浅析检测电力设备中SF6气体分解产物进行故障诊断的应用

唐峰

摘 要：SF6气体具有良好的绝缘和灭弧性能，在断路器和GIS设备中得到广泛的使用。而当电力设备在出现绝缘故障时，SF6气体将会分解为SO2、H2S等产物，通过检测这些分解物的含量，可以对电力设备的绝缘故障进行诊断。文章阐述了SF6气体分解的机理，分析了故障诊断技术中对分解物的测试技术以及诊断方法。

关键词：SF6气体；绝缘；分解；故障；诊断

中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0100-02

采用SF6气体作为绝缘介质的电力设备在实际应用中已经逐步取代其他类型的设备，其生产工艺和相关技术日趋完善。但是由于电力设备的老化和存在一些缺陷，电力设备的安全隐患没有完全消除，对电网的稳定运行形成威胁，通过检测技术及时发现SF6电力设备的缺陷，特别是监测其内部的故障非常重要。目前，电力系统发现SF6电力设备内部故障的技术中，检测SF6气体分解产物是一项可行有效的方法，并在实践中得到广泛运用。实践证明，通过将检测SF6气体分解产物与局部放电测试、绝缘电阻测试等试验结合起来，能够成功诊断电力设备内部的绝缘故障。

1 SF6分解产物的机理

在电力设备正常运行的过程中，SF6气体非常纯净，其化学性质相当稳定，在灭弧过程中分解的低氟产物能够即刻恢复成SF6，复合率在99.8%以上。在电力设备发生绝缘故障时，由于产生了电火花、电晕等现象，温度极高，SF6气体分解为SF5、SF4等低氟化合物后与气体中微量的水、氧气、金属以及绝缘材料发生反应，将生成几十种化合物。这些化合物包括SO2、H2S、CF4、HF、SO2F2、SOF2、AlF3、CuF2等，这些生成物与电力设备所发生的故障种类有着相应的关系。在目前的气体检测技术中，检测SO2、H2S、HF、CF4等气体的技术较为成熟，便于取样，通常将这些气体作为电力设备的故障特征气体，它们的生成机理说明如下。

SO2与HF气体主要是由SOF2分解产生的，其化学方程式如下：

SF6→SF4+F2（1）

SF4+H2O→SOF2+2HF（2）

SOF2+H2O→SO2+2HF（3）

其中，HF是一种强酸气体，溶于气体中的水后容易进一步腐蚀电力设备中的金属部分和绝缘材料，产生更多的氟化物。因此在发生绝缘故障后，HF的含量会随着时间的推移而减少，对其含量的现场测试数据要考虑到这个因素。在故障过程中，由于能量较高，固体绝缘物质将分解为H2S，通常放电能量越大，其含量越多。电力设备内出现电弧时，绝缘物质容易产生一些CF4气体，其中C元素的来源是电弧灼烧固体绝缘材料时分解的。在正常运行中，电力设备内部就含有一定的CF4气体，其体积分数有明确规定，但是在发生绝缘故障后，CF4气体会有显著变化，因此也可作为故障诊断的特征气体。

2 SF6分解产物检测技术

2.1 气相色谱法

气相色谱法是一种常见的监测气体的方法，它利用惰性其他作为流动相，结合热导检测、火焰光度检测、电子捕获等方式，对样品中的硫化物、含卤素化合物和电负性化合物等物质进行监测。这种检测方法精度较高，在实验室中的气体测试中广泛应用。对于电力企业中SF6的现场检测，通常选择采用热导检测原理的气相色谱仪监测SF6分解产物的组成，通常对CF4气体、CO2气体具有较好的检测效果。不过由于这种监测方法耗费时间较长，检测结果受到环境因素影响较大，所以在电力设备SF6分解产物的检测中不常用。

2.2 红外吸收光谱法

红外吸收光谱法的原理是当红外光穿过样品气体时样品气体吸收了部分红外光，样品其他的含量与红外光的吸收量具有一定的关系，可以通过实验得到样品气体的红外吸收光谱。而该气体的红外吸收光谱上出现的尖峰将可以找到其相应的吸收峰和特征频率。而利用气体所具有的吸收效应，则可以利用该项技术检测SF6分解气体的含量。这种检测方法不需要将混合气体相分离，需要的气体样本比较少，多种气体的检测结果可以同时完成，试验过程短，可以用于电力设备绝缘在线监测系统。不过，由于SF6部分分解气体的吸收峰相当接近，检测灵敏度低，试验数据精度有限。

2.3 检测管法

检测管法是利用化学的显色反应和污泥吸附效应作为检测原理，可以测量SO2、HF、H2S、CO2等物质的含量。检测管内部装有能够与待测气体发生化学反应的检测剂，当其与气体发生反应后会变颜色，通过观测玻璃管上的测度来测量被测气体的含量。以H2S气体的检测为例，当含有H2S的其他通过检测管后与检测剂发生反应后产生棕褐色的物质，变色物质的长度与H2S含量有着一一对应的关系，从而检测出H2S气体的含量。不同气体的检测管所采用的检测剂不同，但其测量原理是一样的。在对电力设备SF6分解产物的现场测量时，可以直接将气体通入检测管，控制气体通过的流速，在规定时间内完成测量，读取变色段的长度以得到被测气体的含量。这种方法量程大，测量方法简单，得到结论的速度快，同时又具有携带方便的优点，在电力设备故障诊断的现场应用广泛。不过这种方式检测精度不高，因此多用于定性试验以及初步定量测量。

2.4 电化学气体传感器法

电化学气体传感器法是利用被测其他在催化剂作用下发生化学反应后，传感器的两个电极之间通过的电流大小与气体的含量成正比，进而得到被测气体的组成和含量。这种方法检测速度快，数据处理方便，在电力设备的带电检测中得到应用。不过这种方法采用的传感器与被测气体发生反应，所以寿命不长，且存在一定的零漂，所以在应用过程中需要经常对仪器进行校准。

3 SF6分解产物检测的应用

3.1 运行设备的检测

在电力设备的正常运行中，SF6只在断路器分合产生电弧时有一些分解物，并且其复合速度很快，复合率也较高，再加上设备内部设有吸附剂，因此设备内部不会有大量的分解产物。而若电力设备存在缺陷，内部有局部放电或过热现象，设备内部则会产生大量的分解物，其含量高于正常值，并随着缺陷的恶化程度而上升。因此通过检测运行设备内SF6气体中分解物的含量，能够及时发现电力设备存在的缺陷。

3.2 故障设备的检测

对于已经发生故障的设备，设备气室内分解物的体积分数显著高于正常值。利用检测管法可以初步判断分解物气体的种类和体积分数。采样后，在实验室内对气体含量做高精度的检测，得出其种类和具体体积分数，根据气体特征组分和故障类型相对应的关系，为分析和判断故障类型提供重要参考。

4 结 语

应用SF6分解产物检测技术，可以提前发现SF6电力设备内部的缺陷。特别是在电力设备发生突发性故障后，采用SF6分解产物检测技术可以迅速对故障进行定位，通过SF6分解产物种类和体积分数的数据，为判断设备的故障类型提供重要参考。这项技术在SF6电力设备的状态评价和故障诊断中具有重要意义。

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