SF6气体分解物与在线监测技术

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1、SF6气体分解物与在线监测技术摘要：本文指出SF6气体分解物性质，SF6气体分解机理的研究现状，SF6放电分解气体监测技术及其发展。关键词：SF6气体分解物；在线监测测技术；研究现状及发展0、引言纯净的SF6气体是无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，其自身的分解温度大于500℃，在正常运行的情况下分解产物极少，但与金属材料共存时，在200℃时就有可能发生微量分解。作为气体绝缘组合电器（GIS）的绝缘介质，六氟化硫(SF6)气体具有优良的绝缘和灭弧性能，可以大大减小设备尺寸，因此广泛应用于GIS和SF6断路器等设备中。实际上使用中的SF6

2、气体总含有一定量的空气、水分,，由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼，即与SF6气体中的微量水分和氧气等发生反应。由于SF6分解物与水分结合生成的HF和H2SO3、2等化合物，均对设备内其他绝缘及金属材料有强腐蚀作用，进而加速绝缘劣化，最终导致设备发生突发性故障。而GIS设备在安装与运行过程中，由于GIS内部缺陷如电极表面毛刺、自由导电微粒、悬浮导体等造成局部放电或过热等问题。国内外大量研究表明：当SF6设备中发生绝缘故障时，放电产生的高温电弧使SF6气体发生分解反应,，生成SF4、SF3、SF2、S2F10等多种低氟硫SFSF化和

3、物。而不同绝缘缺陷引起的局部放电会产生不同的分解化合气体，相应的分解化合气体成份、含量以及产生速率等也有差异。这样使得通过分析分解产物的组分来判断故障类型成为可能，并可以通过检测设备中SF6气体分解气体组分及化合产物，来判断绝缘缺陷类型、性质、程度及发展趋势。因此局部放电检测是对GIS进行故障诊断的重要手段之一。1、SF6气体分解物性质介绍纯净的SF6气体是无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，其自身的分解温度大于500℃，在正常运行的情况下分解产物极少，但与金属材料共存时，在200℃时就有可能发生微量分解。当SF6设备中发生绝缘故障时，

4、放电产生的高温电弧使SF6气体发生分解反应，生成SF4、SF3、SF2和S2F10等多种低氟硫化物，均为毒性气体。如果是纯净的SF6气体，上述分解物将随着温度降低会很快复合、还原为SF6气体。实际上使用中的SF6气体总含有一定量的空气、水分，由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼，即与SF6气体中的微量水分和氧气等发生反应,生成SOF2，SO2F2，SOF4，SO2，HF等毒性气体。高温下SF6及其分解物还会与金属发生反应，，形成金属氟化物，如CuF2、AlF3、FeF3或FeF2以及WF6（WF6为气体，其他金属氟化物为粉末状固体）

5、。若涉及含SiO2材料，还可能产生SiF4和（CH3）2SiF2。它们的极限安全浓度均为2.5mg/m3。若固体生成物落在绝缘支撑表面且又吸附气体中的水分时，使闪络电压下降。要清除固体生成物，必须将GIS隔室打开。目前，没有用于检测固体生成物的种类和含量的可行技术。2、SF6气体分解机理的研究现状在上世纪80年代末，美国OakRidge国家实验室的IsidorSauers从氧气对SF6局部放电分解产物的影响角度做了研究并提出：氧气的增加将使SOF4和SO2F2含量增加，但对SOF2影响很小。法国PaulSabatier大学的ADerd

6、ouri从水和固体绝缘对SF6局部放电分解产物的影响角度做了研究并提出：在水分存在时只有SOF2和SO2F2是稳定的；当放电涉及固体绝缘时会产生CF4。国内邱毓昌对SF6放电分解产物做了初步定性研究，设计了一个SF6放电分解装置并用气相色谱法对SF6放电分解产物进行研究，得出SF6放电分解产物有SO2和SOF2等产物。RJVanBrunt等对SF6局放分解机理才进行了比较系统的研究，提出了“区域反应模型”。该模型认为在针电极附近的电晕放电区域SF6会分解为SF4、SF5以及F原子，其中SF4和SF5会与O原子发生反应；而在离子游离的中

7、间区域则主要是带电离子与SO2、先前产生的SOF4和硫原子发生反应；在板电极附近的气体区域，先前生成的SF4、SF5以及SOF4则主要与容器内存在的氧气和水进一步反应生成SO2F2、HF等。该模型反映了不同区域由于放电能量的不同，放电类型的不同，就可能导致各分解气体产物的生成量、生成速率、成分构成呈现出不同的特点。随着研究的深入以总结出了一些分解规律和结论：（1）不管哪种形式的放电，SF6发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系，并且当处在高能量放电形式(如电弧放电)下时将产生大量的分解气体，出现局部放电下很少出现的气体成分如SF4

8、、CF4等，且产物中SOF2含量较其他形式放电而言要高。 （2）普遍认为通过SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大，SO2含量增多，SOF2／SO2F2体积分数之比增大等。