SF6分解产物检测技术在故障排查中的应用

洪文生

（国网马鞍山供电公司，安徽 马鞍山 243011）

经验交流

SF6分解产物检测技术在故障排查中的应用

洪文生

（国网马鞍山供电公司，安徽 马鞍山 243011）

介绍了某公司3起GIS设备典型内部短路故障，根据故障前后对设备内SF6气体的分析及故障后对设备解体情况，分析了导致故障发生的原因及设备在工艺制造过程中所暴露的问题，并提出具体的防范措施，以保障电网设备安全可靠运行。

六氟化硫；制造工艺；闪络；电弧烧灼

近年来，由于高压电气设备制造安装工艺和内部材质等原因，使SF6电气设备内部存在绝缘缺陷乃至频繁出现事故，SF6电气设备故障可以分为放电和过热两大类，在常温下SF6是无毒性的气体，当SF6电气设备存在故障时，故障区域的SF6气体和固体绝缘材料在热和电的作用下裂解，主要产生硫化物、氟化物和碳化物。这些低氟化合物对人体有害、严重的可致命［1］。

马鞍山供电公司在2003年、2008年、2010年先后发生3起典型的GIS电气设备内部短路故障，有隔离开关失灵过热短路、母线绝缘短路和绝缘盆表面闪络故障，同时分别发生在新东北、西开、平高三大国内GIS知名生产厂家，现场检测方法也经历了原始的“闻”、利用SF6分解产物检测技术到SF6色谱检测技术的质的飞跃，马鞍山供电公司在SF6设备气体检测和故障定位处理方面也积累了一些成功的经验。

1 故障案例1

1.1 故障简介

故障发生在2003年10月10日，110 kV东郊变GIS设备8001号间隔气室发生内部短路故障，是一起隔离开关引起的金属接地故障，由于该配电装置是马鞍山地区首套GIS设备，运行维护和检修经验不足，加之当时没有行之有效的现场检测手段，只有依赖技术人员现场处理，厂方也没有好的检测方法，只能去闻有没有刺鼻的气味，未留下现场检测记录，如图1故障情况。

图1 GIS设备故障情况（a）——烧灼情况；（b）——故障点位置

1.2 故障原因分析

故障气室经解体后观察分析故障原因，8001号间隔闸刀拐臂安装角度不合适，闸刀接触不到位，接触电阻过大引起的触头发热过渡到电弧放电，幸运的是没有波及到内部绝缘盆，使得故障抢修时间大为缩短，这是一起典型的厂家工作人员工作责任心不到位、安装工艺粗放而引发的故障，值得反思，这也是安徽省电力系统首发的GIS组合电器故障［2］。

2 故障案例2

2.1 故障简介

故障发生在2008年7月3日16：25，马鞍山公司恒兴变220 kV母差动作，切除Ⅱ母上的当恒4836号、万恒4824号、上恒4816号、2号主变4802号及母联2800号、分段2200号断路器，上湖变4816号、当涂变4836号断路器也同时远跳，事故造成大面积停电。故障发生后检测人员立即携带分解产物检测仪和相关专业人员迅速赶到事故现场，先后用触摸、红外测温、故障录波、利用SF6分解产物检测仪查找故障气室。在测试的过程发现220 kVⅡB母（三相共箱式）1号气室有大量气体分解产物，其它的ⅡB母2号气室、ⅡB母3号气室检测正常，检测数据如表1所示。

表1 220 kVⅡB母气室分解产物含量检测数据uL／L

通过分解产物的测定初步判断220 kVⅡB母1号气室为故障气室，此时离故障发生还不到2 h。当晚22时许，安徽省公司生技部及电科院的专家也携带高精度检测仪到达故障现场，经电科院专家复检后，确诊ⅡB母1号气室为故障气室。检测数据如表2所示。

