基于微水含量和色谱成份的SF6电气设备状态分析技术研究

基于微水含量和色谱成份的SF6电气设备状态分析技术研究

温敏

（广东电网有限责任公司韶关供电局512000）

摘要：SF6气体由两位法国化学家Moissan和Lebeau在1900年合成。1940年被用作绝缘介质，1952年首次用作灭弧介质。SF6气体则能出色的满足这一需求。在一定压力下，其绝缘强度相当于绝缘油。同时，SF6气体具有优良的灭弧性能，其灭弧能力为空气的数十倍。目前，在我国63一500kV电力系统中，SF6气体绝缘断路器和GIS的应用已经相当广泛。然而，在高压环境下，微量的杂质对SF6气体的性质影响很大，特别是水分的含量，直接影响到SF6气体的绝缘性能及电弧分解产物的特性。本文从SF6气体微水含量和分解产物检测，研究绝缘设备内部绝缘状态。排查气体绝缘设备运行安全隐患，防止隐患失控酿成事故有重要意义。

关键词：SF6电气设备；SF6微水含量；SF6分解产物

1.SF6电气设备内部故障类型

SF6电气设备内部故障可分为放电和过热两大类，而放电又分为电晕放电、火花放电和电弧放电。现将其内部常见故障归纳如下：

（1）导电金属对地放电。这类故障主要表现为SF6气体中的导电颗粒和绝缘子、拉杆缺陷引起导电杆对地放电，故障能量大，会产生大量S02、SOF2、H2S、HF。

（2）悬浮电位放电。这类故障通常表现为断路器动触头与绝缘拉杆间接触不良或TA二次引出线电容屏上部的固定螺丝松动引起插销两侧金属（或螺帽）与螺杆问悬浮电位放电，故障能量不大，一般只有SF6分解产物，主要生成S02、HF、H2S。

（3）导电杆的连接接触不良。当故障点温度超过500℃时，SF6和周围固体绝缘材料开始热分解；当温度达700℃以上时，动静触头、导电杆连接处、梅花触头包箍会蠕变断裂，引起触头融化脱落、绝缘材料分解。其主要分解产物为S02、HF、H2S。

（4）断路器重燃。断路器正常开断时，电弧一般在一个周波内熄灭，当灭弧介质不正常或电流不过零时，电弧不能熄灭，会灼伤灭弧室和触头。此时，SF6和聚四氟乙烯分解，主要产生SO2、SOF2、HF。

（5）断路器断口的并联电阻、电容内部短路。断口的并联电阻、电容因质量不佳而引起短路，使SR裂解，主要产生SO2、SOF2、HF。

2SF6测试技术

2.1SF6微量水测量方法

微量水的测量干扰因素较多，是世界公认的难题。目前我国电力系统中采用的测量仪主要有露点法、阻容法和电解法等。

2.2SF6气体分解产物成分分析技术

（1）气相色谱方法

以惰性气体（载气）为流动相，以固体吸附剂或涂渍有固定液的固体载体为固定相的柱色谱分离技术，可对气体样品中的硫化物灵敏响应，检测精度较高，主要用于实验室分析，便携式色谱可用于现场检测。

（2）电化学传感器方法

SF6下发生化学反应，改变传感器输出电信号，确定被测气体成分及其含量。该方法具有有检测速度快、操作简单、易实现等优势，但存在交叉干扰、零漂及温漂、寿命短等问题，实际应用须定期校准检测仪器。目前，现场应用较多的传感器主要为SO2、H2S、CO和HF，但HF缺乏标气，定性和定量存在困难。电化学法也有重大的突破，能定量检测环境中SF6气体浓度，有较好的稳定性，但由于其传感器参与反应，可能产生二次污染，传感器寿命较短，要定期更换传感器，增加了后期投入。

（3）检测管

以化学显色反应（如酸碱反应、氧化还原SF6反应、络合反应等）为基础的化学方法，用于检测SF6气体分解产物中SO2、HF、H2S、CO2等杂质的含量。检测管的量程范围大、操作简单、分析快速、携带方便、不需维护，在现场检测中应用较广，但检测精度较低，及存在交叉干扰，推荐用于气体粗测，初步确定含量范围。

（4）红外吸收光谱

它利用SF6气体对红外线具有强列的吸收作用的特征进行检测，可定量检测环境中SF6气体浓度，但设备的体积庞大，检测周期长，不适合构建网络和实时检测，真正的激光型成本非常高，目前市场上也有一些伪激光型，实际是普通红外光源型，虽然成本低，但其稳定性就很难保证。

3.SF6微水含量和色谱成份分析案例

对B局500kV罗洞站500kV贺罗1线第五串5052联络开关异常情况进行了气体组分分析，进行了返厂解体检查气体组分分析结果如下：

表1局500kV贺罗1线第五串5052联络开关气体组分检测结果（单位：μL/L）

根据气体组分分析结果：500kV第五串联络5052开关A相检测到内部放电特征气体SO2为105.5μL/L，超过Q/CSG114002-2011《电力设备预防性试验规程》中规定注意值3μL/L，内部放电特征气体CF4为1304.1μL/L，由于切断过短路电流，内部产生大量分解产物。西门子公司确认，如果电弧电流小于4kA，燃弧时间小于1秒的，则该型断路器灭弧室不会受损，但由于在1010毫秒的时间内灭弧室一直有电流流过，为排除灭弧室内部零件烧蚀对运行产生隐患，确定A相开关返厂进行解体检查和分析。

解体结果，5052开关灭弧室各部件完好，灭弧瓷套断口处及附近有絮状物及粉末，主喷嘴、辅助喷嘴、弧触指及管触指表面有电弧烧蚀现象。

图1灭弧单元组件

图2主喷嘴

结合贺罗1线、罗洞站其他区域的电流电压波形、网研院的仿真

分析报告以及电科院关于雷电多次回击的意见，分析认为本次贺罗1线电流电压波形异常是由雷电多次回击引起的。

4.结语

现场分解产物检测应以SO2和H2S两种组分的含量变化为判断依据。当确定SO2或H2S含量出现异常变化时，应增加实验室分析，根据SF6气体分解物中CO、CF4含量及其它参考指标的变化，结合故障气体分析历史数据、运行工况等对设备状态进行综合诊断，采取相应的措施。当设备检出SO2F2等其它组分增大时，应及时对设备进行综合分析，同时分析其它相关组分。必要时应结合电气试验、解体分析，检查设备是否存在过热或放电故障。当SF6气体分解物中的CO、CF4增量变化大于10%，或出现CS2时，应缩短检测周期，并结合电气试验和设备运行状况对设备的固体绝缘状态进行综合诊断。

参考文献：

[1]胡雨龙.SF6绝缘开关气体中微水含量在线监测原理与方法的研究.重庆大学硕士学位论文[D].2002

[2]颜湘莲，王承玉，季严松，等.开关设备中SF6气体分解产物检测的应用[J].电网技术，2010（9）：160-165.

作者介绍：

温敏，1985.11.10，男，广东翁源，汉族，大学本科，职称：助理工程师