利用六氟化硫分解產(chǎn)物診斷GIS內(nèi)部故障

殷立新

摘 要：GIS組合電器中不同絕緣缺陷引起的局部放電會(huì)產(chǎn)生不同的分解化合氣體，相應(yīng)的分解化合氣體成份、含量以及產(chǎn)生速率等也有差異。這樣使得通過(guò)分析分解產(chǎn)物的組分來(lái)判斷故障類型成為可能，并可以通過(guò)檢測(cè)設(shè)備中SF6氣體分解氣體組分及化合產(chǎn)物，來(lái)判斷絕緣缺陷類型、性質(zhì)、程度及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：GIS；分解產(chǎn)物；故障

1 概述

GIS設(shè)備已成為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，為電力生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮積極的作用。但近年來(lái)，也暴露出一些設(shè)備內(nèi)部的固體絕緣材料的質(zhì)量、設(shè)計(jì)安裝和運(yùn)行維護(hù)工藝存在一些問(wèn)題，使設(shè)備內(nèi)部存在絕緣缺陷，乃至發(fā)生事故，嚴(yán)重地威脅了電力生產(chǎn)的安全。實(shí)踐證明了應(yīng)用SO2、H2S、SOF2等含量測(cè)試可以快速、方便、準(zhǔn)確地檢出設(shè)備內(nèi)部故障，由于內(nèi)部故障被早期檢出，從而避免了事故的發(fā)生，為SF6電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了很好的作用。

2 故障檢測(cè)原理及分析

2.1 GIS設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)絕緣材料分解產(chǎn)物的特征

對(duì)于正常運(yùn)行的GIS設(shè)備，其內(nèi)部溫度不高于80℃，因此，不會(huì)有SF6等絕緣材料的分解產(chǎn)物，但若設(shè)備內(nèi)部存在局部放電和嚴(yán)重過(guò)熱性故障時(shí)，將使故障區(qū)域的固體絕緣材料和SF6氣體發(fā)生分解。

若進(jìn)行所有產(chǎn)物的檢測(cè)，雖能更準(zhǔn)確的判斷內(nèi)部故障的部位，但是由于上述的物質(zhì)中除SO2、H2S、CF4和CO毒性少外，其它都是劇毒物， 在設(shè)備內(nèi)部的含量極少，又不穩(wěn)定。含量稍多的SF4、SOF2等又很快會(huì)與SF6氣體中的水份進(jìn)行水解反應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的SO2和HF。因此，氣室中SO2含量除了由SF6和固體絕緣材料分解直接生成外，還會(huì)由SOF2等的水解產(chǎn)生。固體絕緣材料主要有環(huán)氧樹(shù)脂、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚脂乙烯、聚酰胺樹(shù)脂紙和漆等，當(dāng)故障點(diǎn)溫度達(dá)200℃時(shí)聚脂乙烯、紙和漆開(kāi)始分解，主要產(chǎn)生CO2、CO和低分子烴；當(dāng)溫度達(dá)到500℃以上時(shí)，SF6氣體和其他固體絕緣材料開(kāi)始分解，主要產(chǎn)生SO2、SOF2、H2S、CF4、HF、CO、CO2、和低分子烴。

