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摘 要：GIS设备在运行过程中必须要具有良好的密闭性，产生泄漏会造成开关拒动等严重后果。传统的检漏方法存在各种缺点，已经不适应复杂的设备及现场情况。根据实际工作经验，结合SF6检漏仪的技术进步，对GIS设备现场检漏检测方法进行了总结，并提出了年泄漏率的计算方法。
关键词：GIS设备；检漏方法；年泄漏率計算法
一、GIS设备检漏的必要性
SF6是无色、无味、无毒、化学性质极稳定的不可燃气体，但在电气设备中的电晕、火花、电弧作用下，SF6气体会产生多种有毒、腐蚀性气体及固体分解物。其气体密度（1标准大气压下，25℃时）是6.25kg/m3 （空气是1.166kg/m3），分子量是146.07（空气是28.85）。SF6气体具有优异的灭弧和绝缘性能，其灭弧能力比空气大两个数量级。SF6全封闭组合电器，简称GIS（Gas-Insulated Switchgear），采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质。该设备体积小，技术性能优良，可靠性高，抗震能力强。为满足我国经济的快速增长、居民用电和工业用电大幅度增加的需求，以及节约用地、净化环境、确保安全、可靠供电等要求，GIS设备逐步取代了传统的油绝缘变电设备。
GIS设备运行过程中，必须要具有良好的密闭性，不能产生泄漏。原因为：第一，SF6气体在101325Pa、20℃时的密度为6.16kg/m3，此状态下具有优异的绝缘灭弧电气性能，为保证设备安全可靠的运行，必须要有良好的密闭性达到所需的压力状态；第二，设备密封性良好的情况下，外部水蒸气极难向设备内部渗透，所以漏气量越小，设备内SF6气体的含水量增长就越慢。当漏气造成设备内气体压力低至报警压力值时，密度继电器将发出报警信号，低至闭锁压力值时低气压闭锁，从而引起开关拒动，扩大故障范围。因此要求设备SF6泄漏量要小，要具有良好的密闭性。然而，设备时常因生产质量、安装不当以及环境因素等造成设备漏气。GIS设备的漏气率越来越受到GIS厂家和用户的重视，漏气量检测已是GIS设备出厂试验、现场交接试验中非常重要的试验项目之一，因此GIS设备检漏工作变得尤为重要。
通过现场工作中的经验总结，笔者对传统的SF6检漏方法进行了优缺分析，并总结了一套较为系统的检漏方法。
二、传统的GIS设备检漏方法
GIS设备出厂试验、现场工作中采用的传统检漏方法主要分为两类：定性检测，定量检测。
1、定性检测
（1）检漏仪检漏。采用灵敏度不低于1X10-6（体积比）的检漏仪对各气室密封部位、管道接头等处进行检测。探头应沿被测面以25mm/s左右的速度移动，发现的可疑漏点需反复检测，排除环境干扰造成的假象，以确定出真正漏点。另外，现场检漏时要通过投入排气扇、开窗等方式加强通风。[1]
（2）抽真空检漏。将待测气室进行抽真空处理，直至133 X10-6MPa，维持真空泵运转0.5h后停止抽真空，静止0.5h后读取真空度A，5h后读取真空度B。如果B-A值小于133X10-6MPa，则认为密封性良好。[2]此方法适用于设备安装或大修后充气前的定性检漏。
（3）肥皂泡检漏。将调制好的肥皂水涂刷在设备的气室隔断、波纹管连接、管道连接、仪表接头和排气阀门等处，可以较为直观的观察到漏点。该工作通常使用第二种工作票，即不停电工作。此方法存在明显的缺点：一、对于断路器机构箱内部接头处以及隔离开关、接地刀闸构箱内终端电磁阀处等运行设备的检漏很难操作；二、肥皂水为导电液体，如若操作不当滴落或洒在机构箱内端子排、接触器导线接头上，将会引起控制回路短路、设备误动等事故；三、肥皂水也会通过漏点内渗造成设备气室内含水量的升高。
