SF6气体带电检测方法的研究

杨少才，武 哲，苗 宇

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.华电电力科学研究院东北分院，辽宁 沈阳 110179；3.大唐东北电力试验研究所有限公司，吉林 长春 130012）

开发与应用

SF6气体带电检测方法的研究

杨少才1，武 哲2，苗 宇3

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.华电电力科学研究院东北分院，辽宁 沈阳 110179；3.大唐东北电力试验研究所有限公司，吉林 长春 130012）

在运行状态下，对SF6电气设备中SF6气体分解物、纯度、湿度进行现场检测，在运行电压下对设备状态进行有效监测，能准确地反映设备的客观状态，及时发现设备缺陷，消除隐患，极大地提高电网的安全运行水平。文中对某变电站断路器中SF6分解物进行测量，并对SF6杂质产生原因进行分析，为完善SF6的测量提供参考。

SF6气体分解物；纯度；湿度；现场检测

自20世纪80年代以来，SF6电气设备逐步替换绝缘油电气设备，成为我国电网系统高压电气的主流设备。截止2010年，SF6电气设备在我国基本已经实现普及。各种SF6电气设备的预防性试验变得越来越重要，如何有效地预防SF6高压电气事故成为重中之重。本文主要介绍了SF6现场检测方法，并结合试验，依据检测结果判断气体及带电设备运行情况，对产生杂质原因进行了分析［1］。

1 SF6纯度检测

1.1 检测项目

空气、CF4、CO2含量和SF6纯度。

1.2 工作原理

气相色谱仪以气体（载气）作为流动相，样品由载气带入色谱柱内，样品中各组分在色谱柱中的流动相和固定相间分配或吸附系数有所差异，在载气的冲洗下，各组分在两相间作反复多次分配，使各组分在柱中得到分离，然后用接在柱后的检测器根据组分及组分的浓度，将组分按顺序检测出来。试验表明，热传导式散热的比例越大，TCD的性能越好。一般用H2、He等轻载气灵敏度最高，TCD工作原理如图1所示。

图1 TCD工作原理图

试验过程注意事项如下。

a.仪器预热：采用色谱法测量纯度时，基线稳定是前提条件，需要在基线平稳后才能开始测试。因此仪器需要预热。

c.熟练操作色谱工作站，比如对较小峰的处理、信号毛刺之间的取舍等，可调节最小高度、最小面积和自动噪声等参数。

SF6纯度谱图如图2所示。现场某330 V变电站122TA B相谱图如图3所示。

图2 SF6纯度测定

图3 330 V变电站122TA B相

从图3中可看出，其CF4含量较小，含量为0.006 02%，属于正常现象，TA本身没有放电存在。

2 SF6分解物测量

电化学法是目前应用最广泛的测量方式，配合气相色谱法，能比较完整地检测出产生的分解产物［2］。

a.检测项目（C3F8、CF4、CO2、SO2）

b.工作原理

电化学传感器通过与被测气体发生反应，并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，电化学探头结构如图4所示。阜新东5062断路器分解产物含量如图5所示，数据见表1。

图4 电化学探头结构图

图5 阜新东5062断路器C相套管

表1 阜新东5062断路器分解产物含量

由电化学法测得SO2含量为277 mg／L，从表1数据中可看出，CF4的含量已达到0.132 09%，比SF6新气中增加了很多，其中CO2的含量也达到了0.087 24%。SF6本身并不存在碳元素，碳元素只可能来自本体绝缘材料的烧毁，所以由此数据可以判断套管曾经有大电流放电，甚至烧伤过本体，进而对设备产生危害。朝阳500 kV变电站5042断路器分解产物含量现场测量如图6所示，数据见表2。

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图6 朝阳500 kV变电站5042断路器A相

表2 朝阳500 kV变电站5042断路器分解产物含量

由电化学法测得SO2含量大于2 000 mg／L，从表2我们可以看到CF4的含量明显增大，其含量达到0.075 87%。从CF4的数据来看，可判断这台断路器中曾经发生过大电流的放电。从CF4与CO2的含量上来看，判断可能是是机械问题导致的故障。

