Lưu huỳnh hexafluoride (SF6) là một loại khí trơ về mặt hóa học không màu, không mùi, có độ bền điện môi đặc biệt và khả năng dập tắt hồ quang-. Kể từ những năm 1960, nó đã trở thành chất cách điện và phương tiện ngắt điện chiếm ưu thế trong-thiết bị điện cao áp.
Khoảng 80% tổng lượng khí SF6 được sản xuất sẽ được dùng cho ngành điện lực. Các ứng dụng nhỏ hơn nhưng quan trọng bao gồm độ tương phản siêu âm y tế, khắc chất bán dẫn, chất đánh dấu-phát hiện rò rỉ khí và khí magie che phủ trước đây-hiện nay phần lớn đã bị loại bỏ do quy định về môi trường.
Tại sao SF6 được chọn: thuộc tính chính
| Tài sản | Lợi ích |
|---|---|
|
Độ bền điện môi cao |
~3× cách nhiệt tốt hơn không khí ở cùng áp suất |
|
Dập tắt hồ quang-xuất sắc |
Nhanh chóng làm mát và dập tắt hồ quang; kết hợp lại sau khi bị gián đoạn |
|
Ổn định hóa học và nhiệt |
Không-dễ cháy, trơ trong điều kiện hoạt động bình thường |
|
Thiết kế nhỏ gọn |
Cho phép thiết bị đóng cắt nhỏ hơn và số lần ngắt trên mỗi cực ít hơn ở HV/EHV |
Những đặc tính này làm cho SF6 trở nên lý tưởng cho các thiết bị có không gian, độ tin cậy và hiệu suất bị gián đoạn-là vấn đề quan trọng đối với các trạm biến áp, mạng truyền tải và hệ thống điện công nghiệp hoạt động từ điện áp trung thế đến 800 kV trở lên.
Ứng dụng chính: năng lượng điện (~80% lượng SF6 sử dụng)
Theo CIGRE và thông lệ ngành, SF6 được sử dụng trong chuỗi truyền tải và phân phối trong:
1. Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS)
GIS gói gọn các bộ ngắt mạch, thanh cái, cầu dao cách ly, công tắc nối đất, thiết bị chống sét và máy biến áp đo lường bên trong vỏ kim loại kín chứa đầy SF6 ở áp suất được kiểm soát.
Ứng dụng:
Trạm biến áp đô thị có không gian hạn chế
Trạm biến áp ngầm và trong nhà
Nền tảng ngoài khơi, mái nhà, thung lũng, vùng núi
Môi trường ô nhiễm cao - bụi, muối, hóa chất, độ ẩm (ngăn chặn hiện tượng phóng điện)
Cụm công nghiệp, trạm thủy điện, mở rộng xây dựng thành phố
GIS thường nhỏ hơn 25–30% so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) tương đương.
Tiêu chuẩn: IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEC 62271-200
2. Cầu dao SF6 (GCB)
Cầu dao SF6 thay thế cầu dao khí-và dầu để ngắt điện áp trung bình- và cao-.
| Loại máy cắt | Ứng dụng |
|---|---|
|
Máy cắt bể sống (LTB) |
Trạm biến áp truyền tải |
|
Máy cắt xe tăng chết (DTB) |
Lưới điện cao-hiện tại, cao{1}} |
|
Bộ ngắt mạch máy phát điện (GCB) |
Bảo vệ máy phát điện tại nhà máy điện |
|
Các loại vụ nổ cá nóc/tự{0}} |
Thiết kế ngắt đơn-lên đến 550 kV; nhiều-ngắt tới 1200 kV |
Dải điện áp: phân phối ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 35 kV thông qua truyền tải ở 800 kV, 1100 kV, 1200 kV
Chức năng:
Ngắt dòng điện sự cố khi đoản mạch, đột biến điện và lỗi cách điện
Bảo vệ máy biến áp, dây cáp và đường dây truyền tải
Cách ly thiết bị lỗi khỏi lưới điện
Ưu điểm so với máy cắt không khí/dầu:
Hoạt động yên tĩnh hơn
Không xả khí nóng trong quá trình chuyển đổi bình thường
Bảo trì thấp hơn; nhiều hoạt động cơ học hơn giữa các lần kiểm tra
Khả năng ngắt cao hơn mỗi lần nghỉ
3. Đường dây cách điện bằng khí (GIL)
Đường dây truyền tải mặt đất-cách điện SF6 dưới lòng đất hoặc trên{2}}cho công suất điện cao trong các hành lang hạn chế-thay thế cho đường dây trên không ở các khu vực đô thị hoặc nhạy cảm với môi trường.