定性检测通常只能判断设备是否漏气，无法确定漏气量，因此主要用于设备的日常维护以及查找漏点。
2、定量检测
《国家电网公司十八项电网重大反事故措施及编制说明》中11.2.3.1条规定：运行中应巡视检查气体密度表，产品年泄漏率应小于0.5%。GB_T_8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》中8.1.3条规定：六氟化硫设备每个隔室的年漏气率不大于1%。因此需要进行定量检测得出相关数据，以判断设备是否合格，计算出具体的漏气程度——年泄漏率的大小。
定量检漏的方法有多种，大体可分为两类：体积计算法（扣罩法、挂瓶法、局部包扎法）和压力降法。分述如下。
（1）体积计算法。以 表示单位时间内的漏气量，单位MPa·m3/s， 表示年漏气率，计算思路如下
（1）
式中： ——泄漏气体的浓度，ppm；
——收集泄漏气体的时间间隔，s；
——封闭罩的体积，m3；
——封闭罩内设备的体积，m3；
——封闭罩内的气体压力，MPa。
（2）
式中： ——待测气室的容积，m3；
——待测设备充装时气体压力，MPa；
——一年的时间，31.5 X106s。
很明显，未知量包含气体浓度 和相应的体积 、 、 。泄漏气体浓度 的测量可采用以下方法。[2]
1）扣罩法。顾名思义，此方法就是将待测设备放到一个密封的罩子（塑料棚、密封房等）里，一段时间（通常为24h）后，用检漏仪检测罩内上、下、左、右、前、后等多点的几组数据，得到平均浓度。
2）挂瓶法。此法对电气设备密封结构有特殊要求，适用于法兰面有双道密封槽，并且两道密封槽之间留有检漏孔的SF6电气设备。通过连接到两道密封槽之间的细管将设备泄漏的SF6气体收集到瓶中。挂瓶一段时间后，取下瓶子并轻晃将内部气体搅匀，用检漏仪测量出瓶内SF6气体的浓度。
3）局部包扎法。局部包扎法是用塑料布将设备所有密封处、可产生漏气处进行包扎，边缘用塑胶带进行密封。经过一段时间后，对包扎腔内的SF6浓度进行测量。 至此，如果得到设备的体积、包扎腔体积等条件后，按式⑴、式⑵即可计算出年泄漏率 。[3]但在实际工作中却存在着各种问题：
1）通常厂家不会提供设备体积；2）扣罩较大，工作现场不易实施；3）挂瓶法对设备类型要求过高，不具普适性；4）包扎腔形状不规则，体积估算误差大；5）临时包扎不能保证密闭性，造成检测精度降低。
（2）压力降法。计算思路如下
（3）
（4）
式中： ——被测气室两次记录时间间隔内的密度变化值；
——第一次记录气室压力时，换算得出的气体密度；
——第二次记录气室压力时，换算得出的气体密度；
——两次记录之间的时间间隔；
——一年的时间。
通过两次记录气室压力值，根据当时环境温度（有些压力表可自动进行温度补偿，不必结合环境温度）由SF6温度压力曲线得到当时气体密度，记录得两次观察时间间隔，即可得到年泄漏率 。[3]此法受压力表精度影响较大，而且大多漏气过程中压力表指示下降极慢，使得两次得到压力值的时间间隔极难界定，一般以月为单位，更加增大了计算误差。SF6温度压力曲线如下图所示。
SF6温度压力曲线
A-F-B-SF6饱和蒸汽压力曲线，其右侧是气态区域，A-F-F’线上方是液体区域，F’-F-B线上方是固态区域；F-SF6的熔点（凝点），参数见图；B-SF6的沸点，即饱和蒸汽压力为一个大气压（0.1MPa）时的温度，参数见图；γ-密度（kg/m3）；T-温度（℃）；P-压强（MPa）。本图用法：找到压力和温度对应的坐标交点，画出密度曲线，气体温度变化时，压力沿曲线移动；A-F线右侧为气态区，密度曲线与此线的交点即为出现液态时的P、T参数
三、现场GIS设备检漏方法总结
