于麗新，齊笑言，李 超，韓鐘國(guó)

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

研究與應(yīng)用

典型500 kV變電站SF6應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查與研究

于麗新，齊笑言，李 超，韓鐘國(guó)

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)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(duì)典型500 kV變電站運(yùn)行中的SF6電氣絕緣設(shè)備的數(shù)量、設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理以及SF6廢氣回收再利用等實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定500 kV變電站SF6回收再利用的技術(shù)水平。調(diào)研結(jié)果顯示：SF6在高壓電氣絕緣設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，使用量逐年增加，平均約占總絕緣設(shè)備的30.5%。但是其回收利用率仍然較低，調(diào)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(yuǎn)。

SF6；500 kV變電站；電氣絕緣設(shè)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(yīng)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(duì)溫室效應(yīng)卻存在著潛在危險(xiǎn)［1-2］。SF6氣體全球變暖系數(shù)很高，若CO2為1，則SF6氣體為23 900，同時(shí)SF6氣體在大氣中的壽命長(zhǎng)為3 200年，因?yàn)镾F6氣體大部分既不能化學(xué)降解，也不能光學(xué)降解，它能在大氣中造成累計(jì)效應(yīng)［3］。推進(jìn)SF6氣體回收循環(huán)利用，減緩溫室效應(yīng)與環(huán)境污染，已備受全球關(guān)注。在不久的將來，我國(guó)的溫室效應(yīng)廢氣排放總量將會(huì)超過美國(guó)，這必然受到履行《京都議定書》減排規(guī)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(gè)社會(huì)共同關(guān)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?dú)獾?.5倍以上，滅弧能力為空氣的100倍［4］。SF6氣體的應(yīng)用使得斷路器的尺寸小、重量輕、開斷短路電流大，對(duì)開斷空載長(zhǎng)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(yīng)用于高壓開關(guān)設(shè)備中［5-7］。作為SF6氣體最大用戶電力工業(yè)，著手進(jìn)行SF6氣體回收處理及再利用研究，是社會(huì)賦予我們的責(zé)任。

本文對(duì)典型500 kV變電站SF6使用及再利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與研究。掌握了典型500 kV變電站運(yùn)行中的SF6電氣絕緣設(shè)備的數(shù)量、設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理以及SF6廢氣回收再利用等情況，確定500 kV變電站主設(shè)備的SF6回收再利用的技術(shù)水平。在對(duì)現(xiàn)有斷路器，電流互感器、GIS、H-GIS等電器設(shè)備中SF6氣體回收、處理以及再利用的情況進(jìn)行調(diào)查分析，為同行業(yè)對(duì)SF6在500 kV變電站中的使用以及回收利用情況提供科學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)為后續(xù)變電站中SF6氣體的使用以及回收再利用的研究奠定基礎(chǔ)。

1 調(diào)研與統(tǒng)計(jì)分析方法

1.1 調(diào)研方法

本次針對(duì)11座典型的500 kV變電站SF6的使用以及回收利用情況的調(diào)研主要通過實(shí)地調(diào)研的方法進(jìn)行。首先根據(jù)調(diào)研內(nèi)容擬好調(diào)研表，表內(nèi)調(diào)研內(nèi)容包括：變電站名稱、調(diào)研日期、變電站概況、電氣絕緣設(shè)備使用情況、SF6絕緣設(shè)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(diào)研表到各個(gè)典型500 kV變電站與相關(guān)負(fù)責(zé)人直接溝通了解SF6的使用以及回收利用情況。

1.2 調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析方法

對(duì)11座典型500 kV變電站SF6的使用情況進(jìn)行總體分析。以達(dá)到對(duì)典型500 kV變電站SF6使用以及回收利用情況進(jìn)行全面總結(jié)與對(duì)比分析的目的。

2 調(diào)研結(jié)果匯總分析

2.1 典型500 kV SF6電氣絕緣設(shè)備使用情況

本研究調(diào)研了11座典型的500 kV變電站SF6電氣絕緣設(shè)備的使用情況，現(xiàn)匯總成表1。

表1 SF6電氣絕緣設(shè)備使用情況表

從表1可以看出，SF6氣體電氣絕緣設(shè)備的比例在新建變電站中明顯高于早先投運(yùn)的變電站。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，SF6氣體電氣絕緣設(shè)備約占總絕緣設(shè)備的30.5%。其中，在1990年之前投運(yùn)的變電站共3座，SF6電氣絕緣設(shè)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(yùn)的變電站共8座，SF6電氣絕緣設(shè)備的比例約為34.5%，SF6氣體總使用量平均為8 890 kg。根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，SF6電氣絕緣設(shè)備也在近20年內(nèi)得到飛速發(fā)展，其占絕緣設(shè)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(jìn)一步發(fā)展，SF6氣體的使用量還會(huì)有所增加，SF6廢氣回收利用的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益日益顯著。

2.2 SF6氣體在各類電氣絕緣設(shè)備中的使用情況

本研究調(diào)查了11座典型的500 kV變電站SF6電氣絕緣設(shè)備的使用情況，表2為各類電氣絕緣設(shè)備SF6的使用量統(tǒng)計(jì)。

表2 電氣絕緣設(shè)備中SF6的使用情況kg

從表2可以看出，SF6電氣絕緣設(shè)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(xì)分布見圖1。