表2 220 kVⅡB母1号气室气室SF6色谱检测数据

2.2 故障原因分析

在西开厂的配合下，对故障气室进行解体检查，发现位于4836号间隔与2800号间隔之间母线筒内有短路放电烧烛现象，并伴有大量的SF6气体分解产物，现场能闻到SO2的刺鼻味，B相母线支撑绝缘子有严重的烧烛发黑现象，证明存在固体绝缘材料分解。检测数据中CF4含量高达0.16%也能反证该故障存在绝缘材料分解（故障情况如图2、图3）。

图2 母线筒内故障点位置

图3 母线B相支持绝缘子烧灼情况

根据现场解体检查，同时结合相关检测数据综合判断分析，造成这次事故的主要原因为B相母线支撑绝缘子存在制造工艺质量问题，在高电场条件下绝缘沿面放电，逐步累积进而造成单相接地故障。

该故障的定位也是首次应用气体分解产物检测技术成功范例，实践证明，通过SF6气体中SO2、H2S含量的检测能检出内部早期故障，SF6电气设备异常运行时SO2、H2S浓度范围含量直接反映了设备内部放电性缺陷，对应不同的设备缺陷，放电时产生的SO2、H2S浓度将不同，需要我们区别不同情况分析和判断。对于运行设备，当设备遭受明显的过电压冲击时也应及时检测SO2、H2S含量，因此在故障分析时，应结合设备的结构、材质、运行、检修和其它试验等情况进行综合分析，以便做出更准确的判断［3］。

3 故障案例3

3.1 故障简介

故障发生在2010年11月27日晚，220 kV上湖变110 kV GIS设备Ⅱ母母差动作，110 kVⅡ母失电。专业人员立即对设备外观检查，110 kVⅡ母侧所有隔离开关气体密度继电器压力值正常，检测人员利用SF6气体分解产物测试仪对故障气体进行分析排查，发现8882号隔离开关气室SO2含量超过100 μL／L、H2S含量0.8 μL／L；再通过隔离开关观察窗发现110 kV 8882号隔离开关C相窗口处有白色粉末状固体物，疑似故障过程中SF6与绝缘有机材料在闪络的高温作用下反应生成的产物。同时其它与110 kVⅡ母相关的气室未见异常。通过上述检查结合继电保护记录信息初步判断为该C相气室内部存在故障，立即安排对该间隔设备进行停电检修。

3.2 故障原因分析

a.通过SF6气体分解产物测试仪对8882号隔离开关气室气体进行分析，检测结果显示SO2大于100 μL／L，远远超过SO2≤10 μL／L的标准，故判断该气室为故障气室。

b.解体前再次对故障设备C相进行SF6色谱分析，SF6含量低于99.8%，Air、CF4及SO2浓度有明显的增加。检测数据如表3所示。

表3 8882号气室SF6色谱检测分析结果表

c.工作人员采用SF6气体专用取样瓶对故障气体进行取样，利用傅立叶红外光谱仪对上湖变故障设备内气体进行了检测，以全面了解故障后多种分解产物的分布情况，红外光谱法分解产物检测技术是目前最为先进的技术［4］；该方法的实际应用为设备中潜伏性故障的判断积累了经验数据。其检测数据和谱图如图4所示。

图4 8882号气室SF6傅立叶红外光谱分析谱图

d.通过对返回平高公司的故障气室解体检查发现：8882号C相盆子上部约有1／2扇面的电弧烧灼痕迹，发现同批次设备8882号A相、8882号B相盆子密封圈内、外两侧均涂有较多硅脂，且部分硅脂已发生融化，盆子表面上部有硅脂流过的痕迹，且部分硅脂已发生融化，并流向绝缘子外侧。同时经过对故障盆子进行交流耐压试验，结果正常，排除了盆子本身的质量问题。由于该GIS设备中使用的密封材料为硅脂，其短时电气强度很高，但在工作电压的长期作用下，会发生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降。图5为A相盆子密封圈上硅脂过多，温度升高表面硅脂流过的痕迹，图6为C相盆子闪络后，触头上附着大量白色粉末。

