电力设备中SF6混合绝缘气体的净化分离技术

2021-01-13 10:11
黑龙江科学 2021年20期
关键词:混合气体纯度绝缘

张 亮

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院,哈尔滨 150030)

SF6混合绝缘气体是指利用SF6气体与其他缓冲气体进行混合,如CO2、N2及干燥空气等,具有低温易液化特点。以上混合绝缘气体在低温地区的断路器中有广泛应用。

1 试验材料

在开展SF6混合绝缘气体分离净化试验时,需要做好充足的准备,如试验使用的材料及设备等。试验材料为符合相关标准的气体,即纯度在99.99%及以上的SF6混合绝缘气体。N2和CF4是试验需要的气体,以上气体的纯度均要达到99.99%及以上。同时,动态配气仪的使用也不可缺少,以便试验过程中配备浓度不同的SF6气体。

2 试验仪器和设备

在净化分离试验中,试验仪器及设备必不可少,如气体检测仪表。在进行气体处理时,不同阶段的气体指标存在一定的差异,为了保证得到对气体的准确检测,气体监测仪表的使用具有重要的作用和意义。常用的气体检测仪表主要包括以下几类,即相色谱仪、SF6气体纯度仪、SF6气体湿度仪及SF6气体综合分析仪等。SF6混合绝缘气体经过处理后,在纯度、湿度及分解产物方面会发生不同程度的变化,需要利用合适的检测仪表对发生的变化进行监测,以实现对吸附单元吸附效应的分析,同时还能了解混合绝缘气体的质量。除了以上监测仪表外,还需要准备模拟试验台,主要应用于SF6/N2及SF6/CF4混合气体的分离净化过程中。试验还会涉及压缩机的使用,主要用途是增压。在对混合气体中的水分、粉尘、分解物及各种杂质进行去除时,需要利用回收灌装过滤装置。

3 SF6混合绝缘气体在线处理方式

SF6混合绝缘气体或SF6气体对应的分解现象,通常在长时间带电运行及放电情况下才会出现,也会与所处环境中的氧气和水分发生反应。以上过程中产生的分解物质带有一定程度的腐蚀性。SF6气体净化处理系统的主要原理是吸附单元将回收到的SF6气体中的杂质进行去除。杂质中主要包括粉尘、酸性分解产物及水分等。经过处理的气体如果不存在有害性,可以直接排放到大气中。但是在开展SF6混合绝缘气体处理工作的过程中,不能直接对以上系统进行使用,需要采取有效措施,做好升级和优化,即将此系统与SF6混合绝缘气体的控制单元进行充分结合,令气体处理工作得到良好的校正,直到处理后的气体符合相关标准和要求,达到循环利用的目的。

4 SF6混合绝缘气体种类及分离净化技术

与其他气体相比,SF6混合绝缘气体是受污染程度最高的气体,其中含有大量的分解产物,且碳氟化物无法通过在线处理系统完全去除,需要开展更进一步的分离净化处理。混合气体中的不同成分之间存在较大差异,需要做好相应的分析,结合实际情况,明确科学的处理方式。

4.1 SF6/CF4混合绝缘气体的分离净化方式

通过对不同混合绝缘气体的性能分析,发现存在巨大差异,传统的分离技术很难满足实际的分离净化工作需要,如SF6/ CF4混合绝缘气体与SF6混合绝缘气体之间存在很大的不同。要结合之前的技术,加强对SF6/ CF4混合绝缘气体分离净化技术的分析,制定合理的技术研究路线。在液化温度方面,SF6气体不同于CF4气体,可以利用机械方法将SF6/ CF4混合绝缘气体进行压缩,使其进入到深冷分离塔内部,进行冷却降温,SF6气体会很快从气态进入固态,并集中在分离塔的底部。CF4气体拥有相对较低的沸点,会始终保持气态形式不变,并在分离塔的顶部聚集。通过深冷分离,可以快速将聚集在分离塔顶部的CF4气体压出,并将SF6气体的捕获器设置在气体回收通道中,使CF4气体的纯度有所提高,实现两种气体的初步分离。

4.2 SF6/N2混合绝缘气体的分离净化方式

针对SF6/N2混合绝缘气体进行分析,其中N2是空气的构成部分,对外部环境不存在污染,在进行分离工作后可以直接向大气排放。SF6气体与N2气体在分子尺寸方面存在较大的差异,可以充分利用高分子膜,实现SF6/N2混合绝缘气体的有效分离。当具备一定压力的混合气体通过高分子膜分离装置时,N2分子在通过膜的高压侧过程中,会在膜表面溶解,且SF6分子的大部分会在膜的高压侧被截留,从而达到两种气体初步分离的目的。利用高分子膜开展混合气体的分离工作,当N2分子通过膜表面时,会有少量的SF6分子到膜的另一侧扩散,为了获得更好的分离效果,可采取多级高分子膜并联的方式,与其他分离方法进行配合,进而实现两种气体的高纯度分离。

4.3 多级高分子膜并联分离技术

混合气体在通过一级膜时,会有高达99%的N2分子进行溶解或扩散到膜的另一侧,直接排放到空气中。在高压侧,虽然有部分SF6气体会发生部分浓缩,但是依然存在很多杂质,应进一步进行分离。进行二级膜分离时,由于混合气体中的SF6气体浓度较高,会有更多的SF6分子通过二级膜,但是N2分子透过膜另一侧的数量大幅降低,需要进一步纯化才可以向空气中排放,此时在高压侧,SF6气体的浓度会大幅升高,达90%及以上,会在1号储存罐内进行储存,等待进一步处理。第二次分离的N2通过第三级分离膜时,纯度会提升至99%,可以直接排放到大气中,而SF6气体会继续进行浓缩,在2号储气罐完成回收,并等待下一步处理。将以上两个储存罐内的SF6气体,通过高压低温精馏的方法进行处理。

4.4 高压低温精馏过程

在混合气体中,C3F8及C2F6等气体具有较低的沸点,不会发生液化情况,聚集在精馏塔的顶部,在分离工作完成后,可以直接排出,而SF6气体会经过无数次的相变液化,在精馏塔的底部进行沉积,得到的SF6液体具备较高纯度。利用多级高分子膜与高压低温精馏等技术方式,可以使SF6/N2混合绝缘气体的分离效果得到有效保证,得到99%纯度的N2,可直接排放到大气中,并得到纯度较高的SF6气体,实现此种气体的循环利用。

5 结语

在很多低温地区,通常将SF6/CF4混合绝缘气体应用在气体断路器中,利用SF6/N2混合绝缘气体代替SF6气体应用在非灭弧气室中。通过对以上混合绝缘气体的有效净化分离,可以实现对SF6气体的循环再利用,不仅能够解决SF6气体的低温液化问题,还能减少对大气的污染,节约成本支出,确保电力设备的正常运行。

猜你喜欢
混合气体纯度绝缘
一种按压闭锁内三角式接头的接地线绝缘杆的研究
退火工艺对WTi10靶材组织及纯度的影响
10kV高压电机绝缘结构减薄研究
CF3I混合气体比例及放电参数分析
NO、O2及NO2混合气体考点归纳
中考化学习题解析
低压成套开关设备绝缘配合问题分析
间接滴定法测定氯化铜晶体的纯度
浅谈LNG船模拟舱绝缘箱制作技术
稳定同位素氘标记苏丹红I的同位素丰度和化学纯度分析