SF6氣體分解物檢測在GIS設備診斷中的應用

楊璐蕾

摘 要 GIS設備的內部絕緣環境，在故障檢測中通過SF6氣體分解產物的分析，可以判斷設備相應的運作狀態，這種方式由于有著較強的抗干擾能力以及極高的靈敏度，在現場檢測分析中得到廣泛的應用。文章會分析不同方法來檢測SF6分解產物的特點，在現場運用合適的檢測方法和儀器，對進行耐壓測試之后的設備做相應的氣體成分分析，在得出的關于SF6產物的組成成分以及其體積分數的結果中判斷設備的狀態以及其潛在的故障分析。

關鍵詞 SF6氣體；分解物檢測；GIS設備；故障診斷

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0036-01

1 概述

GIS設備由于占地面積較小且運行較穩定，因此，在實踐中常常會被應用到維護電力系統的過程中。但是GIS設備內部的元件是由金屬殼構成，內里相對比較封閉，因此在早期發展時期很難在變電站發現其故障，因而造成了較大的損失，而后續對國內外研究機構深入研究GIS設備的內部狀態，對其變化進行檢測，避免事故的再一次發生。對其測試的試驗表明，在GIS設備中用SF6氣體分解物可以對設備的內部絕緣做出狀態評測以及故障爭端，這種形式由于其有效性也得到廣泛的應用。

SF6的化學性質穩定，并且具有不燃、無臭的特點。它的密度非常小，大概是空氣的5倍，在500℃以上能夠被分解，而如果實驗中被加入水分，那么其分解的速度便會上升。在GIS設備中，SF6氣體中會存在少量空氣等雜質成分，這些雜質可以在某種條件中反應成分解物，比如二氧化硅、硫化二氫等。因此，在這類現象的基礎上，通過測量分解產物所形成的體積分數可以判斷設備中可能存在的的故障然后發現故障的位置。通過一些列的模擬實驗，我們得出結論：首先，GIS設備中的主要特征成分是SO2和SOF2，而SOF2遇水分解后形成SO2。第二，設備的故障如果涉及到固體的絕緣，那么CF4將會形成明顯的增加形式并且一般會伴隨著H2S的形成。

2 SF6氣體分解產物的檢測技術以及其應用

2.1 SF6氣體分解產物的檢測技術

1）氣相色譜法。氣相色譜以惰性氣體為流動相，通過色譜分離技術并配合熱島監測器、氫火焰離子化檢測器等來對氣體樣品中的硫化物、含鹵素化合物等做相應的檢測，這種檢測方式靈敏度高，且產生的結果較為精確，大多會被用在實驗檢測分析中[1]。實驗室里主要會通過氣相色譜儀來分析SF6中的氣體雜質。

根據對SF6的現場氣體分析的規定，需要采用氣相色譜儀來進行，這種儀器一般會配有熱島監測器，通過它來檢測SF6中蘊含的SO2、SOF2等雜質成分。氣相色譜儀的便攜性可以幫助實現SF6中的設備空氣、CO2等成分在現場的檢測，但是由于色譜的檢測時間較長，并且容易受到環境的影響，因此會導致檢測的難度較高，這也表明氣相色譜法并不能有效檢測出對開關設備中SF6的氣體分解物，這也是其在現場檢測中的一大難點。

2）紅外吸收光譜法。紅外吸收光譜法會將紅外光穿透到樣品氣體中，然后觀察氣體中對紅外光的吸收狀況，在那之后開始計算其吸收的具體數量以及氣味測量后的體積分數，將得到的數據進行線性關系的總結。一般特定的氣體會對這種紅外吸收光譜產生較高的波動達到尖峰。紅外光譜的工作特征和化學鍵的振動有一定的關系。在紅外的光譜范圍里，幾乎可以涵蓋所有的氣體，他們都具有一定的吸收效應，包括本文中需要檢測的SF6以及其可能的分解產物，因此，可以采用這種吸收光譜的技術來對SF6中的混合氣體的體積分數做出？測量。

不過，這種檢測方法也存在著必然的缺陷。SF6以及其他某些分解的氣體吸收峰值上的表現較為類似，有時會產生交叉的狀況，需要采用較為標準的氣體來進行分析比較。有些標準氣體比如SOF4會不太穩定。紅外光源的強度相對比較低，檢測器上的不靈敏都讓其檢測效果無法與紫外可見光譜的方法相比。當然，這種方法的優點在于它不需要對氣體做出分離，所需要的樣氣含量較少，在分解定性的時候檢測時間較短，可以加入在線的檢測系統。

