淺析檢測(cè)電力設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物進(jìn)行故障診斷的應(yīng)用

錢念 白祥宇 康寧

摘要：SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，廣泛應(yīng)用于斷路器和CS設(shè)備。當(dāng)電氣設(shè)備在絕緣故障時(shí)，SF6氣體會(huì)分解成SO2HS等產(chǎn)品，通過(guò)檢測(cè)這些分解產(chǎn)物的含量，可以對(duì)電氣設(shè)備絕緣故障進(jìn)行診斷。闡述了SF6氣體的分解機(jī)理，分析了故障診斷技術(shù)中分解的測(cè)試技術(shù)和診斷方法。

關(guān)鍵詞：SF6氣體;絕緣;分解;故障;診斷

引言

以SF6氣體為絕緣介質(zhì)的電力設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中逐漸取代了其他類型的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝及相關(guān)技術(shù)也越來(lái)越完善。然而，由于電力設(shè)備的老化和缺陷，電力設(shè)備的安全隱患尚未完全消除，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。通過(guò)檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷，特別是對(duì)其內(nèi)部故障的監(jiān)測(cè)，具有十分重要的意義。目前，氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)是電力系統(tǒng)中電力設(shè)備內(nèi)部故障檢測(cè)的一種可行、有效的方法，在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，將S6F氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)與局部放電試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)相結(jié)合，可以成功診斷電力設(shè)備內(nèi)部絕緣故障。

1 SF6分解產(chǎn)物的機(jī)理

在動(dòng)力設(shè)備的正常運(yùn)行中，SF6氣體非常純凈，其化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定。滅弧過(guò)程中分解的低氟產(chǎn)品可立即還原為SF6，重組率達(dá)998%以上。在電氣設(shè)備絕緣失效時(shí)，由于產(chǎn)生電火花、電暈等現(xiàn)象，溫度非常高，SF6氣體分解成SF3，SF等低氟化合物在氣體中與微量的水、氧、金屬和絕緣材料發(fā)生反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)十種化合物。這些化合物包括SO2、H2S、CF4、HF、SO2F2、SOF2、AIF3、CuF2等。這些產(chǎn)品與電力設(shè)備發(fā)生的故障類型有對(duì)應(yīng)關(guān)系。在目前的氣體檢測(cè)技術(shù)中，SO2、HS、HF、CF等氣體的檢測(cè)技術(shù)比較成熟，便于取樣，通常將這些氣體作為電力設(shè)備故障特征氣體。

其中HF是一種強(qiáng)酸氣體，溶于水中的氣體容易進(jìn)一步腐蝕電力設(shè)備中的金屬部件和絕緣材料，導(dǎo)致氟化物較多。因此，絕緣失效后，HF含量會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低。HF含量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)考慮到這一因素。在故障過(guò)程中，由于能量較高，固體絕緣材料會(huì)分解成HS，通常放電能量越高，其含量越高。電力設(shè)備中出現(xiàn)電弧時(shí)，絕緣材料容易產(chǎn)生一些CF氣體，電弧燒到固體絕緣材料時(shí)，C元素的源就會(huì)分解。正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力設(shè)備內(nèi)部有一定量的CF氣體，其體積分?jǐn)?shù)是明確規(guī)定的。但CF4氣體在絕緣失效后會(huì)發(fā)生顯著變化，因此也可作為故障診斷的特征氣體。

2 SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)技術(shù)

2.1氣相色譜法

氣相色譜法是監(jiān)測(cè)氣體的常用方法。它采用惰性其他作為流動(dòng)相，結(jié)合熱導(dǎo)率檢測(cè)、火焰光度檢測(cè)、電子捕獲等方法對(duì)樣品中的硫化合物、鹵素化合物和電負(fù)性化合物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方法精度高，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室氣體檢測(cè)。在電力企業(yè)對(duì)SF6進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，通常選用具有熱導(dǎo)檢測(cè)原理的氣相色譜儀來(lái)監(jiān)測(cè)SF6分解產(chǎn)物的成分，通常對(duì)CF氣體和CO2氣體都有很好的檢測(cè)效果。但由于這種監(jiān)測(cè)方法耗時(shí)較長(zhǎng)，且檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境因素影響較大，在電力設(shè)備SF6分解產(chǎn)物的檢測(cè)中并不常用。

2.2紅外吸收光譜法

紅外吸收光譜的原理是，當(dāng)紅外光穿過(guò)氣體樣本，樣本氣體吸收紅外線的一部分，和樣品的其他內(nèi)容有一定的關(guān)系，吸收紅外線，所以樣品的紅外吸收光譜氣體可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的。氣體的紅外吸收光譜上出現(xiàn)的峰值可以找到對(duì)應(yīng)的吸收峰和特征頻率。氣體的吸收作用可用于檢測(cè)SF6分解氣體的含量。這種檢測(cè)方法不需要分離混合氣相，需要的氣體樣品較少，可以同時(shí)完成多個(gè)氣體檢測(cè)結(jié)果，測(cè)試過(guò)程短，可用于電力設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。然而，由于SF6部分分解氣體的吸收峰接近，檢測(cè)靈敏度低，測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到限制。

2.3電化學(xué)氣體傳感器法

電化學(xué)氣體傳感器法是利用其他被測(cè)的催化生化反應(yīng)中，傳感器兩電極之間的電流與氣體的含量成正比，然后得到被測(cè)氣體的組成和含量。該方法具有檢測(cè)速度快、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。但該方法所使用的傳感器與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)，使用壽命不長(zhǎng)，且存在一定的零點(diǎn)漂移，因此在應(yīng)用過(guò)程中需要頻繁校準(zhǔn)儀器。

3 SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)的應(yīng)用

3.1運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)

電力設(shè)備的正常運(yùn)行，SF6斷路器分裂時(shí)只產(chǎn)生某些物質(zhì)分解和分裂，及其復(fù)合速度非常快，復(fù)合率也很高，加上設(shè)備配備吸附劑，所以不會(huì)有大量的分解產(chǎn)品內(nèi)的設(shè)備。而如果動(dòng)力設(shè)備有缺陷，內(nèi)部局部放電或過(guò)熱現(xiàn)象，設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生大量分解，其含量高于正常值，并隨著缺陷的惡化而增加。因此，通過(guò)檢測(cè)運(yùn)行設(shè)備中SF6氣體中分解物質(zhì)的含量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷。

3.2故障設(shè)備的檢測(cè)

對(duì)于失效的設(shè)備，其設(shè)備艙內(nèi)分解物的體積分?jǐn)?shù)明顯高于正常值。利用探測(cè)管法可以初步判斷分解氣體的類型和體積分?jǐn)?shù)。采樣后，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)氣體含量進(jìn)行高精度檢測(cè)，獲得其類型和比體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)氣體特征分量與故障類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為分析判斷故障類型提供了重要參考。

4 結(jié)語(yǔ)

SF6分解產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)可以提前檢測(cè)SF6電源設(shè)備內(nèi)部缺陷。特別是在電力設(shè)備突然故障后，SF6分解產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)能夠快速定位故障。SF6分解產(chǎn)品的類型和體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)可為判斷設(shè)備故障類型提供重要參考。該技術(shù)對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估和故障診斷具有重要意義。

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