王晶晶

深圳供電局試驗(yàn)研究所 廣東 深圳 518020

0 引言

GIS被廣泛應(yīng)用，其安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，一旦發(fā)生缺陷，必將造成重大損失。GIS內(nèi)可能因生產(chǎn)制造或長(zhǎng)期運(yùn)行中出現(xiàn)的潛伏性絕緣缺陷而導(dǎo)致不同程度的局部放電，長(zhǎng)期放電會(huì)引起絕緣劣化，甚至閃絡(luò)或擊穿。 在這種情況下，會(huì)導(dǎo)致其中的SF6氣體發(fā)生分解、化合等一系列化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生H2S、SO2、CO等雜質(zhì)氣體，通過這些氣體的檢測(cè)，能較為靈敏的反映出GIS內(nèi)部是否已存在絕緣缺陷［1］。目前深圳地區(qū)已經(jīng)有110座變電站安裝了GIS設(shè)備，這些站大多處在人口密集、市政設(shè)施、商業(yè)繁華地帶，其供電可靠性要求很高。因此，加強(qiáng)對(duì)GIS設(shè)備中SF6氣體的組份分析是非常有意義的。

南方電網(wǎng)公司自1995年先后引進(jìn)了多套不同功能的SF6氣體雜質(zhì)分析儀器，并在省電科院指導(dǎo)下開展了這方面的探討工作［2］。隨著近年該類試驗(yàn)的日益發(fā)展和成熟，利用該種技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了設(shè)備隱患多起。在2010年，為亞運(yùn)會(huì)保供電、大運(yùn)會(huì)保供電，先后完成了多個(gè)變電站可能有缺陷的氣室的SF6氣體組分進(jìn)行試驗(yàn)分析，如某站發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備2起，分別為變電站母聯(lián)2012 MDJ49（上CT氣室）間隔和站110 kV I線1M側(cè)12551刀閘B相GIS氣室放電擊穿，并且在隨后的設(shè)備解體工作中確認(rèn)了放電情況的存在。

1 SF6氣體的監(jiān)測(cè)、監(jiān)督與管理

1.1 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

SF6氣體在生產(chǎn)過程中可能含有若干雜質(zhì)，在SF6充裝和運(yùn)輸過程中，還有可能混入少量的空氣、水分和礦物油等物質(zhì)。為保證SF6氣體的純度和質(zhì)量，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和許多國(guó)家、生產(chǎn)廠家都規(guī)定了SF6氣體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

1.2 運(yùn)行中SF6氣體的監(jiān)督分析方法

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要有：

表1 國(guó)內(nèi)外SF6質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1）水分監(jiān)督。按照南方電網(wǎng)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程定期進(jìn)行水分測(cè)定，目前使用的主要測(cè)定方法為露點(diǎn)法。

2）氣體檢漏。按照南網(wǎng)要求，分為定性檢漏、定量檢漏。應(yīng)用SF6氣體檢漏儀，對(duì)于SF6斷路器和GIS（含H-GIS）等設(shè)備進(jìn)行全面檢查，采用包扎法，對(duì)設(shè)備各氣室接頭進(jìn)行密封包扎，包扎后靜止24 h以上，進(jìn)行測(cè)試。

運(yùn)行中SF6氣體組分析，根據(jù)SF6氣體在電弧作用下發(fā)生的系列反應(yīng)，選取含量較大的SOF2以及最終產(chǎn)物SO2進(jìn)行測(cè)試計(jì)算，采用SF6DPD、簡(jiǎn)易成分分析儀，針對(duì)SF6主要分解產(chǎn)物：SOF2和SO2進(jìn)行測(cè)試，判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

3）氣象色譜——質(zhì)譜聯(lián)用儀法。可發(fā)揮兩種儀器的特長(zhǎng)，能有效的測(cè)定SF6氣體中多中組分的同時(shí)分別定性。

2 故障分析

以下是兩例變電站可能有缺陷的氣室中SF6氣體組份試驗(yàn)分析的具體介紹。

2.1 220 kV變電站母聯(lián)2012 MDJ49間隔SF6氣體的成分分析

2.1.1 測(cè)試背景簡(jiǎn)介

參見表2。

表2 母聯(lián)2012基本銘牌信息

2.1.2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

2007年3月6日變電站母聯(lián)2012故障，使用SF6DPD Model r2成分分析儀檢查該間隔MDJ49（上CT氣室）中SOF2+SO2大于1999ppm，內(nèi)部嚴(yán)重電弧放電。