GIS设备使用率逐年提高，设备情况日趋复杂，设备质量参差不齐，传统的检漏方法存在不足，已不能满足现场工作的需求。同时，随着近年来SF6检漏仪器技术的进步，检漏仪不再需要高纯度高压力的氩气、不再内置镍-63放射源，灵敏度有大幅度的提高，更重要的是不只是能检测气体浓度，更能检测到每秒的泄漏量。因此，笔者通过长期的现场工作，总结出了一套较为完整的GIS设备检漏方法。本文以SF6 GASCHECK P1型SF6气体泄漏定量检测仪为例，进行方法描述。（该设备在定量模式下灵敏度为1×10-7ml/s，搜索模式下灵敏度为5×10-8ml/s。）
（1）观察记录。通过运行人员或检修人员对设备压力的定期记录、气室压力在线检测、气室压力低报警信号及闭锁报警信号，来判断设备的密封情况。出现设备漏气情况及时进行检漏。
（2）漏点判断。对于气室连接、密封盘、波纹管、连接管道少且在室内的GIS设备，可在通风后（特别是检测处于低位的气室时）直接用SF6气体泄漏定量检测仪进行漏点查找。当设备处于室外或是气室连接多时，可以对每个密封点进行包扎，静置一段时间后（根据泄漏情况决定静置时长），逐个探测各腔室，确定漏点大概位置，然后进行漏点查找。由于只需找到泄漏位置，所以对包扎腔的密封性及体积的规则可测量性要求较低，进行简单包扎起到收集气体的作用即可。查找漏点时，若出现时有时无等不稳定情况，可沿空气流动的方向进行逆向寻找，无空气流动时向上方查找。
（3）确定漏量。确定漏点后，对工作现场进行排风，以排除之前泄漏的气体囤积对漏量检测的影响。使用检漏仪定量模式对漏点多次测量取平均值。若有多个漏点，将各平均值相加。
（4）、计算方法。以 表示年漏气量，单位为g/y， 表示年漏气率，计算如下：
（5）
式中： ——单位时间内气体的泄漏量，ml/s；
——气体的分子量，146；
——气体的摩尔体积，室温25℃、标准大气压下为24500ml/mol；
——一年的时间，31.5 X106s。
为了得到年漏气率 ，还需得到气室内最初的气体质量。现场除了断路器气室，绝大部分气室并不标注充气质量。由于气室漏气，检修人员会到现场进行补气，我们可以采用以下方法得到气室内气体质量。
（6）
（7）
（8）
式中： ——补气气瓶内腔体积，L；
——補气气室内腔体积，L；
——补气前气瓶内的气体密度，kg/m3；
——补气后气瓶内的气体密度，kg/m3；
——补气前气室内的气体密度，kg/m3；
——补气后气室内的气体密度，kg/m3；
——补气前后气瓶内气体密度变化值，kg/m3；
——补气前后气室内气体密度变化值，kg/m3。
由于现场工作中常用于加热气瓶的加热装置多自带称重功能，故式（6）可改写为，
（9）
（10）
式中： ——补气前气瓶质量，kg；
——补气后气瓶质量，kg；
所以，年泄漏率 可以表示为，
（11）
有关标准规定年泄漏率小于0.5%，这个标准较宽。根据现场工作经验，可将此标准适当降低两个数量级。检漏工作中，不能单纯的倚照年泄漏率为标准，也要关注单位时间泄漏量。年泄漏率仅能反映泄漏点对气室内设备工作状态的影响，而单位时间泄漏量更能直观反映泄漏点的严重程度。
四、结束语
现场GIS设备的检漏工作较为复杂，漏气点除了持续性漏气还有间歇性漏气情况，除了密封处密封损坏漏气也有可能出现设备外壳砂眼漏气，极难查找。室外GIS设备检漏工作又极易受天气状况的影响。如何更简单快捷地进行检漏寻找漏点，还需在现场工作中不断摸索，同时也要与检测仪器的技术进步相结合。
参考资料：
[1]六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则GB/T 8905-1996
[2]高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法GB 11023-89
