhǎng)，不低于24h，檢漏方法（定性、包扎）要得當(dāng)，計(jì)算方法要正確，使用標(biāo)準(zhǔn)要準(zhǔn)確。

附有關(guān)SF6氣體的相關(guān)特性

1）SF6氣體和空氣的對(duì)比度：

SF6氣體約是空氣重量的5倍〔分子量SF6氣體146.06(g/mol)空氣為28.966(g/mol)〕、SF6氣體構(gòu)造是以S原子為中心周圍有6個(gè)F原子的頂點(diǎn)相結(jié)合的正八面體，S原子和F原子的間隔是1.58A、由于SF6氣體是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)害的氣體、重量又是空氣的5倍，所以在檢漏罩中操作時(shí)要充分注意不要造成缺氧。

2）壓力單位

我們通常所見所說(shuō)的壓力表上的壓力比如『0.4MPa』指的是表壓。表壓再加上大氣壓就是絕對(duì)壓力。平時(shí)，單說(shuō)壓力是多少M(fèi)Pa時(shí)，在科學(xué)關(guān)系中多指絕對(duì)壓力，在機(jī)器關(guān)系中多指儀表壓力。1個(gè)大氣壓是指空氣層對(duì)地上的物體的通常壓力，用latm,760 mmHg,1013 hPa等來(lái)表示。另外，用來(lái)表示真空度的單位的Pa則是133Pa=1Torr =1 mmHg。

3）波耳—查理定律

一般溫度保持一定的話氣體的體積與壓力成反比。這在波耳—查理定律中以氣體的壓力為P、體積為V，表示出來(lái)的話即是PV=常量。另外，就氣體的膨脹率來(lái)說(shuō)，幾乎所有的氣體都是一定的，大約是1/273，如α＝1/273時(shí)，則α＝(V-V0)/(V0 t)即V＝V0(1+t/273)即一定質(zhì)量的氣體的體積，如壓力一定的話，溫度每上升1℃，將增加0℃的體積的1/273。這就是波耳—查理定律。

波耳—查理定律中氣體的體積與絕對(duì)溫度成正比、與壓力成反比。現(xiàn)在，以絕對(duì)溫度為T0，此時(shí)的壓力為P0，體積為V0時(shí)，其絕對(duì)溫度T時(shí)的壓力P、體積V則為P·V/T＝P0·V0/T0＝常量。

如:V＝一定的話，則P/P0＝T/T0 ∴ P0(1+t/273)，即一定體積的氣體壓力，溫度每上升1℃,則增加0℃時(shí)的壓力的1/273。

習(xí)題1 一壓力容器中置入0.5 MPa(20℃)的空氣，當(dāng)空氣溫度降至5℃時(shí)，壓力是多少？

SF6氣體和空氣的對(duì)比度表

各種絕對(duì)壓力換算表

4）求得SF6氣體重量的方法

欲求封入某容器中的SF6氣體的重量。因壓力1atm 20℃時(shí)的密度為6.15kg/m3，假設(shè)1m3的容器中封入0.3MPa（表壓）SF6氣體的話，其重量則是：密度25.28 kg/m3 ×1m3＝25.28 kg，通過(guò)壓力—密度曲線可以簡(jiǎn)單看出。記牢SF6氣體的密度6.15 kg/m3（20℃）的話，會(huì)在計(jì)算中帶來(lái)很多方便。

習(xí)題2 在溫度5℃時(shí)在750l的容器中封入0.5 MPa（表壓）的SF6氣體，其重量是多少？

溫度5℃時(shí)0.5MPa的SF6氣體，根據(jù)波耳—查理定律20℃的壓力為0.53MPa。

查表求得此時(shí)的密度是41.77 kg/m3（20℃）。

內(nèi)容積是750l，即0.75m3 SF6氣體的重量是41.77×0.75＝31.3 kg。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的是單位必須統(tǒng)一。

Kgf/cm與MPa（表壓）的密度參考值（20C。）