SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)在故障排查中的應(yīng)用

洪文生

（國網(wǎng)馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243011）

經(jīng)驗(yàn)交流

SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)在故障排查中的應(yīng)用

洪文生

（國網(wǎng)馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243011）

介紹了某公司3起GIS設(shè)備典型內(nèi)部短路故障，根據(jù)故障前后對(duì)設(shè)備內(nèi)SF6氣體的分析及故障后對(duì)設(shè)備解體情況，分析了導(dǎo)致故障發(fā)生的原因及設(shè)備在工藝制造過程中所暴露的問題，并提出具體的防范措施，以保障電網(wǎng)設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

六氟化硫；制造工藝；閃絡(luò)；電弧燒灼

近年來，由于高壓電氣設(shè)備制造安裝工藝和內(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頻繁出現(xiàn)事故，SF6電氣設(shè)備故障可以分為放電和過熱兩大類，在常溫下SF6是無毒性的氣體，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、嚴(yán)重的可致命［1］。

馬鞍山供電公司在2003年、2008年、2010年先后發(fā)生3起典型的GIS電氣設(shè)備內(nèi)部短路故障，有隔離開關(guān)失靈過熱短路、母線絕緣短路和絕緣盆表面閃絡(luò)故障，同時(shí)分別發(fā)生在新東北、西開、平高三大國內(nèi)GIS知名生產(chǎn)廠家，現(xiàn)場檢測方法也經(jīng)歷了原始的“聞”、利用SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)到SF6色譜檢測技術(shù)的質(zhì)的飛躍，馬鞍山供電公司在SF6設(shè)備氣體檢測和故障定位處理方面也積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。

1 故障案例1

1.1 故障簡介

故障發(fā)生在2003年10月10日，110 kV東郊變GIS設(shè)備8001號(hào)間隔氣室發(fā)生內(nèi)部短路故障，是一起隔離開關(guān)引起的金屬接地故障，由于該配電裝置是馬鞍山地區(qū)首套GIS設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)和檢修經(jīng)驗(yàn)不足，加之當(dāng)時(shí)沒有行之有效的現(xiàn)場檢測手段，只有依賴技術(shù)人員現(xiàn)場處理，廠方也沒有好的檢測方法，只能去聞?dòng)袥]有刺鼻的氣味，未留下現(xiàn)場檢測記錄，如圖1故障情況。

圖1 GIS設(shè)備故障情況（a）——燒灼情況；（b）——故障點(diǎn)位置

1.2 故障原因分析

故障氣室經(jīng)解體后觀察分析故障原因，8001號(hào)間隔閘刀拐臂安裝角度不合適，閘刀接觸不到位，接觸電阻過大引起的觸頭發(fā)熱過渡到電弧放電，幸運(yùn)的是沒有波及到內(nèi)部絕緣盆，使得故障搶修時(shí)間大為縮短，這是一起典型的廠家工作人員工作責(zé)任心不到位、安裝工藝粗放而引發(fā)的故障，值得反思，這也是安徽省電力系統(tǒng)首發(fā)的GIS組合電器故障［2］。

2 故障案例2

2.1 故障簡介

故障發(fā)生在2008年7月3日16：25，馬鞍山公司恒興變220 kV母差動(dòng)作，切除Ⅱ母上的當(dāng)恒4836號(hào)、萬恒4824號(hào)、上恒4816號(hào)、2號(hào)主變4802號(hào)及母聯(lián)2800號(hào)、分段2200號(hào)斷路器，上湖變4816號(hào)、當(dāng)涂變4836號(hào)斷路器也同時(shí)遠(yuǎn)跳，事故造成大面積停電。故障發(fā)生后檢測人員立即攜帶分解產(chǎn)物檢測儀和相關(guān)專業(yè)人員迅速趕到事故現(xiàn)場，先后用觸摸、紅外測溫、故障錄波、利用SF6分解產(chǎn)物檢測儀查找故障氣室。在測試的過程發(fā)現(xiàn)220 kVⅡB母（三相共箱式）1號(hào)氣室有大量氣體分解產(chǎn)物，其它的ⅡB母2號(hào)氣室、ⅡB母3號(hào)氣室檢測正常，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 220 kVⅡB母氣室分解產(chǎn)物含量檢測數(shù)據(jù)uL／L

通過分解產(chǎn)物的測定初步判斷220 kVⅡB母1號(hào)氣室為故障氣室，此時(shí)離故障發(fā)生還不到2 h。當(dāng)晚22時(shí)許，安徽省公司生技部及電科院的專家也攜帶高精度檢測儀到達(dá)故障現(xiàn)場，經(jīng)電科院專家復(fù)檢后，確診ⅡB母1號(hào)氣室為故障氣室。檢測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 220 kVⅡB母1號(hào)氣室氣室SF6色譜檢測數(shù)據(jù)

