SF6氣體分解產(chǎn)物診斷GIS設(shè)備故障的應(yīng)用探析

唐峰

摘要：文章闡述了SF6氣體分解物產(chǎn)生的原因，并且通過分解物的相關(guān)分析，提出了利用SF6氣體分解產(chǎn)物診斷GIS等設(shè)備內(nèi)部故障，實(shí)踐表明，利用檢測(cè)SF6氣體分解產(chǎn)物的組分和含量來判斷GIS內(nèi)部故障，對(duì)電力企業(yè)GIS的運(yùn)行監(jiān)測(cè)及故障診斷具有很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：SF6；氣體分解物；GIS設(shè)備；內(nèi)部故障；運(yùn)行監(jiān)測(cè)；故障診斷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM206 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.030

1 概述

GIS是發(fā)電企業(yè)最常用的封閉型組合電器之一，GIS將變電站包括的隔離設(shè)備、斷路器、互感器、接地開關(guān)、母線等除變壓器之外的所有一次設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化組合，封閉在具有金屬接地的一個(gè)外殼內(nèi)；在封閉過程，注入具備良好絕緣性能和滅弧性能，并且具備一定純度的SF6氣體作為設(shè)備的絕緣、滅弧介質(zhì)。但是GIS內(nèi)部構(gòu)件發(fā)生過熱、放電等情況，容易導(dǎo)致SF6氣體成分的微小變化，如果GIS中SF6氣體純度滿足不了要求時(shí)，SF6性能急劇下降，容易造成故障。

2 GIS等設(shè)備內(nèi)SF6氣體分解產(chǎn)物的產(chǎn)生原因

GIS設(shè)備在正常工作過程中，在斷路器的GIS的絕緣材料是SF6氣體和絕緣時(shí)體，由熱固性環(huán)氧樹脂和拉桿在乙烯弧室；其他設(shè)備和用作轉(zhuǎn)彎層絕緣和電容器層聚酯乙烯、紙及油漆。SF6氣體當(dāng)溫度高于500℃，它開始分解并接通之后；夾層與聚酯乙烯、紙及涂料，為約120℃。熱解溫度對(duì)于SF6設(shè)備的正常運(yùn)行，只要內(nèi)部低于80℃，分解產(chǎn)物不會(huì)產(chǎn)生。斷路器分、合閘過程產(chǎn)生電弧很高的溫度，一般超過2000℃，這樣，SF6生成帶電離子和分子的高溫，但由于分、合閘速度，而且還具有滅弧效率的功能，所以該帶電離子和力矩的化合物轉(zhuǎn)化SF6，超過99.9%的化合物復(fù)合率和SF6氣體固體絕緣材料不顯著分解，吸附劑產(chǎn)生少量的分解產(chǎn)物置于吸收的頂部。因此，用于斷路器的正常操作，在打開和關(guān)閉一個(gè)星期后，在氣室中的分解產(chǎn)物的含量不大于1畝升/升。但局部放電和在裝置內(nèi)部的嚴(yán)重過熱故障的存在，會(huì)使絕緣材料和固體故障區(qū)域S的氣體分解，產(chǎn)生硫化物、氟化物和碳化物。

GIS設(shè)備造成電弧放電、火花放電、電暈或部分放電的原因很多，主要存在環(huán)節(jié)和過程在于其儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝中部件松動(dòng)，設(shè)備電極表面存在劃痕；GIS設(shè)備安裝存在技術(shù)性偏差，電極表面的缺陷，存在導(dǎo)電粒子或者一些工具遺忘在設(shè)備內(nèi)部等，這些原因?qū)⒖赡茉斐煞烹姽收?。研究表明，單純的SF6氣體具有一般條件下的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，可以與其他物質(zhì)只在極端條件下，如高溫下的放電反應(yīng)，材料消耗??和產(chǎn)物反應(yīng)取決于接觸和SF6氣體的能量，氣體放電故障的主要原因是SF6分解的發(fā)生，有三個(gè)主要的形式：電弧放電、火花放電、電暈放電或局部放電。

第一，在電弧放電中，溫度往往達(dá)到20000K，將產(chǎn)生的氣體的熱分解現(xiàn)象。高溫SF6和其分解產(chǎn)物會(huì)與金屬發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氟化物。在分解產(chǎn)物，SOF2主要是穩(wěn)定的分解產(chǎn)物；CF4形成在與有機(jī)材料的電弧觸頭；SO2是由SOF2的水解形成的。

第二，在火花放電能量相對(duì)電弧放電低，SOF2是主要的分解產(chǎn)物；SO2F2的體積分?jǐn)?shù)比電弧放電增加；SF4最初的重要產(chǎn)品是在火花放電時(shí)產(chǎn)生。

