SF6气体组份光图谱介绍

[摘 要]本文采用傅立叶变换红外吸收光谱法实施了SF6 局部放电分解组分检测实验，结果证明能够成功检测到SOF2、SO2 F2以及SO2、SOF4 等多种气体，进行了红外检测分析和红外光谱谱图分析，并对于不同时间段的组分体积分数变化趋势进行了探讨，认为随着放电时间的不同会产生差异化的气体组分以及产气率，且利用该方法可以进行GIS 的在线监测。

[关键词]SF6；气体组份；光图谱；红外检测

中图分类号：O658.6+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0097-01

气体绝缘组合电器由于绝缘结构紧凑，安全可靠，因而在现代社会中被广泛应用。但是由于制造以及装配过程中极易出现一些细微的潜伏性绝缘缺陷，往往会造成GIS内部出现局部放电现象，而放电形成的大量能量可以让SF6气体分解出诸如SF4、SF3 以及SF2等成分，均容易和SF6 中的一些微量水分以及氧气反应生成一些活性气体，比如SOF2、SOF4以及SO2等。极易加速加速绝缘老化同时还会对金属表面构成腐蚀，进一步引发GIS 故障。本文研究的过气体组分监测技术正是控制腐蚀性气体体积分数的一种有效手段，能够用于局放总体水平的判断。

一、实验准备

本文采用ST-IR型SF6气体组份分析仪进行SF6 局部放电分解实验，该仪器可现场分析SF6气体分解产物多种组分，包括SO2、HF、SOF2、SF4、SOF4、SO2F2、SO2F2、CF4、COS、SiF4、CO2、CO、H2O、SF6等，且测量精度较高。模型则使用了针板电极缺陷模型，设置电极间距是10mm，首先把实验装置抽真空，然后再充入气压大小为0. 3 MPa 的SF6 气体，同时设置施加电压大小达到24 kV，放电时间设置为96 h，采气间隔时间则设置为12 h。

二、红外检测分析

本研究中采用傅立叶变换红外光谱仪以及长度为20米的光程气体池实施红外分析。我们知道，红外吸收光谱极易受到H20和C02这两种物质的影响，因而在实验中为了防止这一现象出现，采取先把气体池抽真空然后通入氮气，再次真空，将上述步骤重复多次后才能通入SF6 的分解组分。经测量计算后，气体池极限真空是4 kPa，其中残余气体成分是氮气。本次研究中，气体池采样气压的大小是100 kPa， 同时波数的分辨率数值为0.5cm-1 ， 扫描次数设计为32次，同时实验所处的温度为19摄氏度，湿度则保持在27%。

SF6 气体体积分数较高，十分接近于它的分解物属性，存在较为严重的光谱重叠现象。为了确保能够较为准确的检测到微量的分解气

体组分，实验应当采用在五SF6 气体吸收的谱带条件下进行分析。结果显示SF6 气体及其分解产物的吸收峰主要是在480 cm- 1―2000 cm- 1这一范围内。

三、红外光谱谱图分析

本次研究中，我们首先采用红外吸收光谱法对于放电分解前的SF6进行了分析， 将其当做对比谱图看，接着又对不同时间段进行放电分解之后的SF6进行了采集，对比探讨了分解组分的红外光谱。从图1中，我们可以明显看出前后两次获取的光谱图出峰方面明显存在差异，主要表现为SF6其他分解后的红外吸收光谱图在吸收峰方面明显增多。

实验中，为了有效避免SF6气体的影响，笔者采取了光谱图分区段的形式进行分析，即将也吸收峰差异方面比较明显的那部分吸收带提取出来，以获得相应的子图，进而得出分解气体特征组则对应相应的子图。在SF6 放电12小时后的我们得到的分解组分只有SOF2 、SO2 F2以及SF4 共三种。而当SF6 放电96小时后的分解组分可以得到5中，产物红外吸收光谱图具体情况如图2所示。

从图1中，我们可以明显看出随着放电时间的不断增加，各个吸收峰的峰值也明显呈现出增大趋势，同时分解组分种类也开始增多，而新增的两种成分，即SOF4 和SO2 都是SF6 放电分解组分中的关键组成部分，同时结合SO2 的吸收峰峰值我们也能够得知其体积分数较高。

四、体积分数分析

我们知道，当放电时间不同的时候，会得到不同的组分和体积分数。实验中也发现，放电12小时后就能够检测到SOF2、SO2F2以及SF4等组分，而等到放电36小时后，就能够检测到SO2，但是SOF4则需要放电72小时之后才可以检测到。同时，在放电36 小时后虽然就可以检测到SO2，然后在之后的60 小时里，虽然时间不短增加，但是其体积分数并为出现较大变化，直到放电84小时之后，体积分数开始呈现出迅速增大的趋势。而SO2F2 的峰值从整体上来说，虽然是增加，但是和组分SOF2以及SO2 二者比较，这种变化趋势相对来说较为平缓。其中SOF2在放电的前60小时内，其增长速度较为缓慢，之后随着放电时间的不断增长其吸收峰峰值呈现出迅速增大的趋势，产气率相应提高；而SO2F2放电的前24小时之间产气率虽然一直在处于增大状态，但是直到放电84小时之间，其产气率基本变化不大，而等到84小时之后产气率开始再次增大；SO2放电到84小时之前，其产气率一直未出现显著变化，组分体积分数相对较低， 但等到放电84小时之后产气率开始突然增大。因而在实际生产中，我们也可以根据这一规律，根据组分中SO2的体积分数包括产气率这两个方面来分析缺陷放电的时间。

结束语：

SF6 分解组分情况直接关乎到GIS 的绝缘缺陷，借助气体组分的监测能够较为准确的实现对GIS 内绝缘状态的评估。本文研究也进一步证实，随着放电时间的不同会产生差异化的气体组分以及产气率，因而利用该方法可以进行GIS 的在线监测。

参考文献：

[1] OKABE S， KANEKO S. Detecting Characteristics of SF6 Decomposed Gas Sensor for Insulation Diagnosis on Gas Insulated Switchgears[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008（1）.

[2] 龚尚昆，陈绍艺，周舟，陶靖，胡旭，王璁，郑书生. 局部放电中的SF6分解产物及其影响因素研究[J]. 高压电器. 2011（08）