SF6 漏率单位怎么换算？体积分数与年泄漏率的关系

SF6 设备的检漏报告上，常能见到两个都带百分号或者都带微升的数，把这两个数摆在一起看的人不少，把它们当成同一个指标的两个单位去互算的人也不少。现场拿到一张记录，左边写着法兰包扎处测得的浓度是三十微升每升，右边写着这一年的漏气率是百分之零点五，两个数一上一下，很容易被当成可以直接换算的一对。这一步做不成。前者说的是气体里有多少份额是漏出来的 SF6，是一个浓度。后者说的是一年漏掉的气量占气室总气量的比例，是一个速率。浓度描述状态，速率描述过程，中间隔着两个量：装这股气的空间有多大，以及它漏了多长时间。少了这两个量，任何换算都是凭空拼出来的数。

一、两类单位说的是两件事

规程在一开始便把这两条线分开了。GB/T 11023-2018《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》在适用范围里写明，本标准规定的试验方法用以测定开关设备或隔室的相对年漏气率，适用的对象是以六氟化硫气体作为绝缘或灭弧介质的高压开关设备。同一份标准在第 3 章定义检漏时，把它拆成了两半：一半是检测漏气点，另一半是检测泄漏气体浓度。该条的注还补了一句，检漏包括探漏和累计的泄漏量的测量。探漏的定义是围绕充气隔室缓慢移动检漏仪的探头，或者使用其他成像仪器，以定位漏气点的行为，注里点出常用的成像探漏方法有红外成像探漏法和激光成像探漏法。

找出漏点这件事，同算清漏了多少这件事，在标准里是两件分开的事，各自有各自的量，也各自有各自的单位。第 5 章的编排顺着这条线走：5.1 节是定性检漏，5.2 节是定量检漏。定性那一节里，红外成像探漏是 2018 版相对 1989 版的一项实质修订，标准还在附录 C 补入了它的原理及图谱示例。定性方法输出的是位置，定量方法输出的才是数。把这两类数放在同一张表上比较之前，先要弄清各自问的是什么。先看清问法。

二、微升每升、ppm、十的负六次方其实是同一个量

头一层换算省心，因为这三个写法说的是同一个数。微升每升是体积比，意思是每升混合气里含几微升的那种气体。ppm 是百万分之几的缩写写法。十的负六次方是同一个比值的科学记数写法。一微升每升等于一 ppm，也等于十的负六次方，折成百分数是万分之一，即百分之零点零零零一。反过来看，一个百分点的体积分数等于一万微升每升。气体是混在一起的，理想气体假设下体积比同摩尔比是一回事，所以这三个写法换起来不用做任何补偿。单位先对齐。

这一层之所以值得单独说一遍，是因为交接试验的判据正是用它写的。GB 50150-2016 在 12.0.14 条同 13.0.4 条都要求采用灵敏度不低于十的负六次方（体积比）的检漏仪，这个门槛换成微升每升正好是一微升每升。DL/T 846.6-2018 在 5.5 条给其他定性检漏仪定的检出限也是一微升每升。两处写法不同，指的是同一条线。

体积分数还有一类换法，是换到质量浓度。做法是拿体积比乘上气体的摩尔质量，再除以气体摩尔体积。SF6 的摩尔质量是一百四十六点零六克每摩尔，在零摄氏度、一个标准大气压的条件下摩尔体积取二十二点四升每摩尔，一微升每升对应的质量浓度是六点五二毫克每立方米，换到二十五摄氏度，摩尔体积变成二十四点四五升每摩尔，对应值降到五点九七毫克每立方米。日常检测记录里用体积分数已够用，遇到职业卫生或环境排放类的限值才会用到质量浓度，两者差着一个温度条件，转述时要写明温标。

三、名字都带微升，量纲却不同

真正容易出错的是第二层。微升每升里的微升是体积，除完以后剩下的是比值，没有量纲。微升每秒里的微升也是体积，但它没有被除掉，留下的是一个流量，量纲是体积除以时间。两个写法都带微升，读起来像兄弟，实际一个是比值，一个是速率。

