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摘要：SF6是一种非常稳定的气体，具有超强的红外辐射吸收能力，其潜在的温室效应作用是二氧化碳（CO2）的2.39万倍。就目前来看，全球范围内每年排放到大气中的SF6气体的总量，以均速8.7%在增长。在不少使用SF6用于生产的工业行业领域，很多都已经停止使用或者降低使用SF6。不过，SF6在短期内仍将继续成为电器工业主要应用的气体，因为其无毒、不易燃、无腐蚀性。基于此，本文就关于SF6电气设备故障检测与诊断进行详细探究。
关键词：SF6电气设备；故障检测；故障诊断
1引言
SF6电气设备在电网中的应用越来越广泛，这些设备运行状态的好坏直接关系着电网的安全。依据SF6的化学性质与分化机理，使用SF6气体分化产品能够判别设备故障、估测可能存在缺点。经过对SF6电气设备的日常监督，统计分析了SF6气体分化产品中特征组分（二氧化硫SO2、氟化亚硫酰SOF2以及硫化氢H2S）的生成状况，并以此为根底总结出了SF6电气设备放电故障诊断规范，提出了不同电压等级SF6电气设备分化产品检测周期。
2 SF6 气体分解物
2.1 SF6放电分解机理
因电、光、热等多种因素都会出现SF6气体分解现象，其过程涵盖的物理化学因素极为复杂。据相关规定分析，SF6气体字电气设备内的分解过程可归结为SF6气体先出现分解，进而有低氟化物生成，随后低氟化物和设备内杂质，如电极材料、绝缘材料等进一步产生反应，以此有各种各样的化合物生成。电与热效应是SF6电气设备内促使SF6出现分解现象的主要效应，因-50到100摄氏度为SF6电气设备常温，在局部放电条件下，对SF6气体分解产生主要作用的因素为电效应，电子碰撞游离为SF6气体出现分解的主要表现形式，在若干次分裂SF6气体分子后，将有低氟化物生成，如SF2、SF3等。如放电快速消除，同时金属等杂质不存在于设备内，此类分解产物复合成SF6的速度将大大提升。如以上杂质存于设备内，则与分解出现的F、低氟化物产生反应的为具有活跃化学性能的杂质，通过一系列反应将由大量化合物生成，进而对复合SF6产生严重影响。经研究表明，放电故障与有机绝缘材料相关时，将有CF4生成，公式如下：
F+F→F2，
2C+2F2→CF4
由上得出，SO2F2、SOF2等为SF6气体放电分解极易出现的产物。
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2.2 SF6气体分解物的特点
1)SF6气体的分解特性
SF6气体在电气设备中起着绝缘､灭弧和冷却散热的作用，它的化学性质非常稳定，在常温常压下，不与任何物质发生反应，在1个大气压下分解温度大于500℃，但对于运行设备，气体压力在0.4MPa以上，其分解温度降低到250℃左右｡SF6气体在电弧作用下主要产生SO2，SOF2，HF｡典型反应式为:
SF6→SOF2+HF
SOF2+H2O→ SO2+HF
SF6气体的温室效应系数很大，约为CO2的23000倍，因此，要尽量减少排放，并做好气体回收利用｡
2)固体绝缘材料的分解特性
电气设备所使用的固体绝缘材料主要成分是环氧树脂，环氧树脂有双酚型和酚醛型两类，为多种大分子量的混合物，由C，H，O，S和N等元素构成，还添加氧化铝，以增强机械性能｡环氧树脂具有很好的绝缘性能和化学稳定性，其分解温度为500℃，主要产生 H2S，CO，AlF3和 少 量 低 分 子 烃 (CH4，C2H4，C3H8)，典型反应式为:
SF6+H2O→H2S+SOF2+HF+S+O2
9S+6H2O→6H2S+3SO2
3 通过SF6 气体分解物来对电气设备进行故障诊断
3.1 SF6气体绝缘电气设备放电气体成分检测方法
现在国内外对SF6气体分化气体检测方法主要有气相色谱法、红外分光光度法、质谱和色—质联用法、核磁共振波谱分析法、气体检测管法和电化学传感器法等。由于电化学传感器法具有检测速度快，效率高，符合现场要对SF6气体绝缘电气设备的故障进行有效定位和故障诊断分析的需求，因此在现场工作中运用较为广泛。该办法是使用化学气敏器材检测气体组分。化学气敏传感器是使用对被测气体的形状或分子结构具有选择性抓获的功能和将抓获的化学量有效转换为电信号的功能来工作的。当被测气体被吸附到气敏半导体外表时，其阻值会发作变化。现在该办法存在检测组分较为少的缺点，但大部分仪器能检测出SO2、HF、H2S、CO等特征气体，因此可以满足现场查找设备故障方位和绝大多数故障诊断分析的要求，如需更为准确的数据分析可取气样带回实验室进行气相色谱分析。SF6发作分化后产品的量与放电能量大致成比例关系，而且当处在高能放电方式下时将产生很多的分化气体，呈现局部放电下很少呈现的气体成分如SF4、CF4，且产品中SOF2含量较其他方式放电要高。