[3]电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB 50150-2006
关键词：GIS设备；检漏方法；年泄漏率計算法
一、GIS设备检漏的必要性
SF6是无色、无味、无毒、化学性质极稳定的不可燃气体，但在电气设备中的电晕、火花、电弧作用下，SF6气体会产生多种有毒、腐蚀性气体及固体分解物。其气体密度（1标准大气压下，25℃时）是6.25kg/m3 （空气是1.166kg/m3），分子量是146.07（空气是28.85）。SF6气体具有优异的灭弧和绝缘性能，其灭弧能力比空气大两个数量级。SF6全封闭组合电器，简称GIS（Gas-Insulated Switchgear），采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质。该设备体积小，技术性能优良，可靠性高，抗震能力强。为满足我国经济的快速增长、居民用电和工业用电大幅度增加的需求，以及节约用地、净化环境、确保安全、可靠供电等要求，GIS设备逐步取代了传统的油绝缘变电设备。
GIS设备运行过程中，必须要具有良好的密闭性，不能产生泄漏。原因为：第一，SF6气体在101325Pa、20℃时的密度为6.16kg/m3，此状态下具有优异的绝缘灭弧电气性能，为保证设备安全可靠的运行，必须要有良好的密闭性达到所需的压力状态；第二，设备密封性良好的情况下，外部水蒸气极难向设备内部渗透，所以漏气量越小，设备内SF6气体的含水量增长就越慢。当漏气造成设备内气体压力低至报警压力值时，密度继电器将发出报警信号，低至闭锁压力值时低气压闭锁，从而引起开关拒动，扩大故障范围。因此要求设备SF6泄漏量要小，要具有良好的密闭性。然而，设备时常因生产质量、安装不当以及环境因素等造成设备漏气。GIS设备的漏气率越来越受到GIS厂家和用户的重视，漏气量检测已是GIS设备出厂试验、现场交接试验中非常重要的试验项目之一，因此GIS设备检漏工作变得尤为重要。
通过现场工作中的经验总结，笔者对传统的SF6检漏方法进行了优缺分析，并总结了一套较为系统的检漏方法。
二、传统的GIS设备检漏方法
GIS设备出厂试验、现场工作中采用的传统检漏方法主要分为两类：定性检测，定量检测。
1、定性检测
（1）检漏仪检漏。采用灵敏度不低于1X10-6（体积比）的检漏仪对各气室密封部位、管道接头等处进行检测。探头应沿被测面以25mm/s左右的速度移动，发现的可疑漏点需反复检测，排除环境干扰造成的假象，以确定出真正漏点。另外，现场检漏时要通过投入排气扇、开窗等方式加强通风。[1]
（2）抽真空检漏。将待测气室进行抽真空处理，直至133 X10-6MPa，维持真空泵运转0.5h后停止抽真空，静止0.5h后读取真空度A，5h后读取真空度B。如果B-A值小于133X10-6MPa，则认为密封性良好。[2]此方法适用于设备安装或大修后充气前的定性检漏。
（3）肥皂泡检漏。将调制好的肥皂水涂刷在设备的气室隔断、波纹管连接、管道连接、仪表接头和排气阀门等处，可以较为直观的观察到漏点。该工作通常使用第二种工作票，即不停电工作。此方法存在明显的缺点：一、对于断路器机构箱内部接头处以及隔离开关、接地刀闸构箱内终端电磁阀处等运行设备的检漏很难操作；二、肥皂水为导电液体，如若操作不当滴落或洒在机构箱内端子排、接触器导线接头上，将会引起控制回路短路、设备误动等事故；三、肥皂水也会通过漏点内渗造成设备气室内含水量的升高。
定性检测通常只能判断设备是否漏气，无法确定漏气量，因此主要用于设备的日常维护以及查找漏点。
2、定量检测
