电化学传感器检测SF6分解产物的影响因素及现场应用

毛光辉，朱建军，王 锋，温定筠，丁五行

(1.国网甘肃省电力公司，甘肃省兰州730030;2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃省兰州730030;3.泰普联合科技开发(北京)有限公司，北京102200)

电化学传感器检测SF6分解产物的影响因素及现场应用

毛光辉1，朱建军1，王 锋1，温定筠2，丁五行3

(1.国网甘肃省电力公司，甘肃省兰州730030;2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃省兰州730030;3.泰普联合科技开发(北京)有限公司，北京102200)

介绍了高压电器设备中SF6气体分解产物常用检测方法，重点描述了电化学气体传感器法在检测SF6分解产物方面的原理、应用及影响因素。通过采用电化学传感器法进行的现场实际检测、分析及其与设备解体后实际情况的对比，讨论了电化学传感器法在SF6电气设备潜伏性故障诊断方面的优势和不足。

SF6分解产物;电化学传感器法;现场检测

0 引言

随着我国电力工业的迅速发展，SF6气体因其具有高的耐电强度、优良的灭弧性能、稳定的化学性质等特性［1－5］，被广泛应用于各类高压电器绝缘设备，我国现有的126kV以上电压等级的开关设备主要采用SF6气体作为绝缘介质。由于在设计、工艺、安装等环节存在不足，SF6电气设备中可能存在缺陷，运行后缺陷不断发展，将最终导致事故发生。因此，及时检测发现和消除SF6电气设备内部的异常运行状况，对保证电网安全可靠运行具有重要意义。

SF6气体分解产物检测法具有受外界环境干扰小、灵敏度高、准确性好等优势［6－9］。通常导致SF6分解的因素有设备异常发热，局部放电及开断电弧［10］。由于所处的工况复杂，导致其分解过程复杂、分解产物多样。根据前期的理论研究及现场检测到的分解产物来看，其分解产物有SOF4，SOF2，SO2F2，SO2，H2S，HF及其与电气设备中的金属反应生成的金属氟化物等［6－9，11－14］。

目前，实验室及现场检测SF6分解产物的方法较多，主要有气相色谱法、红外光谱法、电化学传感器法、气体检测管法等［10］。相比而言，电化学传感器法由于设备小型化、灵敏度较高、可用于现场检测等优点获得了广泛关注。本文通过电化学传感器法对SF6分解产物中的H2S、SO2、CO进行检测，并通过对电化学检测方法的影响因素分析及现场应用，总结出电化学传感器法在电气设备潜伏性故障诊断方面应用的特点和不足。

1 SF6气体分解产物及其检测方法

目前，已报道SF6的分解产物种类复杂多样，其分解产物根据具体工况的不同而有所变化，但其分解产物里均含有SO2、H2S组分，此外部分研究报道还有CO产物［15］。在几种分解产物中，H2S、SO2及CO一般都是可以稳定存在很长时间，因此通过检测此三类气体分解产物的各自浓度，综合分析就可获知设备内部运行状态。

目前对此类气体的检测方法主要有检测管法、电化学传感器法、气相色谱法、红外吸收光谱法等。这些方法原理各异，针对性各不相同，其优缺点如表1所示。

表1 SF6分解产物气体检测方法优缺点比较［16］

从以上比较可知，电化学气体传感器法具有检测速度快、操作简单、易实现等优势，且其携带方便，便于现场检测。使用标准气体标定后的检测结果参考价值高，目前已成为现场检测的主要手段，用于对SF6气体特征分解产物SO2、H2S和CO含量的现场检测，为诊断SF6电气设备潜伏性故障提供依据。