3.2 SF6气体成份在线检测技术
SF6气体成分的在线检测具有一定的困难。现在，现有的监测办法主要有：高压放电电离法、红外线吸收法、电化学法、超声相关检测技能以及光谱相关监测技能。得益于量子级联激光吸收谱技能先进性，SF6分解气体成分测量有更好的线性度和抗干扰功能。基于量子级联激光吸收谱的SF6气体成份在线检测原理如下：经过对SF6分解产品中各种气体的吸收光谱进行分析，断定光谱的工作波段。针对各种气体的吸收光谱特征，选用双波长激光吸收谱差分测量法。这种测量法引入未受影响的单波长激光作为参考光束，首先将SF6气体的光谱中心波长作为测量光束波长；然后与其他波长光谱进行比照。经过将连续和周期震动光谱结合，依据Beer－Lambert规律，树立改善的差分吸收光谱分析办法对各种气体成分进行测量。
3.3 通过SF6 气体分解物来对电气设备进行故障诊断
1）对于SF6电气设备故障检测，可以通过检测分解物中的CF4和C3F8等化学物质来进一步诊断出设备故障所在。检测出CF4和C3F8等化合物的含量，可以诊断出电气设备内部放电故障。以上两种化合元素，实际上它们是SF6中含碳元素的有机绝缘材料被电弧放电之后所产生的分解物。当出现并形成这样一种结果的时候，势必会生成较大的能量，断路器开断，灭弧喷口受到电弧烧灼生成CF4和C3F8。关于这一点，通过实验测试也可以表明，在故障发生后的6小时内，气室SF6分解物水解氧化物、CF4的含量明显增多。2）通过检测SF6气体分解物中的S02、H2S、HF等化合物的含量，可以发现电气设备大多属于过热故障。对于这一点，界内人士也应该很清楚，在水分的影响下，SF6在放电和热分解的过程中所分解形成的气体有，S02、HF、S02F2、SOF2。反过来观察，当电气设备中固体绝缘材料出现故障的时候，将会产生大量的CF4和H2S等气体，后者一般都是在高温烧灼的环境下形成的气体分解物。在这种局面下，基本可以看出，此时的电气设备内极有可能存在放电或者高温过热的故障，并且故障的具体发生位置通常都在该固体绝缘材料的附近。
4 事故实例与典型案例分析
2010 年 5月，一座500kV 变电站内无任何操作。220kV 母线差动维护动作，连接在#4母线的线路及母联断路器三相跳闸。故障录波显现故障为A相，短路电流为30200A。雷电定位体系工作正常，查看变电站内避雷器未动作，无内部或外部过电压侵入记录；设备外观检测正常；对A 相#2 气室 SF6气体成分检测时，发现 SO2含量达 3.77*10-4，且 H2S 含量超支。检测#4 母线上其他设备气室未见故障特征气体。经实验人员现场进行确诊分析，断定故障部位 227 单元，内部存在电弧放电。经过窥视孔发现2272阻隔刀闸开关A相内部有粉末状物质。待专业工作人员到现场对设备进行崩溃查看，翻开 2272A 相检修孔和阻隔开关法兰盘，发现该气室内充溢由于电弧焚烧发作的SF6分化粉末，2272A相绝缘拉杆低电位侧被电弧碳化熏黑，绝缘拉杆开裂。故障原因分析确定事端原由于2272阻隔开关 A 相绝缘拉杆闪络。拉杆绝缘下降、发作对地闪络的原由于绝缘拉杆自身遭到机械损害，产生部分裂纹，在运转电压的效果下，产生沿面放电；同时SF6分化发作的H2S在长时间运转中，导致绝缘拉杆加快老化，最终闪络击穿。
5 结束语
SF6气体成份检测技术的发展，为电力系统中GIS设备安全状态检测提供了重要方法。得益于SF6气体优异的绝缘特性，SF6电气设备在电力系统中得到广泛应用。SF6气体成份检测技术的发展，为电力系统中GIS设备安全状态检测提供了重要方法。随着电子技术的进步和传感器技术、光谱分析技术以及信息处理技术的发展，使得SF6电气设备故障监测与诊断逐步进入了实用化阶段。
参考文献：
[1] 徐超 ， 王凯 ， 郭跃男 ， 等. SF6 电气设备泄漏检测技术[J]. 电测与仪表 ， 2016， 53(S1):28-32.
[2] 游荣文，黄逸松。基于 SO2、H2S 含量测试的 SF6 电气设备内部故障的诊断.福建电力与电工，2004.
论文作者:刘绍华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：气体论文; 分解论文; 电气设备论文; 故障论文; 设备论文; 绝缘材料论文; 电弧论文; 《电力设备》2017年第28期论文;