基于六氟化硫气体的故障分解产物思考

张超

 宁夏汇才工程服务有限公司  宁夏银川  750001

摘要：六氟化硫是一种无毒、不燃烧、相对密度大（约为空气的5倍）具有优异的绝缘性能的灭弧性能的气体。鉴于六氟化硫的绝缘性能较好,且可以灭弧,在电气设备中,其得以广泛应用。1900年现如今,中国电力系统每年使用六氟化硫的数量大概在5000-6000t之间,占据全国六氟化硫总用量的五分之四以上,且每年以20%的速度增长。针对电力行业而言,其设备中现有该气体储存量大概为18000t,且每年可对其中600t进行二次利用。目前在我国500kV、750kV、±800kV、110kV电压等级中，六氟化硫断路器和六氟化硫全封闭组合电器（GIS）应用已相当普遍。本文基于这种时代背景,对六氟化硫气体的故障分解产物进行了研究,以供相关人士参考。

关键词：六氟化硫;气体故障;分解产物

前言：最近几年电气行业中制作与装置技术与其所用材料等原因,使得与六氟化硫有关系的电气设备内部出现绝缘方面的问题,从而导致不良事件的发生。六氟化硫电气设备中出现的故障主要包含包括两种,即放电与过热。在常温状态下,六氟化硫气体属于一种安全物质,但在六氟化硫电气系统中出现故障后,该区域的六氟化硫气体和固体或金属电气会受到热和电的共同作用,从而引起气体裂解,并产生了硫化物、氟化物和碳化物等对人类生物存在危害性甚至威胁生命的低氟化合物。所以,如果SF6电气系统中存在问题,那么可通过检测空腔内SO2 、H2S及降解物的浓度对其进行快速的检测,从而预防事故的发生。

1. 分解产物的机理及影响因素

合,在电弧过程结束熄后,绝大部分的分解产物能够通过六鉴于六氟化硫气体极为稳定的化学性质,其本身的分解温度超过500℃。因此,若运行情况正常,则极少存在分解产物。然而,物质若遭受电弧、电火花和电晕释能的联合影响,引起放电(电弧放电、火花放电、电晕或局部放电)与过热故障现象,则会致使六氟化硫气体发生复杂的分解反应,从而产生多种具有毒性的气体,主要有四氟化碳、氟化亚硫酰、氟化硫酰、四氟氧硫、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氟化氢、四氟化碳等。

分解产物的影响因素主要有以下几点：1.水分的影响。六氟化硫气体中的含水量对于电弧分解物成分与含量影响很大。鉴于六氟化硫可以灭弧且复氟化硫独有的负荷特性,重新结合为具有稳定性的六氟化硫分子。然而在其结束放电后,杂质气体(如水分)会阻碍六氟化硫气体的复合过程,从而导致一些低氟化物与二氧化硫等气体的再生；2.固体绝缘材料。六氟化硫电气设备内部绝缘材料主要包括两类,分别为六氟化硫气体与固体绝缘材料。在设备不同的情况下,其固体绝缘材料也有所不同,例如,在断路器中,主要使用六氟化硫气体与由热固型环氧树脂所制作的绝缘子、拉杆与用于灭弧室中的聚四氟乙烯、聚酯乙烯等作为绝缘材料；在除断路器以外的其他材料中,使用的绝缘材料包括但不仅限于热固型环氧树脂,还在制作匝层间绝缘与电容层的过程中,使用聚酯乙烯与绝缘漆等。在上述各种材料中,最具有热稳定性的是六氟化硫气体、热固型环氧树脂与聚四氟乙烯,这三种材料在500℃以下不会有变化；当温度不低于500℃时,其会开始发生分解；当温度达到700℃以上时,其会出现较为明显的裂解。但是,在使用塑料壳的断路器内,如果发生了充放电、重燃以及严重的过热等事故的现象,那么在出现事故的地方内所接触的固体绝缘材料以及六氟化硫气体就会产生热分解,进而造成硫化物、氟化物气体以及碳化物的生成[1]。

