淺析檢測電力設備中SF6氣體分解產物進行故障診斷的應用

唐峰

摘 要：SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，在斷路器和GIS設備中得到廣泛的使用。而當電力設備在出現絕緣故障時，SF6氣體將會分解為SO2、H2S等產物，通過檢測這些分解物的含量，可以對電力設備的絕緣故障進行診斷。文章闡述了SF6氣體分解的機理，分析了故障診斷技術中對分解物的測試技術以及診斷方法。

關鍵詞：SF6氣體；絕緣；分解；故障；診斷

中圖分類號：TM85 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0100-02

采用SF6氣體作為絕緣介質的電力設備在實際應用中已經逐步取代其他類型的設備，其生產工藝和相關技術日趨完善。但是由于電力設備的老化和存在一些缺陷，電力設備的安全隱患沒有完全消除，對電網的穩定運行形成威脅，通過檢測技術及時發現SF6電力設備的缺陷，特別是監測其內部的故障非常重要。目前，電力系統發現SF6電力設備內部故障的技術中，檢測SF6氣體分解產物是一項可行有效的方法，并在實踐中得到廣泛運用。實踐證明，通過將檢測SF6氣體分解產物與局部放電測試、絕緣電阻測試等試驗結合起來，能夠成功診斷電力設備內部的絕緣故障。

1 SF6分解產物的機理

在電力設備正常運行的過程中，SF6氣體非常純凈，其化學性質相當穩定，在滅弧過程中分解的低氟產物能夠即刻恢復成SF6，復合率在99.8%以上。在電力設備發生絕緣故障時，由于產生了電火花、電暈等現象，溫度極高，SF6氣體分解為SF5、SF4等低氟化合物后與氣體中微量的水、氧氣、金屬以及絕緣材料發生反應，將生成幾十種化合物。這些化合物包括SO2、H2S、CF4、HF、SO2F2、SOF2、AlF3、CuF2等，這些生成物與電力設備所發生的故障種類有著相應的關系。在目前的氣體檢測技術中，檢測SO2、H2S、HF、CF4等氣體的技術較為成熟，便于取樣，通常將這些氣體作為電力設備的故障特征氣體，它們的生成機理說明如下。

SO2與HF氣體主要是由SOF2分解產生的，其化學方程式如下：

SF6→SF4+F2（1）

SF4+H2O→SOF2+2HF（2）

SOF2+H2O→SO2+2HF（3）

其中，HF是一種強酸氣體，溶于氣體中的水后容易進一步腐蝕電力設備中的金屬部分和絕緣材料，產生更多的氟化物。因此在發生絕緣故障后，HF的含量會隨著時間的推移而減少，對其含量的現場測試數據要考慮到這個因素。在故障過程中，由于能量較高，固體絕緣物質將分解為H2S，通常放電能量越大，其含量越多。電力設備內出現電弧時，絕緣物質容易產生一些CF4氣體，其中C元素的來源是電弧灼燒固體絕緣材料時分解的。在正常運行中，電力設備內部就含有一定的CF4氣體，其體積分數有明確規定，但是在發生絕緣故障后，CF4氣體會有顯著變化，因此也可作為故障診斷的特征氣體。

2 SF6分解產物檢測技術

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種常見的監測氣體的方法，它利用惰性其他作為流動相，結合熱導檢測、火焰光度檢測、電子捕獲等方式，對樣品中的硫化物、含鹵素化合物和電負性化合物等物質進行監測。這種檢測方法精度較高，在實驗室中的氣體測試中廣泛應用。對于電力企業中SF6的現場檢測，通常選擇采用熱導檢測原理的氣相色譜儀監測SF6分解產物的組成，通常對CF4氣體、CO2氣體具有較好的檢測效果。不過由于這種監測方法耗費時間較長，檢測結果受到環境因素影響較大，所以在電力設備SF6分解產物的檢測中不常用。

