特征氣體法在SF6電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

（紹興電力局，浙江紹興312000）

特征氣體法在SF6電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

王勝，魯建國

（紹興電力局，浙江紹興312000）

利用SF6電氣設(shè)備在不同故障下會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)分解物的理論，引入了利用特征氣體法診斷SF6電氣設(shè)備故障的新技術(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，充分驗(yàn)證了利用分解產(chǎn)物中的特征氣體測(cè)試來診斷SF6電氣設(shè)備是否有故障是行之有效的方法。

SF6電氣設(shè)備；分解產(chǎn)物；特征氣體；故障診斷

SF6是一種無色、無味、無毒性的氣體，不會(huì)燃燒，性能穩(wěn)定，在常溫下不與其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。它是一種高絕緣強(qiáng)度的氣體電介質(zhì)，在均勻電場(chǎng)、相同大氣壓下，SF6的絕緣強(qiáng)度約為空氣的2.5~3倍，在0.3 MPa壓力下，SF6的絕緣強(qiáng)度與變壓器油大致相當(dāng)；同時(shí)它具有良好的滅弧性能，是空氣的100倍[1]。因此，SF6在電力行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，為電力生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。然而，當(dāng)電氣設(shè)備中使用的礦物油被SF6絕緣氣體取代后，對(duì)SF6絕緣氣體的主要監(jiān)督手段是通過測(cè)試氣體的濕度，或者取氣樣到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。但這些方法已無法滿足對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督的需要。研究類似充油設(shè)備的氣相色譜分析，通過分析SF6氣體中的特征氣體來判斷設(shè)備是否存在故障及其程度的故障診斷分析技術(shù)成為目標(biāo)，通過國內(nèi)外專家多年研究探索，目前已有一定檢測(cè)技術(shù)。

1 故障分解產(chǎn)物

SF6電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料包括SF6氣體和固體絕緣材料兩類，固體絕緣材料因廠家不同有所差異，主要有環(huán)氧樹脂、聚酯尼龍、聚四氟乙烯、絕緣漆等。當(dāng)發(fā)生放電或過熱故障時(shí)，故障部位的絕緣材料在熱和電的作用下將發(fā)生分解，并產(chǎn)生分解產(chǎn)物。

SF6氣體在正常條件下的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，當(dāng)內(nèi)部絕緣缺陷導(dǎo)致金屬對(duì)地放電及氣體中導(dǎo)電顆粒雜質(zhì)引起對(duì)地放電時(shí)，釋放能量較大，表現(xiàn)為電暈、火花或電弧放電，故障區(qū)域的SF6氣體、金屬觸頭和固體絕緣材料將分解。研究表明：不同的故障形式下SF6中的穩(wěn)定分解物有所不同[2]，在電弧作用下，SF6的穩(wěn)定生成物主要是SOF2，SO2和HF；在火花放電中主要是SOF2，SO2，HF，SO2F2，S2F10和S2OF10；電暈或局部放電的主要產(chǎn)物為SOF2，SO2，HF，SO2F2，S2F10和SOF4，且SO2F2/SOF2比值比火花放電時(shí)的比值高。

固體絕緣材料如聚酯乙烯、漆等在溫度達(dá)到130℃時(shí)開始分解，主要產(chǎn)生CO，CO2和低分子烴；當(dāng)溫度達(dá)到400℃以上時(shí)，聚四氟乙烯開始分解，主要產(chǎn)生CF4；當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，SF6氣體和固形環(huán)氧樹脂開始分解，主要產(chǎn)生SO2，SOF2，H2S，CO和HF。

2 故障特征氣體的選擇

通過故障情況下的分解物分析可知，當(dāng)SF6電氣設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)放電故障時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)SOF2，SO2和HF氣體，故障涉及內(nèi)部固體絕緣時(shí)，還同時(shí)產(chǎn)生H2S和CO等氣體。因此利用檢測(cè)特征氣體SOF2，SO2，HF，H2S和CO含量來診斷SF6電氣設(shè)備有無故障是有效方法。由于現(xiàn)有分析手段難以準(zhǔn)確檢測(cè)SOF2濃度；而HF是強(qiáng)酸性物質(zhì)，性質(zhì)活潑，易與設(shè)備本體材料、絕緣材料、密封材料、吸附材料等反應(yīng)生成更穩(wěn)定的氟化物，其含量會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而快速減少，同時(shí)其具有的強(qiáng)腐蝕性對(duì)檢測(cè)設(shè)備要求較高[3]，因此，根據(jù)SF6設(shè)備在不同狀態(tài)下產(chǎn)生的氣體分解產(chǎn)物及不同組分的穩(wěn)定性、適應(yīng)性等要求，目前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)特征氣體的儀器檢測(cè)的主要?dú)怏w以SO2和H2S兩組分或SO2，H2S和CO三組分為主。具體通過電化學(xué)法實(shí)現(xiàn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

通過對(duì)運(yùn)行的SF6設(shè)備進(jìn)行分解物特征氣體檢測(cè)，可直接、真實(shí)地反映開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)。紹興電力局于2009年開始探索性應(yīng)用，在2010年開展SF6電氣設(shè)備分解物普測(cè)工作，對(duì)2 000多個(gè)氣室進(jìn)行測(cè)試，從普查數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：目前運(yùn)行的絕大部分SF6設(shè)備中，分解物SO2和H2S含量接近于零，這與這些設(shè)備能安全運(yùn)行相符合。斷路器或隔離開關(guān)等氣體絕緣設(shè)備進(jìn)行正常的分合操作時(shí)，滅弧室會(huì)產(chǎn)生極少量的氣體分解物，但由于設(shè)備內(nèi)裝有吸附劑，經(jīng)過一段時(shí)間后，大部分氣體分解物可被吸附劑吸附。

