SF6分解物在開關設備故障診斷中的應用

田慶陽，李 爽，魯旭臣

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006;2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

SF6分解物在開關設備故障診斷中的應用

田慶陽1，李 爽2，魯旭臣2

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006;2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

SF6分解物一直是人們研究的重要課題，為明確型號為PASS MOO DBB(HGIS)的72.5 kV PASS內SF6分解物異常原因，以實際運行中的72.5 kV PASS在檢測中發現分解物異常為例，詳細介紹了設備的異常情況及異常處理過程，并通過理論計算驗證了推斷的有效性，并給出了該異常情況的處理措施及預防措施。

PASS;SF6分解物;隔離開關;母線轉移電流

當GIS(HGIS)中發生絕緣擊穿或局部過熱等故障時，SF6在高溫條件下會分解出SO2、HF、H2S及白色粉末等特征物質。這些特征物質為氣室故障后的定位和狀態檢測中發現潛在的異常缺陷提供了有效手段［1-4］。

SF6在局部放電和電弧情況下的分解機理不同，過程也及其復雜，往往伴隨分解和復合的雙向過程。長期以來，學者們對SF6分解產物的影響因素做了大量試驗研究，如放電量的大小、金屬電極情況、氣體濕度、吸附劑等，試圖將SF6分解產物與設備內部異常情況建立對應關系，并得到了很多有價值的結論［5-8］。但這些結論并不具有普遍適用性，也未形成相關標準，因此，目前SF6分解產物多數用于局部放電或過熱缺陷的提前發現及短路故障后故障氣室的定位。

1 異常情況

故障設備型號為PASS MOO DBB(HGIS)，額定電壓為100 kV，額定電流為2 000 A，額定短路開斷電流為31.5 kA，滅弧介質為SF6與CF4混合氣體 (比例1∶1)，2009年出廠，同年投入運行，66 kV側采用雙母線接線方式，共19個出線間隔。

2012年9月13日，運行人員在進行Ⅰ母線轉帶Ⅱ母線負荷操作過程中，發現繁侯乙線2隔離開關拒動，檢修人員處理過程發現繁侯乙線Ⅰ、Ⅱ母線隔離開關觀察窗內表面附著很多白色分解物，檢查其他間隔的組合電器，有11個間隔存在相同現象，SF6分解物檢測部分結果如表1所示。

根據國家電網公司《電網設備帶電檢測管理規定》［9］，SO2含量在2 ～5 μL/L 為異常狀態，大于5 μL/L為缺陷狀態，可見上述間隔均處在異常狀態。

表1 各間隔SO2含量測試結果 μL/L

2012年9月17日，高壓試驗人員對上述異常間隔的PASS進行了復檢，結果為繁興線C相氣室SO2+SOF2氣體含量由 4.16 μL/L 降至 3.8 μL/L，繁張西線 A 相由5.28 μL/L 升至5.73 μL/L，C 相由 1.69 μL/L 降至 0，繁侯乙線 C 相由 5.67 μL/L降至0，繁張東線A 相由2.1 μL/L 升至31.39 μL/L，C 相由 0.59 μL/L 升至 24.56 μL/L(14 日晚故障跳閘)，通過現場對觀察窗的檢查，分解物多集中在Ⅰ、Ⅱ母線隔離開關觀察窗，其中B相觀察窗分解物最多，由于B相氣室無法進行測試，估計還有部分氣室存在SO2+SOF2氣體含量超標問題。

根據這次測試結果，對該變電站分解物超標的PASS進行了跟蹤測試。2014年3月17日，繁張西線PASS的SO2+SOF2值變化較大，A相變至108 μL/L，C 相變至 27.58 μL/L。

經協商決定，對繁張西線間隔停電，設備運至廠家進行解體檢查。

2 返廠解體分析

2014年3月24日，繁張西線PASS在廠內進行解體檢查，解體發現母線側隔離開關動、靜觸頭均有燒損現象，而線路側隔離開關動、靜觸頭未發現異常，設備殼體內附著大量SF6分解產物粉塵，具體情況如圖1～圖4所示。