DL/T 846.6-2018 的 5.5 条恰好把这两种口径并列摆在同一章里。5.5.1 给红外成像检漏仪定的检出限是一微升每秒，量纲是泄漏量。同一条还要求等效温差不大于零点零五开，在检出限对应的泄漏情况下检测距离不大于零点五米，连续稳定工作时间不小于四小时。5.5.2 给其他定性检漏仪定的检出限是一微升每升，量纲是浓度。5.5.3 给定量检漏仪定的是量程零到一千微升每升，允许误差不超过正负三微升每升或者正负百分之十，重复性不大于百分之三，响应时间不大于十秒，零点漂移不超过满量程的正负百分之三，量程漂移不超过满量程的正负百分之十。

同一章里出现两套量纲，这不是编写上的疏忽。成像仪器看到的是一股正在往外跑的气，仪器给出的是这股气跑得多快。接触式探头贴在某个位置，读到的是这个位置上气体里有多少份额是漏出来的 SF6。任务不同，量纲自然不同。选型的时候按任务类别对号入座：找漏点用成像，判合格用定量。按量纲分。

漏率还有第三类写法，在真空检漏这一类场合常见，单位是帕立方米每秒。一帕立方米每秒在标态下折成体积流率，等于以一除以一百零一点三二五千帕，约九点八七乘十的负六次方立方米每秒，换成微升每秒约九千八百六十九。反过来，一微升每秒只有十的负四次方帕立方米每秒量级。这一族单位在 SF6 现场的仪器上不多见，但二手资料里常出现，见到时先看量纲再比数值，不要被数量级吓住。把速率再往前推一步，还能换成质量。标态下 SF6 的密度按理想气体方程算是六点五二克每升，一微升的 SF6 约六点五微克，一微升每秒跑满一年约二百零六克，折合零点二一千克每年。排放量统计用千克每年，仪器读数用微升每秒，两座桥是密度同秒数。下面两张表把这一章同上一章的内容收在一起，表 1 按量纲把三类写法分开，表 2 给出同一个比值的几种写法，现场查用时照表对号即可。

四、从浓度到漏率，中间隔着测量体积

要把浓度换成漏率，缺的那个量是空间大小。一个包扎袋里测到三十微升每升，这句话本身不含任何关于漏了多少的信息，它只说明袋子里气体的组成。要知道漏了多少，得再问一句：这个袋子装得下多少气。GB/T 11023-2018 给这个量起的名字是测量体积，把它定义为采集泄漏的密封罩同样品之间的容积，标准还点出罩子一般不需要严密密封，并给出了获得准确测量体积的推荐方法。

四选一的定量方法都用这个量。扣罩法适用于中小型设备，把整个试品罩起来。局部包扎法适用于大型产品或组装单元，只包住法兰接口这一类局部。压力降法适用于漏气量较大的场合，不需要加装罩体。挂瓶法适用于试品带专门检漏孔的场合。四条路径的形式差别很大，但都要先把泄漏出来的气收进一个已知容积的空间里，再去读这个空间里的浓度。测量体积是把浓度翻译成气量的那座桥。

这座桥的宽窄会直接改变结论。同一个浓度读数，用两升的薄膜兜出来同用五百升的罩子扣出来，折算出的气量差二百五十倍。现场换一种包扎方式，数字跟着变，读数本身却没变，这正是浓度不能单独当判据的原因。GB/T 11023-2018 之所以给测量体积单列一条定义并附上获取方法，为的是把这座桥钉死。这一处常出错。

五、从漏率到年漏气率，中间隔着时间

第二座桥是时间。收进袋子里的气是这一段时间漏出来的，把这段时间的长度量出来，才能算出每秒漏多少。GB 50150-2016 要求以二十四小时的漏气量换算，这里的二十四小时是时间桥的长度。

GB/T 11023-2018 顺着这条线把速率量分成两个：相对年漏气率同相对天漏气率，前者用于年度考核，后者用于压力变化较快或需要短周期判断的场合。配套还定义了补气时间间隔，指压力降至报警值时两次人工补气之间的时间间隔，适用于封闭压力系统。这一组量回答的不是漏了多少，而是漏得有多急，以及什么时候需要再补一次气。

这里有个容易跳过的前提：浓度增量同时间必须对应得上。GB/T 11023-2018 要求测试前满足规定的静置时间，包括充气后的静置同包扎后的静置。时间不满，浓度增量同泄漏量之间建立不起对应关系，后面算出来的数再整齐也没有意义。充气后立刻扣罩读数，读到的是充气过程残留在本体表面的那一部分气，那一部分气会在头几个小时内散完，把它算进漏率里，结论会虚高。时间要记全。

