SF6氣體帶電檢測方法的研究

楊少才，武 哲，苗 宇

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110179；3.大唐東北電力試驗(yàn)研究所有限公司，吉林 長春 130012）

開發(fā)與應(yīng)用

SF6氣體帶電檢測方法的研究

楊少才1，武 哲2，苗 宇3

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110179；3.大唐東北電力試驗(yàn)研究所有限公司，吉林 長春 130012）

在運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)SF6電氣設(shè)備中SF6氣體分解物、純度、濕度進(jìn)行現(xiàn)場檢測，在運(yùn)行電壓下對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測，能準(zhǔn)確地反映設(shè)備的客觀狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，消除隱患，極大地提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。文中對(duì)某變電站斷路器中SF6分解物進(jìn)行測量，并對(duì)SF6雜質(zhì)產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，為完善SF6的測量提供參考。

SF6氣體分解物；純度；濕度；現(xiàn)場檢測

自20世紀(jì)80年代以來，SF6電氣設(shè)備逐步替換絕緣油電氣設(shè)備，成為我國電網(wǎng)系統(tǒng)高壓電氣的主流設(shè)備。截止2010年，SF6電氣設(shè)備在我國基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)普及。各種SF6電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)變得越來越重要，如何有效地預(yù)防SF6高壓電氣事故成為重中之重。本文主要介紹了SF6現(xiàn)場檢測方法，并結(jié)合試驗(yàn)，依據(jù)檢測結(jié)果判斷氣體及帶電設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)產(chǎn)生雜質(zhì)原因進(jìn)行了分析［1］。

1 SF6純度檢測

1.1 檢測項(xiàng)目

空氣、CF4、CO2含量和SF6純度。

1.2 工作原理

氣相色譜儀以氣體（載氣）作為流動(dòng)相，樣品由載氣帶入色譜柱內(nèi)，樣品中各組分在色譜柱中的流動(dòng)相和固定相間分配或吸附系數(shù)有所差異，在載氣的沖洗下，各組分在兩相間作反復(fù)多次分配，使各組分在柱中得到分離，然后用接在柱后的檢測器根據(jù)組分及組分的濃度，將組分按順序檢測出來。試驗(yàn)表明，熱傳導(dǎo)式散熱的比例越大，TCD的性能越好。一般用H2、He等輕載氣靈敏度最高，TCD工作原理如圖1所示。

圖1 TCD工作原理圖

試驗(yàn)過程注意事項(xiàng)如下。

a.儀器預(yù)熱：采用色譜法測量純度時(shí)，基線穩(wěn)定是前提條件，需要在基線平穩(wěn)后才能開始測試。因此儀器需要預(yù)熱。

c.熟練操作色譜工作站，比如對(duì)較小峰的處理、信號(hào)毛刺之間的取舍等，可調(diào)節(jié)最小高度、最小面積和自動(dòng)噪聲等參數(shù)。

SF6純度譜圖如圖2所示?，F(xiàn)場某330 V變電站122TA B相譜圖如圖3所示。

圖2 SF6純度測定

圖3 330 V變電站122TA B相

從圖3中可看出，其CF4含量較小，含量為0.006 02%，屬于正?，F(xiàn)象，TA本身沒有放電存在。

2 SF6分解物測量

電化學(xué)法是目前應(yīng)用最廣泛的測量方式，配合氣相色譜法，能比較完整地檢測出產(chǎn)生的分解產(chǎn)物［2］。

a.檢測項(xiàng)目（C3F8、CF4、CO2、SO2）

b.工作原理

電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作，電化學(xué)探頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。阜新東5062斷路器分解產(chǎn)物含量如圖5所示，數(shù)據(jù)見表1。

圖4 電化學(xué)探頭結(jié)構(gòu)圖

圖5 阜新東5062斷路器C相套管

表1 阜新東5062斷路器分解產(chǎn)物含量

由電化學(xué)法測得SO2含量為277 mg／L，從表1數(shù)據(jù)中可看出，CF4的含量已達(dá)到0.132 09%，比SF6新氣中增加了很多，其中CO2的含量也達(dá)到了0.087 24%。SF6本身并不存在碳元素，碳元素只可能來自本體絕緣材料的燒毀，所以由此數(shù)據(jù)可以判斷套管曾經(jīng)有大電流放電，甚至燒傷過本體，進(jìn)而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害。朝陽500 kV變電站5042斷路器分解產(chǎn)物含量現(xiàn)場測量如圖6所示，數(shù)據(jù)見表2。

語法測試是檢驗(yàn)教學(xué)效果及學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段之一。但語法教學(xué)現(xiàn)狀的研究僅僅對(duì)中考、高考、大學(xué)英語四/六級(jí)、英語專業(yè)四/八級(jí)等有所研究，對(duì)于國外幾大英語考試如劍橋商務(wù)英語、托業(yè)、托福、雅思、美國研究生入學(xué)資格考試等的研究不足。除此以外，對(duì)于校本測試（如期末考試）等的研究也較少。這些研究上的不足將會(huì)影響到教學(xué)手段及教學(xué)方法的調(diào)整。

圖6 朝陽500 kV變電站5042斷路器A相

表2 朝陽500 kV變電站5042斷路器分解產(chǎn)物含量

由電化學(xué)法測得SO2含量大于2 000 mg／L，從表2我們可以看到CF4的含量明顯增大，其含量達(dá)到0.075 87%。從CF4的數(shù)據(jù)來看，可判斷這臺(tái)斷路器中曾經(jīng)發(fā)生過大電流的放電。從CF4與CO2的含量上來看，判斷可能是是機(jī)械問題導(dǎo)致的故障。

