SF6气体分解产物检测在 GIS设备带电测试中的应用

赵宇龙

廊坊供电公司变电检修中心 河北廊坊   065000

【摘要】SF₆气体具有良好的绝缘和灭弧性能，在断路器和GIS设备中得到广泛的使用。而当电力设备在出现绝缘故障时，SF₆气体将会分解为SO₂、H₂S等产物，通过检测这些分解物的含量，可以对断路器和GIS设备的绝缘故障进行诊断。文章对SF₆分解产物进行了阐述，通过案例如何运用SF₆气体的分解产物检测GIS故障进行了研究。

【关键词】SF₆ 分解产物；GIS；故障定位

采用SF₆气体作为绝缘介质的电力设备在实际应用中已经逐步取代其他类型的设备，其生产工艺和相关技术日趋完善。但是由于电力设备的老化和存在一些缺陷，电力设备的安全隐患没有完全消除，对电网的稳定运行形成威胁，通过检测技术及时发现SF6电力设备的缺陷，特别是监测其内部的故障非常重要。目前，电力系统发现SF₆电力设备内部故障的技术中，检测SF₆气体分解产物是一项可行有效的方法，并在实践中得到广泛运用。实践证明，通过将检测SF₆气体分解产物与局部放电测试、绝缘电阻测试等试验结合起来，能够成功诊断电力设备内部的绝缘故障。

1. SF₆分解产物的机理

在电力设备正常运行的过程中，SF₆气体非常纯净，其化学性质相当稳定，在灭弧过程中分解的低氟产物能够即刻恢复成SF₆，复合率在99.8%以上。在电力设备发生绝缘故障时，由于产生了电火花、电晕等现象，温度极高，SF₆气体分解为SF₅、SF₄等低氟化合物后与气体中微量的水、氧气、金属以及绝缘材料发生反应，将生成几十种化合物。这些化合物包括SO₂、H₂S、CF₄、HF、SO₂F₂、SOF₂、AlF₃、CuF₂等，这些生成物与电力设备所发生的故障种类有着相应的关系。在目前的气体检测技术中，检测SO₂、H₂S、HF、CF₄等气体的技术较为成熟，便于取样，通常将这些气体作为电力设备的故障特征气体，它们的生成机理说明如下。

SO₂与HF气体主要是由SOF₂分解产生的，其化学方程式如下：

SF₆→SF₄+ F₂（1）

SF₄+H₂O→SOF₂+2HF（2）

SOF₂+ H₂O→SO₂+2HF（3）

其中，HF是一种强酸气体，溶于气体中的水后容易进一步腐蚀电力设备中的金属部分和绝缘材料，产生更多的氟化物。因此在发生绝缘故障后，HF的含量会随着时间的推移而减少，对其含量的现场测试数据要考虑到这个因素。在故障过程中，由于能量较高，固体绝缘物质将分解为H₂S，通常放电能量越大，其含量越多。电力设备内出现电弧时，绝缘物质容易产生一些CF₄气体，其中C元素的来源是电弧灼烧固体绝缘材料时分解的。在正常运行中，电力设备内部就含有一定的CF₄气体，其体积分数有明确规定，但是在发生绝缘故障后，CF₄气体会有显著变化，因此也可作为故障诊断的特征气体。

2. SF₆气体分解产物的类型与GIS内部绝缘缺陷之间的关系

GIS内部的缺陷具体有这些，比如，金属突出物、自由导电微粒等等，就是由于这些问题导致局部出现放电故障，衍生出SOF₂，SO₂F₂，CF₄，CO₂，SO F₄，SO₂，HF等气体。

