開關設備中SF6氣體分解產物檢測的應用

康寧 項東 于文海

關鍵詞：開關設備;SF6氣體分解產物;檢測應用

引言：

封閉式絕緣金屬開關是一種使用具有優良保護性能的SF6氣體作為保護裝置的集成電氣裝置，它對現場安裝有嚴格的要求。本文討論了SF6氣體檢測在開關設備中的使用。

1 SF6電氣設備內SF6氣體分解產物的產生與危害

SF6電氣設備可分為兩大類：有電弧產生的斷路器和無電弧產生的變壓器、互感器、避雷器、電容器、隔離開關、接地開關、套管和母線。電氣設備通常是SF6，內部溫度不超過80℃，SF6不分解也不與其他材料反應。無電弧氣體的室內無分解產物，在有電弧的斷路器中，開閉時最高溫度可達2000℃以上，但由于SF6氣體回收率高，滅弧能力強，統一率高達99.8%，剩余的SO2、H2 S、和 HF 等分解產物將由安裝在機器內部的干燥劑導入。因此，在典型的SF6設備中，不會有明顯的分解產物。

除SF6氣體外，SF6電氣設備的內部元件還有固體絕緣成分，材料包括熱固性環氧樹脂、聚酯尼龍、聚酯乙烯基、聚四氟乙烯、絕緣紙和絕緣漆。以上絕緣用品由S、F、C、H、O等元素構成。SF6氣體分解的主要原因有：局部放電、火花排放、電弧放點等，放電產生不同的電能和不同的溫度，當設備發生故障，故障點達到以下溫度時，會產生各種分解產物：

①當故障點溫度達到130℃時，聚酯尼龍、聚酯乙烯基、紙張和油漆開始分解，主要釋放CO2、CO、低密度碳氫化合物和少量SO2;

②當損傷點溫度達到400℃時，PTFE開始分解，特別是生成CF4;

③當環境溫度升高到500℃以上時，SF_6和環氧樹脂開始分解，主要放出SO2、SOF2、H2 S、CF4、CO、CO2和輕質烴。上述SF6分解產物在分解過程中使機器內部材料發生降解，低氟含量與金屬發生反應，對機器內部金屬造成損傷，導致機械損壞。它不僅危及設備的安全，也危及電網的安全運行，同時也給工人帶來了潛在的風險。多年來，許多省市檢測機構對含有SF6氣體及分解產物成分的電氣設備發生故障時設備內部防護設備開裂的機理進行了調查。對各種故障實例進行統計后，SO2為SF6分解后的產物，H2 S是熱固性環氧樹脂的分解產物，而CO是聚酯乙烯基、絕緣紙和絕緣漆的分解的一部分。因此，可以通過識別產物的組成部分來判斷故障的類型。

根據新的測試程序進行現場檢查，以確定SO2、H2 S和CO特征特性是否超過標準要求的參考指標，可以準確、快速地確定這些設備是否存在缺陷或故障。

2 SF6氣體分解產物檢測在開關設備中的應用

2.1檢測方法

從發現SF6氣體分解產物、SO2、H2 S、HF等活性產物、故障設備和型式試驗檢測的角度，分析內部安裝設備的狀態，分析其運行狀況。

2.2運行中設備的分解產物檢測

為了解SF6開關的運行狀況，逐步對110kV及高電壓等級的SF_6氣體分解產物進行了概述，并取得了具體的應用成果，為消除隱患提供了依據。以變電站運行時交流開關設備中SF6氣體分解產物的檢測為例，氣體檢測管用于近似測量SO2、H2 S和HF成分的分解產物，而不是H2 S和HF成分，SO2含量低，采用手持式電化學傳感器檢測儀檢測SO2+SOF2氣體總量。 結果如表 1 所示。

2.3故障設備的分解產物檢測

如果SF_6開關設備出現故障，SF_6氣體分解產物成分復雜，SO_2、SOF_2等成分含量高，往往超過電化學傳感器檢測范圍。氣體檢測管可用于檢測不完整的氣體質量檢測、受損氣體的形成和含量的初步測定以及使用便攜式氣相色譜儀直接分析空氣含量、CF4、CO2、SO2和其他氣體成分。

1）變電站完成江復線年度檢修后，5152中500 kV交流開關設備現場全部通過測試。斷路器51522閉合，運行期間，三江二線、江復線開始保護，導致三江二線、江府線停運。

發生事故時，首先確定5152開關故障，通過檢測管和便攜式氣相色譜儀檢測相應氣室的分解產物，結果如表2所示。A相氣室中CF4和SO2的含量遠高于水平，因此認為是電弧放電故障。

開關設備型式試驗的主要目的是驗證設備的性能及其應用，并檢查開關設備的極限條件。國家高壓電氣設備質量控制中心和高壓電氣工程質量控制中心是兩個大功率測試站。型式試驗項目有電流開斷電流（T30），60%電流短路開斷電流（T60），100%相應條件下的電流短路開斷電流（T100s）、100%電流額定臨時變形試驗（T100a）和異常臨時試驗、近場故障和高負荷試驗開關設備型式試驗。通常，氣體檢測管和氣相譜儀用于型式試驗前后的設備測試。

結語

隨著我國能源部門的發展，SF6氣體開關設備在輸電網中得到廣泛應用。設備的可靠性對于保證網絡的安全穩定運行起著非常重要的作用。但是，內部故障仍然存在重大的技術問題，由此診斷設備故障的方法就很重要了。

參考文獻：

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