开关设备中SF6气体分解产物检测的应用

康宁 项东 于文海

关键词：开关设备;SF6气体分解产物;检测应用

引言：

封闭式绝缘金属开关是一种使用具有优良保护性能的SF6气体作为保护装置的集成电气装置，它对现场安装有严格的要求。本文讨论了SF6气体检测在开关设备中的使用。

1 SF6电气设备内SF6气体分解产物的产生与危害

SF6电气设备可分为两大类：有电弧产生的断路器和无电弧产生的变压器、互感器、避雷器、电容器、隔离开关、接地开关、套管和母线。电气设备通常是SF6，内部温度不超过80℃，SF6不分解也不与其他材料反应。无电弧气体的室内无分解产物，在有电弧的断路器中，开闭时最高温度可达2000℃以上，但由于SF6气体回收率高，灭弧能力强，统一率高达99.8%，剩余的SO2、H2 S、和 HF 等分解产物将由安装在机器内部的干燥剂导入。因此，在典型的SF6设备中，不会有明显的分解产物。

除SF6气体外，SF6电气设备的内部元件还有固体绝缘成分，材料包括热固性环氧树脂、聚酯尼龙、聚酯乙烯基、聚四氟乙烯、绝缘纸和绝缘漆。以上绝缘用品由S、F、C、H、O等元素构成。SF6气体分解的主要原因有：局部放电、火花排放、电弧放点等，放电产生不同的电能和不同的温度，当设备发生故障，故障点达到以下温度时，会产生各种分解产物：

①当故障点温度达到130℃时，聚酯尼龙、聚酯乙烯基、纸张和油漆开始分解，主要释放CO2、CO、低密度碳氢化合物和少量SO2;

②当损伤点温度达到400℃时，PTFE开始分解，特别是生成CF4;

③当环境温度升高到500℃以上时，SF_6和环氧树脂开始分解，主要放出SO2、SOF2、H2 S、CF4、CO、CO2和轻质烃。上述SF6分解产物在分解过程中使机器内部材料发生降解，低氟含量与金属发生反应，对机器内部金属造成损伤，导致机械损坏。它不僅危及设备的安全，也危及电网的安全运行，同时也给工人带来了潜在的风险。多年来，许多省市检测机构对含有SF6气体及分解产物成分的电气设备发生故障时设备内部防护设备开裂的机理进行了调查。对各种故障实例进行统计后，SO2为SF6分解后的产物，H2 S是热固性环氧树脂的分解产物，而CO是聚酯乙烯基、绝缘纸和绝缘漆的分解的一部分。因此，可以通过识别产物的组成部分来判断故障的类型。

根据新的测试程序进行现场检查，以确定SO2、H2 S和CO特征特性是否超过标准要求的参考指标，可以准确、快速地确定这些设备是否存在缺陷或故障。

2 SF6气体分解产物检测在开关设备中的应用

2.1检测方法

从发现SF6气体分解产物、SO2、H2 S、HF等活性产物、故障设备和型式试验检测的角度，分析内部安装设备的状态，分析其运行状况。

2.2运行中设备的分解产物检测

为了解SF6开关的运行状况，逐步对110kV及高电压等级的SF_6气体分解产物进行了概述，并取得了具体的应用成果，为消除隐患提供了依据。以变电站运行时交流开关设备中SF6气体分解产物的检测为例，气体检测管用于近似测量SO2、H2 S和HF成分的分解产物，而不是H2 S和HF成分，SO2含量低，采用手持式电化学传感器检测仪检测SO2+SOF2气体总量。 结果如表 1 所示。

2.3故障设备的分解产物检测

如果SF_6开关设备出现故障，SF_6气体分解产物成分复杂，SO_2、SOF_2等成分含量高，往往超过电化学传感器检测范围。气体检测管可用于检测不完整的气体质量检测、受损气体的形成和含量的初步测定以及使用便携式气相色谱仪直接分析空气含量、CF4、CO2、SO2和其他气体成分。

1）变电站完成江复线年度检修后，5152中500 kV交流开关设备现场全部通过测试。断路器51522闭合，运行期间，三江二线、江复线开始保护，导致三江二线、江府线停运。

发生事故时，首先确定5152开关故障，通过检测管和便携式气相色谱仪检测相应气室的分解产物，结果如表2所示。A相气室中CF4和SO2的含量远高于水平，因此认为是电弧放电故障。

开关设备型式试验的主要目的是验证设备的性能及其应用，并检查开关设备的极限条件。国家高压电气设备质量控制中心和高压电气工程质量控制中心是两个大功率测试站。型式试验项目有电流开断电流（T30），60%电流短路开断电流（T60），100%相应条件下的电流短路开断电流（T100s）、100%电流额定临时变形试验（T100a）和异常临时试验、近场故障和高负荷试验开关设备型式试验。通常，气体检测管和气相谱仪用于型式试验前后的设备测试。

结语

随着我国能源部门的发展，SF6气体开关设备在输电网中得到广泛应用。设备的可靠性对于保证网络的安全稳定运行起着非常重要的作用。但是，内部故障仍然存在重大的技术问题，由此诊断设备故障的方法就很重要了。

参考文献：

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