淺談六氟化硫氣體故障分解產(chǎn)物

尤紅麗　李鐵軍

摘 要：通過(guò)測(cè)試SF6氣體分解產(chǎn)物的類型和含量來(lái)診斷設(shè)備內(nèi)部是否存在故障,并對(duì)故障的類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

關(guān)鍵詞：H2S 過(guò)熱 放電 SO2

中圖分類號(hào):TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2012)10(c)-0109-01

近年來(lái)，由于制造安裝工藝和內(nèi)部材質(zhì)等原因，使SF6電氣設(shè)備內(nèi)部存在絕緣缺陷乃至出現(xiàn)事故，SF6電氣設(shè)備故障可以分為放電和過(guò)熱兩大類，在常溫下SF6是無(wú)毒性的氣體，當(dāng)SF6電氣設(shè)備存在故障時(shí)，故障區(qū)域的SF6氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下裂解，主要產(chǎn)生硫化物、氟化物和碳化物。這些低氟化合物對(duì)人體有害，可致命。氣室中SO2、H2S的產(chǎn)生是內(nèi)部故障的征兆，檢測(cè)氣室中SO2和H2S等分解產(chǎn)物的含量，快速診斷出SF6電氣設(shè)備早期內(nèi)部故障，可避免事故的發(fā)生。

1 分解產(chǎn)物的機(jī)理

SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)，反應(yīng)式主要有：

2 故障案例

2.1 66 kVGIS變電站母線筒有異常聲響

2011年9月19日，66 kVGIS變電站母線筒有異常聲響,該氣室取氣口與異常聲響發(fā)生處約三米距離，對(duì)I母線氣室進(jìn)行分解物檢測(cè)如下：SO2濃度146.7μl/L，H2S濃度53.1μl/L。該氣室內(nèi)部可能存在高能放電故障，并涉及固體絕緣材料分解，經(jīng)綜合分析，及時(shí)進(jìn)行了內(nèi)部檢查。

2.2 500 kV GIS 變電站跳閘

2006年4月15日，試運(yùn)行18天的某電廠500 kV GIS 5032斷路器突然跳閘，從故障錄波得知故障發(fā)生在C相，故障電流為7.52 kA,持續(xù)時(shí)間40 ms。對(duì)C相氣室進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)在隔離刀閘的絕緣拉桿的中間段及其附近的盆式絕緣子和均壓環(huán)被電弧嚴(yán)重?zé)齻瑢I(yè)人員將回收的故障氣體，用SF6設(shè)備故障組分檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)50321氣室氣體中SO2濃度為48 μl/L,H2S為4.6 μl/L,儀器診斷為“該氣室內(nèi)部存在火花放電或過(guò)熱性故障,并涉及固體絕緣材料的分解?！彪S后對(duì)相關(guān)的其它氣室進(jìn)行檢測(cè)，均未見(jiàn)異常，表明故障未波及相鄰的氣室。次日對(duì)50321C相氣室進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)在隔離刀閘的絕緣拉桿的中間段及其附近的盆式絕緣子和均壓環(huán)被電弧嚴(yán)重?zé)齻?，這與檢測(cè)儀的診斷結(jié)論完全吻合，B、C兩相發(fā)生電弧重燃對(duì)設(shè)備的影響，于6月2日對(duì)分解產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，SO2含量B相為0.5μl/L,C相為0.9 μl/L,而兩相H2S含量均為0。該設(shè)備剛投運(yùn)，SF6氣體中不應(yīng)含有SO2,但開(kāi)斷重燃后產(chǎn)生了少量SO2。返廠檢修發(fā)現(xiàn)B、C兩相滅弧室表面被電弧灼傷。

2.3 66 kV某變電所GIS組合電器爆炸事故

2005年6月9日，某變預(yù)留66 kV西母線電壓互感器氣室A相側(cè)面法蘭爆開(kāi)，氣室內(nèi)屏蔽罩、防潮劑隨爆炸氣浪噴出，地面、設(shè)備上落滿爆炸的粉塵，沒(méi)有找到氣室內(nèi)屏蔽罩固定螺絲；C相水平方向盤(pán)式絕緣出現(xiàn)裂紋，與B相氣室罐體間放電；打開(kāi)B相氣室檢查，盤(pán)式絕緣子母線端子屏蔽罩仍在母線端頭位置，但沒(méi)有安裝固定螺絲。打開(kāi)C相氣室檢查，盤(pán)式絕緣母線端頭沒(méi)有安裝屏蔽罩。其它氣室SF6氣體壓力仍正常，甲乙線避雷器均沒(méi)有動(dòng)作。