2.2 紅外吸收光譜法

紅外吸收光譜法的原理是當紅外光穿過樣品氣體時樣品氣體吸收了部分紅外光，樣品其他的含量與紅外光的吸收量具有一定的關系，可以通過實驗得到樣品氣體的紅外吸收光譜。而該氣體的紅外吸收光譜上出現的尖峰將可以找到其相應的吸收峰和特征頻率。而利用氣體所具有的吸收效應，則可以利用該項技術檢測SF6分解氣體的含量。這種檢測方法不需要將混合氣體相分離，需要的氣體樣本比較少，多種氣體的檢測結果可以同時完成，試驗過程短，可以用于電力設備絕緣在線監測系統。不過，由于SF6部分分解氣體的吸收峰相當接近，檢測靈敏度低，試驗數據精度有限。

2.3 檢測管法

檢測管法是利用化學的顯色反應和污泥吸附效應作為檢測原理，可以測量SO2、HF、H2S、CO2等物質的含量。檢測管內部裝有能夠與待測氣體發生化學反應的檢測劑，當其與氣體發生反應后會變顏色，通過觀測玻璃管上的測度來測量被測氣體的含量。以H2S氣體的檢測為例，當含有H2S的其他通過檢測管后與檢測劑發生反應后產生棕褐色的物質，變色物質的長度與H2S含量有著一一對應的關系，從而檢測出H2S氣體的含量。不同氣體的檢測管所采用的檢測劑不同，但其測量原理是一樣的。在對電力設備SF6分解產物的現場測量時，可以直接將氣體通入檢測管，控制氣體通過的流速，在規定時間內完成測量，讀取變色段的長度以得到被測氣體的含量。這種方法量程大，測量方法簡單，得到結論的速度快，同時又具有攜帶方便的優點，在電力設備故障診斷的現場應用廣泛。不過這種方式檢測精度不高，因此多用于定性試驗以及初步定量測量。

2.4 電化學氣體傳感器法

電化學氣體傳感器法是利用被測其他在催化劑作用下發生化學反應后，傳感器的兩個電極之間通過的電流大小與氣體的含量成正比，進而得到被測氣體的組成和含量。這種方法檢測速度快，數據處理方便，在電力設備的帶電檢測中得到應用。不過這種方法采用的傳感器與被測氣體發生反應，所以壽命不長，且存在一定的零漂，所以在應用過程中需要經常對儀器進行校準。

3 SF6分解產物檢測的應用

3.1 運行設備的檢測

在電力設備的正常運行中，SF6只在斷路器分合產生電弧時有一些分解物，并且其復合速度很快，復合率也較高，再加上設備內部設有吸附劑，因此設備內部不會有大量的分解產物。而若電力設備存在缺陷，內部有局部放電或過熱現象，設備內部則會產生大量的分解物，其含量高于正常值，并隨著缺陷的惡化程度而上升。因此通過檢測運行設備內SF6氣體中分解物的含量，能夠及時發現電力設備存在的缺陷。

3.2 故障設備的檢測

對于已經發生故障的設備，設備氣室內分解物的體積分數顯著高于正常值。利用檢測管法可以初步判斷分解物氣體的種類和體積分數。采樣后，在實驗室內對氣體含量做高精度的檢測，得出其種類和具體體積分數，根據氣體特征組分和故障類型相對應的關系，為分析和判斷故障類型提供重要參考。

4 結 語

應用SF6分解產物檢測技術，可以提前發現SF6電力設備內部的缺陷。特別是在電力設備發生突發性故障后，采用SF6分解產物檢測技術可以迅速對故障進行定位，通過SF6分解產物種類和體積分數的數據，為判斷設備的故障類型提供重要參考。這項技術在SF6電力設備的狀態評價和故障診斷中具有重要意義。

參考文獻：

[1] 姚強，王勇，劉永.SF6氣體中雜質含量分析在GIS 故障分析判斷中的應用[J].高壓電器，2010，（5）.

[2] 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[M].北京：中國電力科學研究院，2007.

[3] 陳曉清，彭華東，任明.SF6氣體分解產物檢測技術及應用情況[J].高壓電器，2010，（10）.

[4] 唐炬，陳長杰，劉帆.局部放電下SF6分解組分檢測與絕緣缺陷編碼識別[J].電網技術，2011，（1）.