气体绝缘开关设备：SF₆气体的重要性

除了纯六氟化硫（SF₆气体）之外，SF₆混合物、N2、g3等绝缘气体也可用于防止空气绝缘开关和气体绝缘开关设备发生故障。威卡在传感解决方案领域处于前沿地位，可帮助输配电公司远程监测这些气体的质量和含量。

中压和高压开关设备可以采用不同的绝缘介质，例如油、“干燥空气”和其他气体，如SF₆和新型混合气体。SF6气体是传统且最有效的绝缘介质。然而，使用这种气体也会带来一些危害。特别是这种合成氟化物的全球变暖潜能值（GWP）约为24000。这在所有已知气体中是最高的。相比较而言，二氧化碳的GWP值仅为1。

应用SF₆时面临的挑战

应用SF₆的输配电公司必须监测气体密度以检测是否存在泄漏情况。此外，还需要定期进行气体分析以检测污染情况。许多公司仍然在依赖于SF₆绝缘开关设备，但他们也意识到了这种气体对气候变化中的影响，并正在寻找替代品。

开关设备出现故障的原因

大多数发电厂和变电站采用空气或气体对开关设备进行绝缘。空气资源丰富、无毒且全球升温潜能值为0，但其在灭弧方面效果不佳。因此，空气绝缘开关设备（AIS）的气室必须比气体绝缘开关设备（GIS）的气室大三倍。AIS和GIS都容易面临有效性降低以及开关设备故障。

空气绝缘的挑战：

污垢和灰尘
接触电阻
过载

气体绝缘的挑战：

气体泄漏
微水，SF₆绝缘开关设备的潜在杂质
分解产物，其中许多是有毒的，会对GIS造成腐蚀

保护开关设备的措施

监测绝缘介质的状况是预防潜在危险的关键步骤。AIS操作员应监测空气的局部放电状态、温度和微水。而对于GIS而言，监测气体的压力、温度、密度和微水至关重要。开关设备的使用寿命一般为20至50年。在安装后的15至25年，与气体有关的故障会急剧增加。因此，在设备使用寿命的后半段时间，监测尤为重要。

监测气体绝缘开关设备的选项

被动方法：当气体密度下降到一定程度时，机械仪表（如开关触点）会发出警报。机械仪表的准确度为量程的1-2.5%。在微水方面，技术人员可以使用便携式测试仪表按照预定计划定期（每1-6年）对气体进行人工分析，并读取气体密度表的读数。
主动方法：模拟量（4 … 20 mA）和数字量仪表都提供具有远程监测的预警功能模拟量仪表可持续监测GIS中的气体密度，并将数据传输到控制室或其他中心站，其补偿压力准确度为量程的1.5-2.3%。数字仪表不仅持续监测气体密度，还监测压力、温度、微水等参数，以便更全面地反映绝缘气体的状况。数字仪表的准确度为量程的0.6-0.8%。

GIS的被动与主动维护

传感器能够实时监测和传输的参数越多，操作人员就越能对绝缘气体状态的变化做出反应，并采取措施避免出现安全问题。除了远程监测功能外，模拟量和数字量传感器还能进行气体状况预测并实施预测性维护。

气体绝缘开关设备的维护

如有必要，技术人员将采取必要的纠正措施，例如：

让设备停用，用处理设备清洁和/或更换气体
在开关设备运行时对气体进行干燥处理
修复泄漏并重新充气

气体状况预测：保护资产的更好方法

气体密度一次性测量的原始数据可能会对资产的性能产生错误或误导性的描述，从而导致不必要或不充分的维护等误判。环境温度和湿度会不断变化，如果只是间歇性或定期测量，那么就很难检测到其变化。而通过连续监测，操作员不仅能更了解当前的真实气体状况，还能了解其发展趋势。他们可以根据历史数据进行深入了解，然后利用这些知识实施预测性维护和其他下一步工作。在使用智能传感器的情况下，仪表还会自动补偿环境条件，从而得出准确的气体密度。

