電化學(xué)傳感器檢測SF6分解產(chǎn)物的影響因素及現(xiàn)場應(yīng)用

毛光輝，朱建軍，王 鋒，溫定筠，丁五行

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅省蘭州730030;2.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅省蘭州730030;3.泰普聯(lián)合科技開發(fā)(北京)有限公司，北京102200)

電化學(xué)傳感器檢測SF6分解產(chǎn)物的影響因素及現(xiàn)場應(yīng)用

毛光輝1，朱建軍1，王 鋒1，溫定筠2，丁五行3

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅省蘭州730030;2.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅省蘭州730030;3.泰普聯(lián)合科技開發(fā)(北京)有限公司，北京102200)

介紹了高壓電器設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物常用檢測方法，重點(diǎn)描述了電化學(xué)氣體傳感器法在檢測SF6分解產(chǎn)物方面的原理、應(yīng)用及影響因素。通過采用電化學(xué)傳感器法進(jìn)行的現(xiàn)場實(shí)際檢測、分析及其與設(shè)備解體后實(shí)際情況的對比，討論了電化學(xué)傳感器法在SF6電氣設(shè)備潛伏性故障診斷方面的優(yōu)勢和不足。

SF6分解產(chǎn)物;電化學(xué)傳感器法;現(xiàn)場檢測

0 引言

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，SF6氣體因其具有高的耐電強(qiáng)度、優(yōu)良的滅弧性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等特性［1－5］，被廣泛應(yīng)用于各類高壓電器絕緣設(shè)備，我國現(xiàn)有的126kV以上電壓等級(jí)的開關(guān)設(shè)備主要采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)。由于在設(shè)計(jì)、工藝、安裝等環(huán)節(jié)存在不足，SF6電氣設(shè)備中可能存在缺陷，運(yùn)行后缺陷不斷發(fā)展，將最終導(dǎo)致事故發(fā)生。因此，及時(shí)檢測發(fā)現(xiàn)和消除SF6電氣設(shè)備內(nèi)部的異常運(yùn)行狀況，對保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

SF6氣體分解產(chǎn)物檢測法具有受外界環(huán)境干擾小、靈敏度高、準(zhǔn)確性好等優(yōu)勢［6－9］。通常導(dǎo)致SF6分解的因素有設(shè)備異常發(fā)熱，局部放電及開斷電?。?0］。由于所處的工況復(fù)雜，導(dǎo)致其分解過程復(fù)雜、分解產(chǎn)物多樣。根據(jù)前期的理論研究及現(xiàn)場檢測到的分解產(chǎn)物來看，其分解產(chǎn)物有SOF4，SOF2，SO2F2，SO2，H2S，HF及其與電氣設(shè)備中的金屬反應(yīng)生成的金屬氟化物等［6－9，11－14］。

目前，實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場檢測SF6分解產(chǎn)物的方法較多，主要有氣相色譜法、紅外光譜法、電化學(xué)傳感器法、氣體檢測管法等［10］。相比而言，電化學(xué)傳感器法由于設(shè)備小型化、靈敏度較高、可用于現(xiàn)場檢測等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛關(guān)注。本文通過電化學(xué)傳感器法對SF6分解產(chǎn)物中的H2S、SO2、CO進(jìn)行檢測，并通過對電化學(xué)檢測方法的影響因素分析及現(xiàn)場應(yīng)用，總結(jié)出電化學(xué)傳感器法在電氣設(shè)備潛伏性故障診斷方面應(yīng)用的特點(diǎn)和不足。

1 SF6氣體分解產(chǎn)物及其檢測方法

目前，已報(bào)道SF6的分解產(chǎn)物種類復(fù)雜多樣，其分解產(chǎn)物根據(jù)具體工況的不同而有所變化，但其分解產(chǎn)物里均含有SO2、H2S組分，此外部分研究報(bào)道還有CO產(chǎn)物［15］。在幾種分解產(chǎn)物中，H2S、SO2及CO一般都是可以穩(wěn)定存在很長時(shí)間，因此通過檢測此三類氣體分解產(chǎn)物的各自濃度，綜合分析就可獲知設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)。

目前對此類氣體的檢測方法主要有檢測管法、電化學(xué)傳感器法、氣相色譜法、紅外吸收光譜法等。這些方法原理各異，針對性各不相同，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 SF6分解產(chǎn)物氣體檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)比較［16］

從以上比較可知，電化學(xué)氣體傳感器法具有檢測速度快、操作簡單、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢，且其攜帶方便，便于現(xiàn)場檢測。使用標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定后的檢測結(jié)果參考價(jià)值高，目前已成為現(xiàn)場檢測的主要手段，用于對SF6氣體特征分解產(chǎn)物SO2、H2S和CO含量的現(xiàn)場檢測，為診斷SF6電氣設(shè)備潛伏性故障提供依據(jù)。

2 電化學(xué)傳感器法檢測原理及影響因素

電化學(xué)氣體傳感器是將一個(gè)電極固定于電解質(zhì)中作為對比電極，另一電極測量待測氣體在電極表面上的電位，基于兩電極之間的化學(xué)電位差來檢測氣體，其原理圖見圖1。

圖1 電化學(xué)傳感器原理示意

電化學(xué)傳感器在檢測SF6氣體分解產(chǎn)物時(shí)，受其自身特性影響，不同氣體間的交叉干擾、環(huán)境溫度及零點(diǎn)漂移等都會(huì)對檢測結(jié)果造成影響(見圖1)。

