利用SF6分解產(chǎn)物現(xiàn)場試驗判斷電氣設(shè)備的健康狀況

摘 要：文章闡述了SF6電氣設(shè)備故障的特征產(chǎn)物及SF6分解產(chǎn)物的檢測方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過故障實例分析了如何應(yīng)用分解產(chǎn)物的現(xiàn)場測試分析設(shè)備運行狀況和對故障部位的快速定位。

關(guān)鍵詞：SF6電氣設(shè)備；分解產(chǎn)物；SO2

中圖分類號：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0082-02

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，SF6氣體因具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧能力被廣泛應(yīng)用于變壓器、斷路器以及GIS組合電器等電氣設(shè)備中。正是如此，由于運行年限的增加，很多設(shè)備因安裝、工藝、運行維護(hù)等原因引發(fā)了各種類型的故障，嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。作為檢修、試驗人員，充分了解SF6氣體的特性，合理運用多種技術(shù)手段對SF6電氣設(shè)備的日常診斷和快速查找故障部位顯得尤為重要。SF6分解產(chǎn)物的檢測是近年來不斷深入研究和完善的一個重要課題。

1 SF6分解產(chǎn)物判斷故障的依據(jù)

要對SF6電氣設(shè)備進(jìn)行故障判斷和故障分析，其主要的依據(jù)之一，是設(shè)備內(nèi)不同的放電故障類型會產(chǎn)生不同的分解產(chǎn)物。純凈的SF6氣體化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，只有在溫度超過500 ℃時才會開始分解。對于無滅弧室的SF6電氣設(shè)備而言，其內(nèi)部溫度不高于80 ℃；對于斷路器而言，雖然在分合閘動作時會產(chǎn)生2 000 ℃以上的高溫電弧，但其分合閘速度極快，且SF6有很好的滅弧性能，在SF6電離瞬間能很快復(fù)合，其復(fù)合率達(dá)99.8%。而產(chǎn)生的少量分解產(chǎn)物又會被放置于里面的吸附劑所吸收，因此在正常運行中產(chǎn)生的分解物極少。但若設(shè)備發(fā)生電弧、火花、電暈放電或嚴(yán)重過熱故障時，SF6氣體會分解，產(chǎn)生一些低氟化合物，這些化合物又會與電極材料、絕緣材料、水分和氧氣等接觸發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步生成十分復(fù)雜的硫化物、氟化物和碳化物。

SF6電氣設(shè)備故障時分解產(chǎn)生的硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和S2OF10等；氟化物主要有HF、CF4、ALF3、CUF2和WF6等；碳化物主要有CO、CO2和低分子烴等。由于SF6電氣設(shè)備發(fā)生故障時的分解產(chǎn)物極其復(fù)雜，且難以捕捉，根據(jù)故障時設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的裂解機理、分解產(chǎn)物的特征組分，并對各種故障實例進(jìn)行統(tǒng)計后可發(fā)現(xiàn)，SO2是SF6氣體分解的特征組分，H2S是熱固型環(huán)氧樹脂分解的特征組分，CO是聚酯乙烯、絕緣紙和絕緣漆分解的特征組分。這樣可通過檢測主要的特征組分來判斷故障類型。

2 SF6分解產(chǎn)物檢測方法的選擇和標(biāo)準(zhǔn)

2.1 SF6分解產(chǎn)物檢測方法的選擇

SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的檢測方法主要有：化學(xué)分析法、氣相色譜法、氣相色譜法-質(zhì)譜聯(lián)用法、檢測管法、電化學(xué)傳感器法以及動態(tài)離子測試法等。

化學(xué)分析法的特點是被檢測物需要吸收富集，且耗氣量大耗時長，也易受取樣水平的影響。氣相色譜法和氣相色譜法-質(zhì)譜聯(lián)用法可以檢測十幾種氣態(tài)物質(zhì)，其特點是樣品用量少，靈敏度高，但檢測能力受標(biāo)準(zhǔn)樣品和色譜分離能力的限制。檢測管法雖然操作簡單耗氣量少，但目前使用的比色管法檢測靈敏度較低，只能作定性或半定量檢測。電化學(xué)傳感器法是根據(jù)電化學(xué)原理，利用待測物質(zhì)的濃度與電信號之間存在的特定關(guān)系來確定物質(zhì)的含量。其特點是操作簡單、耗氣量少、耗時短、但需要定期校驗，其靈敏度受傳感器壽命限制。

上面也提到SO2、H2S、HF和CO是SF6電氣設(shè)備故障的特征產(chǎn)物，而其他的分解產(chǎn)物不僅是劇毒，對人體有害，而且很不穩(wěn)定不易檢測，在現(xiàn)場的分解產(chǎn)物檢測主要是能對設(shè)備是否健康進(jìn)行預(yù)診斷以及發(fā)生故障時快速查找故障部位，因此，目前使用最普遍的就是利用電化學(xué)傳感器制成的可以檢測SO2、H2S、HF和CO的SF6分解產(chǎn)物測試儀。如今很多廠家都是把SF6濕度、純度、分解產(chǎn)物的測試三種合為一體組成SF6綜合分析儀，操作簡單，準(zhǔn)確性較高，能滿足預(yù)防性試驗和對故障初步判斷的要求。

2.2 SF6現(xiàn)場分解產(chǎn)物測試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)南方電網(wǎng)發(fā)布的電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程（Q/CSG 114002-2011），SF6斷路器和GIS（含H-GIS）現(xiàn)場分解產(chǎn)物測試的周期是：