气体状况预测中的数据质量

大环境影响与小环境影响（点击放大）

环境条件（温度和湿度）和异常事件对预测的精确度会产生显著影响。

从图中可以看出，如果环境影响较大，加之数据收集早期存在异常，那么预测的确定性和精确度会很低。在同等环境条件下，如果没有出现异常现象，那么结果就会更加精确。而如果环境影响较小，则预报结果最为精确。

此外，微水与温度之间有着复杂的相关性。如果只考虑原始测量数据，可能会误判资产的微水状况。每个气室的微水和温度之间都有其独特的相关性。这种相关性可以从历史数据中提取并进行补偿。因此，经过温度补偿的气体密度可以精确预测。

由于数据质量和温度补偿都会对预测准确度产生重大影响，因此有必要使用具有高准确度和一致性的智能传感器，并与具备预处理、数据管理和数据解释能力的供应商进行合作。

用于远程监测绝缘气体的智能传感器

操作人员掌握的设备绝缘介质信息越多，就越能更好地预防

用于远程监测绝缘气体的智能传感器

故障和危险状况的发生。威卡提供基于温度和压力的传感器，通过适当的配置，可轻松计算出不同气体的当前密度。威卡全资子公司WEgrid提供了一整套智能传感器，可预测所有类型绝缘气体的状况。其中包括：SF₆、N₂、SF₆/N₂混合物、CO₂、O₂、CF₄（四氟甲烷）、空气和g³（使用3M的Novec 4710的合成气体）。无论您使用的是何种设备或绝缘介质，威卡气体密度传感器都可以根据特殊应用进行配置。

威卡传感器：专为监测绝缘气体

威卡为SF₆和其他绝缘气体的可靠监测提供多种测量仪表。

GD-20系列气体密度传感器（点击放大）

GD-20就是其中之一。模拟量版本主要用于监测气体密度，通过4 … 20 mA输出信号传输温度补偿压力读数。数字量版本配备RS-485接口，使用Modbus® RTU协议进行通信，除气体密度外，还提供压力和温度数据。GDHT-20是一款高质量变送器，具备GD-20数字型号的所有功能，还能够测量绝缘气体的微水。该附加参数符合 CIGRE 电力系统指令以及 IEC 标准的监测要求。

GD-20-W：绝缘气体的无线监测

除了有线传感器解决方案外，威卡还提供一种用于连续监测开关设备内气体密度的无线替代方案，即GD-20-W。该传感器不仅能测量气体密度，还能测量温度和压力，并通过LoRaWAN®协议传输数据。GD-20-W内置电池，可自主运行，无需外部电源。智能报警功能能够提前检测到关键变化，并在出现安全危急情况之前立即发出告警。高精度测量与无线传输的结合实现了高效的预测性维护。

展望：SF₆和替代气体

虽然SF₆在不久的将来仍会作为主要的绝缘气体，但危害较小的替代品和其他气候友好型技术即将问世。各国政府也在推动这一进程。2022年，欧盟委员会提议到2026年禁止在新的中压开关设备中使用含氟温室气体，到2031年禁止在高压开关设备中使用含氟温室气体。美国约有十几个州提出了逐步淘汰填充SF6的GIS的倡议和法规。

注

威卡是站在全球前沿的传统绝缘气体和替代绝缘气体分析和监测仪表供应商。我们还为输配电公司提供全面的项目规划，涵盖工程设计、仪表安装，以及使用威卡专利软件进行的数据管理和分析。如果您想进一步了解我们如何帮助您的企业实现更安全、更可持续地发展，请联系我们。在威卡网站上，您还可以找到有关输配电（SF₆）以及我们的SF₆气体解决方案的各种信息，尤其是我们的气体密度传感器（包括GD-20型和GDHT-20型）。探究六氟化硫（SF₆）为何在气体绝缘开关设备中发挥关键作用 —— 以及Elia Group携手威卡，如何借助 GD-20-W 这类创新解决方案，革新变电站监测方式。