2 电化学传感器法检测原理及影响因素

电化学气体传感器是将一个电极固定于电解质中作为对比电极，另一电极测量待测气体在电极表面上的电位，基于两电极之间的化学电位差来检测气体，其原理图见图1。

图1 电化学传感器原理示意

电化学传感器在检测SF6气体分解产物时，受其自身特性影响，不同气体间的交叉干扰、环境温度及零点漂移等都会对检测结果造成影响(见图1)。

2.1 交叉干扰

电化学传感器的交叉干扰也称作“交叉灵敏度”，指传感器对混合气体中非目标气体的响应。

表2给出了试验获得的某型号H2S气体传感器的相应情况，其除了对目标气体H2S有响应外，对SO2、CO等非目标气体也有不同程度的响应。

表2 某型号H2S电化学传感器实测交叉干扰数据

因此，SF6气体分解物检测仪内置的某一气体传感器对通入气体产生的响应，实际上是其对不同种气体响应的叠加。针对交叉干扰，电化学气体传感器检测法主要采用内置交叉干扰系数自动补偿的措施来提高测试的准确度。对于SF6分解物电化学检测仪，采用上述试验得到交叉干扰系数，并结合以下算法可解决交叉干扰问题，如表3所示。

表3 SF6分解产物检测仪交叉干扰模型数据μL/L

表4中，X﹑Y﹑Z为原始气体输入浓度;x﹑n﹑y﹑m为电化学传感器响应值，－代表无响应; A﹑B﹑C为混合气体电化学传感器测试值。

即通过A﹑B﹑C三个混合气体电化学传感器测试值，通过逆算可得到混合气体中X﹑Y﹑Z这三个原始气体输入浓度。

2.2 零点漂移

当前，SF6分解产物检测仪用传感器的工作温度范围通常为－20℃～45℃，相应传感器的输出电信号值随着温度不同发生变化。当传感器加电后，其工作电极上就会产生一个微弱的电信号作为基线，通常将这一基线作为传感器输出电信号的相对零点，检测时被测样品产生的电信号均是在这个零点的基础上进行计算的。当外界温度变化时，传感器内的化学反应速率会相应改变，导致电极产生的基线电信号同时发生变化，从而传感器的相对零点会因为环境温度的影响产生漂移。

因此，为了保证测量结果准确，在日常使用时必须对SF6分解物检测仪进行零点现场校正。

3 应用实例

3.1 某变电站110kV PASS MO设备金属零部件异常烧蚀潜伏性故障

在对某110kV变电站开关设备进行SF6分解产物检测时发现，原产于某公司110kV PASS MO设备1139Ⅰ线间隔A相检测数据异常，检测数据如表4所示。检测仪器为泰普联合STP1000。诊断这台设备存在有机绝缘物质参与的潜伏性故障。在此需要特别说明的是，因为设备内部吸附剂的作用，此类故障所产生的H2S被吸附，从而过低检测不到。

表4 电化学测试结果μL/L

3.2 某变电站110kV断路器悬浮电位潜伏性故障

对某变电站开关设备进行分解产物现场测试时发现1101断路器C相数据异常，检测数据如表5所示。现场检测仪器为泰普联合STP1000。诊断该设备存在金属类零件异常的潜伏性故障。

表5 电化学测试结果μL/L

4 结语

电化学传感器法是适合SF6分解产物现场测量的方法，能够有效地检测出SF6气体绝缘开关类设备的潜伏性故障。采用合理的方法可以消除电化学传感器在测试SF6分解产物时所产生的交叉干扰、零点漂移对准确度的影响问题，测量准确性达到了现场应用的要求。相信随着研究的日益深入，越来越多的SF6气体特征物将成为电化学检测的对象，为运行设备不同种类潜伏性故障诊断提供更加可靠的技术支撑。

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Influencing factors and field application of electrochemical sensor method in detecting SF6decomposition products

It introduces the commonly used methods for detecting the decomposition products of SF6in high voltage apparatus，especially the principle，application and influencing factors of electrochemical sensor method.By comparing the on－site detecting data of operating apparatus with the electrochemical sensor method to the situations of disintegrated apparatus，the advantages and disadvantages of electrochemical sensor method in detecting the latent faults in SF6apparatus are discussed.

SF6decomposition products;electrochemical sensor method;on－site detection

TM855

B

1674－8069(2016)04－060－03

2016-01-26;

2016-02-17

毛光辉(1967-)，男，高级工程师，长期从事电网生产技术管理工作。E－mail:ziyidad@263.net