顏湘蓮，宋 杲，王承玉，季嚴(yán)松，楊 韌，菅永峰，劉漢梅

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192；2.陜西電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710054）

0 引言

SF6斷路器和GIS設(shè)備等氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備已廣泛應(yīng)用于110 kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)中，作為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵輸變電設(shè)備，高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及其判斷顯得尤為重要?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法是氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備帶電檢測(cè)的重要手段[1-3]。因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜、設(shè)備中SF6氣體分解及反應(yīng)的影響因素多等，通過(guò)檢測(cè)分解產(chǎn)物判斷設(shè)備狀態(tài)仍存在較大困難，有必要開(kāi)展針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究。

自20世紀(jì)80年代起，加拿大、日本等國(guó)家的開(kāi)關(guān)設(shè)備廠(chǎng)家針對(duì)放電下的SF6氣體分解及其對(duì)設(shè)備絕緣的影響開(kāi)展了試驗(yàn)和檢測(cè)研究[1-2]，在此基礎(chǔ)上IEC提出了設(shè)備中SF6新氣及其重復(fù)使用的控制指標(biāo)，因缺乏運(yùn)行設(shè)備檢測(cè)需求，較少涉及基于SF6氣體分解產(chǎn)物的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究斷路器和GIS設(shè)備在放電下的SF6氣體分解產(chǎn)物[3]，部分電網(wǎng)運(yùn)行單位應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)故障設(shè)備產(chǎn)生的SF6氣體分解產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了事故后設(shè)備故障定位[4-5]，制定了較寬泛的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)指標(biāo)。設(shè)備中SF6氣體分解及其產(chǎn)生的特征組分和含量范圍與設(shè)備類(lèi)型、運(yùn)行工況、吸附劑使用情況和環(huán)境條件等緊密相關(guān)，亟需開(kāi)展大量的實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，得到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及其評(píng)價(jià)的SF6氣體分解產(chǎn)物指標(biāo)。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司自2006年起成立攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展基于SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)的設(shè)備故障診斷技術(shù)研究，設(shè)立了多個(gè)重大科研項(xiàng)目，取得了較大的進(jìn)展。前期研究成果已廣泛應(yīng)用于我國(guó)電網(wǎng)的設(shè)備隱患排查中[6-8]，發(fā)現(xiàn)了多起設(shè)備潛伏性故障，但其在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用仍需大量有效的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)支持，以確定SF6氣體分解產(chǎn)物與設(shè)備狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行管理。

本文應(yīng)用SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法，對(duì)跨區(qū)電網(wǎng)550 kV和1100 kV的GIS/HGIS設(shè)備進(jìn)行分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析設(shè)備中分解產(chǎn)物分布及其特征組分與含量特性，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)到SO2組分的設(shè)備進(jìn)行分解產(chǎn)物的跟蹤監(jiān)測(cè)和局放檢測(cè)，并結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況進(jìn)行分析，綜合判斷設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)，通過(guò)設(shè)備解體檢驗(yàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)措施和分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果的有效性。

1 SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法

SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段，設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的分解產(chǎn)物組分及其含量與設(shè)備工況有對(duì)應(yīng)關(guān)系，據(jù)此提出運(yùn)行設(shè)備的分解產(chǎn)物特征氣體和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.1 分解產(chǎn)物特征氣體

若運(yùn)行設(shè)備存在放電、過(guò)熱等故障，SF6氣體發(fā)生分解并與設(shè)備內(nèi)其他物質(zhì)反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物有 SOF2、SO2F2、SO2、H2S、CO、CF4和 HF 等[9-17]，如圖 1所示。其中，SOF2、SO2F2和CF4等氣體主要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析，而HF具有強(qiáng)腐蝕性，并缺乏標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其檢測(cè)仍不具備條件?，F(xiàn)場(chǎng)較多應(yīng)用電化學(xué)傳感器、氣體檢測(cè)管法檢測(cè)設(shè)備中的分解產(chǎn)物，可有效檢出SO2、H2S和CO等組分。由此，主要以SO2、H2S組分作為運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的特征氣體，輔以檢測(cè)CO組分，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)判斷和潛伏性故障或缺陷診斷。

圖1 SF6氣體分解反應(yīng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of SF6decomposition