2.1 交叉干擾

電化學(xué)傳感器的交叉干擾也稱作“交叉靈敏度”，指傳感器對混合氣體中非目標(biāo)氣體的響應(yīng)。

表2給出了試驗(yàn)獲得的某型號(hào)H2S氣體傳感器的相應(yīng)情況，其除了對目標(biāo)氣體H2S有響應(yīng)外，對SO2、CO等非目標(biāo)氣體也有不同程度的響應(yīng)。

表2 某型號(hào)H2S電化學(xué)傳感器實(shí)測交叉干擾數(shù)據(jù)

因此，SF6氣體分解物檢測儀內(nèi)置的某一氣體傳感器對通入氣體產(chǎn)生的響應(yīng)，實(shí)際上是其對不同種氣體響應(yīng)的疊加。針對交叉干擾，電化學(xué)氣體傳感器檢測法主要采用內(nèi)置交叉干擾系數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)拇胧﹣硖岣邷y試的準(zhǔn)確度。對于SF6分解物電化學(xué)檢測儀，采用上述試驗(yàn)得到交叉干擾系數(shù)，并結(jié)合以下算法可解決交叉干擾問題，如表3所示。

表3 SF6分解產(chǎn)物檢測儀交叉干擾模型數(shù)據(jù)μL/L

表4中，X﹑Y﹑Z為原始?xì)怏w輸入濃度;x﹑n﹑y﹑m為電化學(xué)傳感器響應(yīng)值，－代表無響應(yīng); A﹑B﹑C為混合氣體電化學(xué)傳感器測試值。

即通過A﹑B﹑C三個(gè)混合氣體電化學(xué)傳感器測試值，通過逆算可得到混合氣體中X﹑Y﹑Z這三個(gè)原始?xì)怏w輸入濃度。

2.2 零點(diǎn)漂移

當(dāng)前，SF6分解產(chǎn)物檢測儀用傳感器的工作溫度范圍通常為－20℃～45℃，相應(yīng)傳感器的輸出電信號(hào)值隨著溫度不同發(fā)生變化。當(dāng)傳感器加電后，其工作電極上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微弱的電信號(hào)作為基線，通常將這一基線作為傳感器輸出電信號(hào)的相對零點(diǎn)，檢測時(shí)被測樣品產(chǎn)生的電信號(hào)均是在這個(gè)零點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的。當(dāng)外界溫度變化時(shí)，傳感器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)相應(yīng)改變，導(dǎo)致電極產(chǎn)生的基線電信號(hào)同時(shí)發(fā)生變化，從而傳感器的相對零點(diǎn)會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度的影響產(chǎn)生漂移。

因此，為了保證測量結(jié)果準(zhǔn)確，在日常使用時(shí)必須對SF6分解物檢測儀進(jìn)行零點(diǎn)現(xiàn)場校正。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 某變電站110kV PASS MO設(shè)備金屬零部件異常燒蝕潛伏性故障

在對某110kV變電站開關(guān)設(shè)備進(jìn)行SF6分解產(chǎn)物檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)，原產(chǎn)于某公司110kV PASS MO設(shè)備1139Ⅰ線間隔A相檢測數(shù)據(jù)異常，檢測數(shù)據(jù)如表4所示。檢測儀器為泰普聯(lián)合STP1000。診斷這臺(tái)設(shè)備存在有機(jī)絕緣物質(zhì)參與的潛伏性故障。在此需要特別說明的是，因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部吸附劑的作用，此類故障所產(chǎn)生的H2S被吸附，從而過低檢測不到。

表4 電化學(xué)測試結(jié)果μL/L

3.2 某變電站110kV斷路器懸浮電位潛伏性故障

對某變電站開關(guān)設(shè)備進(jìn)行分解產(chǎn)物現(xiàn)場測試時(shí)發(fā)現(xiàn)1101斷路器C相數(shù)據(jù)異常，檢測數(shù)據(jù)如表5所示。現(xiàn)場檢測儀器為泰普聯(lián)合STP1000。診斷該設(shè)備存在金屬類零件異常的潛伏性故障。

表5 電化學(xué)測試結(jié)果μL/L

4 結(jié)語

電化學(xué)傳感器法是適合SF6分解產(chǎn)物現(xiàn)場測量的方法，能夠有效地檢測出SF6氣體絕緣開關(guān)類設(shè)備的潛伏性故障。采用合理的方法可以消除電化學(xué)傳感器在測試SF6分解產(chǎn)物時(shí)所產(chǎn)生的交叉干擾、零點(diǎn)漂移對準(zhǔn)確度的影響問題，測量準(zhǔn)確性達(dá)到了現(xiàn)場應(yīng)用的要求。相信隨著研究的日益深入，越來越多的SF6氣體特征物將成為電化學(xué)檢測的對象，為運(yùn)行設(shè)備不同種類潛伏性故障診斷提供更加可靠的技術(shù)支撐。

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Influencing factors and field application of electrochemical sensor method in detecting SF6decomposition products

It introduces the commonly used methods for detecting the decomposition products of SF6in high voltage apparatus，especially the principle，application and influencing factors of electrochemical sensor method.By comparing the on－site detecting data of operating apparatus with the electrochemical sensor method to the situations of disintegrated apparatus，the advantages and disadvantages of electrochemical sensor method in detecting the latent faults in SF6apparatus are discussed.

SF6decomposition products;electrochemical sensor method;on－site detection

TM855

B

1674－8069(2016)04－060－03

2016-01-26;

2016-02-17

毛光輝(1967-)，男，高級(jí)工程師，長期從事電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E－mail:ziyidad@263.net