《京都議定書》中規(guī)定的六種溫室氣體之一的六氟化硫(SF6)氣體向大氣的排放主要是通過電力輸變電設(shè)備，尤其是高壓開關(guān)設(shè)備、互感器、變壓器和氣體絕緣輸電管道等產(chǎn)品都是在試驗(yàn)研究、生產(chǎn)制造、運(yùn)輸和運(yùn)行以及檢修過程中產(chǎn)生的。
SF6氣體在高壓電器產(chǎn)品的應(yīng)用大約占SF6氣體應(yīng)用的80％，而SF6氣體開關(guān)設(shè)備是當(dāng)今高壓開關(guān)領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品，也是超高壓和特高壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)用與發(fā)展的主要方向，所以，了解環(huán)境變化和保護(hù)趨勢(shì)，控制SF6氣體向大氣的排放，研究SF6氣體在電力開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用對(duì)電力開關(guān)設(shè)備的發(fā)展有著重要意義。
1、SF6氣體對(duì)環(huán)境的影響
SF6氣體的分子量是146，密度大約是空氣的5倍。SF6氣體在大氣存活的壽命是3200年。所以，SF6氣體是非常強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)氣體。它與其它五種溫室效應(yīng)氣體對(duì)大氣環(huán)境的影響見下表。六種氣體對(duì)大氣溫室高壓電器網(wǎng)效應(yīng)的影響序號(hào)氣體分子式氣體名稱GWP1CO2二氧化碳12CH4甲烷213N2O氧化亞氮3104HFCs氫氟碳化物140~117005PFCs全氟化碳6500~92006SF6六氟化硫23900注：GWP：全球變暖趨勢(shì)：?jiǎn)挝恢亓繙厥覛怏w排放在100年周期內(nèi)對(duì)大氣溫室效應(yīng)的影響，取GWP=1。
另外，SF6氣體開關(guān)設(shè)備在開斷電流的過程中，會(huì)產(chǎn)生電弧，在電弧的高溫作用下會(huì)使SF6氣體分解，同時(shí)也會(huì)使弧觸頭產(chǎn)生金屬蒸汽，由于滅弧室內(nèi)水分的存在也會(huì)被分解，分解后的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生二次反應(yīng)而形成HF、S02、SOF2、SOF4、SO2F4等有害物質(zhì)。www.csxinglv.com這些物質(zhì)會(huì)腐蝕設(shè)備內(nèi)部金屬元件，如果這些物質(zhì)排放到大氣對(duì)人的身體會(huì)造成傷害和刺激。
2、HFCS、PFCS、SF6的溫室氣體特性和排放源分類
氫氟碳化物(hydrofluorocarbons,HFCS)、全氟碳化物perfluorocarbons,PFCS)以及六氟化硫(sulfurhexafluoride,SF6)都是人造的溫室氣體。其中由于HFCS、PFCS不含氯原子因而不會(huì)直接損耗臭氧層，使它們成為蒙特利爾議定書中被禁用的氯氟碳化物(chlorofluorocarbons,CFCS)、氫氯氟碳化物(hydrochlorofluorocarbons,HCFCS)等臭氧消耗質(zhì)(theozonedepletingsubstances,ODS)的替代品；而SF6則具有良sf6高壓電器設(shè)計(jì)好的電氣性能和絕熱性能，在高壓電氣設(shè)備中的應(yīng)用已越來越廣泛。由于HFCS、PFCS、SF6作為ODS替代品的重要性，可以預(yù)計(jì)，未來10年內(nèi)這些人造溫室氣體的使用量將會(huì)大大增加。FHCS、PFCS和SF6都是強(qiáng)效的溫室氣體(potentgreenhousegases),它們具有如下共同的溫室氣體特性：
具有很高的全球變暖潛勢(shì)指數(shù)(theglobalwarmingpotential,GWP),HFCS、SF6的GWP值分別為：