4. Máy biến áp dụng cụ cách điện bằng khí-
Máy biến điện áp khí (GVT)
Máy biến dòng khí (GCT)
Tích hợp vào các ngăn GIS để đo lường và bảo vệ
5. Máy biến áp cách điện bằng khí (GIT) và lò phản ứng (GIR)
Máy biến áp và lò phản ứng cách điện SF6-nhỏ gọn dành cho các hệ thống lắp đặt-quan trọng trong không gian nơi mà thiết kế ngâm-trong dầu hoặc cách nhiệt bằng không khí là không thực tế.
6. Thiết bị đóng cắt trung thế{1}}
SF6 vẫn phổ biến trong thiết bị đóng cắt MV (thường lên đến 52 kV) cho các nhà máy công nghiệp, khai thác mỏ, cơ sở dầu khí, đường sắt và điều khiển động cơ trong ngành công nghiệp nặng-mặc dù các thiết bị ngắt chân không ngày càng thay thế SF6 ở mức MV thấp hơn.
Ứng dụng SF6 theo ngành
| ngành | thiết bị SF6 | Điện áp điển hình |
|---|---|---|
|
Tiện ích truyền tải |
Bộ ngắt mạch GIS, EHV, GIL |
245 kV – 1200 kV |
|
Tiện ích phân phối |
Thiết bị đóng cắt MV/LV, thiết bị mạch vòng |
11kV – 52kV |
|
Phát điện |
Bộ ngắt mạch máy phát điện, GIS |
17,5 kV – 800 kV |
|
Cây công nghiệp |
GIS, thiết bị đóng cắt điều khiển động cơ |
6kV – 52kV |
|
Năng lượng tái tạo |
Trạm biến áp GIS nhỏ gọn |
33 kV – 145 kV |
|
Đường sắt/tàu điện ngầm |
Thiết bị đóng cắt nhỏ gọn |
Hệ thống 25 kV AC / 1,5 kV DC |
Ứng dụng SF6 không dùng điện
Thuộc về y học
| Sử dụng | Sự miêu tả |
|---|---|
|
Sửa chữa bong võng mạc |
Bong bóng khí SF6 (~20%) chèn ép giữ võng mạc đã được sửa chữa tại chỗ; hấp thụ trong 10-14 ngày |
|
Chất tương phản siêu âm |
Các vi cầu SF6 (ví dụ Lumason®) tăng cường hiệu quả siêu âm tim, hình ảnh tổn thương gan và siêu âm đường tiết niệu ở trẻ em |
Sản xuất chất bán dẫn
Khí khắc plasma - SF6 cung cấp gốc flo để khắc silicon chính xác trong chế tạo chip
Phân hủy trong huyết tương để giải phóng flo nguyên tử; tạo thành SiF4 dễ bay hơi được loại bỏ bằng bơm chân không
Được sử dụng trong quá trình khắc ion-phản ứng sâu (DRIE) và các quy trình liên quan
Phát hiện khí đánh dấu / rò rỉ
Thử nghiệm hiệu suất thông gió - Tiêu chuẩn ASHRAE 110 (ngăn chặn tủ hút) chỉ định SF6 là khí thử
Xây dựng đo tỷ giá hối đoái không khí
Nghiên cứu về sự phân tán khí quyển và đường hầm gió
Phát hiện rò rỉ SF6 trên GIS và cầu dao có độ nhạy ở mức - ppm-các công cụ xác định lỗi bịt kín
Đúc magiê (lịch sử / suy giảm)
Trước đây được sử dụng làm khí che phủ magiê nóng chảy để ngăn chặn quá trình oxy hóa và đánh lửa
