利用SF6分解產物現場試驗判斷電氣設備的健康狀況

摘 要：文章闡述了SF6電氣設備故障的特征產物及SF6分解產物的檢測方法和判斷標準，通過故障實例分析了如何應用分解產物的現場測試分析設備運行狀況和對故障部位的快速定位。

關鍵詞：SF6電氣設備；分解產物；SO2

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0082-02

隨著電力行業的快速發展，SF6氣體因具有優良的絕緣性能和滅弧能力被廣泛應用于變壓器、斷路器以及GIS組合電器等電氣設備中。正是如此，由于運行年限的增加，很多設備因安裝、工藝、運行維護等原因引發了各種類型的故障，嚴重威脅了電網的安全、穩定運行。作為檢修、試驗人員，充分了解SF6氣體的特性，合理運用多種技術手段對SF6電氣設備的日常診斷和快速查找故障部位顯得尤為重要。SF6分解產物的檢測是近年來不斷深入研究和完善的一個重要課題。

1 SF6分解產物判斷故障的依據

要對SF6電氣設備進行故障判斷和故障分析，其主要的依據之一，是設備內不同的放電故障類型會產生不同的分解產物。純凈的SF6氣體化學性質極其穩定，只有在溫度超過500 ℃時才會開始分解。對于無滅弧室的SF6電氣設備而言，其內部溫度不高于80 ℃；對于斷路器而言，雖然在分合閘動作時會產生2 000 ℃以上的高溫電弧，但其分合閘速度極快，且SF6有很好的滅弧性能，在SF6電離瞬間能很快復合，其復合率達99.8%。而產生的少量分解產物又會被放置于里面的吸附劑所吸收，因此在正常運行中產生的分解物極少。但若設備發生電弧、火花、電暈放電或嚴重過熱故障時，SF6氣體會分解，產生一些低氟化合物，這些化合物又會與電極材料、絕緣材料、水分和氧氣等接觸發生復雜的化學反應，進一步生成十分復雜的硫化物、氟化物和碳化物。

SF6電氣設備故障時分解產生的硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和S2OF10等；氟化物主要有HF、CF4、ALF3、CUF2和WF6等；碳化物主要有CO、CO2和低分子烴等。由于SF6電氣設備發生故障時的分解產物極其復雜，且難以捕捉，根據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可發現，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。這樣可通過檢測主要的特征組分來判斷故障類型。

2 SF6分解產物檢測方法的選擇和標準

2.1 SF6分解產物檢測方法的選擇

SF6電氣設備分解產物的檢測方法主要有：化學分析法、氣相色譜法、氣相色譜法-質譜聯用法、檢測管法、電化學傳感器法以及動態離子測試法等。

化學分析法的特點是被檢測物需要吸收富集，且耗氣量大耗時長，也易受取樣水平的影響。氣相色譜法和氣相色譜法-質譜聯用法可以檢測十幾種氣態物質，其特點是樣品用量少，靈敏度高，但檢測能力受標準樣品和色譜分離能力的限制。檢測管法雖然操作簡單耗氣量少，但目前使用的比色管法檢測靈敏度較低，只能作定性或半定量檢測。電化學傳感器法是根據電化學原理，利用待測物質的濃度與電信號之間存在的特定關系來確定物質的含量。其特點是操作簡單、耗氣量少、耗時短、但需要定期校驗，其靈敏度受傳感器壽命限制。

上面也提到SO2、H2S、HF和CO是SF6電氣設備故障的特征產物，而其他的分解產物不僅是劇毒，對人體有害，而且很不穩定不易檢測，在現場的分解產物檢測主要是能對設備是否健康進行預診斷以及發生故障時快速查找故障部位，因此，目前使用最普遍的就是利用電化學傳感器制成的可以檢測SO2、H2S、HF和CO的SF6分解產物測試儀。如今很多廠家都是把SF6濕度、純度、分解產物的測試三種合為一體組成SF6綜合分析儀，操作簡單，準確性較高，能滿足預防性試驗和對故障初步判斷的要求。

