1、SF6 检测故障诊断技术摘要: 文章阐述了 SF 气体分解物的生成机理及其特点 ; 影响 SF 气体分解物生成的因素; 应用 SF 气体分解物进行电气设备故障诊断的情况。 关键词: SF 气体分解物; 故障诊断。 中图分类号：O659 文献标识码：A 文章编号： 一、引言 随着社会的不断发展, 特高压输电电压、超高压等级不断提高, 电力传输和变换容量迅速增大, 对电气设备也提出越来越高的要求。在我国 SF 电气设备已有近 40 年的历史, 由于具有优异的绝缘及灭弧性能, SF 电气设备被广泛地应用于电力系统中, 通过分析 SF 气体分解物的生成机理及生成物特点, 可以诊断电气设备故障, 并推测
2、出可能存在的缺陷。 二、SF 气体分解物的生成机理及其特点 2.1 SF 气体分解物生成机理 根据大量研究发现, 纯净的 SF 气体具有稳定的化学性质, 分解物在设备正常运行时较少, 而且分解后的低氟化合物复合率非常高。但是, 一旦设备出现故障, SF 气体将发生较为复杂的化学反应。SF 气体分解的主要原因除了异常过热外就是放电故障, 放电故障分为以下几类: 1）电弧放电。电弧会在正常操作断路器开断电流时产生, 在电弧的作用下, 发生反应 SF SF+ F , 此外, 还有其他气体和固体生成物, 经过一段时间, 气体生成物大部分被吸附剂吸收, 而容器底部则有固体生成物出现。2）火花放电。放电能
3、量较低, SF 气体分解物生成率低是火花放电与电弧放电的主要区别。3）电晕放电。电晕放电可能是由于局部电场强度的升高产生的, 分解物的多少与放电时间成正比, 在电晕放电中, 将产生较高浓度的 SOF 气体。4）过热分解。即使没有发生放电, 在导体接触不良造成局部过热的情况下, SF 气体仍发生分解。 2.2 SF 气体分解物的特点 SF 气体分解物在运行的电气设备中具有下面几个特点:1）较为复杂的分解物成分和杂质, 国内外研究机构对生成物进行分解研究, 最终得出的种类有二三十种之多; 2）SF 气体分解物虽然种类较多, 但是含量大部分都特别低, 在 L/L 级就有很多; 3) 一般在 SF 电
4、气设备内部放置吸附剂, SF 的气体分解物有效地被吸附剂吸附, 但是也加大了通过检测分解物来诊断设备运行状况的难度; 4) SF 气体分解物相当一部分含有毒性。 三、影响 SF 气体分解物生成的因素 影响 SF 气体分解物生成的因素有以下几种: 1）电弧放电的能量。影响 SF 气体分解物的主要因素是电弧能量, 气体分解物的生成率随着电弧能量增大、弧区温度升高而增大。2）电极材料。SF 气体分解物在电弧作用下生成与电极材料有关, 铝电极是 SF 气体分解物数量最高的, 而银氧化镉是最低的。3）绝缘材料。SF 气体分解物的组分和生成量会受绝缘材料的影响, 在高温过热情况下, SF 电气设备中的线圈
5、绕组常用的固体材料会炭化, 随着温度的升高 CO、CO 气体含量也会增大。4）水分和氧气。水分和氧气极大影响着 SF 气体分解物的组分和生成量, 在水分和氧气的影响下, SF 气体在燃弧期间的主要分解物 SF 和金属氧化物发生下列反应: 2 SF + O 2SOF , SF +HO SOF+ 2HF,2 SOF + HO 3SO F+ 2HF, SO F+ HO S O +2HF。 四、应用 SF 气体分解物进行电气设备故障诊断的情况 只分析 SF 气体的部分分解物就能诊断出电气设备故障的位置或内部缺陷, 为了快速找出电气设备内部故障点, 可以根据 SF 气室的检测环境, 分析具有代表性的分解
