摘要：在电力系统蓬勃发展的推动下，SF6高压开关设备在电网中的应用越来越广泛，稳定运行的设备是保证电网安全的基础。积极预防开关设备故障对电网安全运行期决定作用。有效方法是预防故障诊断可靠的措施。通过研究检测设备内SF6气体的分产物来判断设备的损伤或潜在的安全隐患的方法，使设备故障诊断具有规范化，并且能够有效指导设备的运转。
关键词：SF6气体分解产物；高压开关设备；故障诊断
一、SF6开关设备故障诊断原理
在运转中SF6开关设备容易引起内部漏电、异常发热等事故，导致设备中的SF6分解产生大量的气体分解产物，造成设备绝缘功能降低，这样，会给电网的安全运转带来隐患问题，因此高压开关设备故障主要表现为漏电与放热的故障。漏电故障主要指SF6开关设备内部出现的局部漏电现象，体现为悬浮电位漏电、零件间漏电、绝缘物表面漏电等设备没有被发现的，这种漏电主要原因对高压设备缺少必要防护与维修措施，如设备受潮、组件松动、制造工艺差及运输过程没有进行维修而导致的；SF6开关设备中因结构中绝缘损坏造成导电金属出现漏洞现象及气体中的导电颗粒杂质引起漏电发生时，释放热量较多，出现电晕、火花或电弧放电现象，金属触头和固体绝缘材料分解产生大量的SO2、SOF2、金属氟化物等。SF6气体的恒定的分解产物主要是SOF2，在火花放电中，SOF2也是主要分解产物，但SO2F2/SOF2比值表现增加，还可检测出S2F10和S2OF10，分解产物含量的顺序SOF2>SOF4>SiF4>SO2F2>SO2；在电晕放电中，主要分解产物是SOF2，但SO2F2/SOF2比火花放电中的比值高。不同绝缘损伤导致的漏电方式会产生不同的分解气体产物，相应的分解气体产物的成分、含量以及释放的速度都会有很大的差异。
二、SF6气体分解产物判据
2.1特征气体
在电弧、火花和电晕放电作用下，设备的SF6气体分解产物主要有SO2、H2S、HF和SOF2，发生局部放电故障时，会产生微量的SO2、H2S和HF，设备发生过热故障生成SO2、HF、H2S和SO2F2等分解产物。可见，在放电和过热故障下，SF6气体分解产物有SO2、HF、SOF2和SO2F2，SOF2和SO2F2会水解生成稳定的SO2和HF等。若故障涉及固体绝缘，还会产生CF4、H2S等。在运行开关设备中放置了适量的吸附剂，用于脱除设备正常开断产生的分解产物，如低氟化物、酸性物质和水分等，对CF4、CO和CO2的吸附作用却较弱，于是SF6气体中的CF4、CO和CO2组分会逐渐累积，对设备运行工况具有记忆效应。结合设备中SF6气体分解产物现有检测技术，因HF具有强腐蚀性，仍缺乏可行的现场检测手段和仪器，而CF4、CO和CO2气体的检测主要依赖于实验室分析方法，难以应用于现场检测。因此，在现阶段，主要以SO2和H2S气体作为判断被检测开关设备是否存在故障的特征分解产物，辅以检测HF、CF4、CO和CO2等组分，可准确、快速诊断设备内部潜伏性缺陷或故障。为便于SF6开关设备的现场运行管理，国内外相关标准初步给出了设备故障诊断的SF6气体分解产物依据。有关规定：重复使用的SF6气体中杂质最大允许含量为50μL/L，其中SO2+SOF2≤12μL/L，HF≤25μL/L。实际应用时，设备状态难以完全由这些分解产物指标确定，其与设备气室类型、气体组分增量或发展趋势等密切相关，可见分解产物依据的操作性较差，需制定更可行的参考指标。
2.2参考指标
对于正常运行的SF6开关设备，在非灭弧气室中分解产物较少，在断路器的灭弧气室，因其合、分速度快，气体介质具有良好的绝缘恢复能力，SF6分解后可在瞬间复合，其复合率达99.8%以上，且设备内部放置了吸附剂，因此其内部也难以检测到明显的分解产物。但若设备内部存在故障或潜伏性缺陷时，将使故障区域的SF6气体和固体绝缘材料发生分解产生氟化物和硫化物。在前期模拟试验和现场普测基础上，为指导SF6开关设备隐患排查，提出了SF6气体分解产物现场检测的参考指标，不同类型气室中检测到特征气体的判定阈值、检测周期及处理方法见表1。如果检测的SO2和H2S气体组分中较大值达到表中给出的量值范围，需对被检测设备采取复检、跟踪监测等，甚至解体检修等相应处理。
2.3综合诊断
SF6开关设备发生故障时，可能引起设备中SF6气体纯度、湿度、酸度和分解产物其他特征组分的变化。若设备中SF6气体的SO2或H2S含量出现异常，应结合SF6气体纯度、湿度、酸度及其他特征组分（HF、CF4、CO和CO2）的变化、设备电气特性、运行工况等，对设备进行综合诊断，确定开关设备运行状态。参考国标GB/T8905—1996，表2给出了SF6新气、设备投运前和运行中设备气体的分析项目及其相应质量指标，为设备故障综合诊断提供依据和参考。
结合表1和表2，利用电化学传感器法、便携式气相色谱仪和气体检测管等现场检测仪器，检测运行中设备的气体泄漏率、湿度、酸度和空气、CF4、可水解氟化物、矿物油和特征分解产物的含量，从而判断设备是否存在潜伏性缺陷或故障。
三、结语
总之，通过检测SF6气体在高压开关设备中的分解产物的含量测定，可诊断出高压开关设备故障，对电网事业的发展具有重要的现实意义。对开展SF6分解产物诊断设备故障的应用时间比较短，对现有的设备故障诊断与辨别依靠积累的工作经验，还需大量的现场实践的试验和现场检测，积累相关数据作为诊断依据，深入研究SF6电气设备故障分型、损坏的程度与分解产物的特点，为电网设备良好的运转状态提供可靠的诊断依据。
参考文献：
[1]颜湘莲，王承玉，杨韧，季严松，苏镇西，姚强.应用SF_6气体分解产物的高压开关设备故障诊断[J].电网技术，2011.
[2]潘臻，温定筠，彭鹏，范迪铭，王津.SF_6气体分解产物检测技术在开关类设备状态诊断中的应用[J].高压电器，2016.
作者简介：
皇剑（1988.01），男，云南玉溪人.单位：云南电网有限责任公司玉溪供电局，研究方向：电力设备化学试验方向。
论文作者:皇剑
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
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