（1）140-11700之間、6500-9200之間、23900，其中SF6是IPCC溫室氣體名單中GWP值最高的、溫室效應(yīng)最強(qiáng)的溫室氣體種類。
（2）在大氣層中的存留時(shí)間相當(dāng)長，或者具有極其長的大氣生命周期(extremdlylongatmosphericlifetimes)
（3）在大氣層中的累積效應(yīng)是不可逆的(irreversibleaccumulationintheatmosphere)
3、國際對(duì)SF6排放的要求
1997年12月11日，149個(gè)國家和地區(qū)的代表通過了《京都議定書》規(guī)定了六種溫室氣體(GHG)，它們是：二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。此議定書于2月16日開始生效，它規(guī)定從2008到2012年期間，主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2%，其中歐盟將6種溫室氣高壓電器體的排放削減8%，美國削減7%，日本削減6%，加拿大削減6%，東歐各國削減5%～8%；新西蘭、俄羅斯和烏克蘭則不必削減，可將排放量穩(wěn)定在1990年水平上；議定書同時(shí)允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量分別比1990年增加10％、8％、1％；發(fā)展中國家沒有減排義務(wù)。
我國于1998年5月29日簽署了《京都議定書》，8月30日正式核準(zhǔn)了《京都議定書》，雖然此中沒有規(guī)定中國有減排義務(wù)，但專家預(yù)測(cè)，我國的C02排放總量很快就會(huì)超過美國成為世界第一位，到時(shí)候必然會(huì)受到履行《京都議定書》減排規(guī)定的約束。我國在“十一五”期間www.csxinglv.com 也已明確要履行《京都議定書》義務(wù)，所以SF6氣體在其它電器如互感器、變壓器、負(fù)荷開關(guān)、輸電管道等方面的應(yīng)用與發(fā)展，應(yīng)當(dāng)考慮SF6氣體向大氣的排放問題，研究更適應(yīng)環(huán)境友好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方案。
4、減少SF6氣體排放措施和SF6電器發(fā)展趨勢(shì)
高壓電器產(chǎn)品的發(fā)展方向，尤其是SF6高壓電高壓電器器產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)是向減少SF6氣體向大氣排放的方向發(fā)展，具體的措施有：
（1）提高技術(shù)裝備的制造工藝水平，減少SF6電器設(shè)備的泄漏率。
（2）推進(jìn)SF6電器設(shè)備的小型化，縮小SF6電器設(shè)備的的體積，以減少SF6氣體的使用量。為了大幅度地推進(jìn)GIS的小型化及無SF6化，三菱機(jī)電公司以SF6氣體和厚膜介質(zhì)包覆電極的復(fù)合絕緣體系為對(duì)象，研究了高氣壓領(lǐng)域的絕緣特性。通過用厚膜介質(zhì)包覆起來，可以實(shí)現(xiàn)抑制因金屬電極的面積效應(yīng)引起的擊穿電場(chǎng)下降；可降低電極上氣體空間的最大電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。盡量采用集成化程度高，布置方式又靈活的復(fù)合電器或HGIS。
（3）開發(fā)低氣壓的SF6開關(guān)設(shè)備和SF6混合氣體的電器設(shè)備。
世界各國一直在研究SF6氣體的替代物，多年來國外對(duì)各種混合氣體（如SF6／N2、SF6／CO2、SF6／CF4）中的局放特征與絕緣擊穿特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于液化溫度特別低、無毒穩(wěn)定的N2氣中國高壓電器體，混入20％的SF6氣體，在不均勻電場(chǎng)中局部放電開始電壓(PDIV)和絕緣擊穿電壓(BDV)有上升的可能性，并且，還發(fā)現(xiàn)在高氣體壓力下，能得到與100%SF6氣體大致相等的絕緣特性。于是SF6／N2被認(rèn)為是SF6氣體的首選替代物。目前，世界第一條N2／SF6混合氣體絕緣高壓線路在日內(nèi)瓦建成。
