特征气体法在SF6电气设备故障诊断中的应用

（绍兴电力局，浙江绍兴312000）

特征气体法在SF6电气设备故障诊断中的应用

王胜，鲁建国

（绍兴电力局，浙江绍兴312000）

利用SF6电气设备在不同故障下会产生相应分解物的理论，引入了利用特征气体法诊断SF6电气设备故障的新技术。通过现场应用，充分验证了利用分解产物中的特征气体测试来诊断SF6电气设备是否有故障是行之有效的方法。

SF6电气设备；分解产物；特征气体；故障诊断

SF6是一种无色、无味、无毒性的气体，不会燃烧，性能稳定，在常温下不与其它物质产生化学反应。它是一种高绝缘强度的气体电介质，在均匀电场、相同大气压下，SF6的绝缘强度约为空气的2.5~3倍，在0.3 MPa压力下，SF6的绝缘强度与变压器油大致相当；同时它具有良好的灭弧性能，是空气的100倍[1]。因此，SF6在电力行业得到了广泛的应用，为电力生产的安全经济运行发挥了重要作用。然而，当电气设备中使用的矿物油被SF6绝缘气体取代后，对SF6绝缘气体的主要监督手段是通过测试气体的湿度，或者取气样到实验室进行分析。但这些方法已无法满足对设备运行状况进行实时监督的需要。研究类似充油设备的气相色谱分析，通过分析SF6气体中的特征气体来判断设备是否存在故障及其程度的故障诊断分析技术成为目标，通过国内外专家多年研究探索，目前已有一定检测技术。

1 故障分解产物

SF6电气设备内部绝缘材料包括SF6气体和固体绝缘材料两类，固体绝缘材料因厂家不同有所差异，主要有环氧树脂、聚酯尼龙、聚四氟乙烯、绝缘漆等。当发生放电或过热故障时，故障部位的绝缘材料在热和电的作用下将发生分解，并产生分解产物。

SF6气体在正常条件下的化学性质比较稳定，当内部绝缘缺陷导致金属对地放电及气体中导电颗粒杂质引起对地放电时，释放能量较大，表现为电晕、火花或电弧放电，故障区域的SF6气体、金属触头和固体绝缘材料将分解。研究表明：不同的故障形式下SF6中的稳定分解物有所不同[2]，在电弧作用下，SF6的稳定生成物主要是SOF2，SO2和HF；在火花放电中主要是SOF2，SO2，HF，SO2F2，S2F10和S2OF10；电晕或局部放电的主要产物为SOF2，SO2，HF，SO2F2，S2F10和SOF4，且SO2F2/SOF2比值比火花放电时的比值高。

固体绝缘材料如聚酯乙烯、漆等在温度达到130℃时开始分解，主要产生CO，CO2和低分子烃；当温度达到400℃以上时，聚四氟乙烯开始分解，主要产生CF4；当温度达到500℃时，SF6气体和固形环氧树脂开始分解，主要产生SO2，SOF2，H2S，CO和HF。

2 故障特征气体的选择

通过故障情况下的分解物分析可知，当SF6电气设备内部出现放电故障时，都会出现SOF2，SO2和HF气体，故障涉及内部固体绝缘时，还同时产生H2S和CO等气体。因此利用检测特征气体SOF2，SO2，HF，H2S和CO含量来诊断SF6电气设备有无故障是有效方法。由于现有分析手段难以准确检测SOF2浓度；而HF是强酸性物质，性质活泼，易与设备本体材料、绝缘材料、密封材料、吸附材料等反应生成更稳定的氟化物，其含量会随着时间增长而快速减少，同时其具有的强腐蚀性对检测设备要求较高[3]，因此，根据SF6设备在不同状态下产生的气体分解产物及不同组分的稳定性、适应性等要求，目前现场检测特征气体的仪器检测的主要气体以SO2和H2S两组分或SO2，H2S和CO三组分为主。具体通过电化学法实现。

3 现场应用

通过对运行的SF6设备进行分解物特征气体检测，可直接、真实地反映开关设备的现场运行状态。绍兴电力局于2009年开始探索性应用，在2010年开展SF6电气设备分解物普测工作，对2 000多个气室进行测试，从普查数据分析结果发现：目前运行的绝大部分SF6设备中，分解物SO2和H2S含量接近于零，这与这些设备能安全运行相符合。断路器或隔离开关等气体绝缘设备进行正常的分合操作时，灭弧室会产生极少量的气体分解物，但由于设备内装有吸附剂，经过一段时间后，大部分气体分解物可被吸附剂吸附。