同時(shí)檢查II線MDJ2氣室，分解物含量為3 ppm，動(dòng)態(tài)離子檢測(cè)結(jié)果為接近故障狀態(tài) （見圖1），其他氣室MDJ5和MDJ1屬于正常（見圖2）。運(yùn)行人員反應(yīng)運(yùn)行時(shí)有輕微的響聲。3月7日已發(fā)出建議該間隔解體檢查的報(bào)告。

圖1 MDJ2氣室檢測(cè)結(jié)果，存在接近故障狀態(tài)

2.1.3 設(shè)備解體情況分析

2007年3月25日II線打開人孔拍照檢查，發(fā)現(xiàn)II線MDJ2氣室的B相刀閘操作機(jī)構(gòu)漏裝一根彈簧（見圖3），內(nèi)部觸頭有向外殼放電痕跡（圖4）。隨后廠家安排解體檢修。

圖2 成分分析儀站母聯(lián)MDJ5譜圖，檢測(cè)結(jié)果正常

圖3 MDJ2刀閘操作機(jī)構(gòu)漏裝彈簧

圖4 MDJ2刀閘觸頭對(duì)外殼局部放電痕跡

2.2 110 kV某變電站#3GIS間隔SF6氣體的組份分析

2.2.1 測(cè)試背景簡(jiǎn)介

參見表3。

表3 3號(hào)間隔基本銘牌信息

2010年1月，對(duì)110 kV 3號(hào)GIS間隔進(jìn)行局放巡檢測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)隔接室、主母線室存在較強(qiáng)局放信號(hào)，其中3號(hào)隔接室信號(hào)最強(qiáng)，用局放測(cè)試的方法對(duì)其中四個(gè)絕緣子分別進(jìn)行測(cè)試，最高信號(hào)幅值出現(xiàn)在B3絕緣盆子上（如圖5），其放電峰值大約在-50 dBm左右，被認(rèn)為可能設(shè)備內(nèi)部存在放電缺陷。

為了進(jìn)一步確認(rèn)是否存在內(nèi)部放電情況，采用SF6DPD成分分析儀對(duì)圖5中的隔接室和主母線氣室進(jìn)行了全面的組分分析，隨后采用Agilent7890 A色譜分析儀對(duì)整個(gè)間隔的八個(gè)氣室做了SF6氣體色譜分析。

圖5 110 KV GIS測(cè)試傳感器位置圖

表4 各氣室不同氣體含量（綜合檢測(cè)）

表5 各氣室不同氣體含量（氣相色譜）

表6 SOF2、SO2分解物濃度增加與設(shè)備內(nèi)部可能發(fā)生的情況

2.2.2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

由于隔接室氣室和主母線氣室是疑似局放氣室，所以對(duì)這兩個(gè)氣室做了多項(xiàng)檢測(cè)，其結(jié)果見于如表4。由表4可知：各氣室的微水含量均在國(guó)標(biāo)值之下，屬于正常范圍，沒有形成設(shè)備隱患；在對(duì)兩個(gè)有局放的氣室進(jìn)行了多項(xiàng)綜合檢測(cè)之后，發(fā)現(xiàn)含有一定數(shù)量的H2S氣體，而一般認(rèn)為在裸金屬低能量放電和電暈放電的情況下,一般H2S較少或檢測(cè)不出,只有在故障電流較大的情況下,才能檢測(cè)出一定含量的H2S組分；此外，通過動(dòng)態(tài)離子檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，主母線氣室的最大污染分解產(chǎn)物含量高達(dá)1240 μL/L，屬于中度污染程度，說明在該氣室中可能存在電弧放電；最后，通過DPD檢測(cè)我們發(fā)現(xiàn)SO2和SOF2的總濃度為1 ppm，雖然其值很小，但是考慮到設(shè)備內(nèi)吸附劑的作用,正常狀態(tài)下產(chǎn)生的SF6氣體分解物會(huì)被吸收,只有持續(xù)的、不正常的狀態(tài)下分解物的濃度才會(huì)繼續(xù)增加。再結(jié)合設(shè)備內(nèi)SF6氣體分解物的濃度（如表5）與故障類型及其嚴(yán)重程度的關(guān)系（如表6）,我們有理由懷疑在氣室內(nèi)發(fā)生了自由金屬顆粒放電［3］。

