淺析檢測電力設備中SF6氣體分解產物進行故障診斷的應用

錢念 白祥宇 康寧

摘要：SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，廣泛應用于斷路器和CS設備。當電氣設備在絕緣故障時，SF6氣體會分解成SO2HS等產品，通過檢測這些分解產物的含量，可以對電氣設備絕緣故障進行診斷。闡述了SF6氣體的分解機理，分析了故障診斷技術中分解的測試技術和診斷方法。

關鍵詞：SF6氣體;絕緣;分解;故障;診斷

引言

以SF6氣體為絕緣介質的電力設備在實際應用中逐漸取代了其他類型的設備，其生產工藝及相關技術也越來越完善。然而，由于電力設備的老化和缺陷，電力設備的安全隱患尚未完全消除，對電網的穩定運行構成了威脅。通過檢測技術及時發現電力設備的缺陷，特別是對其內部故障的監測，具有十分重要的意義。目前，氣體分解產物檢測是電力系統中電力設備內部故障檢測的一種可行、有效的方法，在實踐中得到了廣泛應用。實踐證明，將S6F氣體分解產物檢測與局部放電試驗、絕緣電阻試驗相結合，可以成功診斷電力設備內部絕緣故障。

1 SF6分解產物的機理

在動力設備的正常運行中，SF6氣體非常純凈，其化學性質相當穩定。滅弧過程中分解的低氟產品可立即還原為SF6，重組率達998%以上。在電氣設備絕緣失效時，由于產生電火花、電暈等現象，溫度非常高，SF6氣體分解成SF3，SF等低氟化合物在氣體中與微量的水、氧、金屬和絕緣材料發生反應，會產生數十種化合物。這些化合物包括SO2、H2S、CF4、HF、SO2F2、SOF2、AIF3、CuF2等。這些產品與電力設備發生的故障類型有對應關系。在目前的氣體檢測技術中，SO2、HS、HF、CF等氣體的檢測技術比較成熟，便于取樣，通常將這些氣體作為電力設備故障特征氣體。

其中HF是一種強酸氣體，溶于水中的氣體容易進一步腐蝕電力設備中的金屬部件和絕緣材料，導致氟化物較多。因此，絕緣失效后，HF含量會隨著時間的推移而降低。HF含量的現場測試數據應考慮到這一因素。在故障過程中，由于能量較高，固體絕緣材料會分解成HS，通常放電能量越高，其含量越高。電力設備中出現電弧時，絕緣材料容易產生一些CF氣體，電弧燒到固體絕緣材料時，C元素的源就會分解。正常運行時，動力設備內部有一定量的CF氣體，其體積分數是明確規定的。但CF4氣體在絕緣失效后會發生顯著變化，因此也可作為故障診斷的特征氣體。

2 SF6分解產物檢測技術

2.1氣相色譜法

氣相色譜法是監測氣體的常用方法。它采用惰性其他作為流動相，結合熱導率檢測、火焰光度檢測、電子捕獲等方法對樣品中的硫化合物、鹵素化合物和電負性化合物進行監測。該方法精度高，廣泛應用于實驗室氣體檢測。在電力企業對SF6進行現場檢測時，通常選用具有熱導檢測原理的氣相色譜儀來監測SF6分解產物的成分，通常對CF氣體和CO2氣體都有很好的檢測效果。但由于這種監測方法耗時較長，且檢測結果受環境因素影響較大，在電力設備SF6分解產物的檢測中并不常用。

2.2紅外吸收光譜法

紅外吸收光譜的原理是，當紅外光穿過氣體樣本，樣本氣體吸收紅外線的一部分，和樣品的其他內容有一定的關系，吸收紅外線，所以樣品的紅外吸收光譜氣體可以通過實驗獲得的。氣體的紅外吸收光譜上出現的峰值可以找到對應的吸收峰和特征頻率。氣體的吸收作用可用于檢測SF6分解氣體的含量。這種檢測方法不需要分離混合氣相，需要的氣體樣品較少，可以同時完成多個氣體檢測結果，測試過程短，可用于電力設備絕緣在線監測系統。然而，由于SF6部分分解氣體的吸收峰接近，檢測靈敏度低，測試數據的準確性受到限制。

2.3電化學氣體傳感器法

電化學氣體傳感器法是利用其他被測的催化生化反應中，傳感器兩電極之間的電流與氣體的含量成正比，然后得到被測氣體的組成和含量。該方法具有檢測速度快、數據處理方便等優點，已應用于電力設備的現場檢測。但該方法所使用的傳感器與被測氣體發生反應，使用壽命不長，且存在一定的零點漂移，因此在應用過程中需要頻繁校準儀器。

3 SF6分解產物檢測的應用

3.1運行設備的檢測

電力設備的正常運行，SF6斷路器分裂時只產生某些物質分解和分裂，及其復合速度非常快，復合率也很高，加上設備配備吸附劑，所以不會有大量的分解產品內的設備。而如果動力設備有缺陷，內部局部放電或過熱現象，設備就會產生大量分解，其含量高于正常值，并隨著缺陷的惡化而增加。因此，通過檢測運行設備中SF6氣體中分解物質的含量，可以及時發現電力設備的缺陷。

3.2故障設備的檢測

對于失效的設備，其設備艙內分解物的體積分數明顯高于正常值。利用探測管法可以初步判斷分解氣體的類型和體積分數。采樣后，在實驗室對氣體含量進行高精度檢測，獲得其類型和比體積分數。根據氣體特征分量與故障類型的對應關系，為分析判斷故障類型提供了重要參考。

4 結語

SF6分解產品檢測技術可以提前檢測SF6電源設備內部缺陷。特別是在電力設備突然故障后，SF6分解產品檢測技術能夠快速定位故障。SF6分解產品的類型和體積分數數據可為判斷設備故障類型提供重要參考。該技術對電力設備的狀態評估和故障診斷具有重要意義。

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