6、物。应用 SF6 气体分解物进行电气设备故障诊断的情况有以下几种。 4.1 检测 SF 气体分解物中 CF 、可水解氟化物含量及诊断设备内部放电故障 在送电时, 某变电站的 GIS(气体绝缘金属封闭开关) 设备发生短路, 断路器 C 相由于短路发生跳闸事故 , 为了对故障情况进行确定 , 在故障发生 6 个小时后, 分析相关气室的 SF 气体分解物, 发现可水解氟化物及 CF 在 SF 气体分解物中的含量增加明显。利用气相色谱法对发生故障前的该气室进行分析检查, CF 的含量为零, 发生故障之后再进行检查, 发现气室中的 CF 含量为 50 g/g, 经过初步检查认为气室存在固体绝缘故障问题,
7、 后经解体检查证实气室中动触头的绝缘子表面有 30cm 面积的电弧灼伤痕迹。另外, 要随时注意可水解氟化物及 CF 在 SF 气体分解物中的含量的变化情况, 若含量持续增加, 很可能会发生电气设备故障, 随时监测, 有利于早期、迅速地发现设备故障。 4.2 检测 SF 气体分解物中 SO、HS 和 HF 含量发现设备放电及过热故障 在水分的影响下, SF 在放电和热分解时产生的气体主要有 SO 、HF、SOF2 和 SOF2。但是, 当固体绝缘材料发生故障时,将会产生 CF 和 HS 等气体。在电晕和裸金属低能量放电时,如果故障电流较小, 则检测不出 HS 气体的存在, 只有当电流较小时, H
8、S 气体才能被检测出, 所以, 裸金属放电能量大小与 HS 含量多少密切相关。HF、HS 和 S O 这 3 种气体在现场检测时是属于内部故障的特征组分。某单位利用 HF、HS 和 S O 含量检测 SF6 电气设备故障, 通过对 500 多台 SF 电气设备进行试验检测, 9 次确认了故障部位, 此方法在该单位已成为 SF6 电气设备预防性试验检测方法。 4.3 检测 SF 电气设备中 CO、C O 含量发现设备过热故障 CO 和 CO 会在 SF 气体中的固体绝缘过热后产生, 它们的含量与过热时间和过热点温度密切相关。绝缘纸在模拟实验中温度达到 150 时出现炭化迹象, 固体绝缘物产生的
9、CO 含量随着温度的升高而快速增加, 而 CO 气体增加较慢。因此,利用监测 CO 和 CO 气体含量增加的速度, 可以检测出 SF 线圈类、气体绝缘变压器以及互感器的绝缘过热等电气设备故障问题。 4.4 通过检测 SF 气体分解物中 SOF2、S O 总含量增加发现设备故障 SOF 是 SF 电气设备内气体分解物中极具代表性的气体生成物, 在设备内水分增加的情况下, SO F 会继续反应生成 HF 和 SO , HF 是一种极易溶解于水的气体, 在水中溶解后生成氢氟酸, 氢氟酸与设备内部金属和杂质反应生成 Cu F、S iF 等固体物质。由于这些原因, 设备发生故障后一般都检测不到 HF 的
10、含量或者检测到的量值非常小。SF 气体的分解物数量虽然非常多, 但只有 SOF 和 SO 能容易检测出来, SO F 随着水分的持续增加继续分解生成 SO 。在设备故障诊断中单独检测 SO F 或 SO 都不能达到目的, 检查两者的总量才能查找到故障部位和性质。 五、结语 SF 气体在一些作用下能分解产生特征气体, 电气设备故障状态可以通过特征气体的体积分数来进行判断, 但是, SF 气体由于设备发热而造成在分解时温度较高, 存在一定的滞后性, 所以故障和缺陷仅靠检测 SF 气体的分解物是不够的。目前在分析判据上还没有统一的结论, 这就需要工作人员进行更加细致和深入的研究。 参考文献: 1 连鸿松. 根据 SF 气体分解产物诊断电气设备故障 J .福建电力与电工, 2005, 25( 3) 2 毕玉修 , 卞超. 应用 SF 气体分解物进行电气设备故障诊断的探讨 J . 江苏电机工程, 2007 , 26( 5) 3 丁繁荣, 赵学军, 张敏强. 高压电气设备 SF 气体危害及防范措施 J . 电网技术, 2007 , 31( 增刊 2) 4 游荣文, 黄逸松 . 基于 SO 、HS 含量测试的 SF 电气设备内部故障的判断 J . 福建电力与电工, 2004( 2) .