對(duì)故障設(shè)備而言，利用特征氣體法檢測(cè)反應(yīng)是靈敏的。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器對(duì)故障設(shè)備的SF6氣體進(jìn)行測(cè)量和分析，與設(shè)備正常運(yùn)行相比，故障設(shè)備中的SO2或H2S的含量會(huì)顯著變化，可有效確定故障設(shè)備或進(jìn)行故障定位。以下是用特征氣體法檢測(cè)到設(shè)備有故障的生產(chǎn)案例。

3.1 案例1

2010年4月對(duì)某110 kV變電站3臺(tái)SF6設(shè)備（Compass-145型組合電器）進(jìn)行狀態(tài)性測(cè)試工作，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

從表1發(fā)現(xiàn)，3臺(tái)開關(guān)濕度均正常，但其中2臺(tái)開關(guān)的SF6分解物特征氣體含量明顯偏高，懷疑這2臺(tái)設(shè)備可能存在潛伏性故障。在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)對(duì)這3臺(tái)設(shè)備進(jìn)行跟蹤測(cè)試，跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù)表明2臺(tái)異常設(shè)備的SF6分解物特征氣體含量始終較高，確認(rèn)設(shè)備內(nèi)存在潛伏性故障。停運(yùn)后送廠家進(jìn)行解體檢查，確認(rèn)設(shè)備內(nèi)部確實(shí)存在放電性故障。

3.2 案例2

2010年7月，某500 kV變電站1臺(tái)500 kV GIS間隔新投運(yùn)不久，由于故障造成開關(guān)跳閘動(dòng)作。事后立即對(duì)相關(guān)設(shè)備氣室進(jìn)行分解物測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

通過以上數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)桐巖5053開關(guān)C相氣室分解物含量異常，初步認(rèn)定該相設(shè)備內(nèi)部存在異常。隨后在該相設(shè)備停運(yùn)期間對(duì)其內(nèi)部分解物進(jìn)行跟蹤測(cè)試，數(shù)據(jù)如表3所示。

最終由廠家對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部確實(shí)存在故障。引起故障的原因是制造工藝不良，開關(guān)氣室內(nèi)部存有異物，造成放電。

4 分解產(chǎn)物技術(shù)指標(biāo)

DL/T 1054-2007《高壓電氣設(shè)備絕緣技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》和2005年6月國家電網(wǎng)公司頒發(fā)的《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中都提出了開展SO2和H2S等分解產(chǎn)物含量檢測(cè)的要求。IEC 60480-2004《六氟化硫電氣設(shè)備中氣體中的檢測(cè)和處理導(dǎo)則及其再利用規(guī)范》中提出了SO2，SOF2和HF的最高允許濃度。

目前運(yùn)行設(shè)備中分解產(chǎn)物的正常值尚無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)對(duì)全國近萬臺(tái)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)和近百臺(tái)故障實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，提出了分解產(chǎn)物正常值的參考指標(biāo)，如表4所示。

5 結(jié)語

（1）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，傳統(tǒng)的SF6檢測(cè)手段如微量水分測(cè)試等，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6設(shè)備潛伏性故障的檢測(cè)與判斷，而利用特征氣體法檢測(cè)SF6分解產(chǎn)物，類似于充油設(shè)備的油色譜分析法，可及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障。

（2）正常運(yùn)行設(shè)備的SF6氣體中包含的分解物含量很少，設(shè)備發(fā)生故障必定會(huì)引起特征氣體的顯著變化?？紤]到設(shè)備內(nèi)部吸附劑對(duì)分解物的吸收影響，對(duì)突發(fā)故障的設(shè)備應(yīng)迅速及時(shí)進(jìn)行測(cè)試，判斷是否涉及設(shè)備內(nèi)部故障；對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行跟蹤測(cè)試，如分解物含量上升，表明設(shè)備可能存在潛伏性故障。

（3）應(yīng)利用更多、更有效的檢測(cè)手段，獲取電氣設(shè)備更多的運(yùn)行狀況信息，及時(shí)了解和跟蹤存在的潛伏性故障，為設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估提供更全面的信息，科學(xué)合理地開展設(shè)備狀態(tài)檢修。

（4）目前應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)法具有檢測(cè)速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)組分較少，對(duì)重要?dú)怏wSO2F2和SOF2無能為力，同時(shí)測(cè)試中存在組分間的干擾問題，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)有一定影響，因此有待進(jìn)一步改進(jìn)。

[1]孟玉嬋，朱芳菲.電氣設(shè)備用六氟化硫的檢測(cè)與監(jiān)督[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]駱立實(shí)，姚文軍，王軍，等.用于GIS局部放電診斷的SF6分解氣體研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（5）∶225-230.

[3]顏湘蓮，王承玉，季嚴(yán)松，等.開關(guān)設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（9）∶160-165.

（本文編輯：徐晗）

The Field Application of the Characteristic Gas Method in Fault Diagnosis of SF6Electrical Equipment

WANG Sheng，LU Jian-guo
（Shaoxing Electric Power Bureau，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

According to the theory that SF6electrical equipment in the different faults generates different decomposition products，the new technology for fault diagnosis of SF6electrical equipment is introduced.Through practical field application，it proves that the testing of characteristic gas of decomposition products valid for fault diagnosis of SF6electrical equipment.

SF6electrical equipment；decomposition products；characteristic gases；fault diagnosis

TM855+.1

：B

：1007-1881（2012）10-0019-03

2011-12-08

王勝（1973-），男，浙江諸暨人，工程師，主要從事電力設(shè)備絕緣監(jiān)督工作。