第三，在電暈或部分放電，SO2F2相對(duì)電弧放電，火花放電情況的體積分?jǐn)?shù)要高得多，可以用作一個(gè)特征電暈或低能量放電的主要?dú)怏w產(chǎn)品。作為放電能量降低（從電弧到火花），隨SO2F2的體積分?jǐn)?shù)增加而增加。電暈放電存在痕量水和氧氣，所述穩(wěn)定的氣體是以SOF2，SO2F2和SOF4為前提。而信號(hào)特征，隨電弧放電和火花放電持續(xù)時(shí)間和放電能量的不同而不同，但排出的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)結(jié)果是相似的，所以該機(jī)制與試驗(yàn)結(jié)果和這兩種放電故障類型中描述分析一致。

據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)分析得知，GIS電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)分解產(chǎn)生的一些硫化物為SF4、SOF2、SO2、SO2F2、H2S、S2OF10和S2F10等；氟化物分解物為CF4、ALF3、HF、WF6和CuF2等；碳化物會(huì)有CO2、CO和一些低分子烴等。

3 SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測(cè)

SF6具有的分子結(jié)構(gòu)是??在正常工作條件下，電氣設(shè)備非常穩(wěn)定（低于0.8兆帕，-40℃～80℃），SF6不與金屬材料（例如不銹鋼、鋁、銅、銀、硅鋼、黃銅、低碳鋼等）和有機(jī)固體材料（如玻璃、樹脂等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一般200℃以上以及電弧放電熱效應(yīng)狀態(tài)下，SF6氣體化學(xué)分解成固體、氟化金屬以及氣體。這是分析的理論基礎(chǔ)。

對(duì)于氣體絕緣設(shè)備的潛在故障診斷里面，設(shè)備事故發(fā)生后，故障定位，SF6氣體的分解受到外部環(huán)境干擾檢測(cè)具有體積小、靈敏度高、精度好等特點(diǎn)。SF6斷路器，GIS等設(shè)備由于SF6氣體絕緣電氣設(shè)備展覽會(huì)開幕充電檢測(cè)工作SF6氣體的分解產(chǎn)物，氣體絕緣安全隱患的設(shè)備運(yùn)行故障調(diào)查。

目前，檢測(cè)的分解產(chǎn)物SF6氣體的分解產(chǎn)物和分析的方法有總檢測(cè)器法、氣相色譜法、紅外吸收光譜、電化學(xué)傳感器、檢測(cè)管和動(dòng)態(tài)離子方法。

GIS放電作用下的SF6氣體分解與還原如圖1所示：

4 利用SF6氣體分解產(chǎn)物診斷GIS等設(shè)備內(nèi)部故障分析

4.1 對(duì)SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)情況分析

通過對(duì)12臺(tái)42間隔168氣室數(shù)據(jù)可以看出，S0：+SOF檢測(cè)氣室有153個(gè)，占72.2%，0-1/L共56室，占26.4%；HS未檢測(cè)出的總共107個(gè)氣室，占63.7%，0～1L/L為五氣室，占2.3%；高頻未檢測(cè)存在總共109個(gè)氣室，占64.9%，0～1L/L為兩室，占0.9%。有一個(gè)氣室SOF、HF和CO含量異常高，檢查后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)生超溫故障。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在正常運(yùn)行中GIS型設(shè)備，所以SO+SOF、HS、HF三組一般不超過1的含量，SO2+SOF2最大不應(yīng)超過2/L；CO含量一般不超過100L/L，最高不應(yīng)超過200L/L。

4.2 診斷案例分析

放電故障設(shè)備的SF6組合電器，放電部位為開關(guān)B相氣室，設(shè)備電壓等級(jí)是220千伏：切換正常關(guān)閉操作約1分鐘，開關(guān)故障跳閘保護(hù)動(dòng)作，據(jù)記載，刀門B相的故障電流是大約為10kA，在設(shè)備內(nèi)存在20kg的氣體，在此期間的300毫秒的故障電弧的時(shí)間段。通過拆卸檢查中發(fā)現(xiàn)的刀開關(guān)動(dòng)觸頭均壓帽脫落，還有表面放電的明顯跡象。在銅-W接觸觸頭公式計(jì)算中。通過分解產(chǎn)物的產(chǎn)生的故障情況：

式中：

I——電流強(qiáng)度，單位是kA

t——燃弧時(shí)間，單位是s

m——充氣重量，單位是kg

146——SF6分子量

22.4——標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體摩爾體積，單位是L

實(shí)際測(cè)試的分解產(chǎn)物量為783.4，該實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較接近。

5 結(jié)語(yǔ)

SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)的快速、準(zhǔn)確分析是判斷GIS設(shè)備內(nèi)部故障的重要手段，應(yīng)建立正常機(jī)制的分解產(chǎn)物的檢測(cè)工作，定期檢測(cè)GIS和其他設(shè)備的分解產(chǎn)物，并結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)，操作進(jìn)行維護(hù)，綜合分析電氣測(cè)試，保護(hù)和故障記錄的情況，不斷提高故障判斷和處理的能力。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：陳 倩）