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μL/L 级就有很多; 3) 一般在SF 电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 μg/g, 经过初步检查认为气室存在固体绝缘故障问题, 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, HS 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) .