2.2 故障原因分析

在西開廠的配合下，對(duì)故障氣室進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)位于4836號(hào)間隔與2800號(hào)間隔之間母線筒內(nèi)有短路放電燒燭現(xiàn)象，并伴有大量的SF6氣體分解產(chǎn)物，現(xiàn)場能聞到SO2的刺鼻味，B相母線支撐絕緣子有嚴(yán)重的燒燭發(fā)黑現(xiàn)象，證明存在固體絕緣材料分解。檢測數(shù)據(jù)中CF4含量高達(dá)0.16%也能反證該故障存在絕緣材料分解（故障情況如圖2、圖3）。

圖2 母線筒內(nèi)故障點(diǎn)位置

圖3 母線B相支持絕緣子燒灼情況

根據(jù)現(xiàn)場解體檢查，同時(shí)結(jié)合相關(guān)檢測數(shù)據(jù)綜合判斷分析，造成這次事故的主要原因?yàn)锽相母線支撐絕緣子存在制造工藝質(zhì)量問題，在高電場條件下絕緣沿面放電，逐步累積進(jìn)而造成單相接地故障。

該故障的定位也是首次應(yīng)用氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)成功范例，實(shí)踐證明，通過SF6氣體中SO2、H2S含量的檢測能檢出內(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映了設(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)備遭受明顯的過電壓沖擊時(shí)也應(yīng)及時(shí)檢測SO2、H2S含量，因此在故障分析時(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［3］。

3 故障案例3

3.1 故障簡介

故障發(fā)生在2010年11月27日晚，220 kV上湖變110 kV GIS設(shè)備Ⅱ母母差動(dòng)作，110 kVⅡ母失電。專業(yè)人員立即對(duì)設(shè)備外觀檢查，110 kVⅡ母側(cè)所有隔離開關(guān)氣體密度繼電器壓力值正常，檢測人員利用SF6氣體分解產(chǎn)物測試儀對(duì)故障氣體進(jìn)行分析排查，發(fā)現(xiàn)8882號(hào)隔離開關(guān)氣室SO2含量超過100 μL／L、H2S含量0.8 μL／L；再通過隔離開關(guān)觀察窗發(fā)現(xiàn)110 kV 8882號(hào)隔離開關(guān)C相窗口處有白色粉末狀固體物，疑似故障過程中SF6與絕緣有機(jī)材料在閃絡(luò)的高溫作用下反應(yīng)生成的產(chǎn)物。同時(shí)其它與110 kVⅡ母相關(guān)的氣室未見異常。通過上述檢查結(jié)合繼電保護(hù)記錄信息初步判斷為該C相氣室內(nèi)部存在故障，立即安排對(duì)該間隔設(shè)備進(jìn)行停電檢修。

3.2 故障原因分析

a.通過SF6氣體分解產(chǎn)物測試儀對(duì)8882號(hào)隔離開關(guān)氣室氣體進(jìn)行分析，檢測結(jié)果顯示SO2大于100 μL／L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SO2≤10 μL／L的標(biāo)準(zhǔn)，故判斷該氣室為故障氣室。

b.解體前再次對(duì)故障設(shè)備C相進(jìn)行SF6色譜分析，SF6含量低于99.8%，Air、CF4及SO2濃度有明顯的增加。檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 8882號(hào)氣室SF6色譜檢測分析結(jié)果表

c.工作人員采用SF6氣體專用取樣瓶對(duì)故障氣體進(jìn)行取樣，利用傅立葉紅外光譜儀對(duì)上湖變故障設(shè)備內(nèi)氣體進(jìn)行了檢測，以全面了解故障后多種分解產(chǎn)物的分布情況，紅外光譜法分解產(chǎn)物檢測技術(shù)是目前最為先進(jìn)的技術(shù)［4］；該方法的實(shí)際應(yīng)用為設(shè)備中潛伏性故障的判斷積累了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其檢測數(shù)據(jù)和譜圖如圖4所示。

圖4 8882號(hào)氣室SF6傅立葉紅外光譜分析譜圖

d.通過對(duì)返回平高公司的故障氣室解體檢查發(fā)現(xiàn)：8882號(hào)C相盆子上部約有1／2扇面的電弧燒灼痕跡，發(fā)現(xiàn)同批次設(shè)備8882號(hào)A相、8882號(hào)B相盆子密封圈內(nèi)、外兩側(cè)均涂有較多硅脂，且部分硅脂已發(fā)生融化，盆子表面上部有硅脂流過的痕跡，且部分硅脂已發(fā)生融化，并流向絕緣子外側(cè)。同時(shí)經(jīng)過對(duì)故障盆子進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，結(jié)果正常，排除了盆子本身的質(zhì)量問題。由于該GIS設(shè)備中使用的密封材料為硅脂，其短時(shí)電氣強(qiáng)度很高，但在工作電壓的長期作用下，會(huì)發(fā)生電離、老化等過程，從而使其電氣強(qiáng)度大幅度下降。圖5為A相盆子密封圈上硅脂過多，溫度升高表面硅脂流過的痕跡，圖6為C相盆子閃絡(luò)后，觸頭上附著大量白色粉末。

