淺談六氟化硫氣體故障分解產物

尤紅麗　李鐵軍

摘 要：通過測試SF6氣體分解產物的類型和含量來診斷設備內部是否存在故障,并對故障的類型進行準確判斷。

關鍵詞：H2S 過熱 放電 SO2

中圖分類號:TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)10(c)-0109-01

近年來，由于制造安裝工藝和內部材質等原因，使SF6電氣設備內部存在絕緣缺陷乃至出現事故，SF6電氣設備故障可以分為放電和過熱兩大類，在常溫下SF6是無毒性的氣體，當SF6電氣設備存在故障時，故障區域的SF6氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下裂解，主要產生硫化物、氟化物和碳化物。這些低氟化合物對人體有害，可致命。氣室中SO2、H2S的產生是內部故障的征兆，檢測氣室中SO2和H2S等分解產物的含量，快速診斷出SF6電氣設備早期內部故障，可避免事故的發生。

1 分解產物的機理

SF6電氣設備內部故障時，反應式主要有：

2 故障案例

2.1 66 kVGIS變電站母線筒有異常聲響

2011年9月19日，66 kVGIS變電站母線筒有異常聲響,該氣室取氣口與異常聲響發生處約三米距離，對I母線氣室進行分解物檢測如下：SO2濃度146.7μl/L，H2S濃度53.1μl/L。該氣室內部可能存在高能放電故障，并涉及固體絕緣材料分解，經綜合分析，及時進行了內部檢查。

2.2 500 kV GIS 變電站跳閘

2006年4月15日，試運行18天的某電廠500 kV GIS 5032斷路器突然跳閘，從故障錄波得知故障發生在C相，故障電流為7.52 kA,持續時間40 ms。對C相氣室進行解體，發現在隔離刀閘的絕緣拉桿的中間段及其附近的盆式絕緣子和均壓環被電弧嚴重燒傷，專業人員將回收的故障氣體，用SF6設備故障組分檢測儀進行檢測，測試結果發現50321氣室氣體中SO2濃度為48 μl/L,H2S為4.6 μl/L,儀器診斷為“該氣室內部存在火花放電或過熱性故障,并涉及固體絕緣材料的分解?！彪S后對相關的其它氣室進行檢測，均未見異常，表明故障未波及相鄰的氣室。次日對50321C相氣室進行解體，發現在隔離刀閘的絕緣拉桿的中間段及其附近的盆式絕緣子和均壓環被電弧嚴重燒傷，這與檢測儀的診斷結論完全吻合，B、C兩相發生電弧重燃對設備的影響，于6月2日對分解產物進行檢測，SO2含量B相為0.5μl/L,C相為0.9 μl/L,而兩相H2S含量均為0。該設備剛投運，SF6氣體中不應含有SO2,但開斷重燃后產生了少量SO2。返廠檢修發現B、C兩相滅弧室表面被電弧灼傷。

2.3 66 kV某變電所GIS組合電器爆炸事故

2005年6月9日，某變預留66 kV西母線電壓互感器氣室A相側面法蘭爆開，氣室內屏蔽罩、防潮劑隨爆炸氣浪噴出，地面、設備上落滿爆炸的粉塵，沒有找到氣室內屏蔽罩固定螺絲；C相水平方向盤式絕緣出現裂紋，與B相氣室罐體間放電；打開B相氣室檢查，盤式絕緣子母線端子屏蔽罩仍在母線端頭位置，但沒有安裝固定螺絲。打開C相氣室檢查，盤式絕緣母線端頭沒有安裝屏蔽罩。其它氣室SF6氣體壓力仍正常，甲乙線避雷器均沒有動作。

從組合電器充電到發生事故僅26 h。利用回收少量的殘余氣體測得的SO24.5 μl/L，H2S 2.2μl/L從數據分析，存在局部放電故障，而其它間隔沒有受到影響。

綜合分析是由于GIS組合電器預留電壓互感器氣室水平布置的A相盤式絕緣子母線端頭屏蔽罩沒有固定或安裝不牢，在安裝或運輸中脫落，甚至可能在出廠時已脫落，C相盤式絕緣子母線端頭沒有安裝屏蔽罩，GIS組合電器充電后，電場分布嚴重不均，有較強的沿面放電。在系統雷電氣象用戶B相避雷器動作后，A、C相電壓升高，導致GIS組合電器A、C相盤式絕緣子的沿面放電發展成灌通性對地放電，A、C相接地短路，C相盤式絕緣子被撕裂，對B相灌體放電，A相法蘭被電弧放電產生的高壓爆開。

2.4 220 kV某一次變66 kV母差保護跳閘事故

2007年2月GIS組合電器某變電站Ⅰ段母線電壓互感器開關氣室發生故障，事故前組合電器各氣室SF6氣體壓力正常，微水檢測合格。

事故后，GIS組合電器技術人員到現場對故障氣室進行分解產物試驗，測得SO27.8μl/L、H2S5.1μl/L，該氣室SO2和H2S含量異常，可能存在局部放電故障，同時氣體H2S有濃厚的臭味，從而確定出故障部位，判斷出Ⅰ段母線電壓互感器開關氣室放電。由此，發現SF6氣體中H2S是設備內部固體絕緣材料熱解的特征分解產物。

66 kVGIS組合電器電壓互感器間隔水平放置的盤式絕緣子，由于上表面積灰、雜物很多，導致運行中電場分布不均，沿面放電，在系統B相發生接地時，A、C相電壓升高，盤式絕緣子沿面放電發展為灌通性對地放電，系統兩相接地短路導致母差保護動作跳閘。

2.5 66 kV某變電所故障

2005年8月，某變電所主變B相穿墻套管母線筒放電，從放電痕跡分析，認為是遺留物放電，其主要特征是放一次電后遺留物運動一次，再加上差動動作時的放電，這樣在管臂上留下了多點不同位置的放電痕跡。從試驗中放電現象分析，放電電壓忽高忽低表明放電氣隙不是固定氣隙既遺留物運動改變放電間隙。B相穿墻套管母線筒里確實有活動的放電顆粒存在。技術人員并對幾個氣室進行六氟化硫組分測試如下。

該1＃主母線氣室SO2和H2S含量異常，H2S1.2 μl/L，SO22.3 μl/L可能存在局部放電故障，從絕緣盆放電痕跡分析：據了解絕緣盆放電痕跡只是表面水印，并沒有破壞其絕緣，說明灰塵搭小橋表面放電是最初放電原因。主要是安裝時沒有清理干凈，存在灰塵及遺留物，造成放電，差動動作(如圖1）。

4 結語

實踐證明，通過SF6氣體中SO2、H2S含量的檢測能檢出內部早期故障，SF6電氣設備異常運行時SO2、H2S濃度范圍含量直接反應了設備內部放電性缺陷，對應不同的設備缺陷，放電時產生的SO2、H2S濃度將不同，需要我們區別不同情況分析和判斷。對于運行設備，當設備遭受明顯的過電壓沖擊時也應及時檢測SO2、H2S含量，因此在故障的分析時，應結合設備的結構、材質、運行、檢修和其它試驗等情況進行綜合分析，以便做出更準確的判斷。