圖1 設備殼體內SF6分解產物粉塵

圖2 Ⅱ母線側靜觸頭燒損情況

圖3 Ⅱ母線側動觸頭燒損情況

圖4 Ⅰ母線側動觸頭燒損情況

各母線隔離開關動靜觸頭的燒損位置具有統一規律性，同一母線的三相隔離開關燒損位置在同一側，但不同母線的母線隔離開關燒損位置在相反側。

根據系統運行方式的轉變，母線側隔離開關承擔著轉換母線的責任，由于隔離開關沒有滅弧裝置，在切母線轉移電流時觸頭間將產生電弧，靠觸頭的開距和SF6的絕緣性能而熄弧。該設備母線隔離開關動靜觸頭燒損的直接原因為倒母線操作時，隔離開關切母線轉移電流拉弧引起。由于隔離開關和斷路器同處在一個氣室內，分解物長期大量積累將引起主絕緣性能下降。運行單位核實母線隔離開關分合閘速度，與交接試驗時無明顯差異，因此，初步分析為隔離開關開斷母線轉移電流能力不強。

通過解體檢查發現，在動觸頭刀片的兩側有黑色過熱現象。這是因為當隔離開關觸頭在剛分后或剛合前，觸頭的突起部位成為電弧的起點，為電弧燒蝕所致［10-11］。當觸頭剛合或未分之前，由于接觸電阻不斷增大導致局部瞬時過熱。

3 理論分析

圖5為隔離開關開斷母線轉移電流的雙母線接線圖，圖中隔離開關DS11、DS12、DS22及母線斷路器MCB處于合閘狀態，隔離開關DS21處于分閘狀態。負荷電流 i由主變通過DS11、DS12和MCB分成i1、i2兩條支路，最后全部經過線路斷路器送出。若此時隔離開關DS11做分閘操作，則其需要切斷電流 i1，即母線的轉移電流［12、13］。

圖5 雙母線接線圖

根據圖5可得到以下公式:式中 u1、u2——分別為隔離開關DS11、DS12兩端電壓;

z1、z2——分別為ae段和abcde段阻抗。

結合以上4個公式得:

式中 l1、l2——分別為ae段和abcde段長度;

z10、z20——分別為 ae段和 abcde段單位長度阻抗。

由式 (5)可知，母線轉移電流與當時的負荷電流、操作隔離開關距母線的長度和電流被轉移支路的長度有關。

根據現場實測，操作隔離開關距母線的阻抗為43 μΩ，PASS 母線為架空線，其阻抗為 0.02 Ω，且l1?l2，因此，根據式 (5)，母線的轉移電流幾乎為當時的負荷電流。

國家標準規定，72.5 kV隔離開關的母線轉移電流為1 600 A，電壓為10 V［14］，如果當時的負荷電流超過1 600 A時，則大大超出隔離開關切合母線轉移電流的能力。就本例而言，假設當時的負荷電流為1 600 A，經計算，隔離斷口的恢復電壓為32 V，超過了10 V，因此，隔離開關斷口將產生多次電弧重燃，使氣室內的SF6分解物異常。

4 預防措施

a. 采取合理的布置方式。在規劃設計階段應考慮隔離開關母線轉移電流問題，由理論分析可知，雙母線結構的母線轉移電流受轉移支路長度的影響很大，因此，對多個出線間隔來說，線路間隔應盡可能對稱布置于母聯間隔。此外，還應將負荷較大的線路間隔靠近母線間隔。

b. 合理的倒閘操作順序。如果倒換母線時，應先操作離母聯間隔近的母線隔離開關，后操作離母聯間隔遠的母線隔離開關。對于HGIS變電站來說，母線屬于架空線布置，其波阻抗要比HGIS管線大很多，母線轉移電流幾乎為負荷電流，因此，應采取暫時停斷路器的操作方式。

