sf6气体传感器 配电房与变电站中的SF6气体：危害与监控的重要性
配电房与变电站中的SF6气体：危害与监控的重要性
在配电房和变电站中，SF6气体作为一种绝缘和灭弧介质被广泛应用。SF6作为极其优越的绝缘、灭弧介质，广泛应用于电力行业中的高压断路器及变电设备。F6气体无色、无味，不易被人感知，当泄漏气体达到一定浓度后，长期接触会让现场工作人员出现大脑缺氧、窒息等现象，危害人身安全。所以做好SF6监控很有必要。
SF6气体的危害性
高温室效应：SF6气体是一种强温室气体，其温室效应是二氧化碳的23,900倍，对地球气候变化产生负面影响。剧毒性：在电弧、电晕及局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解。它的分解物遇水份后生成腐蚀性电解质，尤其是某些高毒性分解物，如SF4、S2F2、SOF2、HF、SO2等，若大量吸入人体会引起头晕、肺水肿、昏迷，甚至死亡。长期影响：在相对密闭的室内，由于空气流通不畅，当装有SF6设备的配电室有气体泄漏，SF6及其分解物在室内地坪上方低层空间沉积，O2含量减少，而SF6气体无色、无味，不易被人感知，当泄漏气体达到一定浓度后，如有工作人员进入室内巡视、检修等作业，就会造成大脑缺氧、窒息而酿成重大事故。SF6气体监控的重要性
保障人员安全：对SF6气体进行实时监控，可以及时发现气体泄漏，防止剧毒气体积聚，确保工作人员的生命安全。设备正常运行：SF6气体压力的变化可能影响设备的绝缘性能和灭弧能力。通过监控SF6气体压力，可以预防设备故障，保证电力系统的稳定运行。环保责任：监控SF6气体排放，有助于降低温室气体排放，减轻对环境的负面影响，符合可持续发展的要求。正是由于SF6气体的危害性，GB/T8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》和DL 408—1991《电业安全工作规程》（发电厂和变电所电气部分）特别规定，装有SF6设备的配电装置室必须保证SF6气体浓度小于1000ppm，除须装设强力通风装置外，还必须安装能报警的氧量仪和SF6气体浓度检测报警仪等。
SF6气体监控系统通过在现场安装SF6+O2气体传感器检测环境空气中SF6气体含量和氧气含量，当环境中SF6气体含量超标或缺氧，能实时进行报警，同时自动开启通风机进行通风，并具有报警、历史数据存储和查询、数据上传等诸多丰富功能。
工采网推荐配电房与变电站SF6气体监控系统中SF6+O2气体传感器如下：
意大利 N.E.T SF6传感器 NDIR传感器IFP32-SF6M-NCVSP， IR 系列红外气体传感器使用 NDIR 技术来监测 SF6 的存在。该技术基于的原理是：气体在红外光谱中具有独特的、定义明确的光线吸收曲线，可以用来识别特定气体。气体浓度可以通过使用适当的红外光源，并分析光路中气体吸收的能量来得出。其信号线性化和温度补偿很适合对 IR 技术没有专门了解的仪器制造商。
红外六氟化硫传感器(SF6传感器) IR-SF6： IR-SF6系列扩散式SF6 气体传感器是一款基于单光源双波长非色散红外测量技术(NDIR)为原理的气体传感器。该传感器是采用高端红外光源和探测器，选用镀金器件作为光路折返通道，提高了测量精度和稳定性。增加了一些特殊成熟化技术，提高了产品的环境适应性。可广泛应用于电力、石化、食品加工、半导体等行业，适用于泄漏报警、环境保护、工业安全等场合。
瑞士WINFOSS SF6红外传感器WFS-S1-S: SF6红外传感器(WFS-S1-S) 基于双光束双波长红外测量技术及高精度数字处理技术，普遍应用于高压开关GIS室SF6气体泄漏监测(0-100ppm)，SF6气体检漏仪(0-50ppm)和SF6纯度分析仪(0-100%)。内部集成完整的漂移自动控制和温度补偿电路。
SF6红外传感器(WFS-S1-S/ WFS-S1-S) 采用双光束非分光红外线(NDIR)检测技术，具有抗其他气体干扰、保养维护简便、稳定性好、自带温度补偿。标准 Modbus ASCII 协议，数字输出和模拟输出可选等优点。
氧气传感器KE-LF系列 是一种由日本Maxell株式会社研发的无铅伽伐尼电池式氧气传感器 。每种型号都有各自的特点，以满足不同的应用需求。 KE-25LF 与 KE-25F3LF 在响应时间与环境空气中长达5年的预期使用寿命之间实现了良好的平衡，而 KE-25F3LFM 的测量范围则扩展至 100%Vol.氧气。KE-12F3LF 非常适合需要快速响应的应用。此外，KE-50LF 是系列中使用寿命最长的产品，可达10年 。探索 KE-LF 系列传感器的完整产线，找到最适合您应用的传感器型号， 应用范围从环境监测、安全、食品加工到保健与医疗应用。
TGS4260 是一款定电位电解式氧气传感器 ，具有检测浓度范围广和工作温度范围广等特点。其性能可满足欧美相关技术标准的要求。这种传感器非常适用于诸如便携式氧气检测仪与多功能气体检测仪等尺寸导向的应用产品。