《国家电网公司十八项电网重大反事故措施及编制说明》中11.2.3.1条规定：运行中应巡视检查气体密度表，产品年泄漏率应小于0.5%。GB_T_8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》中8.1.3条规定：六氟化硫设备每个隔室的年漏气率不大于1%。因此需要进行定量检测得出相关数据，以判断设备是否合格，计算出具体的漏气程度——年泄漏率的大小。
定量检漏的方法有多种，大体可分为两类：体积计算法（扣罩法、挂瓶法、局部包扎法）和压力降法。分述如下。
（1）体积计算法。以 表示单位时间内的漏气量，单位MPa·m3/s， 表示年漏气率，计算思路如下
（1）
式中： ——泄漏气体的浓度，ppm；
——收集泄漏气体的时间间隔，s；
——封闭罩的体积，m3；
——封闭罩内设备的体积，m3；
——封闭罩内的气体压力，MPa。
（2）
式中： ——待测气室的容积，m3；
——待测设备充装时气体压力，MPa；
——一年的时间，31.5 X106s。
很明显，未知量包含气体浓度 和相应的体积 、 、 。泄漏气体浓度 的测量可采用以下方法。[2]
1）扣罩法。顾名思义，此方法就是将待测设备放到一个密封的罩子（塑料棚、密封房等）里，一段时间（通常为24h）后，用检漏仪检测罩内上、下、左、右、前、后等多点的几组数据，得到平均浓度。
2）挂瓶法。此法对电气设备密封结构有特殊要求，适用于法兰面有双道密封槽，并且两道密封槽之间留有检漏孔的SF6电气设备。通过连接到两道密封槽之间的细管将设备泄漏的SF6气体收集到瓶中。挂瓶一段时间后，取下瓶子并轻晃将内部气体搅匀，用检漏仪测量出瓶内SF6气体的浓度。
3）局部包扎法。局部包扎法是用塑料布将设备所有密封处、可产生漏气处进行包扎，边缘用塑胶带进行密封。经过一段时间后，对包扎腔内的SF6浓度进行测量。 至此，如果得到设备的体积、包扎腔体积等条件后，按式⑴、式⑵即可计算出年泄漏率 。[3]但在实际工作中却存在着各种问题：
1）通常厂家不会提供设备体积；2）扣罩较大，工作现场不易实施；3）挂瓶法对设备类型要求过高，不具普适性；4）包扎腔形状不规则，体积估算误差大；5）临时包扎不能保证密闭性，造成检测精度降低。
（2）压力降法。计算思路如下
（3）
（4）
式中： ——被测气室两次记录时间间隔内的密度变化值；
——第一次记录气室压力时，换算得出的气体密度；
——第二次记录气室压力时，换算得出的气体密度；
——两次记录之间的时间间隔；
——一年的时间。
通过两次记录气室压力值，根据当时环境温度（有些压力表可自动进行温度补偿，不必结合环境温度）由SF6温度压力曲线得到当时气体密度，记录得两次观察时间间隔，即可得到年泄漏率 。[3]此法受压力表精度影响较大，而且大多漏气过程中压力表指示下降极慢，使得两次得到压力值的时间间隔极难界定，一般以月为单位，更加增大了计算误差。SF6温度压力曲线如下图所示。
SF6温度压力曲线
A-F-B-SF6饱和蒸汽压力曲线，其右侧是气态区域，A-F-F’线上方是液体区域，F’-F-B线上方是固态区域；F-SF6的熔点（凝点），参数见图；B-SF6的沸点，即饱和蒸汽压力为一个大气压（0.1MPa）时的温度，参数见图；γ-密度（kg/m3）；T-温度（℃）；P-压强（MPa）。本图用法：找到压力和温度对应的坐标交点，画出密度曲线，气体温度变化时，压力沿曲线移动；A-F线右侧为气态区，密度曲线与此线的交点即为出现液态时的P、T参数
三、现场GIS设备检漏方法总结
