SF6氣體分解產物診斷GIS設備故障的應用探析

唐峰

摘要：文章闡述了SF6氣體分解物產生的原因，并且通過分解物的相關分析，提出了利用SF6氣體分解產物診斷GIS等設備內部故障，實踐表明，利用檢測SF6氣體分解產物的組分和含量來判斷GIS內部故障，對電力企業GIS的運行監測及故障診斷具有很好的指導意義。

關鍵詞：SF6；氣體分解物；GIS設備；內部故障；運行監測；故障診斷 文獻標識碼：A

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

1 概述

GIS是發電企業最常用的封閉型組合電器之一，GIS將變電站包括的隔離設備、斷路器、互感器、接地開關、母線等除變壓器之外的所有一次設備進行優化組合，封閉在具有金屬接地的一個外殼內；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氣體作為設備的絕緣、滅弧介質。但是GIS內部構件發生過熱、放電等情況，容易導致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，SF6性能急劇下降，容易造成故障。

2 GIS等設備內SF6氣體分解產物的產生原因

GIS設備在正常工作過程中，在斷路器的GIS的絕緣材料是SF6氣體和絕緣時體，由熱固性環氧樹脂和拉桿在乙烯弧室；其他設備和用作轉彎層絕緣和電容器層聚酯乙烯、紙及油漆。SF6氣體當溫度高于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℃。熱解溫度對于SF6設備的正常運行，只要內部低于80℃，分解產物不會產生。斷路器分、合閘過程產生電弧很高的溫度，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化SF6，超過99.9%的化合物復合率和SF6氣體固體絕緣材料不顯著分解，吸附劑產生少量的分解產物置于吸收的頂部。因此，用于斷路器的正常操作，在打開和關閉一個星期后，在氣室中的分解產物的含量不大于1畝升/升。但局部放電和在裝置內部的嚴重過熱故障的存在，會使絕緣材料和固體故障區域S的氣體分解，產生硫化物、氟化物和碳化物。

GIS設備造成電弧放電、火花放電、電暈或部分放電的原因很多，主要存在環節和過程在于其儲存、運輸、安裝中部件松動，設備電極表面存在劃痕；GIS設備安裝存在技術性偏差，電極表面的缺陷，存在導電粒子或者一些工具遺忘在設備內部等，這些原因將可能造成放電故障。研究表明，單純的SF6氣體具有一般條件下的化學穩定性優異，可以與其他物質只在極端條件下，如高溫下的放電反應，材料消耗??和產物反應取決于接觸和SF6氣體的能量，氣體放電故障的主要原因是SF6分解的發生，有三個主要的形式：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，溫度往往達到20000K，將產生的氣體的熱分解現象。高溫SF6和其分解產物會與金屬發生反應，形成金屬氟化物。在分解產物，SOF2主要是穩定的分解產物；CF4形成在與有機材料的電弧觸頭；SO2是由SOF2的水解形成的。

第二，在火花放電能量相對電弧放電低，SOF2是主要的分解產物；SO2F2的體積分數比電弧放電增加；SF4最初的重要產品是在火花放電時產生。

第三，在電暈或部分放電，SO2F2相對電弧放電，火花放電情況的體積分數要高得多，可以用作一個特征電暈或低能量放電的主要氣體產品。作為放電能量降低（從電弧到火花），隨SO2F2的體積分數增加而增加。電暈放電存在痕量水和氧氣，所述穩定的氣體是以SOF2，SO2F2和SOF4為前提。而信號特征，隨電弧放電和火花放電持續時間和放電能量的不同而不同，但排出的結構和試驗結果是相似的，所以該機制與試驗結果和這兩種放電故障類型中描述分析一致。

據國內外相關數據分析得知，GIS電氣設備內部發生故障時分解產生的一些硫化物為SF4、SOF2、SO2、SO2F2、H2S、S2OF10和S2F10等；氟化物分解物為CF4、ALF3、HF、WF6和CuF2等；碳化物會有CO2、CO和一些低分子烴等。

3 SF6氣體分解產物的檢測

SF6具有的分子結構是??在正常工作條件下，電氣設備非常穩定（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）和有機固體材料（如玻璃、樹脂等）發生化學反應。一般200℃以上以及電弧放電熱效應狀態下，SF6氣體化學分解成固體、氟化金屬以及氣體。這是分析的理論基礎。

對于氣體絕緣設備的潛在故障診斷里面，設備事故發生后，故障定位，SF6氣體的分解受到外部環境干擾檢測具有體積小、靈敏度高、精度好等特點。SF6斷路器，GIS等設備由于SF6氣體絕緣電氣設備展覽會開幕充電檢測工作SF6氣體的分解產物，氣體絕緣安全隱患的設備運行故障調查。

目前，檢測的分解產物SF6氣體的分解產物和分析的方法有總檢測器法、氣相色譜法、紅外吸收光譜、電化學傳感器、檢測管和動態離子方法。

GIS放電作用下的SF6氣體分解與還原如圖1所示：

4 利用SF6氣體分解產物診斷GIS等設備內部故障分析

4.1 對SF6氣體分解產物檢測情況分析

通過對12臺42間隔168氣室數據可以看出，S0：+SOF檢測氣室有153個，占72.2%，0-1/L共56室，占26.4%；HS未檢測出的總共107個氣室，占63.7%，0～1L/L為五氣室，占2.3%；高頻未檢測存在總共109個氣室，占64.9%，0～1L/L為兩室，占0.9%。有一個氣室SOF、HF和CO含量異常高，檢查后，發現設備發生超溫故障。

統計數據表明，在正常運行中GIS型設備，所以SO+SOF、HS、HF三組一般不超過1的含量，SO2+SOF2最大不應超過2/L；CO含量一般不超過100L/L，最高不應超過200L/L。

4.2 診斷案例分析

放電故障設備的SF6組合電器，放電部位為開關B相氣室，設備電壓等級是220千伏：切換正常關閉操作約1分鐘，開關故障跳閘保護動作，據記載，刀門B相的故障電流是大約為10kA，在設備內存在20kg的氣體，在此期間的300毫秒的故障電弧的時間段。通過拆卸檢查中發現的刀開關動觸頭均壓帽脫落，還有表面放電的明顯跡象。在銅-W接觸觸頭公式計算中。通過分解產物的產生的故障情況：

式中：

I——電流強度，單位是kA

t——燃弧時間，單位是s

m——充氣重量，單位是kg

146——SF6分子量

22.4——標準狀況下氣體摩爾體積，單位是L

實際測試的分解產物量為783.4，該實測值與理論計算值比較接近。

5 結語

SF6分解產物檢測的快速、準確分析是判斷GIS設備內部故障的重要手段，應建立正常機制的分解產物的檢測工作，定期檢測GIS和其他設備的分解產物，并結合設備結構，操作進行維護，綜合分析電氣測試，保護和故障記錄的情況，不斷提高故障判斷和處理的能力。

參考文獻

[1] 王軍香.SF6氣體分解產物的檢測在電氣設備故障診斷中的應用[J].四川水力發電，2014，8（33）.

[2] 苗玉龍，等.放電條件下六氟化硫氣體分解產物變化情況的研究[J].高壓電器，2012，45（8）.

（責任編輯：陳 倩）