SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法分析

【摘要】目前SF6電氣設(shè)備的應(yīng)用廣泛，但故障檢測(cè)手段較少，對(duì)SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)能有效檢出SF6電氣設(shè)備局部的絕緣隱患，本文就SF6電氣設(shè)備及其分解產(chǎn)物進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法進(jìn)行了比較分析。

【關(guān)鍵詞】SF6；分解產(chǎn)物；檢測(cè)

1、電氣設(shè)備簡(jiǎn)介

以SF6氣體當(dāng)絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備稱(chēng)為SF6電氣設(shè)備，其中包括變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘、互感器、避雷器和套管等。由于SF6不然不爆，不僅具有良好的化學(xué)性能，而且具有優(yōu)異的電氣性能，是目前理想的絕緣介質(zhì)。自上世紀(jì)80年代后SF6電氣設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用。但由于設(shè)備在設(shè)計(jì)、材質(zhì)、工藝和維護(hù)等存在一些薄弱環(huán)節(jié)和不確定因素，使設(shè)備內(nèi)部存在一些缺陷，而目前的檢測(cè)手段又難以檢測(cè)出局部的絕緣隱患。

當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí)，故障區(qū)域的SF6氣體和固體絕緣材料在故障能量的作用下將裂解，因此，分析裂解的特征組分含量，便可檢出內(nèi)部故障。

2、SF6電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料和分解產(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(lèi)，SF6氣體是所有SF6電氣設(shè)備共同的，而固體絕緣材料則不同設(shè)備和不同生產(chǎn)廠家有差異，主要有熱固型環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯尼龍、聚四氟乙烯、聚酯乙烯、絕緣紙和絕緣漆等。對(duì)上述絕緣材料的主要性質(zhì)介紹如下：

2.1SF6氣體

2.2固體絕緣材料

1）熱固型環(huán)氧樹(shù)脂

2）聚酯尼龍

3）聚四氟乙烯

4）聚酯乙烯

5）絕緣紙

6）絕緣漆

是碳水化合物，由C、H、O、N等元素組成，其浸附著在互感器、變壓器銅線表面，作為匝層間絕緣，一般情況下當(dāng)溫度大于130°C時(shí)開(kāi)始裂解，主要產(chǎn)生CO、CO2和NO2。

從上述得知，SF6、環(huán)氧樹(shù)脂、聚四氟乙烯、聚酯乙烯、紙和漆等絕緣材料有S、F、C、H、O等元素組成。當(dāng)故障點(diǎn)溫度達(dá)到130°C時(shí)，聚酯乙烯、紙和漆開(kāi)始分解，主要產(chǎn)生CO、CO2和低分子烴；當(dāng)溫度達(dá)到500°C以上時(shí)，SF6、環(huán)氧樹(shù)脂、聚四氟乙烯開(kāi)始分解，主要產(chǎn)生和低分子烴。

3、應(yīng)用分解產(chǎn)物診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障原理

當(dāng)SF6電氣設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí)，故障區(qū)域的SF6氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下發(fā)生裂解，產(chǎn)生硫化物、氟化物和碳化物。經(jīng)大量的試驗(yàn)和故障實(shí)例驗(yàn)證后認(rèn)為：是SF6氣體裂解的特征組分；H2S是熱固型環(huán)氧樹(shù)脂裂解的特征組分；CO是聚酯乙烯和紙裂解的特征組分；CF4是聚四氟乙烯裂解的特征組分。這些分解產(chǎn)物也將緩慢的溶解、擴(kuò)散到SF6氣體中，選擇優(yōu)質(zhì)電化學(xué)等傳感器和最佳檢測(cè)流程，采用動(dòng)態(tài)法檢測(cè)這些特征組分的種類(lèi)和含量，便能快速、準(zhǔn)確地診斷出設(shè)備內(nèi)部故障。

4、SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法分析

目前SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的檢測(cè)方法有電化學(xué)法、化學(xué)比色法、色譜法、電離法、動(dòng)態(tài)離子法和紅外法。這幾種方法優(yōu)略比較如下：