对故障设备而言，利用特征气体法检测反应是灵敏的。通过现场检测仪器对故障设备的SF6气体进行测量和分析，与设备正常运行相比，故障设备中的SO2或H2S的含量会显著变化，可有效确定故障设备或进行故障定位。以下是用特征气体法检测到设备有故障的生产案例。

3.1 案例1

2010年4月对某110 kV变电站3台SF6设备（Compass-145型组合电器）进行状态性测试工作，具体测试数据见表1。

从表1发现，3台开关湿度均正常，但其中2台开关的SF6分解物特征气体含量明显偏高，怀疑这2台设备可能存在潜伏性故障。在一段时间内同时对这3台设备进行跟踪测试，跟踪检测数据表明2台异常设备的SF6分解物特征气体含量始终较高，确认设备内存在潜伏性故障。停运后送厂家进行解体检查，确认设备内部确实存在放电性故障。

3.2 案例2

2010年7月，某500 kV变电站1台500 kV GIS间隔新投运不久，由于故障造成开关跳闸动作。事后立即对相关设备气室进行分解物测试，测试数据如表2所示。

通过以上数据分析，发现桐岩5053开关C相气室分解物含量异常，初步认定该相设备内部存在异常。随后在该相设备停运期间对其内部分解物进行跟踪测试，数据如表3所示。

最终由厂家对该设备进行检查，发现内部确实存在故障。引起故障的原因是制造工艺不良，开关气室内部存有异物，造成放电。

4 分解产物技术指标

DL/T 1054-2007《高压电气设备绝缘技术监督规程》和2005年6月国家电网公司颁发的《十八项电网重大反事故措施》中都提出了开展SO2和H2S等分解产物含量检测的要求。IEC 60480-2004《六氟化硫电气设备中气体中的检测和处理导则及其再利用规范》中提出了SO2，SOF2和HF的最高允许浓度。

目前运行设备中分解产物的正常值尚无行业标准，但根据对全国近万台设备的检测数据和近百台故障实例进行统计分析后，提出了分解产物正常值的参考指标，如表4所示。

5 结语

（1）现场应用表明，传统的SF6检测手段如微量水分测试等，很难实现对SF6设备潜伏性故障的检测与判断，而利用特征气体法检测SF6分解产物，类似于充油设备的油色谱分析法，可及时、有效地发现设备内部的潜伏性故障。

（2）正常运行设备的SF6气体中包含的分解物含量很少，设备发生故障必定会引起特征气体的显著变化。考虑到设备内部吸附剂对分解物的吸收影响，对突发故障的设备应迅速及时进行测试，判断是否涉及设备内部故障；对运行设备进行跟踪测试，如分解物含量上升，表明设备可能存在潜伏性故障。

（3）应利用更多、更有效的检测手段，获取电气设备更多的运行状况信息，及时了解和跟踪存在的潜伏性故障，为设备的状态评估提供更全面的信息，科学合理地开展设备状态检修。

（4）目前应用的现场检测法具有检测速度快、效率高等优点，但检测组分较少，对重要气体SO2F2和SOF2无能为力，同时测试中存在组分间的干扰问题，对测试数据有一定影响，因此有待进一步改进。

[1]孟玉婵，朱芳菲.电气设备用六氟化硫的检测与监督[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]骆立实，姚文军，王军，等.用于GIS局部放电诊断的SF6分解气体研究[J].电网技术，2010，34（5）∶225-230.

[3]颜湘莲，王承玉，季严松，等.开关设备中SF6气体分解产物检测的应用[J].电网技术，2010，34（9）∶160-165.

（本文编辑：徐晗）

The Field Application of the Characteristic Gas Method in Fault Diagnosis of SF6Electrical Equipment

WANG Sheng，LU Jian-guo
（Shaoxing Electric Power Bureau，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

According to the theory that SF6electrical equipment in the different faults generates different decomposition products，the new technology for fault diagnosis of SF6electrical equipment is introduced.Through practical field application，it proves that the testing of characteristic gas of decomposition products valid for fault diagnosis of SF6electrical equipment.

SF6electrical equipment；decomposition products；characteristic gases；fault diagnosis

TM855+.1

：B

：1007-1881（2012）10-0019-03

2011-12-08

王胜（1973-），男，浙江诸暨人，工程师，主要从事电力设备绝缘监督工作。