图5 A相盆子密封圈

图6 C相盆子触头

4 SF6气体气体检测技术的展望

运行SF6电气设备，时时刻刻都受到各种因素的干扰，如SF6气体水分含量、环境温度的变化、零部件位移时产生的微小杂质颗粒以及设备本身开合时产生的电弧等。对于气体绝缘设备SF6气体的检测，现有的检测手段仍然存在着局限性。SF6气体水分、SF6气体泄漏等检测手段不能全面反映设备的运行状况。多起SF6电气设备故障中，故障气室内SF6气体水分含量均合格，水分含量在运行标准允许范围内，甚至低于交接试验值的判断标准。如220 kV恒兴变4802号断路器跳闸故障中，故障气室的微水含量110 μL／L；220 kV上湖变8882号闸刀气室故障中，故障气室的微水含量仅为84 μL／L。这些故障气室的SF6水分含量均小于300 μL／L的运行标准，也小于150 μL／L的交接试验值标准。但SF6电气设备故障气室没有表现出SF6气体水分超标，仅依靠水分含量检测无法判断SF6电气设备故障，很难发现潜伏性故障。SF6气体水分含量、SF6气体泄漏等传统检测手段仅对因水分含量增大、超标或SF6泄漏等引起的电气设备故障具有判断能力，对于其他故障原因的判断存在局限性［5］。只有增加新的检测手段，将SF6分解产物仪、便携式色谱仪、气相色谱质谱联用仪、红外光谱仪、动态离子测试仪等高精检测仪器应用到SF6气体检测中来，研发新的检测技术，进而优化各种SF6气体检测方法，对SF6气体中空气、CF4、CO、CO2、SO2、H2S、SOF2、SO2F2等杂质和分解产物进行检测，才能更加全面的评价SF6气体质量，掌控SF6电气设备的运行状况。

5 结束语

随着特高压工程建设的不断推进，对电气设备的绝缘性能要求也越来越高。应更加重视电气设备制造工艺中的每个环节，对新材料新设计有更高的要求，同时加强设备监造、安装和运行维护全方位监督管理，才能确保电网安全稳定运行。通过测定SF6气体分解产物的组分和含量来诊断SF6电气设备存在的潜伏性故障，能够做到早发现、早诊断、早决策，为智能电网建设和设备的状态检修提供科学的技术支撑［6］。

［1］ GB／T12022—2006，工业六氟化硫［S］.

［2］ DL／T596—1996，六氟化硫电气设备气体监督导则［S］.

［3］ 张幼明，高忠继，黄 旭.智能变电站技术应用研究分析［J］.东北电力技术，2012，33（5）：1-3.

［4］ 祁 炯，范明豪，苏镇西，等.六氟化硫气体监督管理及回收处理的若干问题［C］.2009年电力工业节能减排学术研讨会论文集，2009.

［5］ Q／GDW 471—2010，运行电气设备中六氟化硫气体质量监督与管理规定［S］.

［6］ 洪 鹤，李 斌，鲁旭臣.组合电器状态检测新技术在辽宁电网的应用［J］.东北电力技术，2014，35（8）：49-55.

Decomposition Products of Sulfur Hexafluoride Detection Technology in Practical Application Troubleshooting

HONG Wen⁃sheng
（State Grid Maanshan Electric Power Supply Company，Maanshan，Anhui 243011，China）

The article describes three typical internal short circuit faults of the GIS equipment.cording to the failure analysis and e⁃quipment SF6gas inside the disintegration of the equipment，the reasons led to the failure and manufacturing process problems exposed in the equipment processing are analyzed，specific preventive measures are proposed to ensure a safe and reliable operation of power grid equipment.

Sulfur hexafluoride；Manufacturing process；Flashover；Arc burning

TM507

A

1004-7913（2015）03-0028-04

洪文生（1966—），男，高级技师，工程师，从事电力系统油气监督与管理工作。

2015-01-09）