为区分各类缺陷，需进一步检测各个组分的含量来进行判断。研究表明，在金属物缺陷的情况下，分解的气体成分含量顺序从高到低依次是SOF₂，SO₂F₂，CO₂，CF₄。并且由于放电时间的增加，CO₂和SOF₂的含量会明显得增多，并且CF₄含量并不会大量的上涨，分解的气体成分含量顺序从高到低依次是SOF₂，SO₂F₂，CF₄，CO₂，且CF₄的含量会跟着放电时间的增加而变多，金属突出物及绝缘子表面污秽缺陷同时存在的情况下，分解的气体成分含量顺序从高到低依次是SOF₂，CF₄，CO₂，SO₂F₂，在此种缺陷下，若是放电过于激烈，那么SOF₂和SO₂F₂的含量差距就会十分显著，绝缘子气隙缺陷下分解的气体成分含量顺序从高到低依次SO₂F₂ ，CO₂，SOF₂，CF₄，类缺陷放电后期，CO₂会迅速的增多。经过检测SF₆分解物成分，可以对部分故障进行判断，面对于运行着的GIS设备的内部缺陷缺乏相应的标准及依据，所以必须要对缺陷与特征成分间的关联进行深入的研究，这样才可以更好的在线监测和判定设施故障原因，为了更好的对各种缺陷导致的分解特征进行划分，笔者觉得能够深入的研究和对比一下SF₆分解成分的含量比重还有就是在时间的增长下，会出现哪些情况，这样可以更好的对缺陷的种类进行辨别。

3.应用案例介绍

3.1 案例经过

某供电公司变电运维人员在巡视过程中发现220kV变电站110kVAB线A线路电缆气室有异响，立即向领导报告。运检部变电检修室领导随即安排电气试验二班对110kVAB线A线路电缆气室进行SF₆气体带电检测。变电试验班接到任务后，立即安排技术骨干开出变电站第二种工作票，之后赶赴变电站。到达现场工作负责办理相关开工手续并了解相关情况后，戴上防毒面具对110kVAB线A进线电缆气室进行了SF

₆分解产物分析，测量出SO₂为1059.10uL/L、H₂S为20.77uL/L、HF为44.50uL/L、CO为25.90uL/L，各项指标均严重超标。

气室内SO₂严重超过注意值，H₂S超过注意值，初步分析可能存在初步分析可能存在电弧放电现象，但CO含量正常，故障未涉及固体绝缘。

3.2 处理及分析

现场对110kVAB线A进线电缆气室进行解体检查，发现GIS气室内附着大量白色粉末。

经现场解析认为：B相导电杆本应插入梅花触指约20mm，但现场B相导电杆实际连接位置虽与梅花触指有接触，但插入距离较短，导电杆安装不到位，限位螺栓未拧入凹槽内。长期运行过程中，受电动力影响引起导电杆松动，而出现电弧放电现象，当温度超过500℃时，气室内SF6气体发生分解，温度达到600℃，梅花触指开始熔化。

3.3 经验体会

SF₆气体分解物检测方法具有受外界环境干扰小的优势，可以发现电气设备存在潜伏性故障或缺陷。为确保设备的安全运行，日常生产中要加强巡视，并严格按照规程规定试验周期对GIS进行测试，发现问题时采用多种手段进行综合分析。

3.4结论

（1）SF₆气体分解物检测方法，以检测SO₂、H₂S为主，辅以检测HF、CO等组分，可准确、快速诊断设备内潜伏性缺陷或故障。

（2）利用SF₆气体分解物诊断电气设备故障，有利于及发现设备的初期故障和潜性故障。SF₆气体分解物分析在电气设备故障诊断的现场应用方面，急需建立标准的判断体系以规范现阶段的分解物测试判断工作，急需研发能够准确检测更多组的在线或便携分解产物分析仪以为现场故障诊断工作提供更多依据。

4.结束语

虽然在过热情况下SF₆气体会分解，但鉴于当前各行业SF₆电气设备的运环境分析，正常运行的SF₆电气设备一般不会存在放电或过热，所以正常运行的SF₆电气设备中SF₆气体分解产物较少，同时只有在大电流放电情况下才会产生H₂S气体，所以定期对SF₆电气设备进行分解产物测试有助与用电企业正确判断SF6电气设备的运行情况。

虽然SF₆气体无毒、无味，但SF₆气体分解产物都会对人体产生极大的伤害，所以在对运行年限时间长的设备或已产生故障的设备进行解体检查时一定要做好防护，避免发生气体中毒事件，同时检修过程中产生的检修垃圾也必须经专业处理后填埋。

参考文献：

[1] 张宝军，刘洋，关艳玲，等. SF₆气体分解产物分析在GIS绝缘故障诊断中的现场应用[J].东北电力技术，2013，34（5）：18-20.

[2] 颜湘莲，王承玉，杨韧，等.应用SF₆气体分解的高压开关设备故障诊断[J].电网技术，2011，35（12）：118-123.