4.1動(dòng)態(tài)離子法

1）穩(wěn)定性差，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。每次開(kāi)機(jī)20分鐘后要用純凈的SF6氣體進(jìn)行標(biāo)定，合格后才能將被測(cè)氣體引入進(jìn)行檢測(cè)。

2）靈敏度低。由于穩(wěn)定性差，本身噪聲大，其最小檢出量為15μL/L。

3）耗氣量大。每次檢測(cè)用1000～2000毫升，不利于環(huán)保。

4）儀器笨重。主機(jī)近15公斤，攜帶不便。

4.2電離法

1）穩(wěn)定性較差，檢測(cè)器較易污染。

2）靈敏度低，其最小檢知量為1μL/L。

3）耗氣量大。每次檢測(cè)用600毫升。

4.3紅外法

1）穩(wěn)定性較好，但穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。一般開(kāi)機(jī)20分鐘后才能進(jìn)行標(biāo)定，合格后才能進(jìn)行測(cè)試。

2）維護(hù)工作比較麻煩，一般每年需要更新載氣和標(biāo)氣。

3）靈敏度較高，對(duì)大多數(shù)分解產(chǎn)物的其最小檢知量可達(dá)1μL/L。

4）儀器重，附件較多，只能在試驗(yàn)室使用。

4.4色譜法

1）穩(wěn)定性較好，但穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。一般開(kāi)機(jī)20分鐘后才能進(jìn)行標(biāo)定，合格后才能進(jìn)行測(cè)試。

2）維護(hù)工作比較麻煩，一般每年需要更新載氣，二年更換色譜柱。

3）靈敏度較高，對(duì)大多數(shù)分解產(chǎn)物的最小檢知量可達(dá)1μL/L。

4.5化學(xué)比色法

1）穩(wěn)定性較好。在使用期有效內(nèi)，吸收分解產(chǎn)物后吸附劑的顏色變化較穩(wěn)定。

2）靈敏度較低，對(duì)大多數(shù)分解產(chǎn)物的最小檢知量高于1μL/L。

3）耗氣量大。每只檢測(cè)管用氣約200毫升，多只檢測(cè)管的耗氣量很大，不利于環(huán)保。

因此，化學(xué)比色法靈敏度較低，難以檢出設(shè)備內(nèi)部隱患，應(yīng)用于設(shè)備事故后對(duì)故障的查找。

4.6電化學(xué)法

1）近年來(lái)電化學(xué)傳感技術(shù)得到了很大的發(fā)展，其靈敏度、穩(wěn)定性和使用壽命都有了很大的提高，從而為SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)創(chuàng)造了基本條件。通過(guò)大量的調(diào)查和試驗(yàn)得知，和HF傳感器的最小檢知量為，CO為；溫度變化在20°C～40°C時(shí)，最大零位漂移；使用壽命和CO可達(dá)5年以上，HF為2年以上；響應(yīng)速度為25～45秒，耗氣量為200mL左右，能滿足SF6電氣設(shè)備潛伏性故障的早期檢出。

5、結(jié)論

綜上所述，色譜法和紅外法的穩(wěn)定性和靈敏度都較好，但設(shè)備內(nèi)部早期故障的范圍很小，內(nèi)部溫差流動(dòng)很微弱，SF6氣體密度大，氣體流動(dòng)性很差。而且從設(shè)備本體至排氣口一般用2～3分管，長(zhǎng)度約2～3米；以2分管為例，其相連管體內(nèi)的體積近50毫升，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部絕緣故障時(shí)，故障產(chǎn)生的分解產(chǎn)物難以擴(kuò)散到排氣連接管，從排氣口流出的幾十毫升氣體測(cè)試時(shí)，難以反映內(nèi)部分解產(chǎn)物的真實(shí)濃度，難以檢測(cè)出潛伏性故障，造成誤判。所以色譜法和紅外法不適用于SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，較適用于試驗(yàn)室對(duì)氣瓶中的SF6氣體試驗(yàn)。

只有采用流動(dòng)方式的電化學(xué)法和化學(xué)比色法，才適用于SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。