SF6氣體分解物檢測在GIS設(shè)備診斷中的應(yīng)用

楊璐蕾

摘 要 GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣環(huán)境，在故障檢測中通過SF6氣體分解產(chǎn)物的分析，可以判斷設(shè)備相應(yīng)的運(yùn)作狀態(tài)，這種方式由于有著較強(qiáng)的抗干擾能力以及極高的靈敏度，在現(xiàn)場檢測分析中得到廣泛的應(yīng)用。文章會分析不同方法來檢測SF6分解產(chǎn)物的特點(diǎn)，在現(xiàn)場運(yùn)用合適的檢測方法和儀器，對進(jìn)行耐壓測試之后的設(shè)備做相應(yīng)的氣體成分分析，在得出的關(guān)于SF6產(chǎn)物的組成成分以及其體積分?jǐn)?shù)的結(jié)果中判斷設(shè)備的狀態(tài)以及其潛在的故障分析。

關(guān)鍵詞 SF6氣體；分解物檢測；GIS設(shè)備；故障診斷

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0036-01

1 概述

GIS設(shè)備由于占地面積較小且運(yùn)行較穩(wěn)定，因此，在實(shí)踐中常常會被應(yīng)用到維護(hù)電力系統(tǒng)的過程中。但是GIS設(shè)備內(nèi)部的元件是由金屬殼構(gòu)成，內(nèi)里相對比較封閉，因此在早期發(fā)展時期很難在變電站發(fā)現(xiàn)其故障，因而造成了較大的損失，而后續(xù)對國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)深入研究GIS設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)，對其變化進(jìn)行檢測，避免事故的再一次發(fā)生。對其測試的試驗(yàn)表明，在GIS設(shè)備中用SF6氣體分解物可以對設(shè)備的內(nèi)部絕緣做出狀態(tài)評測以及故障爭端，這種形式由于其有效性也得到廣泛的應(yīng)用。

SF6的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且具有不燃、無臭的特點(diǎn)。它的密度非常小，大概是空氣的5倍，在500℃以上能夠被分解，而如果實(shí)驗(yàn)中被加入水分，那么其分解的速度便會上升。在GIS設(shè)備中，SF6氣體中會存在少量空氣等雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)可以在某種條件中反應(yīng)成分解物，比如二氧化硅、硫化二氫等。因此，在這類現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過測量分解產(chǎn)物所形成的體積分?jǐn)?shù)可以判斷設(shè)備中可能存在的的故障然后發(fā)現(xiàn)故障的位置。通過一些列的模擬實(shí)驗(yàn)，我們得出結(jié)論：首先，GIS設(shè)備中的主要特征成分是SO2和SOF2，而SOF2遇水分解后形成SO2。第二，設(shè)備的故障如果涉及到固體的絕緣，那么CF4將會形成明顯的增加形式并且一般會伴隨著H2S的形成。

2 SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測技術(shù)以及其應(yīng)用

2.1 SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測技術(shù)

1）氣相色譜法。氣相色譜以惰性氣體為流動相，通過色譜分離技術(shù)并配合熱島監(jiān)測器、氫火焰離子化檢測器等來對氣體樣品中的硫化物、含鹵素化合物等做相應(yīng)的檢測，這種檢測方式靈敏度高，且產(chǎn)生的結(jié)果較為精確，大多會被用在實(shí)驗(yàn)檢測分析中[1]。實(shí)驗(yàn)室里主要會通過氣相色譜儀來分析SF6中的氣體雜質(zhì)。

根據(jù)對SF6的現(xiàn)場氣體分析的規(guī)定，需要采用氣相色譜儀來進(jìn)行，這種儀器一般會配有熱島監(jiān)測器，通過它來檢測SF6中蘊(yùn)含的SO2、SOF2等雜質(zhì)成分。氣相色譜儀的便攜性可以幫助實(shí)現(xiàn)SF6中的設(shè)備空氣、CO2等成分在現(xiàn)場的檢測，但是由于色譜的檢測時間較長，并且容易受到環(huán)境的影響，因此會導(dǎo)致檢測的難度較高，這也表明氣相色譜法并不能有效檢測出對開關(guān)設(shè)備中SF6的氣體分解物，這也是其在現(xiàn)場檢測中的一大難點(diǎn)。

2）紅外吸收光譜法。紅外吸收光譜法會將紅外光穿透到樣品氣體中，然后觀察氣體中對紅外光的吸收狀況，在那之后開始計算其吸收的具體數(shù)量以及氣味測量后的體積分?jǐn)?shù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性關(guān)系的總結(jié)。一般特定的氣體會對這種紅外吸收光譜產(chǎn)生較高的波動達(dá)到尖峰。紅外光譜的工作特征和化學(xué)鍵的振動有一定的關(guān)系。在紅外的光譜范圍里，幾乎可以涵蓋所有的氣體，他們都具有一定的吸收效應(yīng)，包括本文中需要檢測的SF6以及其可能的分解產(chǎn)物，因此，可以采用這種吸收光譜的技術(shù)來對SF6中的混合氣體的體積分?jǐn)?shù)做出？測量。

不過，這種檢測方法也存在著必然的缺陷。SF6以及其他某些分解的氣體吸收峰值上的表現(xiàn)較為類似，有時會產(chǎn)生交叉的狀況，需要采用較為標(biāo)準(zhǔn)的氣體來進(jìn)行分析比較。有些標(biāo)準(zhǔn)氣體比如SOF4會不太穩(wěn)定。紅外光源的強(qiáng)度相對比較低，檢測器上的不靈敏都讓其檢測效果無法與紫外可見光譜的方法相比。當(dāng)然，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要對氣體做出分離，所需要的樣氣含量較少，在分解定性的時候檢測時間較短，可以加入在線的檢測系統(tǒng)。

