SF6分解物在开关设备故障诊断中的应用

田庆阳，李 爽，鲁旭臣

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006;2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

SF6分解物在开关设备故障诊断中的应用

田庆阳1，李 爽2，鲁旭臣2

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006;2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

SF6分解物一直是人们研究的重要课题，为明确型号为PASS MOO DBB(HGIS)的72.5 kV PASS内SF6分解物异常原因，以实际运行中的72.5 kV PASS在检测中发现分解物异常为例，详细介绍了设备的异常情况及异常处理过程，并通过理论计算验证了推断的有效性，并给出了该异常情况的处理措施及预防措施。

PASS;SF6分解物;隔离开关;母线转移电流

当GIS(HGIS)中发生绝缘击穿或局部过热等故障时，SF6在高温条件下会分解出SO2、HF、H2S及白色粉末等特征物质。这些特征物质为气室故障后的定位和状态检测中发现潜在的异常缺陷提供了有效手段［1-4］。

SF6在局部放电和电弧情况下的分解机理不同，过程也及其复杂，往往伴随分解和复合的双向过程。长期以来，学者们对SF6分解产物的影响因素做了大量试验研究，如放电量的大小、金属电极情况、气体湿度、吸附剂等，试图将SF6分解产物与设备内部异常情况建立对应关系，并得到了很多有价值的结论［5-8］。但这些结论并不具有普遍适用性，也未形成相关标准，因此，目前SF6分解产物多数用于局部放电或过热缺陷的提前发现及短路故障后故障气室的定位。

1 异常情况

故障设备型号为PASS MOO DBB(HGIS)，额定电压为100 kV，额定电流为2 000 A，额定短路开断电流为31.5 kA，灭弧介质为SF6与CF4混合气体 (比例1∶1)，2009年出厂，同年投入运行，66 kV侧采用双母线接线方式，共19个出线间隔。

2012年9月13日，运行人员在进行Ⅰ母线转带Ⅱ母线负荷操作过程中，发现繁侯乙线2隔离开关拒动，检修人员处理过程发现繁侯乙线Ⅰ、Ⅱ母线隔离开关观察窗内表面附着很多白色分解物，检查其他间隔的组合电器，有11个间隔存在相同现象，SF6分解物检测部分结果如表1所示。

根据国家电网公司《电网设备带电检测管理规定》［9］，SO2含量在2 ～5 μL/L 为异常状态，大于5 μL/L为缺陷状态，可见上述间隔均处在异常状态。

表1 各间隔SO2含量测试结果 μL/L

2012年9月17日，高压试验人员对上述异常间隔的PASS进行了复检，结果为繁兴线C相气室SO2+SOF2气体含量由 4.16 μL/L 降至 3.8 μL/L，繁张西线 A 相由5.28 μL/L 升至5.73 μL/L，C 相由 1.69 μL/L 降至 0，繁侯乙线 C 相由 5.67 μL/L降至0，繁张东线A 相由2.1 μL/L 升至31.39 μL/L，C 相由 0.59 μL/L 升至 24.56 μL/L(14 日晚故障跳闸)，通过现场对观察窗的检查，分解物多集中在Ⅰ、Ⅱ母线隔离开关观察窗，其中B相观察窗分解物最多，由于B相气室无法进行测试，估计还有部分气室存在SO2+SOF2气体含量超标问题。

根据这次测试结果，对该变电站分解物超标的PASS进行了跟踪测试。2014年3月17日，繁张西线PASS的SO2+SOF2值变化较大，A相变至108 μL/L，C 相变至 27.58 μL/L。

经协商决定，对繁张西线间隔停电，设备运至厂家进行解体检查。

2 返厂解体分析

2014年3月24日，繁张西线PASS在厂内进行解体检查，解体发现母线侧隔离开关动、静触头均有烧损现象，而线路侧隔离开关动、静触头未发现异常，设备壳体内附着大量SF6分解产物粉尘，具体情况如图1～图4所示。

图1 设备壳体内SF6分解产物粉尘

图2 Ⅱ母线侧静触头烧损情况

图3 Ⅱ母线侧动触头烧损情况

图4 Ⅰ母线侧动触头烧损情况

各母线隔离开关动静触头的烧损位置具有统一规律性，同一母线的三相隔离开关烧损位置在同一侧，但不同母线的母线隔离开关烧损位置在相反侧。

根据系统运行方式的转变，母线侧隔离开关承担着转换母线的责任，由于隔离开关没有灭弧装置，在切母线转移电流时触头间将产生电弧，靠触头的开距和SF6的绝缘性能而熄弧。该设备母线隔离开关动静触头烧损的直接原因为倒母线操作时，隔离开关切母线转移电流拉弧引起。由于隔离开关和断路器同处在一个气室内，分解物长期大量积累将引起主绝缘性能下降。运行单位核实母线隔离开关分合闸速度，与交接试验时无明显差异，因此，初步分析为隔离开关开断母线转移电流能力不强。

通过解体检查发现，在动触头刀片的两侧有黑色过热现象。这是因为当隔离开关触头在刚分后或刚合前，触头的突起部位成为电弧的起点，为电弧烧蚀所致［10-11］。当触头刚合或未分之前，由于接触电阻不断增大导致局部瞬时过热。

3 理论分析

图5为隔离开关开断母线转移电流的双母线接线图，图中隔离开关DS11、DS12、DS22及母线断路器MCB处于合闸状态，隔离开关DS21处于分闸状态。负荷电流 i由主变通过DS11、DS12和MCB分成i1、i2两条支路，最后全部经过线路断路器送出。若此时隔离开关DS11做分闸操作，则其需要切断电流 i1，即母线的转移电流［12、13］。