錦州變電站TV氣室分解產(chǎn)物含量如圖7所示，數(shù)據(jù)見表3。

圖7 錦州變電站TV氣室

表3 錦州變電站TV氣室分解產(chǎn)物含量

由電化學(xué)法測得的SO2含量大于4 000 mg／L，從表1—3中可以看出氣體分解物中都含有不同含量的C3F8。只有電氣設(shè)備內(nèi)部形成較嚴(yán)重的缺陷，能夠使SF6徹底分解的大能級(jí)電流，造成電氣設(shè)備本體燒毀才產(chǎn)生碳元素，生成的碳元素和SF6的分解元素才能化合產(chǎn)生碳氟化合物。所以設(shè)備內(nèi)的氣體經(jīng)色譜分析后發(fā)現(xiàn)C3F8，可判斷該電氣設(shè)備存在較嚴(yán)重的絕緣缺陷［3］。

3 現(xiàn)場SF6雜質(zhì)產(chǎn)生原因分析

不同的放電情況會(huì)生成不同的分解產(chǎn)物。在電力行業(yè)中的電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)用到不同的高壓電氣，例如斷路器、隔離開關(guān)、TA氣室、TV氣室、母線等等。這些設(shè)備由于用處不同，所以結(jié)構(gòu)和材料都不一樣。在他們產(chǎn)生絕緣缺陷時(shí)也會(huì)有不同的故障現(xiàn)象，在SF6滅弧產(chǎn)生的分解產(chǎn)物有著明顯的不同。SF6電氣由于絕緣缺陷產(chǎn)生的氣體，通過現(xiàn)場便攜式設(shè)備能檢測到的有空氣（O2＋N2）、CF4、CO2、C3F8、SO2、SOF2、HF、H2S、CO［4］。

CF4、CO2、C3F8的產(chǎn)生必須有相關(guān)碳元素的分解才能形成，SF6的分解物中并沒有碳類物質(zhì)，只有設(shè)備本體被燒傷才會(huì)產(chǎn)生碳類元素。以上3種物質(zhì)形成，需要分解SF6的放電能量從大到小依次為C3F8、CO2、CF4。HF和H2S 2種氣體的產(chǎn)生必須有相關(guān)氫元素的分解才能形成，SF6的分解物中并沒有氫類物質(zhì)。氫元素的主要來源在于氣室內(nèi)的水份以及設(shè)備絕緣介質(zhì)中未干燥的水分被電擊分解后產(chǎn)生的氫離子。這些氫離子和SF6分解后的硫離子和氟離子重組后形成HF和H2S。這2種分解物只能在較強(qiáng)能量的放電以及電氣設(shè)備內(nèi)有較大水分的情況下才會(huì)產(chǎn)生。SO2也屬于SF6的分解產(chǎn)物，這種物質(zhì)在設(shè)備內(nèi)放電時(shí)容易產(chǎn)生，其中的氧元素來源于SF6氣體中混入的空氣以及設(shè)備內(nèi)水分的分解。

實(shí)際上使用中的SF6氣體總含有一定量的空氣、水分，由于上述分解生成的多種低氟硫化物很活潑，即與SF6氣體中的微量水分和氧氣等發(fā)生反應(yīng)，生成SOF2，SO2F2，SOF4，SO2，HF等毒性氣體。不管哪種形式的放電，SF6發(fā)生分解后產(chǎn)物的量與放電能量大致成比例關(guān)系，并且當(dāng)處在高能量放電形式（如電弧放電）下時(shí)將產(chǎn)生大量的分解氣體，如SF4、CF4等，且產(chǎn)物中SOF2含量要高。通過SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判斷放電劇烈程度，放電越劇烈，放電能量越大，SO2含量增多，SOF2／SO2F2體積分?jǐn)?shù)之比增大，通過H2S組分含量大小可判斷故障是否涉及固體絕緣，通過CF4含量可分析判斷固體絕緣情，電極材料的消耗與分解物的形成也有直接關(guān)系，氣體分解產(chǎn)生的物質(zhì)含量取決于電極材料的金屬蒸發(fā)量［5］。

4 結(jié)束語

SF6在運(yùn)行中產(chǎn)生的分解物種類很多，很多成分現(xiàn)在還不能定量檢出，只能通過定性進(jìn)行比較判斷，分析產(chǎn)生的原因及造成的傷害，對(duì)SF6的監(jiān)測及跟蹤、對(duì)監(jiān)測方法的研究也需要不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

［1］孟玉蟬.電氣設(shè)備中六氟化硫介質(zhì)的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電力設(shè)備，2008，7（8）：379－384.

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Research and Analysis of SF6Live Detection Method

YANG Shaocai1，WU Zhe2，MIAO Yu3
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Datang Northeast Electric Power Test and Research Institute Co.，Ltd.，Changchun，Jilin 130012，China）

SF6decomposition，its purity and humidity tests under running situation are carried out.The purpose of the tests is to ef?fectively monitor equipment state，accurately reflect the objective state of equipment，timely detect equipment defects，eliminate hidden trouble and greatly improve safe operation level.SF6decomposition of breaker in given substation is measured in this paper and the im?purity reasons are researched.This paper provides a reference for improved measure.

SF6decomposition；purity；humidity；testing

TM506

A

1004－7913（2016）11－0056－03

楊少才（1985），男，碩士，工程師，主要從事電廠化學(xué)技術(shù)監(jiān)督管理及電廠化學(xué)專業(yè)研究工作。

2016－08－20）