淺析檢測電力設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物進行故障診斷的應(yīng)用

唐峰

摘 要：SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，在斷路器和GIS設(shè)備中得到廣泛的使用。而當(dāng)電力設(shè)備在出現(xiàn)絕緣故障時，SF6氣體將會分解為SO2、H2S等產(chǎn)物，通過檢測這些分解物的含量，可以對電力設(shè)備的絕緣故障進行診斷。文章闡述了SF6氣體分解的機理，分析了故障診斷技術(shù)中對分解物的測試技術(shù)以及診斷方法。

關(guān)鍵詞：SF6氣體；絕緣；分解；故障；診斷

中圖分類號：TM85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0100-02

采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的電力設(shè)備在實際應(yīng)用中已經(jīng)逐步取代其他類型的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝和相關(guān)技術(shù)日趨完善。但是由于電力設(shè)備的老化和存在一些缺陷，電力設(shè)備的安全隱患沒有完全消除，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行形成威脅，通過檢測技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)SF6電力設(shè)備的缺陷，特別是監(jiān)測其內(nèi)部的故障非常重要。目前，電力系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)SF6電力設(shè)備內(nèi)部故障的技術(shù)中，檢測SF6氣體分解產(chǎn)物是一項可行有效的方法，并在實踐中得到廣泛運用。實踐證明，通過將檢測SF6氣體分解產(chǎn)物與局部放電測試、絕緣電阻測試等試驗結(jié)合起來，能夠成功診斷電力設(shè)備內(nèi)部的絕緣故障。

1 SF6分解產(chǎn)物的機理

在電力設(shè)備正常運行的過程中，SF6氣體非常純凈，其化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在滅弧過程中分解的低氟產(chǎn)物能夠即刻恢復(fù)成SF6，復(fù)合率在99.8%以上。在電力設(shè)備發(fā)生絕緣故障時，由于產(chǎn)生了電火花、電暈等現(xiàn)象，溫度極高，SF6氣體分解為SF5、SF4等低氟化合物后與氣體中微量的水、氧氣、金屬以及絕緣材料發(fā)生反應(yīng)，將生成幾十種化合物。這些化合物包括SO2、H2S、CF4、HF、SO2F2、SOF2、AlF3、CuF2等，這些生成物與電力設(shè)備所發(fā)生的故障種類有著相應(yīng)的關(guān)系。在目前的氣體檢測技術(shù)中，檢測SO2、H2S、HF、CF4等氣體的技術(shù)較為成熟，便于取樣，通常將這些氣體作為電力設(shè)備的故障特征氣體，它們的生成機理說明如下。

SO2與HF氣體主要是由SOF2分解產(chǎn)生的，其化學(xué)方程式如下：

SF6→SF4+F2（1）

SF4+H2O→SOF2+2HF（2）

SOF2+H2O→SO2+2HF（3）

其中，HF是一種強酸氣體，溶于氣體中的水后容易進一步腐蝕電力設(shè)備中的金屬部分和絕緣材料，產(chǎn)生更多的氟化物。因此在發(fā)生絕緣故障后，HF的含量會隨著時間的推移而減少，對其含量的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)要考慮到這個因素。在故障過程中，由于能量較高，固體絕緣物質(zhì)將分解為H2S，通常放電能量越大，其含量越多。電力設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)電弧時，絕緣物質(zhì)容易產(chǎn)生一些CF4氣體，其中C元素的來源是電弧灼燒固體絕緣材料時分解的。在正常運行中，電力設(shè)備內(nèi)部就含有一定的CF4氣體，其體積分?jǐn)?shù)有明確規(guī)定，但是在發(fā)生絕緣故障后，CF4氣體會有顯著變化，因此也可作為故障診斷的特征氣體。

2 SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種常見的監(jiān)測氣體的方法，它利用惰性其他作為流動相，結(jié)合熱導(dǎo)檢測、火焰光度檢測、電子捕獲等方式，對樣品中的硫化物、含鹵素化合物和電負(fù)性化合物等物質(zhì)進行監(jiān)測。這種檢測方法精度較高，在實驗室中的氣體測試中廣泛應(yīng)用。對于電力企業(yè)中SF6的現(xiàn)場檢測，通常選擇采用熱導(dǎo)檢測原理的氣相色譜儀監(jiān)測SF6分解產(chǎn)物的組成，通常對CF4氣體、CO2氣體具有較好的檢測效果。不過由于這種監(jiān)測方法耗費時間較長，檢測結(jié)果受到環(huán)境因素影響較大，所以在電力設(shè)備SF6分解產(chǎn)物的檢測中不常用。