2.2 SF6現場分解產物測試標準

根據南方電網發布的電力設備預防性試驗規程（Q/CSG 114002-2011），SF6斷路器和GIS（含H-GIS）現場分解產物測試的周期是：

①投產后滿1年1次，如無異常，其后3 a1次。

②大修后。

③設備運行有異響，異常跳閘，開斷短路電流異常等必要時。現場分解產物的注意值標準時：SO2：不大于3μL/L；H2S：不大于2μL/L；CO：不大于100μL/L。如果有必要可進行實驗室分解產物測試，包括檢測CF4、SO2、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10、HF。

3 SF6現場分解產物測試實例分析

案例一：2014年3月4日12點40分，某110 kV變電站#1主變在送電后#1主變差動保護動作發生跳閘，試驗人員及時趕到現場對110 kVGIS設備#1主變變高1101間隔進行SF6濕度和現場分解產物的測試，測試結果見表1。

經過測試表現，1101開關氣室SO2超注意值，11014刀閘氣室SO2和H2S明顯超注意值，濕度也明顯超注意值，且現場明顯能聞到濃烈的臭雞蛋味，經其他相關電氣試驗綜合判斷，11014刀閘氣室為故障氣室，1101開關氣室可能由于短時大電流拉弧產生了超標氣體，后續追蹤如果能顯著下降，則不影響設備正常運行。

2014年3月5日早上，檢修人員對11014刀閘氣室開蓋檢查后發現，導電桿有多處放電發黑痕跡，且殼體內部附著大量的粉末，經過分析，初步判斷是刀閘機構合閘不到位，在倒閘操作時變低開關解列，電流突然增長導致發生放電故障。此次通過SF6分解產物的檢測快速準確地判斷了故障位置和故障類型，證明了將SO2和H2S作為故障特征氣體判斷SF6電氣設備的可行性和可靠性。

案例二：2014年5月，我局對某110 kV變電站GIS設備進行濕度、分解產物的預防性試驗，恰巧新購置了一臺與之前廠家不同的SF6綜合分析儀（以下簡稱儀器2），于是與之前的舊SF6綜合分析儀（以下簡稱儀器1）進行數據對比，部分數據見表2。

經過數據的對比可發現，兩臺儀器在濕度和CO的測試結果上雖有偏差，但偏差范圍屬于可接受范圍。新儀器2在1101電纜頭氣室測出有SO2而舊儀器1未檢出，經其他相關電氣試驗無發現問題。儀器2產生SO2的原因可能有：舊儀器的電化學傳感器由于長時間使用影響了壽命，靈敏度下降，或者新儀器在測試時有干擾，產生零線漂移等。針對這個問題，我們決定把兩臺儀器與SO2標準氣體（以SF6做平衡氣，SO2含量為50.1 ppm）做了對比。

對比結果發現，儀器2比儀器1的靈敏度更高，儀器2測得的值與標準氣體值更加接近。由此發現，不同儀器會因為使用時間、使用方法等因素從而影響傳感器的靈敏度，因而每臺儀器必須定期校準。

另外，對SF6電氣設備的分解產物進行測試只是對設備是否正常運行的其中一個手段，當分解產物超注意值時不能盲目下結論就是設備內部發生故障，還應該根據設備的情況、分解產物的趨勢以及其他電氣試驗綜合判斷。

4 結 語

目前，利用SF6分解產物檢測這一技術手段判斷SF6電氣設備的故障是比較成熟可靠的，但由于SF6高溫分解的產物及其復雜，且SF6氣體作為絕緣介質在電力行業中的運用時間還不長，還有很多規律和特點沒有被完全認識和掌握。根據南網預試規程對分解產物的超注意值的設備，筆者總結了以下幾點：

①SF6分解產物的檢測可以比較準確快速地查找故障部位，初步判斷故障類型。

②對預試過程中對分解產物超注意值的設備，可能由于儀器的傳感器壽命和儀器的使用方法產生偏差，應定期校驗并縮短周期加強追蹤。

③分解產物超注意值不大的SF6電氣設備可能存在設備出廠時SF6氣體把關不嚴、短時較大電流拉弧或者吸附劑失效等原因，可能不影響設備的正常運行，應結合其他相關電氣試驗綜合判斷。

參考文獻：

[1] 鄭曉光，陳俊，王宇，等.基于SF6成分分析的氣體絕緣金屬封閉開關設備潛伏性缺陷判斷的研究及應用[J].廣東電力，2012，（1）.