ABB公司開發(fā)了LTB72.5kV一145kVGCB和HPL72.5—300B1型GCB既可以采用純凈的SF6氣體，也可以采用SF6／N2混合氣體。當(dāng)采用SF6／N2混合氣體時(shí)，在20℃額定氣壓0.7MPa(絕對(duì))下，可以用于－50℃，而在純凈的SF6氣體0.5MPa(絕對(duì))時(shí)，只能用于-40℃。東芝公司也對(duì)N2／SF6混合氣體斷路器進(jìn)行了研究。
雖然N2／SF6混合氣體已進(jìn)入到實(shí)用化階段，但從目前的地球環(huán)境角度來看，它并不是理想的替代氣體。C02及N2作為天然氣體，被視作為今后最有希望替代SF6的氣體．但由于它們的絕緣性能不及SF6氣體，這些氣體的絕緣強(qiáng)度只為SF6氣體的1/3。西歐法國EDF公司、ABB、西門子公司對(duì)N2進(jìn)行了研究。研討中明確必須在2.0MPa以上的高壓力下使中國高壓電器用，故一直沒有能夠?qū)嵱没�。與N2進(jìn)CO2及在開斷性能方面占有優(yōu)勢(shì)，日本除N2以外，又積極開展有關(guān)純CO2氣體在高氣體壓力領(lǐng)域的絕緣特性的研究。目前有公司開發(fā)了72kV、31.5kA級(jí)CO2氣體斷路器樣機(jī)。
（4）在設(shè)備制造和設(shè)備檢修期間采用先進(jìn)的SF6氣體回收裝置，通過各種過濾器的回收，以去除SF6氣體中的水分、油份、塵埃、分解生成物等成分．實(shí)現(xiàn)SF6氣體再生利用。
東芝公司已研制出一種名為iGREEN(與環(huán)境友好的混合氣體的綜合再利用)的設(shè)備，它能吸收和分離混合氣體中的氮?dú)�，將高純度的SF6收入液化罐中，其效率超過99％。德國DILO公司的DILO裝置可以通過回收、凈化和儲(chǔ)存使用過的SF6氣體實(shí)現(xiàn)再生利用。德國SolvayFluorGmbHSF6氣體制造公司提出了回收方案，利用率達(dá)到98.5％。據(jù)國家電力信息網(wǎng)6月報(bào)道，“截至5月，國家電網(wǎng)公司在電氣設(shè)備六氟化硫氣體現(xiàn)場(chǎng)回收、凈化處理再利用研究中取得重要進(jìn)展，新sf6高壓電器設(shè)計(jì)一代六氟化硫氣體回收和處理系統(tǒng)已研制成，www.csxinglv.com各項(xiàng)能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，并投入實(shí)際應(yīng)用”。
（5）在中壓(12kV-40.5kV)領(lǐng)域，采用非SF6電器和真空開關(guān)設(shè)備，在高壓(40.5kV～252kV)領(lǐng)域到特高壓(800kV-1100kV)領(lǐng)域，大力發(fā)展真空斷路器(VCB)，提高技術(shù)裝備，降低VCB的制造成本，實(shí)現(xiàn)真空開關(guān)設(shè)備在高壓領(lǐng)域的大量使甩積極開展真空斷路器(VCB)的高電壓化的研究工作，達(dá)到VCB的高電壓化和超高壓化。
目前，歐洲和日本都在開展高電壓化真空斷路器的研發(fā)工作，作為單斷口真空滅弧室(V1)的額定電壓，期望達(dá)到110kV～145kV，多斷口時(shí)能達(dá)到245kV～500kV等級(jí)。同時(shí)，必須滿足31.5kV～40kA級(jí)的開斷容量和4000A～6000A通電能力。
美國GE公司1980年開發(fā)了額定電壓84kV，額定開斷電流40kA單斷口真空斷路器和168kV、40kA雙斷口真空斷路器。
日本開發(fā)出了以高壓(0.5MPa)空氣為絕緣，www.csxinglv.com 完全不使用SF6氣體的72kVGIS樣機(jī)，配備了可以在l0.55MPa的氣體壓力下進(jìn)行10000次操作的真空斷路器，實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)外形與sf6高壓電器設(shè)計(jì)原來高氣壓SF6氣體GIS相同的尺寸。額定參數(shù)是：額定電72kV，額定電流1200A，額定開斷電流25kA，滿足了IEC標(biāo)準(zhǔn)。