2.2 紅外吸收光譜法

紅外吸收光譜法的原理是當(dāng)紅外光穿過樣品氣體時樣品氣體吸收了部分紅外光，樣品其他的含量與紅外光的吸收量具有一定的關(guān)系，可以通過實驗得到樣品氣體的紅外吸收光譜。而該氣體的紅外吸收光譜上出現(xiàn)的尖峰將可以找到其相應(yīng)的吸收峰和特征頻率。而利用氣體所具有的吸收效應(yīng)，則可以利用該項技術(shù)檢測SF6分解氣體的含量。這種檢測方法不需要將混合氣體相分離，需要的氣體樣本比較少，多種氣體的檢測結(jié)果可以同時完成，試驗過程短，可以用于電力設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。不過，由于SF6部分分解氣體的吸收峰相當(dāng)接近，檢測靈敏度低，試驗數(shù)據(jù)精度有限。

2.3 檢測管法

檢測管法是利用化學(xué)的顯色反應(yīng)和污泥吸附效應(yīng)作為檢測原理，可以測量SO2、HF、H2S、CO2等物質(zhì)的含量。檢測管內(nèi)部裝有能夠與待測氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的檢測劑，當(dāng)其與氣體發(fā)生反應(yīng)后會變顏色，通過觀測玻璃管上的測度來測量被測氣體的含量。以H2S氣體的檢測為例，當(dāng)含有H2S的其他通過檢測管后與檢測劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生棕褐色的物質(zhì)，變色物質(zhì)的長度與H2S含量有著一一對應(yīng)的關(guān)系，從而檢測出H2S氣體的含量。不同氣體的檢測管所采用的檢測劑不同，但其測量原理是一樣的。在對電力設(shè)備SF6分解產(chǎn)物的現(xiàn)場測量時，可以直接將氣體通入檢測管，控制氣體通過的流速，在規(guī)定時間內(nèi)完成測量，讀取變色段的長度以得到被測氣體的含量。這種方法量程大，測量方法簡單，得到結(jié)論的速度快，同時又具有攜帶方便的優(yōu)點，在電力設(shè)備故障診斷的現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。不過這種方式檢測精度不高，因此多用于定性試驗以及初步定量測量。

2.4 電化學(xué)氣體傳感器法

電化學(xué)氣體傳感器法是利用被測其他在催化劑作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，傳感器的兩個電極之間通過的電流大小與氣體的含量成正比，進而得到被測氣體的組成和含量。這種方法檢測速度快，數(shù)據(jù)處理方便，在電力設(shè)備的帶電檢測中得到應(yīng)用。不過這種方法采用的傳感器與被測氣體發(fā)生反應(yīng)，所以壽命不長，且存在一定的零漂，所以在應(yīng)用過程中需要經(jīng)常對儀器進行校準(zhǔn)。

3 SF6分解產(chǎn)物檢測的應(yīng)用

3.1 運行設(shè)備的檢測

在電力設(shè)備的正常運行中，SF6只在斷路器分合產(chǎn)生電弧時有一些分解物，并且其復(fù)合速度很快，復(fù)合率也較高，再加上設(shè)備內(nèi)部設(shè)有吸附劑，因此設(shè)備內(nèi)部不會有大量的分解產(chǎn)物。而若電力設(shè)備存在缺陷，內(nèi)部有局部放電或過熱現(xiàn)象，設(shè)備內(nèi)部則會產(chǎn)生大量的分解物，其含量高于正常值，并隨著缺陷的惡化程度而上升。因此通過檢測運行設(shè)備內(nèi)SF6氣體中分解物的含量，能夠及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的缺陷。

3.2 故障設(shè)備的檢測

對于已經(jīng)發(fā)生故障的設(shè)備，設(shè)備氣室內(nèi)分解物的體積分?jǐn)?shù)顯著高于正常值。利用檢測管法可以初步判斷分解物氣體的種類和體積分?jǐn)?shù)。采樣后，在實驗室內(nèi)對氣體含量做高精度的檢測，得出其種類和具體體積分?jǐn)?shù)，根據(jù)氣體特征組分和故障類型相對應(yīng)的關(guān)系，為分析和判斷故障類型提供重要參考。

4 結(jié) 語

應(yīng)用SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)，可以提前發(fā)現(xiàn)SF6電力設(shè)備內(nèi)部的缺陷。特別是在電力設(shè)備發(fā)生突發(fā)性故障后，采用SF6分解產(chǎn)物檢測技術(shù)可以迅速對故障進行定位，通過SF6分解產(chǎn)物種類和體積分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)，為判斷設(shè)備的故障類型提供重要參考。這項技術(shù)在SF6電力設(shè)備的狀態(tài)評價和故障診斷中具有重要意義。

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