六、扣罩法的一个完整算例

把三座桥接起来走一遍，数字便清楚了。设一台断路器的单相气室，工况容积零点一五立方米，二十摄氏度下充到表压零点六兆帕，含大气压在内取零点七兆帕。按理想气体方程估算，这个气室含气约六点三千克，折算到零摄氏度、一百零一点三二五千帕的标态体积约九百六十六升。这个折算值属于估算，实际 SF6 在该压力下有压缩因子偏离，真实含气量会略高一些，做正式判定时应以设备铭牌给出的充气量为准。

扣罩的罩容积取零点五立方米，即五百升，这便是测量体积。扣罩后按标准给定的静置时间等待，测量时长取二十四小时。二十四小时后罩内 SF6 浓度增量读到五微升每升。

三座桥依次走过：浓度五微升每升乘测量体积五百升，得到二十四小时漏出的气体二点五毫升。乘一年三百六十五天，得到年漏气量约零点九一升。除以气室标态充气量九百六十六升，得到相对年漏气率约百分之零点零九四。

这个数落在条文说明给出的经验区间里。GB 50150-2016 的条文说明写着，实际测量中正常情况下年漏气率一般均在百分之零点一以下。算例的零点零九四恰好在这条线以下，也远低于断路器百分之零点五的限值。三座桥里换掉其中一座，结论便会动，举两例看：罩子换成五十升，同样的浓度增量折算出来的漏气率只剩十分之一。测量时长改成两小时，漏率不变而浓度增量只剩十二分之一。算完之后把这三个量连同单位一起写进报告，别人才能复算。三个量都要写。表 3 把这三个量连同各自的来源列出来，报告里缺了其中任何一行，后面的数都无从核对。

七、反着算一次：限值那条线换算成浓度是多少

同一组桥可以反着走。断路器年漏气率不大于百分之零点五，对应到这只九百六十六升的气室，年漏气量上限是四点八三升，摊到每天是十三点二毫升。如果仍用五百升的罩子扣二十四小时，罩内浓度增量应当不超过二十六微升每升。换成封闭式组合电器百分之一的限值，这个数翻倍到约五十三微升每升。这两个数是算例参数下的结果，换一只罩子或者换一台设备，数字跟着变，算法不变。

这个二十六微升每升值得记住，因为它是判据换算到读数上的样子。同一只罩子，漏到判据边缘时读数只有二十几个微升每升，而定量检漏仪在这个量级的允许误差是正负三微升每升，占读数的百分之十上下。读数同判据处在同一个量级，测量误差便不能当零处理。

DL/T 846.6-2018 给定量检漏仪写的允许误差是正负三微升每升或者正负百分之十，两种表达并列，取两者中偏大的一个。这两者在三十微升每升处相等：低于这个读数时按三微升每升算，高于它时按百分之十算。巧的是条文说明里包扎判据也给的是三十微升每升，两个数撞在同一处，含义却毫不相干，一个是误差表达的切换点，一个是浓度判据的上限。抄数字的时候顺手把出处一起抄上，能省掉不少返工。出处一并抄。

八、判据落在哪：断路器同封闭式组合电器不是一个数

限值不在密封试验方法标准里。GB/T 11023-2018 只给方法，不给判据，判据写在交接试验标准同气体系统分类上，引用时不能倒挂。

GB 50150-2016 的 12.0.14 条针对六氟化硫断路器：试验方法可采用灵敏度不低于十的负六次方（体积比）的检漏仪对断路器各密封部位、管道接头等处进行检测，检漏仪不应报警。必要时可采用局部包扎法进行气体泄漏测量，以二十四小时的漏气量换算，每一个气室年漏气率不应大于百分之零点五。密封试验应在断路器充气二十四小时以后，且应在开关操动试验后进行。

13.0.4 条针对六氟化硫封闭式组合电器，首尾两款的要求与断路器相同，中间一款的限值不同：每一个气室年漏气率不应大于百分之一，750 千伏电压等级的不应大于百分之零点五。条文说明给出的理由是，一般检漏仪只能做定性分析，规定必要时可采用局部包扎法，是考虑到用检漏仪定性检测到有六氟化硫气体泄漏之后，需要根据现场同设备实际情况综合分析、定量检测泄漏量与泄漏率。

