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      GIS設(shè)備中SF6體分解影響因素分析

      2017-04-26 12:51:53馬婧珺
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年9期
      關(guān)鍵詞:GIS設(shè)備

      馬婧珺

      摘 要:SF6氣體無色、無味且不會污染環(huán)境,具備較高的耐電強度,因而被廣泛應(yīng)用至GIS等電氣設(shè)備中。但運行中的GIS等電氣設(shè)備會因安裝以及制造等環(huán)節(jié)釋放出二氧化硫、二氧化碳、硫化氫以及氟化氫等有害氣體,不但影響了設(shè)備正常的運轉(zhuǎn),還危害了檢修人員的生命安全。為此,工作人員應(yīng)掌握SF6氣體的分解機制,并研究不同放電情況下GIS等電氣設(shè)備內(nèi)部SF6氣體的分解過程,從而確保設(shè)備的安全運行。

      關(guān)鍵詞:GIS設(shè)備;SF6氣體;分解影響因素

      1 放電能量

      由以往大量的實驗研究可以發(fā)現(xiàn),無論是火花放電、局部放電或者是電弧放電,SF6氣體分解后產(chǎn)物的量均會與放電能量呈正比關(guān)系。

      2 電流強度

      處于電弧放電形式下,隨著電流的進(jìn)一步增大,CF4含量不會出現(xiàn)明顯的變化,且SO2F2的產(chǎn)量與電流之間不存在任何聯(lián)系。但也有相類似實驗認(rèn)為,二氧化硫以及硫化氫氣體的含量會隨著電弧電流的增大會不斷增加。而直流放電時,當(dāng)電流在0至4微安時,SO2F2氣體的含量會隨著電流的增加而增多,但電流大于20微安時,SOF2氣體的變化則與電流變化無關(guān),而SO2F2氣體則會隨著電流的增大而逐漸減少。當(dāng)處于50赫茲的交流放電時,當(dāng)電量為一定數(shù)值時,SOF2氣體的變化與電流強度不存在聯(lián)系,而SO2F2氣體則會隨著電流強度的增大而增大。但當(dāng)電流超過20微安時,SO2F2氣體含量的變化與電流強度不存在聯(lián)系。

      3 SF6氣壓

      目前工業(yè)中較常使用單壓式的SF6高壓斷路器,且氣壓會保持在0.7兆帕左右。且除了斷路器以外,其他電氣設(shè)備的充氣壓力不得超過0.45兆帕。實驗過程中,電氣設(shè)備的氣壓保持在100至400千帕范圍內(nèi),小于實際現(xiàn)場設(shè)備的充氣壓力。

      4 水分含量

      GIS在以下幾種情況下會生成水分,首先是GIS設(shè)備在制造、安裝以及檢修過程中可能會接觸外界的水分,以致水分浸入至設(shè)備內(nèi)部;其次是GIS設(shè)備的絕緣件帶有一定水分,且在設(shè)備運行期間,會慢慢向外釋放;最后是SF6氣體帶有一定水分,但新氣的含水量應(yīng)保持在一定范圍內(nèi),因而需要進(jìn)行干燥處理。研究發(fā)現(xiàn),SF6氣體含水量的多少與電弧分解物質(zhì)存在很大聯(lián)系,受水分、氧氣以及雜質(zhì)氣體的影響,放電結(jié)束后的SF6在復(fù)合過程中遇到了很大阻礙,以致生成了二氧化硫、SO2F2以及SOF2等有害氣體,由此看出,水分對氣體產(chǎn)物的生成量具備十分重要的作用。水分子參與反應(yīng)的常見反應(yīng)式如下所示:

      SFx+1+OH→SOFx+HF X=0…4 (1)

      SF4+H2O→SOF2+2HF (2)

      SOF2+H2O→SO2+2HF (3)

      SOF4+H2O→SO2F2+2HF (4)

      在放電區(qū)域,水分子會被分解為O與OH,且其會與低氟硫化物產(chǎn)生反應(yīng),并生成有害氣體,這些氣體還會擴散至放電區(qū)域外,并吸附于絕緣材料表面形成強酸物質(zhì),嚴(yán)重侵蝕了固體材料,影響了電氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

