利用六氟化硫分解產物診斷GIS內部故障

殷立新

摘 要：GIS組合電器中不同絕緣缺陷引起的局部放電會產生不同的分解化合氣體，相應的分解化合氣體成份、含量以及產生速率等也有差異。這樣使得通過分析分解產物的組分來判斷故障類型成為可能，并可以通過檢測設備中SF6氣體分解氣體組分及化合產物，來判斷絕緣缺陷類型、性質、程度及發展趨勢。

關鍵詞：GIS；分解產物；故障

1 概述

GIS設備已成為電力系統的主要設備，為電力生產的安全經濟運行發揮積極的作用。但近年來，也暴露出一些設備內部的固體絕緣材料的質量、設計安裝和運行維護工藝存在一些問題，使設備內部存在絕緣缺陷，乃至發生事故，嚴重地威脅了電力生產的安全。實踐證明了應用SO2、H2S、SOF2等含量測試可以快速、方便、準確地檢出設備內部故障，由于內部故障被早期檢出，從而避免了事故的發生，為SF6電氣設備的安全經濟運行發揮了很好的作用。

2 故障檢測原理及分析

2.1 GIS設備內部故障時絕緣材料分解產物的特征

對于正常運行的GIS設備，其內部溫度不高于80℃，因此，不會有SF6等絕緣材料的分解產物，但若設備內部存在局部放電和嚴重過熱性故障時，將使故障區域的固體絕緣材料和SF6氣體發生分解。

若進行所有產物的檢測，雖能更準確的判斷內部故障的部位，但是由于上述的物質中除SO2、H2S、CF4和CO毒性少外，其它都是劇毒物， 在設備內部的含量極少，又不穩定。含量稍多的SF4、SOF2等又很快會與SF6氣體中的水份進行水解反應產生穩定的SO2和HF。因此，氣室中SO2含量除了由SF6和固體絕緣材料分解直接生成外，還會由SOF2等的水解產生。固體絕緣材料主要有環氧樹脂、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚脂乙烯、聚酰胺樹脂紙和漆等，當故障點溫度達200℃時聚脂乙烯、紙和漆開始分解，主要產生CO2、CO和低分子烴；當溫度達到500℃以上時，SF6氣體和其他固體絕緣材料開始分解，主要產生SO2、SOF2、H2S、CF4、HF、CO、CO2、和低分子烴。

2.2 GIS設備內部故障的分類

GIS設備內部故障可分為放電和過熱兩大類。而放電又分為電暈放電、火花放電和電弧放電。內部常見的故障部位可歸納為以下六種：⑴導電金屬對地放電。這類故障主要表現在SF6氣體中存在導電顆粒和絕緣子、拉桿缺陷引起導電桿對地放電。這種放電性故障能量大，產生大量的SO2、SOF2、H2S和HF等。2013年12月9日，新安江水電廠發生了一起故障，220kV母線保護動作跳閘，根據母差保護動作情況，電廠組織人員對電氣一、二次設備進行全面排查，敞開式一次設備沒有故障點，經絕緣測試，母線絕緣正常，初步判斷故障點位于GIS，經外觀檢查，GIS無異常，各氣室密度繼電器壓力正常，微水試驗合格，電廠隨即對相關范圍內的GIS各氣室SF6分解物進行測試，結果220kV正母GM13氣室SO2+SOF2含量為64.7?l/L超標，判斷故障點位于該氣室，在將該氣室氣體回收后拆開進人孔，發現在外殼內底部發現少許類似鋁質異物，對外殼距離最短，造成放電。⑵懸浮電位放電。這類故障通常表現在斷路器動觸頭與絕緣拉桿間的接觸不良和CT二次引出線電容屏上部固定螺絲松動引起插銷兩側金屬或螺帽與螺桿間懸浮電位放電。這種放電性故障能量不很大，一般情況下只有SF6分解產物，主要生成SO2、HF和H2S。如2010年8月1日某水電廠運行人員時有聽到66kVGIS內部異常聲響，經檢查系某斷路器B相，其室內SO2、H2S檢測含量均很高，判斷內部存在放電性故障。當晚便停運，后解體發現其動觸頭與拉桿連接的插銷孔偏大，操作多次后造成插銷孔變大，使拉桿產生懸浮電位放電。由于缺陷被及時檢出，避免了事故的發生。⑶導電桿的連接接觸不良。當故障點溫度超過500℃時，SF6和周圍固體絕緣材料開始熱分解。當溫度達700℃以上時，將造成動、靜觸頭或導電桿連接處梅花觸頭外的包箍蠕變斷裂，最后引起觸頭融化脫落，引起絕緣材料的分解，其主要產物為SO2、HF、H2S等。⑷互感器和套管電容屏短路。當內部故障時，將使故障區域的SF6氣體和聚脂乙烯、紙和漆等絕緣材料裂解，主要產生SO2、SOF2、HF、CO和低分子烴。⑸斷路器重燃。斷路器正常開斷時，電弧一般在一個周波內熄滅，但當滅弧狀指不正常或電流不過零的時候，電弧不能熄滅，將滅弧室和觸頭灼傷，此時SF6氣體和聚四氟乙烯分解，主要產生SO2、SOF2和HF。⑹斷路器斷口并聯電阻、電容內部短路。因斷口的并聯電阻、電容質量不佳引起短路，此時SF6氣體裂解主要產生SO2、SOF2和HF。

3 GIS內部故障的主要檢測對象

由于GIS設備內部的SF6氣體和環氧樹脂等絕緣材料的分解溫度較高而故障初期的能量一般都較低，所產生的分解產物的濃度較小，加上設備中放置有能吸附水和分解產物的收附劑，而且預防性試驗周期又長，因此，要檢出內部早期故障就必須嚴格控制分解產物的濃度。從以上分析中得知，設備內部故障時，雖分解產物很多，但主要的分解產物為SO2、SOF2、H2S、CF4、HF和CO。對內部絕緣材料的裂解機理和對各種故障實例進行統計分析后，認為選擇SO2、SOF2、H2S作為檢測對象，也完全能準確檢出設備內部故障。

4 結束語

GIS開關設備是電網最重要的資產之一，檢測分解產物中的含量診斷設備故障，有助于及時發現設備的內部隱患，結合檢測相關的GIS本身的特性變量、局部放電量、環境溫度、氣壓、微水、部位等，評估缺陷的危險性，避免事故的發生以及故障的快速修復，對于GIS設備的管理和安全有重大突破，具有巨大的經濟效益和社會效益。