两类设备的限值不可互套。2016 版相对 2006 版把断路器的年漏气率由百分之一收紧为百分之零点五，六氟化硫封闭式组合电器的年漏气率仍为百分之一。收紧只发生在断路器这一侧。运行中设备的预防性试验走的是另一条线，DL/T 596-2021 把密封性试验列为 SF6 设备的试验项目，方法口径同 GB 50150-2016 一致，但前者管运行中的设备，后者管新安装的设备，两者的判据同周期不可混用。两类不可混。

九、终身密封那条线：气体系统分类给出的第三个数

第三条线来自气体系统的分类。GB/T 28537-2012《高压开关设备和控制设备中六氟化硫（SF6）的使用和处理》的引言沿引 GB/T 11022，指出共有三种气体系统在技术上是可用的。可控压力系统因不可接受的泄漏率，对于新设备不再使用。封闭压力系统对于现代电力设备的泄漏率标准值为每年百分之零点五同每个充气隔室百分之一。密封压力系统用于现代中压电力设备，商业上称为终身密封产品或气密密封系统，它的密封性由预期使用寿命来规定，预期使用寿命由制造厂规定，推荐取值为二十年、三十年同四十年。该条的注写明，为了满足预期使用寿命的要求，认为密封压力系统的年泄漏率小于百分之零点一。

这三个数不是三个相互矛盾的判据，而是三条对应不同对象的线。百分之零点五同百分之一挂在封闭压力系统上，对应可以定期补气的设备。百分之零点一挂在密封压力系统上，对应铭牌承诺终身不补气的设备。拿终身密封的百分之零点一去卡一台可以定期补气的断路器，是把承诺值当成了验收值。反过来也一样，拿百分之零点五去验收一台终身密封的中压设备，等于把门槛放宽了五倍。判断用哪条线，先看设备属于哪一类气体系统，这一步在铭牌上写得明明白白。先看铭牌。

十、三十微升每升同百分之零点五：两个数字不能互算

这一章是本稿想说清的一处。GB 50150-2016 的条文说明里有一句：现场可采用局部包扎法，即将法兰接口等外侧用聚乙烯薄膜包扎，每个薄膜内的 SF6 含量不应大于三十微升每升（体积比）。同一份标准的正文里写着年漏气率不应大于百分之零点五。两个数印在同一处，常被直接拿去互算。

它们的对象不同。三十微升每升说的是一个包扎点，测量体积是那一片薄膜兜出来的空间，通常只有几升。百分之零点五说的是整个气室，分母是气室的全部充气量，动辄几百升。把测量体积这座桥补上去算一下便会发现问题：设薄膜内的测量体积为两升，读到三十微升每升，二十四小时漏出的气是零点零六毫升，按全年折算约零点零二二升，相对这只九百六十六升的气室只有约百分之零点零零二。这个数比百分之零点五小两个数量级。

反过来读这句话：一个包扎点即使漏到判据边缘，它对整室年漏气率的贡献也只有千分之几的量级。一个气室有几十个密封面，全部卡在三十微升每升，加起来离百分之零点五仍有距离。这正是两个判据能同时成立的原因，也是它们不能互算的原因。测量体积在这里不是可以省略的参数，换一个包扎体积，同一个三十微升每升折算出来的年漏气率会成倍变化。

还有一处时间口径的差别。三十微升每升是包扎后在某一时刻读到的浓度，百分之零点五要求的是以二十四小时的漏气量换算。前者是一个断面，后者是一段时间的累计。断面的数同累计的数之间，还差着一个泄漏速率是否稳定的假设。泄漏速率在头几小时里往往偏高，之后趋于平缓，拿某个时刻的断面值乘上三百六十五，得到的数通常偏大。口径先对齐。

十一、红外成像检漏仪的检出限：能看见的漏点已经超标

再算一遍成像这一侧。DL/T 846.6-2018 给红外成像检漏仪定的检出限是一微升每秒。一微升每秒跑一年是三十一点五四升，相对这只九百六十六升的气室是百分之三点二七。而断路器百分之零点五的限值换算成漏率只有零点一五微升每秒，封闭式组合电器百分之一对应零点三一微升每秒。

放在这一类场合看，成像仪器刚刚能看见的那个漏点，其漏率已经是交接试验限值的六倍以上。这个结论不贬低成像探漏的价值，它说明的是方法的分工。GB/T 11023-2018 在定性检漏一章里新增了红外成像探漏，并在附录 C 补入原理及图谱示例，认定它是找漏点的手段。找点同判合格是两件事：成像负责前者，扣罩或包扎的定量测量负责后者。现场若只凭成像没看到白雾便判定密封合格，判据实际上是被放宽了六倍以上。