2.2 GIS設(shè)備內(nèi)部故障的分類

GIS設(shè)備內(nèi)部故障可分為放電和過(guò)熱兩大類。而放電又分為電暈放電、火花放電和電弧放電。內(nèi)部常見(jiàn)的故障部位可歸納為以下六種：⑴導(dǎo)電金屬對(duì)地放電。這類故障主要表現(xiàn)在SF6氣體中存在導(dǎo)電顆粒和絕緣子、拉桿缺陷引起導(dǎo)電桿對(duì)地放電。這種放電性故障能量大，產(chǎn)生大量的SO2、SOF2、H2S和HF等。2013年12月9日，新安江水電廠發(fā)生了一起故障，220kV母線保護(hù)動(dòng)作跳閘，根據(jù)母差保護(hù)動(dòng)作情況，電廠組織人員對(duì)電氣一、二次設(shè)備進(jìn)行全面排查，敞開(kāi)式一次設(shè)備沒(méi)有故障點(diǎn)，經(jīng)絕緣測(cè)試，母線絕緣正常，初步判斷故障點(diǎn)位于GIS，經(jīng)外觀檢查，GIS無(wú)異常，各氣室密度繼電器壓力正常，微水試驗(yàn)合格，電廠隨即對(duì)相關(guān)范圍內(nèi)的GIS各氣室SF6分解物進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果220kV正母GM13氣室SO2+SOF2含量為64.7?l/L超標(biāo)，判斷故障點(diǎn)位于該氣室，在將該氣室氣體回收后拆開(kāi)進(jìn)人孔，發(fā)現(xiàn)在外殼內(nèi)底部發(fā)現(xiàn)少許類似鋁質(zhì)異物，對(duì)外殼距離最短，造成放電。⑵懸浮電位放電。這類故障通常表現(xiàn)在斷路器動(dòng)觸頭與絕緣拉桿間的接觸不良和CT二次引出線電容屏上部固定螺絲松動(dòng)引起插銷(xiāo)兩側(cè)金屬或螺帽與螺桿間懸浮電位放電。這種放電性故障能量不很大，一般情況下只有SF6分解產(chǎn)物，主要生成SO2、HF和H2S。如2010年8月1日某水電廠運(yùn)行人員時(shí)有聽(tīng)到66kVGIS內(nèi)部異常聲響，經(jīng)檢查系某斷路器B相，其室內(nèi)SO2、H2S檢測(cè)含量均很高，判斷內(nèi)部存在放電性故障。當(dāng)晚便停運(yùn)，后解體發(fā)現(xiàn)其動(dòng)觸頭與拉桿連接的插銷(xiāo)孔偏大，操作多次后造成插銷(xiāo)孔變大，使拉桿產(chǎn)生懸浮電位放電。由于缺陷被及時(shí)檢出，避免了事故的發(fā)生。⑶導(dǎo)電桿的連接接觸不良。當(dāng)故障點(diǎn)溫度超過(guò)500℃時(shí)，SF6和周?chē)腆w絕緣材料開(kāi)始熱分解。當(dāng)溫度達(dá)700℃以上時(shí)，將造成動(dòng)、靜觸頭或?qū)щ姉U連接處梅花觸頭外的包箍蠕變斷裂，最后引起觸頭融化脫落，引起絕緣材料的分解，其主要產(chǎn)物為SO2、HF、H2S等。⑷互感器和套管電容屏短路。當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，將使故障區(qū)域的SF6氣體和聚脂乙烯、紙和漆等絕緣材料裂解，主要產(chǎn)生SO2、SOF2、HF、CO和低分子烴。⑸斷路器重燃。斷路器正常開(kāi)斷時(shí)，電弧一般在一個(gè)周波內(nèi)熄滅，但當(dāng)滅弧狀指不正?；螂娏鞑贿^(guò)零的時(shí)候，電弧不能熄滅，將滅弧室和觸頭灼傷，此時(shí)SF6氣體和聚四氟乙烯分解，主要產(chǎn)生SO2、SOF2和HF。⑹斷路器斷口并聯(lián)電阻、電容內(nèi)部短路。因斷口的并聯(lián)電阻、電容質(zhì)量不佳引起短路，此時(shí)SF6氣體裂解主要產(chǎn)生SO2、SOF2和HF。

3 GIS內(nèi)部故障的主要檢測(cè)對(duì)象

由于GIS設(shè)備內(nèi)部的SF6氣體和環(huán)氧樹(shù)脂等絕緣材料的分解溫度較高而故障初期的能量一般都較低，所產(chǎn)生的分解產(chǎn)物的濃度較小，加上設(shè)備中放置有能吸附水和分解產(chǎn)物的收附劑，而且預(yù)防性試驗(yàn)周期又長(zhǎng)，因此，要檢出內(nèi)部早期故障就必須嚴(yán)格控制分解產(chǎn)物的濃度。從以上分析中得知，設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)，雖分解產(chǎn)物很多，但主要的分解產(chǎn)物為SO2、SOF2、H2S、CF4、HF和CO。對(duì)內(nèi)部絕緣材料的裂解機(jī)理和對(duì)各種故障實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，認(rèn)為選擇SO2、SOF2、H2S作為檢測(cè)對(duì)象，也完全能準(zhǔn)確檢出設(shè)備內(nèi)部故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備是電網(wǎng)最重要的資產(chǎn)之一，檢測(cè)分解產(chǎn)物中的含量診斷設(shè)備故障，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)部隱患，結(jié)合檢測(cè)相關(guān)的GIS本身的特性變量、局部放電量、環(huán)境溫度、氣壓、微水、部位等，評(píng)估缺陷的危險(xiǎn)性，避免事故的發(fā)生以及故障的快速修復(fù)，對(duì)于GIS設(shè)備的管理和安全有重大突破，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。