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        電力行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于SF6氣體分解產(chǎn)物的測(cè)試

        2012-04-12 00:00:00林瑛

        摘 要:中國(guó)南方電網(wǎng)公司在新的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中增加了關(guān)于六氟化硫氣體分解產(chǎn)物的測(cè)試的項(xiàng)目,本文介紹了有關(guān)六氟化硫氣體分解產(chǎn)物的產(chǎn)生,危害,試驗(yàn)方法和現(xiàn)場(chǎng)分解產(chǎn)物測(cè)試的實(shí)例.

        關(guān)鍵詞:SF6氣體;分解產(chǎn)物;新標(biāo)準(zhǔn)

        中圖分類號(hào):F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        SF6氣體以它的高耐電強(qiáng)度及良好的熱穩(wěn)定性被公認(rèn)為最佳的氣體絕緣介質(zhì),已廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備特別是高壓、超高壓電氣設(shè)備中,包括斷路器、變壓器、互感器、避雷器、電容器、隔離刀閘、接地刀閘、套管和母線等以SF6氣體為絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備都稱為SF6電氣設(shè)備。

        由于在上世紀(jì)八九十年代投產(chǎn)的SF6電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)、材質(zhì)、工藝和維護(hù)等方面存在不足,使設(shè)備內(nèi)部可能存在缺陷和隱患。自上世紀(jì)九十年代開(kāi)始,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出通過(guò)SF6分解產(chǎn)物含量診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障。近年來(lái),福建、陜西、安徽、廣西、貴州和廣東等省已經(jīng)逐步制定了SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)。

        1 南方電網(wǎng)公司新舊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于SF6氣體試驗(yàn)項(xiàng)目的比較

        由中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司發(fā)布的,在2004年6月實(shí)施的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中,SF6氣體的試驗(yàn)項(xiàng)目有濕度、密度、毒性、酸度、四氟化碳、空氣、可水解氟化物、礦物油和純度共9個(gè)項(xiàng)目,2011年10月實(shí)施的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程與之相比較,新的規(guī)程增加了兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目:

        ①現(xiàn)場(chǎng)分解產(chǎn)物測(cè)試;

        ②實(shí)驗(yàn)室分解產(chǎn)物測(cè)試。

        在Q/CSG114002-2011電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中現(xiàn)場(chǎng)分解產(chǎn)物測(cè)試項(xiàng)目對(duì)SO2、H2S和CO的含量參考指標(biāo)要求為:SO2≤3 uL/L, H2S≤2uL/L和CO≤100uL/L;實(shí)驗(yàn)室分解產(chǎn)物測(cè)試項(xiàng)目對(duì)組分CF4、SO2、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10和HF提出了檢測(cè)要求,并要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分解產(chǎn)物測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。

        2 SF6電氣設(shè)備內(nèi)SF6氣體分解產(chǎn)物的產(chǎn)生與危害

        SF6電氣設(shè)備可分為有電弧產(chǎn)生的斷路器和無(wú)電弧產(chǎn)生的變壓器、互感器、避雷器、電容器、隔離刀閘、接地刀閘、套管和母線兩大類。

        正常運(yùn)行的SF6電氣設(shè)備,內(nèi)部溫度不高于80℃,SF6氣體不會(huì)分解,也不會(huì)與其他材料發(fā)生反應(yīng)。在非電弧氣室中沒(méi)有分解產(chǎn)物;在有電弧的斷路器室中,分合閘動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生2000℃以上高溫,但因?yàn)镾F6氣體復(fù)合速度快,滅弧能力強(qiáng),復(fù)合率達(dá)99.8%,所剩余少量的SO2、H2S和HF等分解產(chǎn)物會(huì)被放置于設(shè)備內(nèi)部的吸附劑所吸收。因此,正常運(yùn)行的SF6電氣設(shè)備里不會(huì)有明顯的分解產(chǎn)物。

        SF6電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料,除了SF6氣體,還有固體絕緣材料。固體絕緣材料主要有熱固性環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯尼龍、聚酯乙烯、聚四氟乙烯、絕緣紙和絕緣漆等。以上絕緣材料由S、F、C、H和O等元素組成。引起SF6氣體分解的主要原因有:局部放電、火花放電和電弧放電等,設(shè)備內(nèi)部不同的絕緣缺陷會(huì)引起不同的放電類型,產(chǎn)生不同的電能,不同的溫度。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障,故障點(diǎn)溫度達(dá)到以下溫度時(shí),會(huì)產(chǎn)生不同的分解產(chǎn)物:

        ①故障點(diǎn)溫度達(dá)到130℃時(shí),聚酯尼龍、聚酯乙烯、紙和漆開(kāi)始分解,主要產(chǎn)生CO2、CO、低分子烴和少量的SO2;

        ②故障點(diǎn)溫度達(dá)到400℃時(shí),聚四氟乙烯開(kāi)始分解,主要產(chǎn)生CF4;

        ③故障點(diǎn)溫度達(dá)到500℃以上時(shí),SF6氣體、環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始分解,主要產(chǎn)生SO2;SOF2、H2S、CF4、CO、CO2和低分子烴等。