從組合電器充電到發(fā)生事故僅26 h。利用回收少量的殘余氣體測(cè)得的SO24.5 μl/L，H2S 2.2μl/L從數(shù)據(jù)分析，存在局部放電故障，而其它間隔沒(méi)有受到影響。

綜合分析是由于GIS組合電器預(yù)留電壓互感器氣室水平布置的A相盤(pán)式絕緣子母線端頭屏蔽罩沒(méi)有固定或安裝不牢，在安裝或運(yùn)輸中脫落，甚至可能在出廠時(shí)已脫落，C相盤(pán)式絕緣子母線端頭沒(méi)有安裝屏蔽罩，GIS組合電器充電后，電場(chǎng)分布嚴(yán)重不均，有較強(qiáng)的沿面放電。在系統(tǒng)雷電氣象用戶B相避雷器動(dòng)作后，A、C相電壓升高，導(dǎo)致GIS組合電器A、C相盤(pán)式絕緣子的沿面放電發(fā)展成灌通性對(duì)地放電，A、C相接地短路，C相盤(pán)式絕緣子被撕裂，對(duì)B相灌體放電，A相法蘭被電弧放電產(chǎn)生的高壓爆開(kāi)。

2.4 220 kV某一次變66 kV母差保護(hù)跳閘事故

2007年2月GIS組合電器某變電站Ⅰ段母線電壓互感器開(kāi)關(guān)氣室發(fā)生故障，事故前組合電器各氣室SF6氣體壓力正常，微水檢測(cè)合格。

事故后，GIS組合電器技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障氣室進(jìn)行分解產(chǎn)物試驗(yàn)，測(cè)得SO27.8μl/L、H2S5.1μl/L，該氣室SO2和H2S含量異常，可能存在局部放電故障，同時(shí)氣體H2S有濃厚的臭味，從而確定出故障部位，判斷出Ⅰ段母線電壓互感器開(kāi)關(guān)氣室放電。由此，發(fā)現(xiàn)SF6氣體中H2S是設(shè)備內(nèi)部固體絕緣材料熱解的特征分解產(chǎn)物。

66 kVGIS組合電器電壓互感器間隔水平放置的盤(pán)式絕緣子，由于上表面積灰、雜物很多，導(dǎo)致運(yùn)行中電場(chǎng)分布不均，沿面放電，在系統(tǒng)B相發(fā)生接地時(shí)，A、C相電壓升高，盤(pán)式絕緣子沿面放電發(fā)展為灌通性對(duì)地放電，系統(tǒng)兩相接地短路導(dǎo)致母差保護(hù)動(dòng)作跳閘。

2.5 66 kV某變電所故障

2005年8月，某變電所主變B相穿墻套管母線筒放電，從放電痕跡分析，認(rèn)為是遺留物放電，其主要特征是放一次電后遺留物運(yùn)動(dòng)一次，再加上差動(dòng)動(dòng)作時(shí)的放電，這樣在管臂上留下了多點(diǎn)不同位置的放電痕跡。從試驗(yàn)中放電現(xiàn)象分析，放電電壓忽高忽低表明放電氣隙不是固定氣隙既遺留物運(yùn)動(dòng)改變放電間隙。B相穿墻套管母線筒里確實(shí)有活動(dòng)的放電顆粒存在。技術(shù)人員并對(duì)幾個(gè)氣室進(jìn)行六氟化硫組分測(cè)試如下。

該1＃主母線氣室SO2和H2S含量異常，H2S1.2 μl/L，SO22.3 μl/L可能存在局部放電故障，從絕緣盆放電痕跡分析：據(jù)了解絕緣盆放電痕跡只是表面水印，并沒(méi)有破壞其絕緣，說(shuō)明灰塵搭小橋表面放電是最初放電原因。主要是安裝時(shí)沒(méi)有清理干凈，存在灰塵及遺留物，造成放電，差動(dòng)動(dòng)作(如圖1）。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，通過(guò)SF6氣體中SO2、H2S含量的檢測(cè)能檢出內(nèi)部早期故障，SF6電氣設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)SO2、H2S濃度范圍含量直接反應(yīng)了設(shè)備內(nèi)部放電性缺陷，對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備缺陷，放電時(shí)產(chǎn)生的SO2、H2S濃度將不同，需要我們區(qū)別不同情況分析和判斷。對(duì)于運(yùn)行設(shè)備，當(dāng)設(shè)備遭受明顯的過(guò)電壓沖擊時(shí)也應(yīng)及時(shí)檢測(cè)SO2、H2S含量，因此在故障的分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、運(yùn)行、檢修和其它試驗(yàn)等情況進(jìn)行綜合分析，以便做出更準(zhǔn)確的判斷。