①投產(chǎn)后滿1年1次，如無異常，其后3 a1次。

②大修后。

③設(shè)備運行有異響，異常跳閘，開斷短路電流異常等必要時?，F(xiàn)場分解產(chǎn)物的注意值標(biāo)準(zhǔn)時：SO2：不大于3μL/L；H2S：不大于2μL/L；CO：不大于100μL/L。如果有必要可進(jìn)行實驗室分解產(chǎn)物測試，包括檢測CF4、SO2、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10、HF。

3 SF6現(xiàn)場分解產(chǎn)物測試實例分析

案例一：2014年3月4日12點40分，某110 kV變電站#1主變在送電后#1主變差動保護(hù)動作發(fā)生跳閘，試驗人員及時趕到現(xiàn)場對110 kVGIS設(shè)備#1主變變高1101間隔進(jìn)行SF6濕度和現(xiàn)場分解產(chǎn)物的測試，測試結(jié)果見表1。

經(jīng)過測試表現(xiàn)，1101開關(guān)氣室SO2超注意值，11014刀閘氣室SO2和H2S明顯超注意值，濕度也明顯超注意值，且現(xiàn)場明顯能聞到濃烈的臭雞蛋味，經(jīng)其他相關(guān)電氣試驗綜合判斷，11014刀閘氣室為故障氣室，1101開關(guān)氣室可能由于短時大電流拉弧產(chǎn)生了超標(biāo)氣體，后續(xù)追蹤如果能顯著下降，則不影響設(shè)備正常運行。

2014年3月5日早上，檢修人員對11014刀閘氣室開蓋檢查后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電桿有多處放電發(fā)黑痕跡，且殼體內(nèi)部附著大量的粉末，經(jīng)過分析，初步判斷是刀閘機構(gòu)合閘不到位，在倒閘操作時變低開關(guān)解列，電流突然增長導(dǎo)致發(fā)生放電故障。此次通過SF6分解產(chǎn)物的檢測快速準(zhǔn)確地判斷了故障位置和故障類型，證明了將SO2和H2S作為故障特征氣體判斷SF6電氣設(shè)備的可行性和可靠性。

案例二：2014年5月，我局對某110 kV變電站GIS設(shè)備進(jìn)行濕度、分解產(chǎn)物的預(yù)防性試驗，恰巧新購置了一臺與之前廠家不同的SF6綜合分析儀（以下簡稱儀器2），于是與之前的舊SF6綜合分析儀（以下簡稱儀器1）進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。

經(jīng)過數(shù)據(jù)的對比可發(fā)現(xiàn)，兩臺儀器在濕度和CO的測試結(jié)果上雖有偏差，但偏差范圍屬于可接受范圍。新儀器2在1101電纜頭氣室測出有SO2而舊儀器1未檢出，經(jīng)其他相關(guān)電氣試驗無發(fā)現(xiàn)問題。儀器2產(chǎn)生SO2的原因可能有：舊儀器的電化學(xué)傳感器由于長時間使用影響了壽命，靈敏度下降，或者新儀器在測試時有干擾，產(chǎn)生零線漂移等。針對這個問題，我們決定把兩臺儀器與SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體（以SF6做平衡氣，SO2含量為50.1 ppm）做了對比。

對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，儀器2比儀器1的靈敏度更高，儀器2測得的值與標(biāo)準(zhǔn)氣體值更加接近。由此發(fā)現(xiàn)，不同儀器會因為使用時間、使用方法等因素從而影響傳感器的靈敏度，因而每臺儀器必須定期校準(zhǔn)。

另外，對SF6電氣設(shè)備的分解產(chǎn)物進(jìn)行測試只是對設(shè)備是否正常運行的其中一個手段，當(dāng)分解產(chǎn)物超注意值時不能盲目下結(jié)論就是設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障，還應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的情況、分解產(chǎn)物的趨勢以及其他電氣試驗綜合判斷。

4 結(jié) 語

目前，利用SF6分解產(chǎn)物檢測這一技術(shù)手段判斷SF6電氣設(shè)備的故障是比較成熟可靠的，但由于SF6高溫分解的產(chǎn)物及其復(fù)雜，且SF6氣體作為絕緣介質(zhì)在電力行業(yè)中的運用時間還不長，還有很多規(guī)律和特點沒有被完全認(rèn)識和掌握。根據(jù)南網(wǎng)預(yù)試規(guī)程對分解產(chǎn)物的超注意值的設(shè)備，筆者總結(jié)了以下幾點：

①SF6分解產(chǎn)物的檢測可以比較準(zhǔn)確快速地查找故障部位，初步判斷故障類型。

②對預(yù)試過程中對分解產(chǎn)物超注意值的設(shè)備，可能由于儀器的傳感器壽命和儀器的使用方法產(chǎn)生偏差，應(yīng)定期校驗并縮短周期加強追蹤。

③分解產(chǎn)物超注意值不大的SF6電氣設(shè)備可能存在設(shè)備出廠時SF6氣體把關(guān)不嚴(yán)、短時較大電流拉弧或者吸附劑失效等原因，可能不影響設(shè)備的正常運行，應(yīng)結(jié)合其他相關(guān)電氣試驗綜合判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭曉光，陳俊，王宇，等.基于SF6成分分析的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備潛伏性缺陷判斷的研究及應(yīng)用[J].廣東電力，2012，（1）.