電力行業新標準中關于SF₆氣體分解產物的測試

摘 要：中國南方電網公司在新的電力設備預防性試驗規程中增加了關于六氟化硫氣體分解產物的測試的項目，本文介紹了有關六氟化硫氣體分解產物的產生，危害，試驗方法和現場分解產物測試的實例.

關鍵詞：SF6氣體；分解產物；新標準

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A

SF6氣體以它的高耐電強度及良好的熱穩定性被公認為最佳的氣體絕緣介質，已廣泛應用于電氣設備特別是高壓、超高壓電氣設備中，包括斷路器、變壓器、互感器、避雷器、電容器、隔離刀閘、接地刀閘、套管和母線等以SF6氣體為絕緣介質的電氣設備都稱為SF6電氣設備。

由于在上世紀八九十年代投產的SF6電氣設備在設計、材質、工藝和維護等方面存在不足，使設備內部可能存在缺陷和隱患。自上世紀九十年代開始，國內外學者提出通過SF6分解產物含量診斷SF6電氣設備內部故障。近年來，福建、陜西、安徽、廣西、貴州和廣東等省已經逐步制定了SF6電氣設備分解產物的監督標準。

1 南方電網公司新舊試驗標準中關于SF6氣體試驗項目的比較

由中國南方電網有限責任公司發布的，在2004年6月實施的電力設備預防性試驗規程中，SF6氣體的試驗項目有濕度、密度、毒性、酸度、四氟化碳、空氣、可水解氟化物、礦物油和純度共9個項目，2011年10月實施的電力設備預防性試驗規程與之相比較，新的規程增加了兩個試驗項目：

①現場分解產物測試；

②實驗室分解產物測試。

在Q/CSG114002-2011電力設備預防性試驗規程中現場分解產物測試項目對SO2、H2S和CO的含量參考指標要求為：SO2≤3 uL/L， H2S≤2uL/L和CO≤100uL/L；實驗室分解產物測試項目對組分CF4、SO2、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10和HF提出了檢測要求，并要求結合現場分解產物測試結果進行綜合判斷。

2 SF6電氣設備內SF6氣體分解產物的產生與危害

SF6電氣設備可分為有電弧產生的斷路器和無電弧產生的變壓器、互感器、避雷器、電容器、隔離刀閘、接地刀閘、套管和母線兩大類。

正常運行的SF6電氣設備，內部溫度不高于80℃，SF6氣體不會分解，也不會與其他材料發生反應。在非電弧氣室中沒有分解產物；在有電弧的斷路器室中，分合閘動作會產生2000℃以上高溫，但因為SF6氣體復合速度快，滅弧能力強，復合率達99.8％，所剩余少量的SO2、H2S和HF等分解產物會被放置于設備內部的吸附劑所吸收。因此，正常運行的SF6電氣設備里不會有明顯的分解產物。

SF6電氣設備內部絕緣材料，除了SF6氣體，還有固體絕緣材料。固體絕緣材料主要有熱固性環氧樹脂、聚酯尼龍、聚酯乙烯、聚四氟乙烯、絕緣紙和絕緣漆等。以上絕緣材料由S、F、C、H和O等元素組成。引起SF6氣體分解的主要原因有：局部放電、火花放電和電弧放電等，設備內部不同的絕緣缺陷會引起不同的放電類型，產生不同的電能，不同的溫度。當設備出現故障，故障點溫度達到以下溫度時，會產生不同的分解產物：

①故障點溫度達到130℃時，聚酯尼龍、聚酯乙烯、紙和漆開始分解，主要產生CO2、CO、低分子烴和少量的SO2；

②故障點溫度達到400℃時，聚四氟乙烯開始分解，主要產生CF4；

③故障點溫度達到500℃以上時，SF6氣體、環氧樹脂開始分解，主要產生SO2；SOF2、H2S、CF4、CO、CO2和低分子烴等。

上述這些SF6氣體分解產物在分解過程中造成設備內部有機絕緣材料的性能劣化，低氟化物與金屬反應，造成設備內部金屬的腐蝕，致使設備性能下降。不僅危及設備的安全，危及電網的安全運行，也給工作人員帶來潛在的危險。