氧气传感器原理特点检测范围如下：
国网安徽电科院专家提出SF6气体泄漏检测的新技术
SF6分解气体在线监测装置在长期运行过程中可能会发生SF6泄漏，严重时会影响一次设备的安全运行，需要对其泄漏状态进行检测。通过比较现有SF6气体泄漏检测方法，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、国家电网有限公司六氟化硫气体特性分析与净化处理技术实验室的研究人员马凤翔、袁小芳 等，在2021年第10期《电气技术》上撰文，提出采用非分散红外吸收传感器检测SF6气体泄漏，搭建传感器检测电路及泄漏模拟实验平台，研究传感器对不同泄漏速度、不同泄漏点的响应特性，以及布置位置、进气口朝向对传感器检测特性的影响。
研究结果显示，随着泄漏速度增大，传感器响应增加并最终趋于稳定，且不同位置传感器对三种泄漏点的响应速度、响应值不同，其中3号位置的传感器对三种泄漏点都具有较好的响应特性，是传感器安装的优选位置；同时传感器侧向安装响应速度更快。该技术能对不同速度的SF6泄漏进行实时检测，通过传感器多点布置可以实现对泄漏区域的定位。
六氟化硫（SF6）气体具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）、互感器、套管等电气设备中。SF6气体化学性质稳定，但在放电或过热条件下会发生解离；在没有其他杂质存在时，解离的SF6会迅速复合还原为SF6气体。
但在实际使用中，SF6气体中难免会混有少量水分和氧气等杂质，解离的SF6与这些杂质组分进一步反应，生成多种毒性大且腐蚀性强的分解产物（SO2F2、SOF2、SO2、H2S等）。
这些分解产物存在于电气设备中，会进一步加速设备故障发展、危害检修人员的安全。因此，分析SF6分解产物的组成和含量，是做好电气设备故障诊断和运行维护工作的一项重要内容。
近年来，SF6气体分解产物检测技术不断发展，检测灵敏度逐步提高、检测组分种类不断拓展，检测方法由传统的检测管法发展为传感器法、气相色谱法、光声光谱法等。检测方式也由离线检测发展为带电检测、状态检测。
然而，SF6气体分解产物检测技术仍然面临挑战，部分SF6分解产物化学性质活泼，与设备内部材料和吸附剂相互作用而迅速消耗。为了及时检测分解产物，研究者开发了可自动完成气体取样、回充等过程的取样装置。
但是，该装置存在气缸活塞等运动部件，且管路复杂、接口多，由于安装不良、运行中振动松动或分解气体的强腐蚀性，长期运行后一些部件和密封材料劣化，进而影响密封导致气体泄漏，严重时将影响一次设备的安全运行。因此亟需适用于监测仪器的SF6泄漏检测技术方案。
国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、国家电网有限公司六氟化硫气体特性分析与净化处理技术实验室的研究人员针对光声光谱在线监测仪器气体泄漏异常问题，提出气体泄漏检测方法，并研究气体泄漏检测传感器对仪器内部气体泄漏的响应特性，以及传感器最佳布设方式，为光声光谱在线监测仪器的研发提供基础。
图1a-b 红外吸收SF6传感器
图1c 红外吸收SF6传感器
图2 SF6传感器及模拟泄漏点
研究人员最后得出的结果如下：
1）SF6气体泄漏检测方法中，传统的负电晕法存在传感器寿命短的问题；新型的激光红外成像法设备体积较大、价格昂贵，通常用于一次设备气体泄漏检测；红外吸收法可实现小型化、价格低、与控制电路接口简单、易于监测仪器集成、寿命可达6年，适合用于检测设备内部气体泄漏。
2）采用基于非分光差分红外吸收的SF6检测传感器，可以检测监测仪器内部的气体泄漏，且响应较快。传感器对不同泄漏点、不同泄漏速度的泄漏故障都有响应；泄漏速度增大，传感器检测结果增大；同一传感器随着泄漏时间增加，响应值变大，泄漏初期气体浓度急速上升，后期会趋于稳定；传感器进气口朝向对传感器响应值影响很大，侧向放置时传感器响应更灵敏。
3）综合考虑各方面因素，为实现监测仪器内部气体泄漏故障检测，布置两个SF6传感器是最佳选择，一个布置在检测仪器底部，另一个布置在检测模块安装层，传感器进气口侧放；若只能装设一个传感器，则应装设在检测仪器底部。
4）目前泄漏检测传感器响应速度、灵敏度仍相对较差，在分解气体在线监测仪器的开发中应尽量减少管路接头和运动部件，以减少泄漏。监测仪器与主设备的连接部分不应有运动部件，且接头和运动部件应集中布置在监测仪器内部以便于检测。
本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“基于红外吸收原理的SF6气体泄漏检测技术应用研究”，作者为马凤翔、袁小芳 等。
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