SF6气体分解物检测在GIS设备诊断中的应用

杨璐蕾

摘 要 GIS设备的内部绝缘环境，在故障检测中通过SF6气体分解产物的分析，可以判断设备相应的运作状态，这种方式由于有着较强的抗干扰能力以及极高的灵敏度，在现场检测分析中得到广泛的应用。文章会分析不同方法来检测SF6分解产物的特点，在现场运用合适的检测方法和仪器，对进行耐压测试之后的设备做相应的气体成分分析，在得出的关于SF6产物的组成成分以及其体积分数的结果中判断设备的状态以及其潜在的故障分析。

关键词 SF6气体；分解物检测；GIS设备；故障诊断

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）08-0036-01

1 概述

GIS设备由于占地面积较小且运行较稳定，因此，在实践中常常会被应用到维护电力系统的过程中。但是GIS设备内部的元件是由金属壳构成，内里相对比较封闭，因此在早期发展时期很难在变电站发现其故障，因而造成了较大的损失，而后续对国内外研究机构深入研究GIS设备的内部状态，对其变化进行检测，避免事故的再一次发生。对其测试的试验表明，在GIS设备中用SF6气体分解物可以对设备的内部绝缘做出状态评测以及故障争端，这种形式由于其有效性也得到广泛的应用。

SF6的化学性质稳定，并且具有不燃、无臭的特点。它的密度非常小，大概是空气的5倍，在500℃以上能够被分解，而如果实验中被加入水分，那么其分解的速度便会上升。在GIS设备中，SF6气体中会存在少量空气等杂质成分，这些杂质可以在某种条件中反应成分解物，比如二氧化硅、硫化二氢等。因此，在这类现象的基础上，通过测量分解产物所形成的体积分数可以判断设备中可能存在的的故障然后发现故障的位置。通过一些列的模拟实验，我们得出结论：首先，GIS设备中的主要特征成分是SO2和SOF2，而SOF2遇水分解后形成SO2。第二，设备的故障如果涉及到固体的绝缘，那么CF4将会形成明显的增加形式并且一般会伴随着H2S的形成。

2 SF6气体分解产物的检测技术以及其应用

2.1 SF6气体分解产物的检测技术

1）气相色谱法。气相色谱以惰性气体为流动相，通过色谱分离技术并配合热岛监测器、氢火焰离子化检测器等来对气体样品中的硫化物、含卤素化合物等做相应的检测，这种检测方式灵敏度高，且产生的结果较为精确，大多会被用在实验检测分析中[1]。实验室里主要会通过气相色谱仪来分析SF6中的气体杂质。

根据对SF6的现场气体分析的规定，需要采用气相色谱仪来进行，这种仪器一般会配有热岛监测器，通过它来检测SF6中蕴含的SO2、SOF2等杂质成分。气相色谱仪的便携性可以帮助实现SF6中的设备空气、CO2等成分在现场的检测，但是由于色谱的检测时间较长，并且容易受到环境的影响，因此会导致检测的难度较高，这也表明气相色谱法并不能有效检测出对开关设备中SF6的气体分解物，这也是其在现场检测中的一大难点。

2）红外吸收光谱法。红外吸收光谱法会将红外光穿透到样品气体中，然后观察气体中对红外光的吸收状况，在那之后开始计算其吸收的具体数量以及气味测量后的体积分数，将得到的数据进行线性关系的总结。一般特定的气体会对这种红外吸收光谱产生较高的波动达到尖峰。红外光谱的工作特征和化学键的振动有一定的关系。在红外的光谱范围里，几乎可以涵盖所有的气体，他们都具有一定的吸收效应，包括本文中需要检测的SF6以及其可能的分解产物，因此，可以采用这种吸收光谱的技术来对SF6中的混合气体的体积分数做出？测量。

不过，这种检测方法也存在着必然的缺陷。SF6以及其他某些分解的气体吸收峰值上的表现较为类似，有时会产生交叉的状况，需要采用较为标准的气体来进行分析比较。有些标准气体比如SOF4会不太稳定。红外光源的强度相对比较低，检测器上的不灵敏都让其检测效果无法与紫外可见光谱的方法相比。当然，这种方法的优点在于它不需要对气体做出分离，所需要的样气含量较少，在分解定性的时候检测时间较短，可以加入在线的检测系统。

