SF6气体分解产物诊断GIS设备故障的应用探析

唐峰

摘要：文章阐述了SF6气体分解物产生的原因，并且通过分解物的相关分析，提出了利用SF6气体分解产物诊断GIS等设备内部故障，实践表明，利用检测SF6气体分解产物的组分和含量来判断GIS内部故障，对电力企业GIS的运行监测及故障诊断具有很好的指导意义。

关键词：SF6；气体分解物；GIS设备；内部故障；运行监测；故障诊断 文献标识码：A

中图分类号：TM206 文章编号：1009-2374（2015）14-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.030

1 概述

GIS是发电企业最常用的封闭型组合电器之一，GIS将变电站包括的隔离设备、断路器、互感器、接地开关、母线等除变压器之外的所有一次设备进行优化组合，封闭在具有金属接地的一个外壳内；在封闭过程，注入具备良好绝缘性能和灭弧性能，并且具备一定纯度的SF6气体作为设备的绝缘、灭弧介质。但是GIS内部构件发生过热、放电等情况，容易导致SF6气体成分的微小变化，如果GIS中SF6气体纯度满足不了要求时，SF6性能急剧下降，容易造成故障。

2 GIS等设备内SF6气体分解产物的产生原因

GIS设备在正常工作过程中，在断路器的GIS的绝缘材料是SF6气体和绝缘时体，由热固性环氧树脂和拉杆在乙烯弧室；其他设备和用作转弯层绝缘和电容器层聚酯乙烯、纸及油漆。SF6气体当温度高于500℃，它开始分解并接通之后；夹层与聚酯乙烯、纸及涂料，为约120℃。热解温度对于SF6设备的正常运行，只要内部低于80℃，分解产物不会产生。断路器分、合闸过程产生电弧很高的温度，一般超过2000℃，这样，SF6生成带电离子和分子的高温，但由于分、合闸速度，而且还具有灭弧效率的功能，所以该带电离子和力矩的化合物转化SF6，超过99.9%的化合物复合率和SF6气体固体绝缘材料不显著分解，吸附剂产生少量的分解产物置于吸收的顶部。因此，用于断路器的正常操作，在打开和关闭一个星期后，在气室中的分解产物的含量不大于1亩升/升。但局部放电和在装置内部的严重过热故障的存在，会使绝缘材料和固体故障区域S的气体分解，产生硫化物、氟化物和碳化物。

GIS设备造成电弧放电、火花放电、电晕或部分放电的原因很多，主要存在环节和过程在于其储存、运输、安装中部件松动，设备电极表面存在划痕；GIS设备安装存在技术性偏差，电极表面的缺陷，存在导电粒子或者一些工具遗忘在设备内部等，这些原因将可能造成放电故障。研究表明，单纯的SF6气体具有一般条件下的化学稳定性优异，可以与其他物质只在极端条件下，如高温下的放电反应，材料消耗??和产物反应取决于接触和SF6气体的能量，气体放电故障的主要原因是SF6分解的发生，有三个主要的形式：电弧放电、火花放电、电晕放电或局部放电。

第一，在电弧放电中，温度往往达到20000K，将产生的气体的热分解现象。高温SF6和其分解产物会与金属发生反应，形成金属氟化物。在分解产物，SOF2主要是稳定的分解产物；CF4形成在与有机材料的电弧触头；SO2是由SOF2的水解形成的。

第二，在火花放电能量相对电弧放电低，SOF2是主要的分解产物；SO2F2的体积分数比电弧放电增加；SF4最初的重要产品是在火花放电时产生。

第三，在电晕或部分放电，SO2F2相对电弧放电，火花放电情况的体积分数要高得多，可以用作一个特征电晕或低能量放电的主要气体产品。作为放电能量降低（从电弧到火花），随SO2F2的体积分数增加而增加。电晕放电存在痕量水和氧气，所述稳定的气体是以SOF2，SO2F2和SOF4为前提。而信号特征，随电弧放电和火花放电持续时间和放电能量的不同而不同，但排出的结构和试验结果是相似的，所以该机制与试验结果和这两种放电故障类型中描述分析一致。

据国内外相关数据分析得知，GIS电气设备内部发生故障时分解产生的一些硫化物为SF4、SOF2、SO2、SO2F2、H2S、S2OF10和S2F10等；氟化物分解物为CF4、ALF3、HF、WF6和CuF2等；碳化物会有CO2、CO和一些低分子烃等。

3 SF6气体分解产物的检测

SF6具有的分子结构是??在正常工作条件下，电气设备非常稳定（低于0.8兆帕，-40℃～80℃），SF6不与金属材料（例如不锈钢、铝、铜、银、硅钢、黄铜、低碳钢等）和有机固体材料（如玻璃、树脂等）发生化学反应。一般200℃以上以及电弧放电热效应状态下，SF6气体化学分解成固体、氟化金属以及气体。这是分析的理论基础。

对于气体绝缘设备的潜在故障诊断里面，设备事故发生后，故障定位，SF6气体的分解受到外部环境干扰检测具有体积小、灵敏度高、精度好等特点。SF6断路器，GIS等设备由于SF6气体绝缘电气设备展览会开幕充电检测工作SF6气体的分解产物，气体绝缘安全隐患的设备运行故障调查。

目前，检测的分解产物SF6气体的分解产物和分析的方法有总检测器法、气相色谱法、红外吸收光谱、电化学传感器、检测管和动态离子方法。

GIS放电作用下的SF6气体分解与还原如图1所示：

4 利用SF6气体分解产物诊断GIS等设备内部故障分析

4.1 对SF6气体分解产物检测情况分析

通过对12台42间隔168气室数据可以看出，S0：+SOF检测气室有153个，占72.2%，0-1/L共56室，占26.4%；HS未检测出的总共107个气室，占63.7%，0～1L/L为五气室，占2.3%；高频未检测存在总共109个气室，占64.9%，0～1L/L为两室，占0.9%。有一个气室SOF、HF和CO含量异常高，检查后，发现设备发生超温故障。

统计数据表明，在正常运行中GIS型设备，所以SO+SOF、HS、HF三组一般不超过1的含量，SO2+SOF2最大不应超过2/L；CO含量一般不超过100L/L，最高不应超过200L/L。

4.2 诊断案例分析

放电故障设备的SF6组合电器，放电部位为开关B相气室，设备电压等级是220千伏：切换正常关闭操作约1分钟，开关故障跳闸保护动作，据记载，刀门B相的故障电流是大约为10kA，在设备内存在20kg的气体，在此期间的300毫秒的故障电弧的时间段。通过拆卸检查中发现的刀开关动触头均压帽脱落，还有表面放电的明显迹象。在铜-W接触触头公式计算中。通过分解产物的产生的故障情况：

式中：

I——电流强度，单位是kA

t——燃弧时间，单位是s

m——充气重量，单位是kg

146——SF6分子量

22.4——标准状况下气体摩尔体积，单位是L

实际测试的分解产物量为783.4，该实测值与理论计算值比较接近。

5 结语

SF6分解产物检测的快速、准确分析是判断GIS设备内部故障的重要手段，应建立正常机制的分解产物的检测工作，定期检测GIS和其他设备的分解产物，并结合设备结构，操作进行维护，综合分析电气测试，保护和故障记录的情况，不断提高故障判断和处理的能力。

参考文献

[1] 王军香.SF6气体分解产物的检测在电气设备故障诊断中的应用[J].四川水力发电，2014，8（33）.

[2] 苗玉龙，等.放电条件下六氟化硫气体分解产物变化情况的研究[J].高压电器，2012，45（8）.

（责任编辑：陈 倩）