從真空斷路器的發(fā)展勢(shì)頭分析來看，日本預(yù)測(cè)VCB技術(shù)的應(yīng)用在不久的將來可能成為電力系統(tǒng)保護(hù)裝置的首選產(chǎn)品。
（6）保護(hù)大氣環(huán)境，樹立減排意識(shí)。
日本是使用SF6氣體較多的國家，為了履行《京都議定書》對(duì)SF6氣體的減排義務(wù)，日本電氣企業(yè)聯(lián)合會(huì)、日本電機(jī)工業(yè)會(huì)為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)采取了積極行動(dòng)。日本削減SF6氣體的措施是，確立了檢查時(shí)抑制排放、更換SF6氣體絕緣設(shè)備時(shí)抑制排放、再生利用體系，采取了提高SF6氣體管理體系行動(dòng)。
德國的高壓開關(guān)設(shè)備制造業(yè)也非常發(fā)達(dá)．每年使用SF6氣體約1000t。為了達(dá)到減少SF6氣體的排放目標(biāo)，10月19日，電力運(yùn)行行業(yè)和電力設(shè)備制造行業(yè)協(xié)會(huì)及SolvayFluorGmbH(SF6氣體制造)公司與德國環(huán)境、自然保護(hù)及核反應(yīng)堆安全聯(lián)邦部就進(jìn)一步規(guī)定的自行承擔(dān)義務(wù)武漢高壓電器廠已達(dá)成一致。
（7）開展清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6氣體的減排。
CDM是《京都議定書》中第十二條規(guī)定的為了減排溫室氣體而采取的三種機(jī)制之一，它是在發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家間進(jìn)行開展的項(xiàng)目。發(fā)展中國家開展CDM項(xiàng)目可以獲取國外發(fā)達(dá)國家的技術(shù)和資金的支持，同時(shí)，發(fā)達(dá)國家可以降低減排溫室氣體的所需費(fèi)用，需達(dá)到雙贏的目的。中國已于8月30日正式核準(zhǔn)了《京都議定書》，并確定國家發(fā)展和改革委員會(huì)作為中國的國家清潔發(fā)展機(jī)制主管機(jī)構(gòu)，可以有資格開展具體的清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目合作，6月發(fā)布了《中國清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目暫行管理辦法》，www.csxinglv.com規(guī)定了項(xiàng)目申報(bào)和許可程序。
高壓電器制造企業(yè)中的SF6氣體使用量的增多，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的影響，保護(hù)環(huán)境，遵守減排義務(wù)，國外的環(huán)保部門、電力部門和SF6氣體電器制造商為限制SF6氣體向大氣的武漢高壓電器廠排放而采取了積極的行動(dòng)：在中壓領(lǐng)域，限制空斷路器SF6電器制造和使用，SF6電器會(huì)被真電器非和SF6所替代；在高壓126kV開關(guān)領(lǐng)域，真空斷路器會(huì)有很大的發(fā)展，并且有可能完全替代SF6開關(guān)設(shè)備：在252kV級(jí)以上領(lǐng)域；SF6氣體仍然是不可替代的絕緣和滅弧介質(zhì)，所以在當(dāng)今和今后一個(gè)時(shí)期，高壓真空斷路器和SF6開關(guān)設(shè)備以及還有它作為絕緣和滅弧介質(zhì)的開關(guān)設(shè)備制造技術(shù)都會(huì)有很大的發(fā)展。
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