        上述這些SF6氣體分解產(chǎn)物在分解過(guò)程中造成設(shè)備內(nèi)部有機(jī)絕緣材料的性能劣化,低氟化物與金屬反應(yīng),造成設(shè)備內(nèi)部金屬的腐蝕,致使設(shè)備性能下降。不僅危及設(shè)備的安全,危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行,也給工作人員帶來(lái)潛在的危險(xiǎn)。

        多年來(lái),經(jīng)多個(gè)省市檢測(cè)機(jī)構(gòu)多年研究SF6電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的裂解機(jī)理、分解產(chǎn)物的特征組分,并對(duì)各種故障實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后提出,SO2 是SF6氣體分解的特征組分,H2S是熱固型環(huán)氧樹(shù)脂分解的特征組分,CO是聚酯乙烯、絕緣紙和絕緣漆分解的特征組分。這樣可通過(guò)檢測(cè)特征組分來(lái)判斷故障類型。

        依據(jù)新的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),檢測(cè)SO2、H2S和CO這幾個(gè)特征組分的含量是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的參考指標(biāo),能準(zhǔn)確、快速及方便的判斷出設(shè)備內(nèi)部是否存在缺陷或故障。

        3 SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測(cè)方法

        由于SF6氣體分解產(chǎn)物的成分復(fù)雜、種類多、含量?。ㄆ潴w積分?jǐn)?shù)幾個(gè)~幾百×10-6)、穩(wěn)定性差,目前在線檢測(cè)系統(tǒng)還不夠完善,現(xiàn)場(chǎng)也不能僅用一種方法來(lái)完成定量檢測(cè)。

        常用的分析檢測(cè)技術(shù)有:氣相色譜法、檢測(cè)管法、氣體傳感器法、化學(xué)分析法、紅外吸收光譜法和光聲光譜法等。

        氣相色譜法是目前國(guó)內(nèi)外用于檢測(cè)SF6氣體分解產(chǎn)物的最常用的有效方法,也是IEC60480-2004和各GB/T18867-2002共同推薦的檢測(cè)方法。它是利用不同物質(zhì)在氣固兩相中具有不同的分配系數(shù),當(dāng)氣固兩相相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),這些物質(zhì)在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)分配而實(shí)現(xiàn)分離。經(jīng)過(guò)檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理器,這些被分離的組分成為一個(gè)個(gè)的色譜峰,從而可定量檢測(cè)出各個(gè)組分的含量。

        目前國(guó)內(nèi)外更多的是以色譜法和氣體傳感器法聯(lián)用,或者色譜系統(tǒng)與質(zhì)譜系統(tǒng)聯(lián)用的方法來(lái)達(dá)到更廣的檢測(cè)范圍,更高的靈敏度等目的。

        4 SF6電氣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)分解產(chǎn)物測(cè)試的實(shí)例

        在2012年6月,使用儀器為ZF-506型SF6、氣體分解產(chǎn)物分析儀(出廠編號(hào)2346584,證書(shū)編號(hào)HYQ201202443),對(duì)220kV祥云變電站220kV 祥鐵甲乙線、220kV 牽引甲乙線、220kV 華祥甲乙線、#2主變變高和#3主變變高的母線、隔離開(kāi)關(guān)、套管和斷路器等SF6電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。

        ZF-506型SF6、氣體分解產(chǎn)物分析儀的分析系統(tǒng)采用經(jīng)典色譜分析原理,以氦氣或氮?dú)鉃檩d氣,以單色譜柱、六通閥切換、自動(dòng)進(jìn)樣等技術(shù)進(jìn)行分解產(chǎn)物的分離,通過(guò)熱導(dǎo)檢測(cè)器采集檢測(cè)SF6、CF4、SOF2、SO2F2、SF4、S2OF10和Air等的含量,通過(guò)電化學(xué)傳感器采集檢測(cè)SO2、CO、H2S的含量。

        220kV祥云變電站的SF6電氣設(shè)備中SF6氣體均為成都科美特氟業(yè)塑膠有限公司的產(chǎn)品,經(jīng)檢測(cè)SF6電氣設(shè)備中SF6氣體純度為99.9%,CO的濃度為0.9-22.1 uL/L,SO2和H2S的濃度均為0 uL/L,依據(jù)Q/CSG114002-2011電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程均判定為合格產(chǎn)品。

        結(jié)語(yǔ)

        隨著電網(wǎng)電力需求的日益增長(zhǎng), SF6電氣設(shè)備因其技術(shù)含量高、滅弧能力強(qiáng)、占地面積小、使用壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)便并安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,對(duì)SF6電氣設(shè)備中的SF6氣體監(jiān)督檢測(cè)工作也隨著日益重要。

        通過(guò)對(duì)SF6電氣設(shè)備中的SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測(cè)與分析來(lái)判斷SF6電氣設(shè)備中的內(nèi)部故障,必須結(jié)合設(shè)備運(yùn)行、結(jié)構(gòu)、檢修、電氣試驗(yàn)、繼電保護(hù)動(dòng)作和故障錄波情況等作綜合分析,不斷提高對(duì)設(shè)備內(nèi)部缺陷和潛在故障的分析判斷水平,達(dá)到預(yù)防性試驗(yàn)的目的,使電網(wǎng)安全運(yùn)行得到更好的保證。

        參考文獻(xiàn)

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