c. 提高隔離開關操動機構的操作速度。提高機構的操作速度可減少觸頭的燃弧時間，從而減少分解物的生成量。

d. 優化PASS設備的設計。由于PASS中的隔離開關和斷路器共處一個氣室，而隔離開關又沒有滅弧裝置，因其操作產生的分解物將影響主絕緣的性能，甚至影響斷路器的分合特性。如果將隔離開關氣室與斷路器氣室隔離，可避免上述問題。

5 結論

a. PASS設備的母線轉移電流接近當時的負荷電流，在倒母線隔離開關操作過程中，其斷口間的燃弧是產生大量分解物的主要原因。

b. 對于PASS設備，在倒母線操作隔離開關時應采取暫時停斷路器的方式。

c. 采取合理的布置方式和倒閘操作方式可降低母線轉移電流水平。

［1］ 季嚴松，王承玉，楊 韌，等.SF6氣體分解產物檢測技術及其在GIS設備故障診斷中的應用［J］.高壓電器，2011，47(2):100-107.

［2］ 李曉峰，霍鳳嗚，甄 利.利用SF6氣體分解物對斷路器運行狀況進行診斷的方法探討［J］.高壓電器，2011，47(1):103-105.

［3］ 莊賢盛，李 智，姚唯建.SF6電氣設備放電故障檢測和判斷方法［J］.廣東電力，2008，21(12):35-67.

［4］ 郭媛媛，劉漢梅，王承玉.SF6高壓開關設備運行狀態與氣體成分關系的研究 ［R］.北京:中國電力科學研究院，2007.

［5］ 龔尚昆，陳紹藝，周 舟.局部放電中的SF6分解產物及其影響因素研究［J］.高壓電器，2011，47(8):48-56.

［6］ 唐 炬，任曉龍，張曉星.氣隙缺陷下不同局部放電強度的SF6分解特性［J］.電網技術，2012，36(3):40-45.

［7］ 劉有為，吳立遠，弓艷朋.GIS設備氣體分解物及其影響因素研究［J］.電網技術，2009，33(5):58-61.

［8］ 陳曉清，任 明，彭華東.GIS設備中SF6氣體分解影響因素分析［J］.電網與清潔能源，2010，26(7):34-38.

［9］ 國家電網公司生產技術部.電網設備狀態檢修技術標準匯編第四分冊電網設備狀態監 (檢)測［M］.北京:中國電力出版社，2012.

［10］ 熊信銀，張步涵.電力系統工程基礎 ［M］.武漢:華中科技大學出版社，2006.

［11］ 林 莘，李 爽，徐建源，等.超高壓GIS暫態殼體電壓的仿真研究［J］.高壓電器，2011，47(3):12-17.

［12］ 林福昌.高電壓工程 ［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［13］ 馮慈璋，馬西奎.工程電磁場導論 ［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［14］ GB 1985—2004，高壓交流隔離開關和接地開關 ［S］.

Application on SF6Decomposition in Circuit Breaker Fault Diagnosis

TIAN Qing-yang1，LI Shuang2，LU Xu-chen2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

SF6decomposition research is an important subject.To explicit causes for abnormity of SF6decomposition in 72.5 kV PASS of model PASS MOO DBB(HGIS)，this paper chooses the example of abnormal SF6decomposition in the process of testing with 72.5 kV PASS，abnormal condition and processing procedure are introduced in detail.Results demonstrate that the deduction is effective by theoretical calculation and the solution，the preventive measures are presented.

PASS;SF6decomposition;Disconnecting switch;Bus transfer current

TM564.1

A

1004-7913(2015)08-0014-03

田慶陽 (1979—)，男，碩士，工程師，主要從事高壓開關及變電站管理方面的研究工作。

2015-05-12)