圖5 A相盆子密封圈

圖6 C相盆子觸頭

4 SF6氣體氣體檢測技術(shù)的展望

運(yùn)行SF6電氣設(shè)備，時(shí)時(shí)刻刻都受到各種因素的干擾，如SF6氣體水分含量、環(huán)境溫度的變化、零部件位移時(shí)產(chǎn)生的微小雜質(zhì)顆粒以及設(shè)備本身開合時(shí)產(chǎn)生的電弧等。對(duì)于氣體絕緣設(shè)備SF6氣體的檢測，現(xiàn)有的檢測手段仍然存在著局限性。SF6氣體水分、SF6氣體泄漏等檢測手段不能全面反映設(shè)備的運(yùn)行狀況。多起SF6電氣設(shè)備故障中，故障氣室內(nèi)SF6氣體水分含量均合格，水分含量在運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，甚至低于交接試驗(yàn)值的判斷標(biāo)準(zhǔn)。如220 kV恒興變4802號(hào)斷路器跳閘故障中，故障氣室的微水含量110 μL／L；220 kV上湖變8882號(hào)閘刀氣室故障中，故障氣室的微水含量僅為84 μL／L。這些故障氣室的SF6水分含量均小于300 μL／L的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，也小于150 μL／L的交接試驗(yàn)值標(biāo)準(zhǔn)。但SF6電氣設(shè)備故障氣室沒有表現(xiàn)出SF6氣體水分超標(biāo)，僅依靠水分含量檢測無法判斷SF6電氣設(shè)備故障，很難發(fā)現(xiàn)潛伏性故障。SF6氣體水分含量、SF6氣體泄漏等傳統(tǒng)檢測手段僅對(duì)因水分含量增大、超標(biāo)或SF6泄漏等引起的電氣設(shè)備故障具有判斷能力，對(duì)于其他故障原因的判斷存在局限性［5］。只有增加新的檢測手段，將SF6分解產(chǎn)物儀、便攜式色譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、紅外光譜儀、動(dòng)態(tài)離子測試儀等高精檢測儀器應(yīng)用到SF6氣體檢測中來，研發(fā)新的檢測技術(shù)，進(jìn)而優(yōu)化各種SF6氣體檢測方法，對(duì)SF6氣體中空氣、CF4、CO、CO2、SO2、H2S、SOF2、SO2F2等雜質(zhì)和分解產(chǎn)物進(jìn)行檢測，才能更加全面的評(píng)價(jià)SF6氣體質(zhì)量，掌控SF6電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。

5 結(jié)束語

隨著特高壓工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)電氣設(shè)備的絕緣性能要求也越來越高。應(yīng)更加重視電氣設(shè)備制造工藝中的每個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)新材料新設(shè)計(jì)有更高的要求，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)造、安裝和運(yùn)行維護(hù)全方位監(jiān)督管理，才能確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過測定SF6氣體分解產(chǎn)物的組分和含量來診斷SF6電氣設(shè)備存在的潛伏性故障，能夠做到早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早決策，為智能電網(wǎng)建設(shè)和設(shè)備的狀態(tài)檢修提供科學(xué)的技術(shù)支撐［6］。

［1］ GB／T12022—2006，工業(yè)六氟化硫［S］.

［2］ DL／T596—1996，六氟化硫電氣設(shè)備氣體監(jiān)督導(dǎo)則［S］.

［3］ 張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：1-3.

［4］ 祁 炯，范明豪，蘇鎮(zhèn)西，等.六氟化硫氣體監(jiān)督管理及回收處理的若干問題［C］.2009年電力工業(yè)節(jié)能減排學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2009.

［5］ Q／GDW 471—2010，運(yùn)行電氣設(shè)備中六氟化硫氣體質(zhì)量監(jiān)督與管理規(guī)定［S］.

［6］ 洪 鶴，李 斌，魯旭臣.組合電器狀態(tài)檢測新技術(shù)在遼寧電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（8）：49-55.

Decomposition Products of Sulfur Hexafluoride Detection Technology in Practical Application Troubleshooting

HONG Wen?sheng
（State Grid Maanshan Electric Power Supply Company，Maanshan，Anhui 243011，China）

The article describes three typical internal short circuit faults of the GIS equipment.cording to the failure analysis and e?quipment SF6gas inside the disintegration of the equipment，the reasons led to the failure and manufacturing process problems exposed in the equipment processing are analyzed，specific preventive measures are proposed to ensure a safe and reliable operation of power grid equipment.

Sulfur hexafluoride；Manufacturing process；Flashover；Arc burning

TM507

A

1004-7913（2015）03-0028-04

洪文生（1966—），男，高級(jí)技師，工程師，從事電力系統(tǒng)油氣監(jiān)督與管理工作。

2015-01-09）