3）检测管法。检测管法，顾名思义，是需要进行化学反应来进行检测的一种方法。它可以被用于检测SF6气体中分解产物的体积分数。它的测量原理在于需要引用化学反应以及物理吸附的效应来做气体分析的方法。气体的检测管可以放入检测剂，并且检测管具有相应的刻度，检测剂的形成是化学试剂被吸附到固体载体颗粒表面上加工而成的。在现场的检测过程中，气体检测管会通过设备的压力来进行取样，然后与设备直接连接，在一定的时间内通过标定的流速将相应的气体流过检测管中，根据其产生的颜色变化来测量气体浓度。但是检测管中量程范围之大，因此操作会比较简便并且可以做到更加快速的分析。而检测管小巧也方便携带，不需要进行后续的维护。虽然如此，但是其检测精度较低，容易与不同的气体产生影响。

4）电化学气体传感器。这种技术是在高温的状态下观察气体的化学反应，以此来改变传感器中的输出信号，确定气体的体积分数以及组成成分。一般电化学传感器会由传感电极、反电极而组成，他们之间存在一个薄电解层来进行分隔处理。首先，气体会通过细小的开孔与传感器发生反应，然后到达传感电极的表面。这种方式可以帮助电信号的产生，也能够做好对电解质漏出现象的预防。传感电极在氧化的原理的指导下，针对气体中电极材料进一步催化气体与电极之间产生的反应。通过电阻上流和气体的体积分数之间的正比电流就能测出他们的電压信号，然后在此基础上计算气体的体积。检测仪器的反应速度之快，效率之高，虽然也会在实验中造成交叉干扰等问题，但是在实际执行过程中频繁的校准可以有效的防止这类现象的发生。

2.2 SF6气体分解物在检测技术的应用

1）检测设备运行。正常的SF6气体所处的环境具有极大的绝缘性，因此，在电气设备中不会存在杂质分解物，在有电弧的断路器室中，由于其分解速度快以及SF6本身拥有的高复合型使其不会出现明显的分解物。但是电气设备中如果出现缺陷，由于局部的放电现象将会使设备的热度上升，这样的状况下定会产生大量的分解物，并且分解物产生的速率以及吸附的速率会达成平衡，在这种情况下SF6的浓度会加大，并且导致设备环境的恶化。因此，通过对SF6分解物的检测可以有效的检查出设备的故障。

2）检测设备的故障。对于一些突发性的故障，它们产生较大的能量，因此设备内部的SF6的浓度便会急剧加大，在这种情况下我们可以利用检测管的方法对故障点进行排查。然后对GIS设备中的分解产物做深入的分析，运用定性和定量的分析方法来判断故障的类型，深入研究GIS设备中故障的特性，寻找更多的数据信息。

3）检测耐压试验后的设备。GIS设备中的耐压试验过程里，运用对SF6的气体分解物的测试来检测耐压试验中的局放反应。在耐压试验中，GIS的电源会设置成串联谐振的模式，在对设备进行击穿时，由于电路会失去了谐振基础，输出电流则会相应的减少，试验品的电压也会产生迅速下降的现象。不过由于击穿产生的电能量非常小，因此产生的SF6气体分解产物的量级也不会太大。由于放电之后的设备内的吸附剂对SF6多分解的产物有较强的吸附作用，因此SF6的浓度检测的灵敏度会相应的提高。

3 结论

SF6的应用可以准确地发现GIS设备中的故障点，并且在经过耐压试验后进行判断，有效地找到设备的异常放电位置。目前，SF6气体检测方法面对突发性的故障效果较佳，也可以对故障的类型做出判断。但是，由于GIS设备中的缺陷判断依然存在着较多的限制，需要我们进行更多缺陷类型的模拟实验，提出不同的缺陷与分解物的体积分数之间的关系，来指导对GIS设备的诊断和评估。

参考文献

[1]季严松，王承玉，杨韧，等.SF6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用[J].高压电器，2011（2）：100-103，107.