3）檢測管法。檢測管法，顧名思義，是需要進行化學反應來進行檢測的一種方法。它可以被用于檢測SF6氣體中分解產物的體積分數。它的測量原理在于需要引用化學反應以及物理吸附的效應來做氣體分析的方法。氣體的檢測管可以放入檢測劑，并且檢測管具有相應的刻度，檢測劑的形成是化學試劑被吸附到固體載體顆粒表面上加工而成的。在現場的檢測過程中，氣體檢測管會通過設備的壓力來進行取樣，然后與設備直接連接，在一定的時間內通過標定的流速將相應的氣體流過檢測管中，根據其產生的顏色變化來測量氣體濃度。但是檢測管中量程范圍之大，因此操作會比較簡便并且可以做到更加快速的分析。而檢測管小巧也方便攜帶，不需要進行后續的維護。雖然如此，但是其檢測精度較低，容易與不同的氣體產生影響。

4）電化學氣體傳感器。這種技術是在高溫的狀態下觀察氣體的化學反應，以此來改變傳感器中的輸出信號，確定氣體的體積分數以及組成成分。一般電化學傳感器會由傳感電極、反電極而組成，他們之間存在一個薄電解層來進行分隔處理。首先，氣體會通過細小的開孔與傳感器發生反應，然后到達傳感電極的表面。這種方式可以幫助電信號的產生，也能夠做好對電解質漏出現象的預防。傳感電極在氧化的原理的指導下，針對氣體中電極材料進一步催化氣體與電極之間產生的反應。通過電阻上流和氣體的體積分數之間的正比電流就能測出他們的電壓信號，然后在此基礎上計算氣體的體積。檢測儀器的反應速度之快，效率之高，雖然也會在實驗中造成交叉干擾等問題，但是在實際執行過程中頻繁的校準可以有效的防止這類現象的發生。

2.2 SF6氣體分解物在檢測技術的應用

1）檢測設備運行。正常的SF6氣體所處的環境具有極大的絕緣性，因此，在電氣設備中不會存在雜質分解物，在有電弧的斷路器室中，由于其分解速度快以及SF6本身擁有的高復合型使其不會出現明顯的分解物。但是電氣設備中如果出現缺陷，由于局部的放電現象將會使設備的熱度上升，這樣的狀況下定會產生大量的分解物，并且分解物產生的速率以及吸附的速率會達成平衡，在這種情況下SF6的濃度會加大，并且導致設備環境的惡化。因此，通過對SF6分解物的檢測可以有效的檢查出設備的故障。

2）檢測設備的故障。對于一些突發性的故障，它們產生較大的能量，因此設備內部的SF6的濃度便會急劇加大，在這種情況下我們可以利用檢測管的方法對故障點進行排查。然后對GIS設備中的分解產物做深入的分析，運用定性和定量的分析方法來判斷故障的類型，深入研究GIS設備中故障的特性，尋找更多的數據信息。

3）檢測耐壓試驗后的設備。GIS設備中的耐壓試驗過程里，運用對SF6的氣體分解物的測試來檢測耐壓試驗中的局放反應。在耐壓試驗中，GIS的電源會設置成串聯諧振的模式，在對設備進行擊穿時，由于電路會失去了諧振基礎，輸出電流則會相應的減少，試驗品的電壓也會產生迅速下降的現象。不過由于擊穿產生的電能量非常小，因此產生的SF6氣體分解產物的量級也不會太大。由于放電之后的設備內的吸附劑對SF6多分解的產物有較強的吸附作用，因此SF6的濃度檢測的靈敏度會相應的提高。

3 結論

SF6的應用可以準確地發現GIS設備中的故障點，并且在經過耐壓試驗后進行判斷，有效地找到設備的異常放電位置。目前，SF6氣體檢測方法面對突發性的故障效果較佳，也可以對故障的類型做出判斷。但是，由于GIS設備中的缺陷判斷依然存在著較多的限制，需要我們進行更多缺陷類型的模擬實驗，提出不同的缺陷與分解物的體積分數之間的關系，來指導對GIS設備的診斷和評估。

參考文獻

[1]季嚴松，王承玉，楊韌，等.SF6氣體分解產物檢測技術及其在GIS設備故障診斷中的應用[J].高壓電器，2011（2）：100-103，107.