3）檢測管法。檢測管法，顧名思義，是需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行檢測的一種方法。它可以被用于檢測SF6氣體中分解產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)。它的測量原理在于需要引用化學(xué)反應(yīng)以及物理吸附的效應(yīng)來做氣體分析的方法。氣體的檢測管可以放入檢測劑，并且檢測管具有相應(yīng)的刻度，檢測劑的形成是化學(xué)試劑被吸附到固體載體顆粒表面上加工而成的。在現(xiàn)場的檢測過程中，氣體檢測管會通過設(shè)備的壓力來進(jìn)行取樣，然后與設(shè)備直接連接，在一定的時間內(nèi)通過標(biāo)定的流速將相應(yīng)的氣體流過檢測管中，根據(jù)其產(chǎn)生的顏色變化來測量氣體濃度。但是檢測管中量程范圍之大，因此操作會比較簡便并且可以做到更加快速的分析。而檢測管小巧也方便攜帶，不需要進(jìn)行后續(xù)的維護(hù)。雖然如此，但是其檢測精度較低，容易與不同的氣體產(chǎn)生影響。

4）電化學(xué)氣體傳感器。這種技術(shù)是在高溫的狀態(tài)下觀察氣體的化學(xué)反應(yīng)，以此來改變傳感器中的輸出信號，確定氣體的體積分?jǐn)?shù)以及組成成分。一般電化學(xué)傳感器會由傳感電極、反電極而組成，他們之間存在一個薄電解層來進(jìn)行分隔處理。首先，氣體會通過細(xì)小的開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后到達(dá)傳感電極的表面。這種方式可以幫助電信號的產(chǎn)生，也能夠做好對電解質(zhì)漏出現(xiàn)象的預(yù)防。傳感電極在氧化的原理的指導(dǎo)下，針對氣體中電極材料進(jìn)一步催化氣體與電極之間產(chǎn)生的反應(yīng)。通過電阻上流和氣體的體積分?jǐn)?shù)之間的正比電流就能測出他們的電壓信號，然后在此基礎(chǔ)上計算氣體的體積。檢測儀器的反應(yīng)速度之快，效率之高，雖然也會在實(shí)驗(yàn)中造成交叉干擾等問題，但是在實(shí)際執(zhí)行過程中頻繁的校準(zhǔn)可以有效的防止這類現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 SF6氣體分解物在檢測技術(shù)的應(yīng)用

1）檢測設(shè)備運(yùn)行。正常的SF6氣體所處的環(huán)境具有極大的絕緣性，因此，在電氣設(shè)備中不會存在雜質(zhì)分解物，在有電弧的斷路器室中，由于其分解速度快以及SF6本身擁有的高復(fù)合型使其不會出現(xiàn)明顯的分解物。但是電氣設(shè)備中如果出現(xiàn)缺陷，由于局部的放電現(xiàn)象將會使設(shè)備的熱度上升，這樣的狀況下定會產(chǎn)生大量的分解物，并且分解物產(chǎn)生的速率以及吸附的速率會達(dá)成平衡，在這種情況下SF6的濃度會加大，并且導(dǎo)致設(shè)備環(huán)境的惡化。因此，通過對SF6分解物的檢測可以有效的檢查出設(shè)備的故障。

2）檢測設(shè)備的故障。對于一些突發(fā)性的故障，它們產(chǎn)生較大的能量，因此設(shè)備內(nèi)部的SF6的濃度便會急劇加大，在這種情況下我們可以利用檢測管的方法對故障點(diǎn)進(jìn)行排查。然后對GIS設(shè)備中的分解產(chǎn)物做深入的分析，運(yùn)用定性和定量的分析方法來判斷故障的類型，深入研究GIS設(shè)備中故障的特性，尋找更多的數(shù)據(jù)信息。

3）檢測耐壓試驗(yàn)后的設(shè)備。GIS設(shè)備中的耐壓試驗(yàn)過程里，運(yùn)用對SF6的氣體分解物的測試來檢測耐壓試驗(yàn)中的局放反應(yīng)。在耐壓試驗(yàn)中，GIS的電源會設(shè)置成串聯(lián)諧振的模式，在對設(shè)備進(jìn)行擊穿時，由于電路會失去了諧振基礎(chǔ)，輸出電流則會相應(yīng)的減少，試驗(yàn)品的電壓也會產(chǎn)生迅速下降的現(xiàn)象。不過由于擊穿產(chǎn)生的電能量非常小，因此產(chǎn)生的SF6氣體分解產(chǎn)物的量級也不會太大。由于放電之后的設(shè)備內(nèi)的吸附劑對SF6多分解的產(chǎn)物有較強(qiáng)的吸附作用，因此SF6的濃度檢測的靈敏度會相應(yīng)的提高。

3 結(jié)論

SF6的應(yīng)用可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備中的故障點(diǎn)，并且在經(jīng)過耐壓試驗(yàn)后進(jìn)行判斷，有效地找到設(shè)備的異常放電位置。目前，SF6氣體檢測方法面對突發(fā)性的故障效果較佳，也可以對故障的類型做出判斷。但是，由于GIS設(shè)備中的缺陷判斷依然存在著較多的限制，需要我們進(jìn)行更多缺陷類型的模擬實(shí)驗(yàn)，提出不同的缺陷與分解物的體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，來指導(dǎo)對GIS設(shè)備的診斷和評估。

參考文獻(xiàn)

[1]季嚴(yán)松，王承玉，楊韌，等.SF6氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)及其在GIS設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].高壓電器，2011（2）：100-103，107.