利用六氟化硫分解产物诊断GIS内部故障

殷立新

摘 要：GIS组合电器中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。

关键词：GIS；分解产物；故障

1 概述

GIS设备已成为电力系统的主要设备，为电力生产的安全经济运行发挥积极的作用。但近年来，也暴露出一些设备内部的固体绝缘材料的质量、设计安装和运行维护工艺存在一些问题，使设备内部存在绝缘缺陷，乃至发生事故，严重地威胁了电力生产的安全。实践证明了应用SO2、H2S、SOF2等含量测试可以快速、方便、准确地检出设备内部故障，由于内部故障被早期检出，从而避免了事故的发生，为SF6电气设备的安全经济运行发挥了很好的作用。

2 故障检测原理及分析

2.1 GIS设备内部故障时绝缘材料分解产物的特征

对于正常运行的GIS设备，其内部温度不高于80℃，因此，不会有SF6等绝缘材料的分解产物，但若设备内部存在局部放电和严重过热性故障时，将使故障区域的固体绝缘材料和SF6气体发生分解。

若进行所有产物的检测，虽能更准确的判断内部故障的部位，但是由于上述的物质中除SO2、H2S、CF4和CO毒性少外，其它都是剧毒物， 在设备内部的含量极少，又不稳定。含量稍多的SF4、SOF2等又很快会与SF6气体中的水份进行水解反应产生稳定的SO2和HF。因此，气室中SO2含量除了由SF6和固体绝缘材料分解直接生成外，还会由SOF2等的水解产生。固体绝缘材料主要有环氧树脂、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚脂乙烯、聚酰胺树脂纸和漆等，当故障点温度达200℃时聚脂乙烯、纸和漆开始分解，主要产生CO2、CO和低分子烃；当温度达到500℃以上时，SF6气体和其他固体绝缘材料开始分解，主要产生SO2、SOF2、H2S、CF4、HF、CO、CO2、和低分子烃。

2.2 GIS设备内部故障的分类

GIS设备内部故障可分为放电和过热两大类。而放电又分为电晕放电、火花放电和电弧放电。内部常见的故障部位可归纳为以下六种：⑴导电金属对地放电。这类故障主要表现在SF6气体中存在导电颗粒和绝缘子、拉杆缺陷引起导电杆对地放电。这种放电性故障能量大，产生大量的SO2、SOF2、H2S和HF等。2013年12月9日，新安江水电厂发生了一起故障，220kV母线保护动作跳闸，根据母差保护动作情况，电厂组织人员对电气一、二次设备进行全面排查，敞开式一次设备没有故障点，经绝缘测试，母线绝缘正常，初步判断故障点位于GIS，经外观检查，GIS无异常，各气室密度继电器压力正常，微水试验合格，电厂随即对相关范围内的GIS各气室SF6分解物进行测试，结果220kV正母GM13气室SO2+SOF2含量为64.7?l/L超标，判断故障点位于该气室，在将该气室气体回收后拆开进人孔，发现在外壳内底部发现少许类似铝质异物，对外壳距离最短，造成放电。⑵悬浮电位放电。这类故障通常表现在断路器动触头与绝缘拉杆间的接触不良和CT二次引出线电容屏上部固定螺丝松动引起插销两侧金属或螺帽与螺杆间悬浮电位放电。这种放电性故障能量不很大，一般情况下只有SF6分解产物，主要生成SO2、HF和H2S。如2010年8月1日某水电厂运行人员时有听到66kVGIS内部异常声响，经检查系某断路器B相，其室内SO2、H2S检测含量均很高，判断内部存在放电性故障。当晚便停运，后解体发现其动触头与拉杆连接的插销孔偏大，操作多次后造成插销孔变大，使拉杆产生悬浮电位放电。由于缺陷被及时检出，避免了事故的发生。⑶导电杆的连接接触不良。当故障点温度超过500℃时，SF6和周围固体绝缘材料开始热分解。当温度达700℃以上时，将造成动、静触头或导电杆连接处梅花触头外的包箍蠕变断裂，最后引起触头融化脱落，引起绝缘材料的分解，其主要产物为SO2、HF、H2S等。⑷互感器和套管电容屏短路。当内部故障时，将使故障區域的SF6气体和聚脂乙烯、纸和漆等绝缘材料裂解，主要产生SO2、SOF2、HF、CO和低分子烃。⑸断路器重燃。断路器正常开断时，电弧一般在一个周波内熄灭，但当灭弧状指不正常或电流不过零的时候，电弧不能熄灭，将灭弧室和触头灼伤，此时SF6气体和聚四氟乙烯分解，主要产生SO2、SOF2和HF。⑹断路器断口并联电阻、电容内部短路。因断口的并联电阻、电容质量不佳引起短路，此时SF6气体裂解主要产生SO2、SOF2和HF。

3 GIS内部故障的主要检测对象

由于GIS设备内部的SF6气体和环氧树脂等绝缘材料的分解温度较高而故障初期的能量一般都较低，所产生的分解产物的浓度较小，加上设备中放置有能吸附水和分解产物的收附剂，而且预防性试验周期又长，因此，要检出内部早期故障就必须严格控制分解产物的浓度。从以上分析中得知，设备内部故障时，虽分解产物很多，但主要的分解产物为SO2、SOF2、H2S、CF4、HF和CO。对内部绝缘材料的裂解机理和对各种故障实例进行统计分析后，认为选择SO2、SOF2、H2S作为检测对象，也完全能准确检出设备内部故障。

4 结束语

GIS开关设备是电网最重要的资产之一，检测分解产物中的含量诊断设备故障，有助于及时发现设备的内部隐患，结合检测相关的GIS本身的特性变量、局部放电量、环境温度、气压、微水、部位等，评估缺陷的危险性，避免事故的发生以及故障的快速修复，对于GIS设备的管理和安全有重大突破，具有巨大的经济效益和社会效益。