GIS设备使用率逐年提高，设备情况日趋复杂，设备质量参差不齐，传统的检漏方法存在不足，已不能满足现场工作的需求。同时，随着近年来SF6检漏仪器技术的进步，检漏仪不再需要高纯度高压力的氩气、不再内置镍-63放射源，灵敏度有大幅度的提高，更重要的是不只是能检测气体浓度，更能检测到每秒的泄漏量。因此，笔者通过长期的现场工作，总结出了一套较为完整的GIS设备检漏方法。本文以SF6 GASCHECK P1型SF6气体泄漏定量检测仪为例，进行方法描述。（该设备在定量模式下灵敏度为1×10-7ml/s，搜索模式下灵敏度为5×10-8ml/s。）
（1）观察记录。通过运行人员或检修人员对设备压力的定期记录、气室压力在线检测、气室压力低报警信号及闭锁报警信号，来判断设备的密封情况。出现设备漏气情况及时进行检漏。
（2）漏点判断。对于气室连接、密封盘、波纹管、连接管道少且在室内的GIS设备，可在通风后（特别是检测处于低位的气室时）直接用SF6气体泄漏定量检测仪进行漏点查找。当设备处于室外或是气室连接多时，可以对每个密封点进行包扎，静置一段时间后（根据泄漏情况决定静置时长），逐个探测各腔室，确定漏点大概位置，然后进行漏点查找。由于只需找到泄漏位置，所以对包扎腔的密封性及体积的规则可测量性要求较低，进行简单包扎起到收集气体的作用即可。查找漏点时，若出现时有时无等不稳定情况，可沿空气流动的方向进行逆向寻找，无空气流动时向上方查找。
（3）确定漏量。确定漏点后，对工作现场进行排风，以排除之前泄漏的气体囤积对漏量检测的影响。使用检漏仪定量模式对漏点多次测量取平均值。若有多个漏点，将各平均值相加。
（4）、计算方法。以 表示年漏气量，单位为g/y， 表示年漏气率，计算如下：
（5）
式中： ——单位时间内气体的泄漏量，ml/s；
——气体的分子量，146；
——气体的摩尔体积，室温25℃、标准大气压下为24500ml/mol；
——一年的时间，31.5 X106s。
为了得到年漏气率 ，还需得到气室内最初的气体质量。现场除了断路器气室，绝大部分气室并不标注充气质量。由于气室漏气，检修人员会到现场进行补气，我们可以采用以下方法得到气室内气体质量。
（6）
（7）
（8）
式中： ——补气气瓶内腔体积，L；
——補气气室内腔体积，L；
——补气前气瓶内的气体密度，kg/m3；
——补气后气瓶内的气体密度，kg/m3；
——补气前气室内的气体密度，kg/m3；
——补气后气室内的气体密度，kg/m3；
——补气前后气瓶内气体密度变化值，kg/m3；
——补气前后气室内气体密度变化值，kg/m3。
由于现场工作中常用于加热气瓶的加热装置多自带称重功能，故式（6）可改写为，
（9）
（10）
式中： ——补气前气瓶质量，kg；
——补气后气瓶质量，kg；
所以，年泄漏率 可以表示为，
（11）
有关标准规定年泄漏率小于0.5%，这个标准较宽。根据现场工作经验，可将此标准适当降低两个数量级。检漏工作中，不能单纯的倚照年泄漏率为标准，也要关注单位时间泄漏量。年泄漏率仅能反映泄漏点对气室内设备工作状态的影响，而单位时间泄漏量更能直观反映泄漏点的严重程度。
四、结束语
现场GIS设备的检漏工作较为复杂，漏气点除了持续性漏气还有间歇性漏气情况，除了密封处密封损坏漏气也有可能出现设备外壳砂眼漏气，极难查找。室外GIS设备检漏工作又极易受天气状况的影响。如何更简单快捷地进行检漏寻找漏点，还需在现场工作中不断摸索，同时也要与检测仪器的技术进步相结合。
参考资料：
[1]六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则GB/T 8905-1996
[2]高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法GB 11023-89
[3]电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB 50150-2006