基于气体分析的sf6电气设备潜伏型缺陷诊断技术分析及应用

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1、基于气体分析的sf6电气设备潜伏型缺陷诊断技术分析及应用1前言1.1研究背景SF6(六氟化硫）是一种无色、无味、无毒和不可燃的惰性气体，是《联合国气候变化框架公约》界定的六种温室气体之一。SF6最早由两位法国化学家于1900年人工合成，分子中六个氟原子围绕中心硫原子呈八面体排布，在45摄氏度以上呈气态[1]。由于其电负性很强，具有独特的绝缘性能和高效的灭弧性能，因此成为电力行业最重要的绝缘介质之一，在气体绝缘组合电器（GIS)、高压互感器、高压断路器、气体绝缘管道输电线（GIC)等高电压设备中得到了广泛应用。在均匀电场下，其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压

2、是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍[2]。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，近年来我国电力行业也得到了超常规跨越式发展，电力设备规模持续增加[3]。2012年，我国全年发电量达49865亿千瓦时，比2011年增长5.41%;35千伏及以上输电线路回路长度达到148万千米，比上年增长4.98%;35千伏及以上变电设备容量达44.6亿千伏安，比上年增长9.18%。预计到2020年，全国电网35千伏及以上输电线路回路长度将达到240万千米，35千伏及以上变电设备容量将接近百亿千伏安。在新增电力设备中，尤其SF6电气设备比例越来越大。SF6设备显示出占地

3、面积少、项目建设周期短、运行维护工作量少和可靠性高等优点，较好地适应了电力建设规模高速发展的需求[4]。以广东电网公司为例，据统计，截至2011年底，其投运的SF6GIS间隔已超过5500个，自2008年以来基本保持年均20%左右的增长，除GIS以外的其它SF6电气设备也呈现迅猛增长的态势。随着SF6电气设备数量的快速增加，SF6气体用量逐年增大。由此对SF6设备可靠性要求越来越高[5]。..1.2国内外研究现状针对电气设备SF6化学诊断技术体系，国内外的研究远远不够成熟完善，相关研究往往集中于其中的一个或两个方面[32-36]，较少进行系统的研究和开发建设。1900

4、年，SF6由两名法国化学家Moissan和Lebeau人工合成⑴；1937年，法国科学家基于SF6独特的绝缘性能、高效的灭弧性能及稳定的化学性质，首次提出可将其用于电气设备的绝缘；从20世纪60年代幵始，随着GIS的大规模发展，SF6在电力行昌等学者对SF6放电分解产物做了初步定性，通过设计SF6放电分解装置并采用气相色谱法检测了分解产物，发现了S02和S0F2。该阶段的研究均属探索性质，系统性严重不足[39]。90年代后，美国国家标准局才开始通过针板模型试验对SOF2等的分解机理进行比较系统的研究随着检测手段的逐渐进步，国内外大量学者幵始尝试通过模拟试验找出SF6分

5、解气体与电气设备绝缘状况之间的关联，但研究的思路基本延续着利用模拟试验检测出现的气体产物，再根据结果推断SF6分解途径的方式，至今未取得明显的突破性进展。如国内有学者利用建立的SF6绝缘气体局部放电分解试验平台对多种类型的绝缘缺陷进行了局部放电模拟试验，发现在不同类型绝缘缺陷下SF6的分解特性存在明显差异，得到了4种缺陷类型与分解气体关联的编码组合[4M2],但研究未能揭示潜在故障的严重程度以及全部放电形式与气体分解物组分的对应关系；试验电压与运行的GIS有所差距，缺乏和实际GIS数据的比对；且SF6分解机理仍沿用前人依据试验结果所作的推断，未能对不同缺陷对SF6分解

6、产物的影响做出机理解释，研究结论的有效性不足。..2六氟化硫分解产物及其分析方法研究2.1六氟化硫分解产物气体成分电气设备SF6气体在发生局部放电的情况下，会在电气设备中发生分解，然后与水分和空气等作用形成低氟化合物等分解组分。这些低氟化合物极易水解进一步形成腐烛性极强的氟酸化物，威胁设备的安全运行。SF6分解产物有两大类：一是在设备开断电弧时，SF6与水分及空气在电弧作用下产生，但这种情况发生的概率较小；二是设备内存在隐患导致局部放电，从而形成大量的SF6分解产物，这种情况是分解产物形成的主要途径。SF6分解产物可分为以下几类：氟化硫的多种化合物，如SF2、S2F2

7、、SF4、SsFio等；含有氢氧碳的氟硫化合物，如SO2F2、S2OF10、HF、S02等；以及氟烃类，如CF4、C2F6、CsFg.C4F10等。六氟化硫分解产物分析方法是六氟化硫电气设备故障诊断的基础，但要实现各成分的准确定性定量难度很大：一方面，六氟化硫气体成分非常复杂，类型多样，各成分分析测定时往往存在相互干扰；另一方面，待测组分往往浓度很低，而六氟化硫背景值很高（六氟化硫的纯度通常在99.5%以上），对特定组分的检测犹如大海榜针。.2.2SF6分解产物常规分析方法比较经过多年的探索和突践，逐步形成了包括检测管法、气体传感器法、常规气相色谱法