Phần lớn bị loại bỏ do GWP của SF6 là 23.500 (tương đương CO2 trong 100 năm)
Được thay thế bằng hỗn hợp SO2, HFC-134a và các sản phẩm fluoroketone (ví dụ: Novec 612, BestSolv Zulu MAG)
Những công dụng nhỏ khác
Sản xuất sợi thủy tinh quang học
Xưởng đúc nhôm (có giới hạn)
Nghiên cứu và nghiên cứu theo dõi đường hầm gió
SF6 trong vòng đời thiết bị
Sản xuất → Đổ đầy khoang kín → Vận hành (chu trình khép kín)
↓
Theo dõi áp suất và độ tinh khiết → Phát hiện rò rỉ → Thu hồi/tái chế khi bảo trì
↓
Ngừng hoạt động → Phục hồi → Tái xử lý hoặc tiêu hủy
SF6 được thiết kế để hoạt động theo một chu trình khép kín. Rò rỉ trong quá trình xử lý, bảo trì và thải bỏ-hết-là mối lo ngại chính về môi trường-không phải hoạt động bình thường trong-hoạt động bên trong thiết bị kín.
Bối cảnh môi trường và các lựa chọn thay thế
SF6 có tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) ~ 23.500 trong 100 năm và thời gian tồn tại trong khí quyển là ~ 3.200 năm. Quy định về khí ga- của EU và các chính sách tương tự thúc đẩy:
| Khu vực ứng dụng | Xu hướng thay thế SF6 |
|---|---|
|
Thiết bị đóng cắt trung thế (Nhỏ hơn hoặc bằng 52 kV) |
Bộ ngắt chân không - trưởng thành, không có SF6 |
|
Thiết bị đóng cắt HV (72,5 kV+) |
Hỗn hợp khí tự do SF6- - Hỗn hợp C4-FN, C5-FK, CO2/O2 |
|
Cài đặt GIS mới |
Thiết kế OEM giảm SF6 hoặc không có SF6 từ ABB, Siemens, Schneider, GE Vernova |
|
đúc magiê |
Khí bao phủ Fluoroketone, SO2 (có sự đánh đổi-mưa axit) |
|
Chất bán dẫn |
Hỗn hợp khí fluoride có GWP thấp hơn đang được phát triển |
Thiết bị điện SF6 vẫn chiếm ưu thế trong cơ sở hạ tầng HV/EHV hiện có-nhưng hoạt động mua sắm mới ngày càng chỉ rõ các giải pháp thay thế SF6-không có hoặc giảm SF6.
Giám sát và kiểm tra khí SF6 (ứng dụng bảo trì)
Quản lý SF6 đúng cách yêu cầu:
| Kiểm tra/chức năng | Mục đích |
|---|---|
|
Kiểm tra độ tinh khiết |
Xác nhận chất lượng khí đạt tiêu chuẩn IEC 60480 |
|
Độ ẩm/điểm sương |
Độ ẩm cao gây nguy cơ phân hủy và phóng điện |
|
Phát hiện rò rỉ |
Máy đánh hơi hồng ngoại hoặc âm thanh; độ nhạy ppm |
|
Giám sát áp suất |
Báo động áp suất GIS liên tục |
|
Sản phẩm phân hủy (SO2, HF) |
Cho biết hồ quang bên trong hoặc ô nhiễm |
Huazheng sản xuất máy kiểm tra độ tinh khiết khí SF6, máy phát hiện rò rỉ SF6 và máy phân tích SF6 toàn diện (ví dụ: dòng HZSF) cho các đội bảo trì trạm biến áp quản lý đội máy cắt GIS và máy cắt.