為了更全面的了解各氣室中SF6氣體的詳細(xì)組分，將八個(gè)氣室的氣樣都做了氣相色譜分析，結(jié)果如表4所示。從該表中可知：包括兩個(gè)疑似局放氣室在內(nèi)的八個(gè)氣室SF6的含量都達(dá)到或接近設(shè)備投運(yùn)前的標(biāo)準(zhǔn)，但是在各個(gè)氣室中均發(fā)現(xiàn)了不同含量的CF4和CO2，其中CF4是當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣材料時(shí)的產(chǎn)物，而固體絕緣材料過熱時(shí)則會(huì)產(chǎn)生CO2；此外，在套管、主母線和電纜終端氣室中發(fā)現(xiàn)了SOF2、SO2F2或者S2OF10，這幾種氣體是設(shè)備發(fā)生放電故障的較有力證據(jù)，其中在主母線氣室中，這三種氣體均有出現(xiàn)，且三者的含量呈遞增趨勢(shì)，證明設(shè)備可能存在多種形式的放電。

為了便于比較分析各氣室的具體情況，按照各氣室的實(shí)際排列順序，將各組分含量放于圖6中進(jìn)行比較分析。從圖中可知：就CF4而言，各氣室均有出現(xiàn)，且開關(guān)氣室中含量最高；而對(duì)于CO2，則套管、主母線中的含量最高；從不同氣室的角度來分析則可看到，開關(guān)氣室和主母線氣室屬于各雜質(zhì)氣體總體比較多的氣室，開關(guān)氣室由于開斷開關(guān)的原因，存在較多的雜質(zhì)氣體在預(yù)料之中，而主母線氣室出現(xiàn)大量雜質(zhì)氣體則可能是內(nèi)部設(shè)備存在放電故障的原因。

圖6 各氣室氣體比較分析圖

2.2.3 設(shè)備解體情況分析

2010年1月16日，對(duì)該GIS間隔3號(hào)隔接氣室內(nèi)部的3個(gè)支持絕緣子以及其與母線之間的盤式絕緣子進(jìn)行更換。在更換的過程中，發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象，如圖7所示。

分析認(rèn)為A相的黑色痕跡可能為靜觸頭制造工藝缺陷或安裝質(zhì)量不良導(dǎo)致表面光滑度降低，進(jìn)而引發(fā)局放；B相則可能因打磨過度導(dǎo)致表面產(chǎn)生毛刺，使局部電場(chǎng)集中產(chǎn)生局放。

圖7 3號(hào)間隔隔接室解體圖

3 結(jié)論

近幾年通過對(duì)多個(gè)變電站氣室設(shè)備進(jìn)行SF6氣體組份分析試驗(yàn)，有效避免了電力事故的發(fā)生。以深圳奮進(jìn)站和廣州清河站為例，發(fā)現(xiàn)有較大量的SF6雜質(zhì)氣體，在之后的設(shè)備解體分析中也的確發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)缺陷的存在，其重大安全隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置避免了100 kV、220 kV關(guān)鍵設(shè)備嚴(yán)重事故的發(fā)生，由此充分證明了SF6氣體組份分析測(cè)試方法的有效性。SF6絕緣氣體在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，雖然已有多年，但現(xiàn)場(chǎng)分解物監(jiān)測(cè)分析技術(shù)應(yīng)用尚不普遍，各級(jí)對(duì)SF6氣體組分的分析工作，正在建立和開展，我們將繼續(xù)開展并完善此項(xiàng)工作，及時(shí)總結(jié)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)做好各項(xiàng)監(jiān)督工作。

［1］張仲旗，連鴻松.通過檢測(cè)SO2發(fā)現(xiàn)SF6電氣設(shè)備故障［J］.中國(guó)電力，2001，（34）：77-80.

［2］王遠(yuǎn)遠(yuǎn)，用SO2含量檢測(cè)SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障的探討［J］.福建電力與電工，2001，（21）：56-57.

［3］Sauer I.et al.,Neutral decomposition products in spark breakdown of SF6［J］.IEEE Trans.Elec.Insul.1986,21（02）：111-115.