      為了進(jìn)一步深入了解水分的作用機制,研究人員還分析了不同放電情況下,不同水分含量對氣體產(chǎn)物的影響,首先是直流放電,此種情況下,隨著水分的增加,SO2F2以及 SOF2等有害氣體的生成量也會隨之增大。其次是交流放電,當(dāng)水分含量增加至一定程度時,SO2F2氣體的生成量與水分含量無關(guān),但SOF2氣體的含量則會隨著水分的增加而緩慢增大。最后是電弧放電,與局部放電相似,電弧放電形式下,水分對SOF2以及SO2F2氣體的生成量也不存在影響。

      5 氧氣含量

      GIS設(shè)備中的氧氣可能來自于安裝以及檢修等過程中滲入的空氣,且電極以及絕緣材料也會生成氧氣。氧氣產(chǎn)生的氧離子可以吸附在電極表面,是有毒、有害氣體等分解物的主要來源。一般來講,隨著氧氣含量的增大,SOF2以及SO2F2氣體的含量會明顯增大,但當(dāng)水分與氧氣含量極低時,其對設(shè)備氣體分解產(chǎn)物的影響便會變得微乎其微。氧氣主要參與反應(yīng)的反應(yīng)式如下:

      SFx+1+O→SOFx+F X=0…4 (5)

      SOFx+O→SO2Fx X=0,2 (6)

      6 電極材料

      電極材料也是決定氣體分解物的主要因素,不同的電極材料存在不同性質(zhì)的表面結(jié)構(gòu),對氧氣以及水分的吸附力也各不相同,以致會發(fā)生不同的電極反應(yīng)。銀、銅、鋁以及不銹鋼等均屬于常用的電極材料,由研究可知,電極表面的水分以及氧氣也與氣體分解物存在緊密聯(lián)系,且電極表面吸附的氧分子越多,SOF2以及 SO2F2氣體的生成量越大,且具體分解物情況如圖1所示。

      7 固體絕緣材料

      GIS電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料主要分為SF6氣體以及固體絕緣材料兩種,且根據(jù)設(shè)備不同功能,固體絕緣材料也各不相同,具體來說,主要有熱固性環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯以及絕緣漆等。同時,斷路器的固體絕緣材料還包括環(huán)氧樹脂與聚四氟乙烯等。熱固性環(huán)氧樹脂主要由C、H、N以及O等元素構(gòu)成,具備穩(wěn)定的化學(xué)性能與絕緣性,只有溫度大于500度以上時才會開始分解,會產(chǎn)生二氧化硫、一氧化碳以及硫化氫等氣體。聚四氟乙烯具備較好的絕緣性與穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),只有溫度大于500度時,才會產(chǎn)生少量的一氧化碳等有害氣體。聚酯乙烯當(dāng)溫度大于130度時才會開始分解,且會產(chǎn)生一氧化碳、氫氣以及二氧化碳等有害氣體。絕緣漆主要由C、H以及O等元素構(gòu)成,且裂解后會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等有毒氣體。

      由固體絕緣材料以及裂解機制可以發(fā)現(xiàn),硫化氫氣體的含量與固體絕緣性有關(guān),且聚酯乙烯以及絕緣漆等會釋放出一氧化碳?xì)怏w,也可以通過CF4氣體的含量判斷固體絕緣情況。

      8 結(jié)束語

      當(dāng)前,人們在水分、氧氣以及放電能量影響SF6氣體分解產(chǎn)物方面取得了一定成績,且基本掌握了各種影響因素的作用機理,但研究人員還應(yīng)進(jìn)一步深入探索,以便掌握更多關(guān)于SF6氣體的分解知識,全面了解SF6氣體分解產(chǎn)物的作用過程,從而確保電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

      參考文獻(xiàn)

      [1]唐炬,范敏,譚志紅,等.SF6局部放電分解組分光聲檢測信號交叉響應(yīng)處理技術(shù)[J].高電壓技術(shù),2013(02).

      [2]唐炬,陳長杰,劉帆,等.局部放電下SF6分解組分檢測與絕緣缺陷編碼識別[J].電網(wǎng)技術(shù),2011(01).

      作者簡介:馬婧 (1986,08-),女,漢族,北京電力工程師,碩士研究生,研究方向:項目管理。

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