通常，氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)會(huì)安裝吸附劑用于吸附水分和分解產(chǎn)物，設(shè)備缺陷或故障產(chǎn)生的分解產(chǎn)物可能被吸附劑吸附掉。可見(jiàn)，運(yùn)行設(shè)備的分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果受吸附劑的干擾。同時(shí)，帶滅弧氣室的開(kāi)關(guān)設(shè)備正常操作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的分解產(chǎn)物。試驗(yàn)研究表明[18]，在吸附劑作用下，操作后 24～48 h 內(nèi)分解產(chǎn)物含量可下降到小于1 μL/L。因此，應(yīng)在該類(lèi)設(shè)備操作48 h后才檢測(cè)其分解產(chǎn)物，以有效判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)指標(biāo)

關(guān)于運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)指標(biāo)，IEC 60480—2004[19]規(guī)定 SF6氣體雜質(zhì)最大允許含量為50μL/L，其中SO2與 SOF2的總含量不超過(guò)12μL/L時(shí)，HF的含量不超過(guò)25μL/L；新加坡電力公司提出SO2含量超過(guò)8 μL/L時(shí)，設(shè)備必須檢修。國(guó)內(nèi)適用的《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）》指出：若SO2和H2S含量不超過(guò)2μL/L，則設(shè)備正常；若SO2或H2S含量大于5 μL/L，則設(shè)備存在缺陷。因設(shè)備運(yùn)行工況較復(fù)雜，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)稍顯寬泛，難以有效指導(dǎo)分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

本項(xiàng)目組開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)合現(xiàn)有的分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)指標(biāo)和設(shè)備的其他狀態(tài)參量，對(duì)文獻(xiàn)[8]提出的分解產(chǎn)物參考指標(biāo)進(jìn)行了修正和完善（列于表1），確定了設(shè)備狀態(tài)判斷的分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]。若設(shè)備中檢測(cè)到的分解產(chǎn)物中SO2或H2S含量出現(xiàn)異常，應(yīng)結(jié)合CO含量及其他狀態(tài)參量的變化、設(shè)備電氣特性和運(yùn)行工況等，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷。

表1 SF6氣體分解產(chǎn)物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Evaluation criterion of SF6 decomposition products

2 GIS設(shè)備分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)

為確保設(shè)備正常可靠運(yùn)行，應(yīng)用SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法，開(kāi)展了跨區(qū)電網(wǎng)的換流站和特高壓變電站的GIS設(shè)備分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析了檢測(cè)結(jié)果，為設(shè)備狀態(tài)判斷提供了依據(jù)。

2.1 分解產(chǎn)物檢測(cè)方案

2.1.1 檢測(cè)范圍

對(duì)跨區(qū)電網(wǎng)GIS設(shè)備進(jìn)行了分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)，包括500 kV、800 kV直流換流站和1000 kV特高壓變電站，檢測(cè)期間的設(shè)備狀況如下。

a.江陵、宜都、華新、復(fù)龍、奉賢換流站的550 kV GIS設(shè)備：江陵換流站運(yùn)行了6 a，宜都、華新?lián)Q流站運(yùn)行了4 a，±800 kV復(fù)龍和奉賢換流站處于系統(tǒng)調(diào)試階段。

b.特高壓交流輸電工程中長(zhǎng)治、南陽(yáng)和荊門(mén)變電站的1100 kV GIS/HGIS設(shè)備運(yùn)行了2 a。

2.1.2 檢測(cè)方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，采用便捷的電化學(xué)傳感器法對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。根據(jù)表1的分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)指標(biāo)，選用了泰普聯(lián)合科技開(kāi)發(fā)（北京）有限公司生產(chǎn)的STP1003型SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)儀（簡(jiǎn)稱(chēng)檢測(cè)儀），儀器的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)儀性能指標(biāo)Tab.2 Performance indexes of SF6decomposition products detector

用聚四氟乙烯管就近連接檢測(cè)儀與設(shè)備氣室取氣口，采用導(dǎo)入式取樣方法檢測(cè)分解產(chǎn)物組分及其含量。對(duì)GIS設(shè)備的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)、TV和TA、其他氣室（包括母線(xiàn)、套管、避雷器等）逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)氣室進(jìn)行2次有效檢測(cè)，取檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為檢測(cè)結(jié)果。若檢測(cè)到的SO2或H2S含量大于10 μL/L，該次檢測(cè)后須用純凈SF6氣體（SF6體積分?jǐn)?shù)大于99.99%）對(duì)檢測(cè)儀進(jìn)行吹掃直至示值為0，消除其對(duì)下次檢測(cè)的干擾。