红外成像的另外三项指标也各有各的用处。等效温差不大于零点零五开，决定的是仪器能不能把漏出去的那一小股气同背景区分开。在检出限对应的泄漏情况下检测距离不大于零点五米，说明这个检出限是贴近了才拿得到的。连续稳定工作时间不小于四小时，对应的是一次巡检要连续跑完的时长。这三项同检出限是配套的，单独拿出其中一项去比别类仪器，比不出高下。分工别颠倒。

十二、常见误用六条

1、把微升每升当成漏率直接写进报告。浓度不是速率，缺测量体积同测量时长，两个数之间不存在换算关系。写成漏率之前，先把这两个量补上。

2、用同一个限值卡断路器同封闭式组合电器。断路器是百分之零点五，封闭式组合电器是百分之一，750 千伏等级才收到百分之零点五，三类不可互套。

3、拿终身密封的百分之零点一当验收判据。百分之零点一挂在密封压力系统上，是制造厂对预期使用寿命的承诺值，不是交接试验的验收值。

4、把三十微升每升折算成年漏气率去比百分之零点五。两个数的对象范围同时间口径都不同，前者管一个包扎点，后者管整个气室。

5、凭红外成像没看到漏点便判定合格。成像检出限对应到中小型气室已是百分之几的年漏气率，远高于交接限值。

6、充气后立刻做密封试验。GB 50150-2016 要求充气二十四小时以后且操动试验后进行，条文说明给出的理由是，多个现场曾发现静态密封试验合格的开关，经过操动试验后轴封等处发生泄漏。

十三、装备落点：司南站在换算链的哪一段

北京康高特（KGT）自研的司南 SF6 综合测试仪，站在换算链的浓度这一端。它集成电化学、微热岛、冷镜及非分光红外四种检测技术，一次采样同步输出多个参数，常规工况下全参数检测完成时间不超过八分钟。它的多数读数用的正是体积分数这一套单位：二氧化硫两个量程为零到一百微升每升同零到两千微升每升，分辨率零点一微升每升。一氧化碳零到一千微升每升，分辨率零点一微升每升。氟化氢零到十微升每升，分辨率零点五微升每升。硫化氢零到一百微升每升，分辨率零点五微升每升。四氟化碳零到一千微升每升，分辨率一微升每升。露点量程负六十摄氏度到正二十摄氏度，精度正负零点二摄氏度。纯度量程覆盖零到满量程的体积分数，精度正负零点五个百分点，分辨率零点零一个百分点。整机十千克，防护等级 IP54，工作温度范围负二十摄氏度到正五十五摄氏度，内置流量自动调节单元，调节范围零到零点五升每分钟。

把分辨率换成微升每升看一看，能发现一处有意思的边界。纯度分辨率零点零一个百分点等于一百微升每升，比局部包扎三十微升每升的判据粗三倍多。这意味着靠纯度读数的变化去反推微量漏气是不够灵敏的：气室漏到判据边缘时，纯度读数的变化还盖在分辨率以下。纯度适合判断有没有混入空气，不适合当漏率的表征。

反过来，分解产物通道的分辨率落在零点一微升每升到一微升每升之间，同定量检漏仪的检出限一微升每升处在同一量级。漏点往往伴随水分同氧的进入，露点抬升同纯度下降常常先于年漏气率超标被读到。司南的用处在于把这几个浓度量一次读全，为要不要启动定量检漏提供判断依据。真正落到百分每年的结论，仍要回到 GB/T 11023-2018 的测量体积同时间这两座桥上。仪器读得准，是把浓度这一段读准。浓度到速率的那一段，靠的是量体积同计时。两段不能合。表 4 把各通道的量程与分辨率摆在一起，并把纯度的分辨率折算到微升每升，便于同本章提到的浓度判据放在同一个尺子上比。

结语：先把读数放在正确的尺子上

单位换算这件事，难点不在乘除，而在认清换的是什么。同一个比值有三种写法，这一层可以放心换。微升每升同微升每秒都带微升，量纲却一个是比值一个是速率，这一层不能换。从浓度走到年漏气率，要依次补上测量体积、时间同气室总充气量三个量，缺任何一个，得到的都只是看起来像结果的数。分清读数站在哪一侧，剩下的才是算术。

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