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六氟化硫（SF6）氣體具有優(yōu)異的絕緣和滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）、互感器、套管等電氣設(shè)備中。SF6氣體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但在放電或過熱條件下會(huì)發(fā)生解離；在沒有其他雜質(zhì)存在時(shí)，解離的SF6會(huì)迅速?gòu)?fù)合還原為SF6氣體。

但在實(shí)際使用中，SF6氣體中難免會(huì)混有少量水分和氧氣等雜質(zhì)，解離的SF6與這些雜質(zhì)組分進(jìn)一步反應(yīng)，生成多種毒性大且腐蝕性強(qiáng)的分解產(chǎn)物（SO2F2、SOF2、SO2、H2S等）。

這些分解產(chǎn)物存在于電氣設(shè)備中，會(huì)進(jìn)一步加速設(shè)備故障發(fā)展、危害檢修人員的安全。因此，分析SF6分解產(chǎn)物的組成和含量，是做好電氣設(shè)備故障診斷和運(yùn)行維護(hù)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

近年來，SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，檢測(cè)靈敏度逐步提高、檢測(cè)組分種類不斷拓展，檢測(cè)方法由傳統(tǒng)的檢測(cè)管法發(fā)展為傳感器法、氣相色譜法、光聲光譜法等。檢測(cè)方式也由離線檢測(cè)發(fā)展為帶電檢測(cè)、狀態(tài)檢測(cè)。

然而，SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)技術(shù)仍然面臨挑戰(zhàn)，部分SF6分解產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)活潑，與設(shè)備內(nèi)部材料和吸附劑相互作用而迅速消耗。為了及時(shí)檢測(cè)分解產(chǎn)物，研究者開發(fā)了可自動(dòng)完成氣體取樣、回充等過程的取樣裝置。

但是，該裝置存在氣缸活塞等運(yùn)動(dòng)部件，且管路復(fù)雜、接口多，由于安裝不良、運(yùn)行中振動(dòng)松動(dòng)或分解氣體的強(qiáng)腐蝕性，長(zhǎng)期運(yùn)行后一些部件和密封材料劣化，進(jìn)而影響密封導(dǎo)致氣體泄漏，嚴(yán)重時(shí)將影響一次設(shè)備的安全運(yùn)行。因此亟需適用于監(jiān)測(cè)儀器的SF6泄漏檢測(cè)技術(shù)方案。

國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國(guó)家電網(wǎng)有限公司六氟化硫氣體特性分析與凈化處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員針對(duì)光聲光譜在線監(jiān)測(cè)儀器氣體泄漏異常問題，提出氣體泄漏檢測(cè)方法，并研究氣體泄漏檢測(cè)傳感器對(duì)儀器內(nèi)部氣體泄漏的響應(yīng)特性，以及傳感器最佳布設(shè)方式，為光聲光譜在線監(jiān)測(cè)儀器的研發(fā)提供基礎(chǔ)。

圖1a-b 紅外吸收SF6傳感器

圖1c 紅外吸收SF6傳感器

圖2 SF6傳感器及模擬泄漏點(diǎn)

研究人員最后得出的結(jié)果如下：

1）SF6氣體泄漏檢測(cè)方法中，傳統(tǒng)的負(fù)電暈法存在傳感器壽命短的問題；新型的激光紅外成像法設(shè)備體積較大、價(jià)格昂貴，通常用于一次設(shè)備氣體泄漏檢測(cè)；紅外吸收法可實(shí)現(xiàn)小型化、價(jià)格低、與控制電路接口簡(jiǎn)單、易于監(jiān)測(cè)儀器集成、壽命可達(dá)6年，適合用于檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部氣體泄漏。

2）采用基于非分光差分紅外吸收的SF6檢測(cè)傳感器，可以檢測(cè)監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)部的氣體泄漏，且響應(yīng)較快。傳感器對(duì)不同泄漏點(diǎn)、不同泄漏速度的泄漏故障都有響應(yīng)；泄漏速度增大，傳感器檢測(cè)結(jié)果增大；同一傳感器隨著泄漏時(shí)間增加，響應(yīng)值變大，泄漏初期氣體濃度急速上升，后期會(huì)趨于穩(wěn)定；傳感器進(jìn)氣口朝向?qū)鞲衅黜憫?yīng)值影響很大，側(cè)向放置時(shí)傳感器響應(yīng)更靈敏。

3）綜合考慮各方面因素，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)部氣體泄漏故障檢測(cè)，布置兩個(gè)SF6傳感器是最佳選擇，一個(gè)布置在檢測(cè)儀器底部，另一個(gè)布置在檢測(cè)模塊安裝層，傳感器進(jìn)氣口側(cè)放；若只能裝設(shè)一個(gè)傳感器，則應(yīng)裝設(shè)在檢測(cè)儀器底部。

4）目前泄漏檢測(cè)傳感器響應(yīng)速度、靈敏度仍相對(duì)較差，在分解氣體在線監(jiān)測(cè)儀器的開發(fā)中應(yīng)盡量減少管路接頭和運(yùn)動(dòng)部件，以減少泄漏。監(jiān)測(cè)儀器與主設(shè)備的連接部分不應(yīng)有運(yùn)動(dòng)部件，且接頭和運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)集中布置在監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)部以便于檢測(cè)。

本文編自2021年第10期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于紅外吸收原理的SF6氣體泄漏檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究”，作者為馬鳳翔、袁小芳 等。