2.2 檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

開(kāi)展的跨區(qū)電網(wǎng)GIS設(shè)備分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)共檢測(cè)了1480個(gè)氣室，包括1326個(gè)550 kV GIS設(shè)備氣室和154個(gè)1100 kV GIS/HGIS設(shè)備氣室。除華新?lián)Q流站的4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)氣室檢測(cè)到SO2組分外，其他類(lèi)型設(shè)備均未檢測(cè)到SO2和H2S組分，50%以上的氣室檢測(cè)到了CO組分。

采用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)一步分析上述檢測(cè)結(jié)果，得到不同電壓等級(jí)設(shè)備的分解產(chǎn)物分布、特征組分及其含量特性，以確定分解產(chǎn)物與設(shè)備狀態(tài)的關(guān)系。

2.2.1 GIS設(shè)備中的分解產(chǎn)物分布特性

2.2.1.1 550 kV GIS設(shè)備中的分解產(chǎn)物分布特性

550 kV GIS設(shè)備分?jǐn)嗦菲鳌⒏綦x開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱(chēng)刀閘）、TV和TA（簡(jiǎn)稱(chēng)互感器）、其他氣室4類(lèi)，對(duì)2.1節(jié)中5個(gè)換流站的550 kV GIS設(shè)備中檢測(cè)到SO2、H2S和CO的氣室數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，不同類(lèi)型設(shè)備的氣室總數(shù)和檢測(cè)到分解產(chǎn)物的氣室數(shù)列于表3。

表3 550 kV GIS設(shè)備檢測(cè)到分解產(chǎn)物的氣室Tab.3 Amount of 550 kV GIS gas cell containing decomposition products detected

從表3中結(jié)果可看出，除4個(gè)刀閘檢測(cè)到SO2組分外（在第3節(jié)中分析），其他類(lèi)型氣室未檢測(cè)到SO2和H2S組分；有673個(gè)氣室檢測(cè)到CO組分，占設(shè)備氣室總數(shù)的 51%。 把 CO 含量按[0，20）μL/L、[20，50）μL/L 和[50，100]μL/L 進(jìn)行區(qū)間劃分，統(tǒng)計(jì) 4 類(lèi)設(shè)備氣室檢測(cè)到的CO含量概率分布，見(jiàn)圖2。

圖2 550 kV GIS設(shè)備氣室的CO含量分布Fig.2 Distribution of CO concentration of 550 kV GIS gas cells

根據(jù)圖2可知，80%以上的斷路器、刀閘、其他氣室檢測(cè)到的CO含量不超過(guò)20 μL/L，CO含量分布在[0，20）μL/L 和[20，50）μL/L 的互感器氣室各占50%左右，不超過(guò)10%的刀閘和互感器氣室檢測(cè)到的 CO 含量達(dá)[50，100]μL/L。 可見(jiàn)，4 類(lèi)設(shè)備氣室中，互感器檢測(cè)到CO組分的概率稍高。

2.2.1.2 1100 kV GIS/HGIS設(shè)備中的分解產(chǎn)物分布特性

采用與550 kV GIS設(shè)備相同的分類(lèi)方法，對(duì)1100 kV GIS/HGIS設(shè)備的分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。表4給出了不同類(lèi)型設(shè)備檢測(cè)到SO2、H2S和CO的氣室數(shù)，可見(jiàn)所有設(shè)備氣室均未檢測(cè)到SO2和H2S組分，近51%的氣室檢測(cè)到了CO組分。

表4 1100 kV GIS/HGIS設(shè)備檢測(cè)到分解產(chǎn)物的氣室數(shù)量Tab.4 Amount of 1100 kV GIS/HGIS gas cell containing decomposition products detected

1100 kV GIS/HGIS設(shè)備檢測(cè)到的CO含量可分成區(qū)間[0，20）μL/L、[20，50）μL/L、[50，100）μL/L和[100，+∞）μL/L，統(tǒng)計(jì)不同類(lèi)型氣室中的 CO 含量分布如圖3所示。3個(gè)斷路器氣室檢測(cè)到的CO含量小于20μL/L；50%以上的刀閘、互感器和其他氣室檢測(cè)到了CO組分，75%以上氣室的CO含量不超過(guò)20μL/L；部分刀閘和互感器檢測(cè)到的CO含量分布在區(qū)間[20，50）μL/L 和[50，100）μL/L，有 1 個(gè) TA氣室檢測(cè)到的CO含量大于100 μL/L。結(jié)果表明，1100kV GIS中互感器檢測(cè)到CO組分的概率稍高且CO含量較高，與550 kV GIS設(shè)備的分布規(guī)律一致。