多年來，經多個省市檢測機構多年研究SF6電氣設備發生故障時設備內部絕緣材料的裂解機理、分解產物的特征組分，并對各種故障實例進行統計后提出，SO2 是SF6氣體分解的特征組分，H2S是熱固型環氧樹脂分解的特征組分，CO是聚酯乙烯、絕緣紙和絕緣漆分解的特征組分。這樣可通過檢測特征組分來判斷故障類型。

依據新的試驗規程進行現場試驗，檢測SO2、H2S和CO這幾個特征組分的含量是否超過標準要求的參考指標，能準確、快速及方便的判斷出設備內部是否存在缺陷或故障。

3 SF6氣體分解產物的檢測方法

由于SF6氣體分解產物的成分復雜、種類多、含量小（其體積分數幾個～幾百×10-6）、穩定性差，目前在線檢測系統還不夠完善，現場也不能僅用一種方法來完成定量檢測。

常用的分析檢測技術有：氣相色譜法、檢測管法、氣體傳感器法、化學分析法、紅外吸收光譜法和光聲光譜法等。

氣相色譜法是目前國內外用于檢測SF6氣體分解產物的最常用的有效方法，也是IEC60480-2004和各GB/T18867-2002共同推薦的檢測方法。它是利用不同物質在氣固兩相中具有不同的分配系數，當氣固兩相相對運動時，這些物質在兩相中進行多次反復分配而實現分離。經過檢測器和數據處理器，這些被分離的組分成為一個個的色譜峰，從而可定量檢測出各個組分的含量。

目前國內外更多的是以色譜法和氣體傳感器法聯用，或者色譜系統與質譜系統聯用的方法來達到更廣的檢測范圍，更高的靈敏度等目的。

4 SF6電氣設備現場分解產物測試的實例

在2012年6月，使用儀器為ZF-506型SF6、氣體分解產物分析儀（出廠編號2346584，證書編號HYQ201202443），對220kV祥云變電站220kV 祥鐵甲乙線、220kV 牽引甲乙線、220kV 華祥甲乙線、#2主變變高和#3主變變高的母線、隔離開關、套管和斷路器等SF6電氣設備進行檢測。

ZF-506型SF6、氣體分解產物分析儀的分析系統采用經典色譜分析原理，以氦氣或氮氣為載氣，以單色譜柱、六通閥切換、自動進樣等技術進行分解產物的分離，通過熱導檢測器采集檢測SF6、CF4、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10和Air等的含量，通過電化學傳感器采集檢測SO2、CO、H2S的含量。

220kV祥云變電站的SF6電氣設備中SF6氣體均為成都科美特氟業塑膠有限公司的產品，經檢測SF6電氣設備中SF6氣體純度為99.9％，CO的濃度為0.9-22.1 uL/L，SO2和H2S的濃度均為0 uL/L，依據Q/CSG114002-2011電力設備預防性試驗規程均判定為合格產品。

結語

隨著電網電力需求的日益增長， SF6電氣設備因其技術含量高、滅弧能力強、占地面積小、使用壽命長、操作簡便并安全穩定等優點得到了越來越廣泛的應用，對SF6電氣設備中的SF6氣體監督檢測工作也隨著日益重要。

通過對SF6電氣設備中的SF6氣體分解產物的檢測與分析來判斷SF6電氣設備中的內部故障，必須結合設備運行、結構、檢修、電氣試驗、繼電保護動作和故障錄波情況等作綜合分析，不斷提高對設備內部缺陷和潛在故障的分析判斷水平，達到預防性試驗的目的，使電網安全運行得到更好的保證。

參考文獻

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