锦州变电站TV气室分解产物含量如图7所示，数据见表3。

图7 锦州变电站TV气室

表3 锦州变电站TV气室分解产物含量

由电化学法测得的SO2含量大于4 000 mg／L，从表1—3中可以看出气体分解物中都含有不同含量的C3F8。只有电气设备内部形成较严重的缺陷，能够使SF6彻底分解的大能级电流，造成电气设备本体烧毁才产生碳元素，生成的碳元素和SF6的分解元素才能化合产生碳氟化合物。所以设备内的气体经色谱分析后发现C3F8，可判断该电气设备存在较严重的绝缘缺陷［3］。

3 现场SF6杂质产生原因分析

不同的放电情况会生成不同的分解产物。在电力行业中的电网系统会用到不同的高压电气，例如断路器、隔离开关、TA气室、TV气室、母线等等。这些设备由于用处不同，所以结构和材料都不一样。在他们产生绝缘缺陷时也会有不同的故障现象，在SF6灭弧产生的分解产物有着明显的不同。SF6电气由于绝缘缺陷产生的气体，通过现场便携式设备能检测到的有空气（O2＋N2）、CF4、CO2、C3F8、SO2、SOF2、HF、H2S、CO［4］。

CF4、CO2、C3F8的产生必须有相关碳元素的分解才能形成，SF6的分解物中并没有碳类物质，只有设备本体被烧伤才会产生碳类元素。以上3种物质形成，需要分解SF6的放电能量从大到小依次为C3F8、CO2、CF4。HF和H2S 2种气体的产生必须有相关氢元素的分解才能形成，SF6的分解物中并没有氢类物质。氢元素的主要来源在于气室内的水份以及设备绝缘介质中未干燥的水分被电击分解后产生的氢离子。这些氢离子和SF6分解后的硫离子和氟离子重组后形成HF和H2S。这2种分解物只能在较强能量的放电以及电气设备内有较大水分的情况下才会产生。SO2也属于SF6的分解产物，这种物质在设备内放电时容易产生，其中的氧元素来源于SF6气体中混入的空气以及设备内水分的分解。

实际上使用中的SF6气体总含有一定量的空气、水分，由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼，即与SF6气体中的微量水分和氧气等发生反应，生成SOF2，SO2F2，SOF4，SO2，HF等毒性气体。不管哪种形式的放电，SF6发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系，并且当处在高能量放电形式（如电弧放电）下时将产生大量的分解气体，如SF4、CF4等，且产物中SOF2含量要高。通过SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大，SO2含量增多，SOF2／SO2F2体积分数之比增大，通过H2S组分含量大小可判断故障是否涉及固体绝缘，通过CF4含量可分析判断固体绝缘情，电极材料的消耗与分解物的形成也有直接关系，气体分解产生的物质含量取决于电极材料的金属蒸发量［5］。

4 结束语

SF6在运行中产生的分解物种类很多，很多成分现在还不能定量检出，只能通过定性进行比较判断，分析产生的原因及造成的伤害，对SF6的监测及跟踪、对监测方法的研究也需要不断完善。

参考文献：

［1］孟玉蝉.电气设备中六氟化硫介质的监控标准现状与发展［J］.电力设备，2008，7（8）：379－384.

［2］廉小红.SF6断路器常见故障及处理措施［J］.硅谷，2010，7（12）：30－35.

［3］周 舟，陈绍艺，龚尚昆，等.SF6电气设备的监督与故障诊断［J］.高压电器，2011，44（2）：104－105.

［4］陶 鸣.SF6断路器在生产运行中的潜在危害及其防范措施［J］.今日科苑，2010，14（6）：9－12.

［5］张晓星，姚 尧，唐 炬，等.SF6放电分解气体组分分析的现状和发展［J］.高电压技术，2008，34（4）：21－26.

Research and Analysis of SF6Live Detection Method

YANG Shaocai1，WU Zhe2，MIAO Yu3
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Datang Northeast Electric Power Test and Research Institute Co.，Ltd.，Changchun，Jilin 130012，China）

SF6decomposition，its purity and humidity tests under running situation are carried out.The purpose of the tests is to ef⁃fectively monitor equipment state，accurately reflect the objective state of equipment，timely detect equipment defects，eliminate hidden trouble and greatly improve safe operation level.SF6decomposition of breaker in given substation is measured in this paper and the im⁃purity reasons are researched.This paper provides a reference for improved measure.

SF6decomposition；purity；humidity；testing

TM506

A

1004－7913（2016）11－0056－03

杨少才（1985），男，硕士，工程师，主要从事电厂化学技术监督管理及电厂化学专业研究工作。

2016－08－20）