过热分解研究

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1、过热分解研究1绪论1.1研究意义1900年,法国两位化学家Moissan和Lebeau合成了六氟化硫（SF6）气体，至此开始了以SF6为绝缘介质的吋代。该气体具有优良的绝缘和灭弧性能，在均匀电场屮，绝缘性是空气的3倍，若在0.5MPa气压下利用其进行绝缘，变电站面积可小到户外变电站的30%,因此被广泛地应用于气体绝缘设备（比如GIS、GIL、GIT和GCB等）屮冋。口前，城市规模不断扩大，土地资源使用日益紧张，SF6气体绝缘设备正以占地面积小、运行安全可靠、检修周期长、维护工作量少等一系列优点而逐渐受到现代大屮城市的供电系统的靑睐"〕。然而，运行经验表明血USF6气体绝

2、缘设备内总存在一些不可避免的缺陷，如梅花触子与触头接触不良以及因制造工艺问题出现的触头镀银不均、脱落或者形成氧化层等。这些绝缘缺陷最初可能无害，也不容易发现，但随着运行年限的延长，在开关操作震动和静电力的协同作用下，会使得接触点的有效接触面积减小（接触不良）而造成冋路接触电阻增大，在工作电流的作用下，会产生不正常发热另外，因内部绝缘缺陷产生较严重的局部放电吋，也会伴随局部高温现象的出现。有研究表明〔⑷：当因高温产生的热量在局部集屮出现时，会导致局部温度迅速升高，加速绝缘劣化，进而可能导致气体绝缘设备出现过热性故障，严重吋还可能导致突发性故障的发生，造成很人的经济损失〔⑴

3、。然而，过热性故障与放电性故障存在明显不同，不能简单通过检测故障过程屮所激发的相关电、磁、光、超声等信号进行实吋监测，往往只有发展到一定程度后才能被发现，其潜伏周期较长、不易被监测，至今还没有一种有效的监测方法。来自GIGRE23.10工作组的一项国际调查报告显示（如图1」），在众多导致气体绝缘设备故障的因数屮，接触不良所占的比例最高，而接触不良直接导致的即是过热性故障。因此，有必耍研究并建立行之有效的SF6气体绝缘设备过热故障诊断方法。通常情况下的SF6气体化学性质十分稳定，但在炽热、电子碰撞和光辐射等条件下均会发生分解〔⑷；实验室的探索性实验也发现，当SF6气体绝缘

4、设备局部达到一定温度吋,SF6气体绝缘介质会发生分解〔心罔,分解生成一系列低氟化物（SFX,x=l、2、3、4、5）会与不可避免混入的杂质微量H2O>O2等〔⑼发生反应，生成多种含氧硫氟化物以及氢化物生成（如：SOF2、SO2F2>SO2、HF、H2S等）［20-2,Jo—方面，如果这些特征组分长期存在于设备内部，会腐蚀设备内部组件，加速绝缘劣化，最终导致绝缘故障；另一方而，与局部放电(PD)使SF6发生分解一样，可以采用过热状态下SF6的特征分解组分分析法［幼来判断气体绝缘设备过热故障的严重程度和发展趋势。这种故障诊断法是一•种非电检测的化学分析法，可以在一定程度上解

5、决SF6气体绝缘设备过热性故障难以监测的问题。耍利用SF6分解组分分析法进行气体绝缘设备过热故障诊断，必须对SF6在过热性故障下的分解特性进行深入研究，建立完善的SF6过热分解实验数据库。由于微H2O>微O2等杂质影响了SF6的过热分解过程，必然会对最终的诊断结果产生影响，因此有必耍就各因素影响对SF6过热分解特性的影响进行深入研究。1.2SF6气体1.2.1SF6气体的基本性质SF6分了由一个硫(S)原了和六个氟(F)原了组成，硫原了居中，氟原了分布在周围，形成一个具有极强电负性的单硫多氟对称八而体结构，如图1.2所示。这样的分了结构也使得SF6在常温常压下性质稳定，

6、具有良好的理化特性㈢］。SF6是一种惰性气体，几乎不与其他材料发生反应。当温度超过200°C时，在铝和铜的作用下，SF6气体才会逐渐发生分解并与金属发生反应。SF6具有良好绝缘性能，主耍是由于SF6气体是电负性气体，其分了具有很强的吸附口由电了的能力，可以大量吸附弧隙中的口由电了，生成负离了。负离了的运动比白由电子慢得多，很容易和正离子复合成屮性的分子和原子，大大加快了电流过零时放电区域介质强度的恢复，导致其击穿场强可达空气的数倍。SF6的灭弧性能极佳。一方面，由于SF6气体分了具有极强的电离能，其分解时会吸收大量的能量，从而起到冷却电弧的作用，有助于电弧熄灭。另一方而

7、，SF6气体具有强电负性，其吸收电了后形成负离了会与电弧中的止离了中和，形成中性粒了，导致放电区域带电微粒数量大大减少，从而加速电弧熄灭。1.2.2GIS内部SF6分解原因SF6常温下几乎是一种惰性气体，但在某些条件下，其会发生不同程度的分解,生成如sf5>sf4等低氟硫化物，一般情况卜•，这些低氟化物会迅速复合还原为SF6,不至于影响电气设备的绝缘性能［约。然而，由于sf6混有朵质时，朵质会与低氟硫化物反应生成稳定的低氟硫氧化物，进而使SF6电负性能卜•降，导致SF6气体进一步分解。根据IEEEStdC37.122.1-1993,长期过