突破SF6定量检漏仪测量局限——ppm使用误区解析(1)

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：