2. 六氟化硫气体分解故障案例分析
   1. 110kV GIS变电站出现跳闸事故

某电站在短暂的经营之后,就遇到一次比较严重的跳闸事故。相关工作人员在对故障产生的原因进行分析的过程中,采取对故障进行录波的方法,测得出现故障的部分出现了持续时间长达四十毫秒且强度为7.51kA的电流。以检测数据为基础,专业人员对C相气房进行了重点观察,可以看出隔离刀闸的绝缘拉杆已发生了严重破坏,同时也可明确发现了焊接电极燃烧的问题。根据这一现象,有关专业人士回收及研究了故障气体的组成及排放,得到了空气中二氧化硫浓度极高,且空气中存在火花和放电现象,同时具有过热现象、固体绝缘材料都被分解的结果。在此以后,有关检测专家又测试了其他气室,但其中并未有非正常情况的存在。这一结果说明了此次故障对于其他气室,并没有不利影响。次日,维修技术人员研究了故障气体中分解物质的种类和浓度,发现其中二氧化硫的浓度较高,但却没有看到硫化氢的产生[2]。基于上述结果,可推断在C室断路器断开以后,还有少量二硫化氢生成。

2.2110kV变电站GIS组合变压器曾发生的爆炸现象事件

2005年6月9日,上海某变电站的六十六千伏西母线及直流电压力互感器气室内A相侧法兰突然爆开,导致气室的屏蔽罩、防潮剂等被高爆气浪冲出,大量的地面设备及设施被爆粉尘覆盖。但在专业的检测部门对气室系统进行检查时,并没有找到气室屏蔽罩的螺丝。经检查,C相水平部分的盘式绝缘出现了破坏现象,并向B相气室罐体放电；对B相气室进行了打开检查,发现盘式绝缘子母线端子屏蔽帽仍设在母线卷材铺贴上,但并没有按标准加装固定螺栓；对C相空室也进行了打开检查,发现盘式绝缘的母线卷材铺贴上并没有安装屏蔽罩；对其他气室的操作正常。

在出现问题以后,专业维护部门迅速对设备展开了抢修工作,从问题的出现和排查之间,仅花费26h的时间。鉴于此,此种检查方式可在故障发生的过程中,使处理故障的耗时得以减少。所以,如果对工作人员的现场实践加以归纳,可以得到如下结果：该问题属局部放电问题类型。在该问题发生的处理过程中,并没有对GIS系统中的电压互感器进行设置,同时也没有对盘式绝缘子母线上的端头屏蔽罩加以保护。因此,变电站中的相关工作人员应加强警惕性,定期检查设备,若有屏蔽罩松动的情况,则要对其进行及时处理。

2.3变电站110kV母差保护发生跳闸现象

在跳闸事件的发生过程中,专业的技术人员也研究了气体的报告。在事件还没爆发前,其对SF6设备的气压值进行了检测,得出气压值符合规定标准的结果。但是在意外出现后,有关人员又重新对气室的空气展开了检测工作,并得出气体中硫化氢的占比持续上涨的结论。针对此,专业检测技术人员通过测压仪对其进行检测,得出气体中含有许多H2S得结论，为找出问题产生的主要位置提供便利,以避免各种重大安全事故的出现[3]。

在GIS组合电气电压互感器中,安置盘式绝缘子时,都采取水平方式。这样一来,盘式绝缘子上就会聚集许多灰尘,从而形成了许多杂物,这样导致电荷不能均匀分布,进而出现了局部产生放电的现象。在系统接地后,另外二个系统的电压差就会增加,因此在盘式绝缘子的水平部分出现了大量放电的现象,从而直接造成出现短路现象,并造成母差保护跳闸。

结束语

综上所述,可以利用测定六氟化硫空气中二氧化硫、硫化氢的浓度,来对电气设备早期故障进行检查。若六氟化硫电气设备内部出现异常,则其所产生的二氧化硫与硫化氢气体的含量能够使设备内部的放电缺陷得以直接反映。但不同设备二氧化硫与硫化氢的含量也不同,因此,工作人员要以实际情况为基础,对其进行分析与判断,使故障诊断更为准确,从而找出有效的解决措施。

参考文献

[1]秦勤,秦潘英.六氟化硫气体故障分解产物探讨[J].科技资讯,2015,13(34):90-91.

[2]石艳毫.浅谈六氟化硫气体故障分解产物[J].黑龙江科技信息,2014(32):76.

[3]尤红丽,李铁军.浅谈六氟化硫气体故障分解产物[J].科技资讯,2012(30):109.