图5 双母线接线图

根据图5可得到以下公式:式中 u1、u2——分别为隔离开关DS11、DS12两端电压;

z1、z2——分别为ae段和abcde段阻抗。

结合以上4个公式得:

式中 l1、l2——分别为ae段和abcde段长度;

z10、z20——分别为 ae段和 abcde段单位长度阻抗。

由式 (5)可知，母线转移电流与当时的负荷电流、操作隔离开关距母线的长度和电流被转移支路的长度有关。

根据现场实测，操作隔离开关距母线的阻抗为43 μΩ，PASS 母线为架空线，其阻抗为 0.02 Ω，且l1≪l2，因此，根据式 (5)，母线的转移电流几乎为当时的负荷电流。

国家标准规定，72.5 kV隔离开关的母线转移电流为1 600 A，电压为10 V［14］，如果当时的负荷电流超过1 600 A时，则大大超出隔离开关切合母线转移电流的能力。就本例而言，假设当时的负荷电流为1 600 A，经计算，隔离断口的恢复电压为32 V，超过了10 V，因此，隔离开关断口将产生多次电弧重燃，使气室内的SF6分解物异常。

4 预防措施

a. 采取合理的布置方式。在规划设计阶段应考虑隔离开关母线转移电流问题，由理论分析可知，双母线结构的母线转移电流受转移支路长度的影响很大，因此，对多个出线间隔来说，线路间隔应尽可能对称布置于母联间隔。此外，还应将负荷较大的线路间隔靠近母线间隔。

b. 合理的倒闸操作顺序。如果倒换母线时，应先操作离母联间隔近的母线隔离开关，后操作离母联间隔远的母线隔离开关。对于HGIS变电站来说，母线属于架空线布置，其波阻抗要比HGIS管线大很多，母线转移电流几乎为负荷电流，因此，应采取暂时停断路器的操作方式。

c. 提高隔离开关操动机构的操作速度。提高机构的操作速度可减少触头的燃弧时间，从而减少分解物的生成量。

d. 优化PASS设备的设计。由于PASS中的隔离开关和断路器共处一个气室，而隔离开关又没有灭弧装置，因其操作产生的分解物将影响主绝缘的性能，甚至影响断路器的分合特性。如果将隔离开关气室与断路器气室隔离，可避免上述问题。

5 结论

a. PASS设备的母线转移电流接近当时的负荷电流，在倒母线隔离开关操作过程中，其断口间的燃弧是产生大量分解物的主要原因。

b. 对于PASS设备，在倒母线操作隔离开关时应采取暂时停断路器的方式。

c. 采取合理的布置方式和倒闸操作方式可降低母线转移电流水平。

［1］ 季严松，王承玉，杨 韧，等.SF6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用［J］.高压电器，2011，47(2):100-107.

［2］ 李晓峰，霍凤呜，甄 利.利用SF6气体分解物对断路器运行状况进行诊断的方法探讨［J］.高压电器，2011，47(1):103-105.

［3］ 庄贤盛，李 智，姚唯建.SF6电气设备放电故障检测和判断方法［J］.广东电力，2008，21(12):35-67.

［4］ 郭媛媛，刘汉梅，王承玉.SF6高压开关设备运行状态与气体成分关系的研究 ［R］.北京:中国电力科学研究院，2007.

［5］ 龚尚昆，陈绍艺，周 舟.局部放电中的SF6分解产物及其影响因素研究［J］.高压电器，2011，47(8):48-56.

［6］ 唐 炬，任晓龙，张晓星.气隙缺陷下不同局部放电强度的SF6分解特性［J］.电网技术，2012，36(3):40-45.

［7］ 刘有为，吴立远，弓艳朋.GIS设备气体分解物及其影响因素研究［J］.电网技术，2009，33(5):58-61.

［8］ 陈晓清，任 明，彭华东.GIS设备中SF6气体分解影响因素分析［J］.电网与清洁能源，2010，26(7):34-38.

［9］ 国家电网公司生产技术部.电网设备状态检修技术标准汇编第四分册电网设备状态监 (检)测［M］.北京:中国电力出版社，2012.

［10］ 熊信银，张步涵.电力系统工程基础 ［M］.武汉:华中科技大学出版社，2006.

［11］ 林 莘，李 爽，徐建源，等.超高压GIS暂态壳体电压的仿真研究［J］.高压电器，2011，47(3):12-17.

［12］ 林福昌.高电压工程 ［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［13］ 冯慈璋，马西奎.工程电磁场导论 ［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［14］ GB 1985—2004，高压交流隔离开关和接地开关 ［S］.

Application on SF6Decomposition in Circuit Breaker Fault Diagnosis

TIAN Qing-yang1，LI Shuang2，LU Xu-chen2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

SF6decomposition research is an important subject.To explicit causes for abnormity of SF6decomposition in 72.5 kV PASS of model PASS MOO DBB(HGIS)，this paper chooses the example of abnormal SF6decomposition in the process of testing with 72.5 kV PASS，abnormal condition and processing procedure are introduced in detail.Results demonstrate that the deduction is effective by theoretical calculation and the solution，the preventive measures are presented.

PASS;SF6decomposition;Disconnecting switch;Bus transfer current

TM564.1

A

1004-7913(2015)08-0014-03

田庆阳 (1979—)，男，硕士，工程师，主要从事高压开关及变电站管理方面的研究工作。

2015-05-12)