2.3 SF6氣體回收情況分析

通過對(duì)11座典型500 kV變電站SF6電氣絕緣設(shè)備的回收情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)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(jí)公司管理，共同配置1臺(tái)回收裝置，輪流使用。據(jù)調(diào)查，回收裝置利用情況不佳。由于各個(gè)變電站的SF6電氣絕緣設(shè)備的使用時(shí)間均未達(dá)到設(shè)備的使用壽命，設(shè)備更換所產(chǎn)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(bǔ)充的氣體不超過200 kg，回收的經(jīng)濟(jì)效益較低，廢氣對(duì)環(huán)境的影響也容易被忽略，所以，各個(gè)變電站SF6廢氣回收利用比例較低。但隨著設(shè)備的老化，最先投運(yùn)的設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入更換期，對(duì)SF6廢氣回收利用的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)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(guó)內(nèi)外SF6回收回充凈化處理設(shè)備普遍存在SF6氣體回收效率不高、污染嚴(yán)重、回收速度慢以及空氣難分離、氣體凈化難以達(dá)到國(guó)家SF6新氣標(biāo)準(zhǔn)要求等技術(shù)難題［8］。根據(jù)調(diào)研結(jié)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(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求

我國(guó)規(guī)定充入電氣設(shè)備中的SF6氣體必須經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，達(dá)到工業(yè)SF6（GB／T 12022—2006）規(guī)定的指標(biāo)。各個(gè)典型500 kV變電站對(duì)SF6氣體的各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)不完全，基本只有微水檢測(cè)，檢測(cè)周期各自不同。由于SF6氣體的純度以及雜質(zhì)的含量對(duì)電氣絕緣設(shè)備性能以及安全性影響巨大，所以，建議加強(qiáng)SF6氣體的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，以防患于未然。但是受到檢測(cè)儀器以及檢測(cè)人員水平的限制，指標(biāo)多數(shù)不能全部檢測(cè)。

3.2 SF6氣體回收率低

根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，大部分設(shè)備未到更換SF6氣體年限，由于經(jīng)濟(jì)效益影響較小，少量SF6氣體回收不受重視。同時(shí)，目前采用的絕大多數(shù)回收處理設(shè)備對(duì)空氣的處理效果很差，需要大量排氣，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備通常采用高壓灌瓶方式，灌瓶效率受環(huán)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(shè)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?jī)?nèi)壓力進(jìn)而無法灌瓶的問題。調(diào)研結(jié)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(dǎo)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(shè)備采用簡(jiǎn)易的給鋼瓶外裝加熱套的方式來完成回充功能，這可能會(huì)使SF6液體直接回充入設(shè)備，由蒸發(fā)而形成的低溫SF6會(huì)導(dǎo)致設(shè)備短時(shí)的溫差變形，可能使設(shè)備密封失效，造成泄漏。更為嚴(yán)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?jī)?nèi)壓力升高，存在嚴(yán)重的安全隱患。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行氣體處理時(shí)，必定有部分尾氣需要排放。非專業(yè)處理中心沒有專門用于凈化處理SF6氣體的場(chǎng)所，各使用單位也缺少專用氣體凈化處理設(shè)備，操作人員的安全僅依靠數(shù)量有限的防護(hù)服，在現(xiàn)場(chǎng)直接作業(yè)可能因?yàn)橥L(fēng)等原因危及作業(yè)人員身體健康。有些采用液氮冷卻的處理設(shè)備，由于液氮本身屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，在吊裝、儲(chǔ)運(yùn)和使用方面也存在一系列安全問題。

4 展望與建議

通過對(duì)11座典型500 kV變電站SF6使用以及回收利用情況的調(diào)查與研究，發(fā)現(xiàn)近年來SF6電氣絕緣設(shè)備以其優(yōu)秀的性能、占地面積小以及低維修率等優(yōu)點(diǎn)，有了廣泛的應(yīng)用，特別是在超高壓變電中的應(yīng)用越來越多。隨著設(shè)備老化，越來越多的SF6電氣絕緣設(shè)備進(jìn)入更換期，隨著設(shè)備解體而產(chǎn)生的SF6廢氣越來越多，對(duì)其回收再利用的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益日益顯著。根據(jù)本次調(diào)查研究，提出以下3點(diǎn)建議。

a.提高對(duì)SF6氣體危害的認(rèn)識(shí)，明確SF6廢氣回收再利用的重大意義。對(duì)這項(xiàng)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(chǔ)存等相關(guān)事項(xiàng)的管理辦法，并嚴(yán)格按規(guī)定操作。

b.在調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)各個(gè)典型500 kV變電站對(duì)SF6氣體的各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)不完全，基本只有微水檢測(cè)，檢測(cè)周期各自不同。由于SF6氣體的純度以及雜質(zhì)的含量對(duì)電氣絕緣設(shè)備性能以及安全性影響巨大，建議加強(qiáng)SF6氣體的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，以防患于未然。

c.綜合經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，建議SF6廢氣回收和處理分開進(jìn)行，即各個(gè)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(duì)回收的SF6廢氣進(jìn)行處理，處理后可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)；處理后的SF6氣體，按需求返回各個(gè)變電站備用。這樣，在SF6氣體得到回收利用的基礎(chǔ)上，降低了回收裝置的閑置率。

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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(xiàn)從事電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)相關(guān)工作。

2015-03-25）