圖3 1100 kV GIS/HGIS設(shè)備氣室的CO含量分布Fig.3 Distribution of CO concentration of 1100 kV GIS/HGIS gas cells

2.2.2 分解產(chǎn)物特征組分及其含量

利用表3、4和圖2、3的結(jié)果統(tǒng)計(jì)，結(jié)合表1中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析運(yùn)行設(shè)備中的分解產(chǎn)物特性，為制定設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)措施提供指導(dǎo)。

2.2.2.1 SO2和H2S組分

在跨區(qū)電網(wǎng)1 480個(gè)氣室中，除華新?lián)Q流站的550 kV GIS設(shè)備的4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)氣室外，其他類(lèi)型設(shè)備均未檢測(cè)到SO2組分，可見(jiàn)其是區(qū)分設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征組分。4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)氣室檢測(cè)到的SO2最大含量達(dá)4.9 μL/L，處于注意值范圍，表明設(shè)備可能存在運(yùn)行隱患，需縮短檢測(cè)周期，提出有效的設(shè)備狀態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)措施。

所有設(shè)備氣室未檢測(cè)到H2S組分。試驗(yàn)研究表明，高溫環(huán)境下，SF6氣體發(fā)生分解，可能與設(shè)備內(nèi)的絕緣材料環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成H2S[18]。因此，設(shè)備內(nèi)是否存在H2S組分應(yīng)與設(shè)備絕緣材料缺陷有關(guān)。檢測(cè)到SO2組分的隔離開(kāi)關(guān)并未檢測(cè)到H2S組分，意味著該設(shè)備缺陷不涉及固體絕緣材料。

2.2.2.2 CO組分

跨區(qū)電網(wǎng)內(nèi)50%以上的設(shè)備氣室檢測(cè)到CO組分，按CO含量由大到小排序?yàn)椋夯ジ衅鳎镜堕l＞其他氣室和斷路器。對(duì)不同運(yùn)行時(shí)間的550 kV GIS設(shè)備進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)[20]，運(yùn)行年限越長(zhǎng)，檢測(cè)到的CO含量越高。結(jié)果表明，設(shè)備中的CO組分及其含量與設(shè)備類(lèi)型及運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。

目前，設(shè)備SF6氣體中的CO來(lái)源難以明確?，F(xiàn)行的SF6氣體標(biāo)準(zhǔn)[21-22]未控制新氣中的CO指標(biāo)，缺乏設(shè)備交接驗(yàn)收的分解產(chǎn)物檢測(cè)原始數(shù)據(jù)；同時(shí)，設(shè)備內(nèi)潤(rùn)滑脂涂覆過(guò)量、互感器絕緣材料老化等，可能引起有機(jī)材料分解反應(yīng)產(chǎn)生CO組分。與硫化物不同，吸附劑對(duì)CO吸附作用較弱[18]，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，CO組分具有累積效應(yīng)。

考慮到CO的復(fù)雜影響因素，表1并未給出CO組分的評(píng)價(jià)指標(biāo)。上述分析表明CO組分間接反映了設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況，應(yīng)從源頭把關(guān)，使其成為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的特征氣體。現(xiàn)階段需監(jiān)控CO含量較大的設(shè)備狀態(tài)，分析CO含量變化趨勢(shì)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

2.2.3 分解產(chǎn)物含量

此次GIS設(shè)備分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)中，正常運(yùn)行設(shè)備氣室檢測(cè)到的SO2和H2S含量為0，驗(yàn)證了表1所示的分解產(chǎn)物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的可行性和有效性。

4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)檢測(cè)到的SO2含量小于5 μL/L，根據(jù)表1，制定了縮短檢測(cè)周期、加強(qiáng)監(jiān)控的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)措施（見(jiàn)第3節(jié)）。鑒于CO組分與設(shè)備狀態(tài)的關(guān)系尚未明確，需開(kāi)展大量的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)普測(cè)，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果，提出設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的CO含量指標(biāo)。

3 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

在分析檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)檢測(cè)到SO2組分的設(shè)備氣室進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，分析設(shè)備的運(yùn)行狀況，提出了設(shè)備監(jiān)控措施，跟蹤檢測(cè)設(shè)備中的分解產(chǎn)物變化，綜合判斷設(shè)備狀態(tài)，通過(guò)設(shè)備解體檢查驗(yàn)證監(jiān)測(cè)措施和檢測(cè)結(jié)果的有效性。

3.1 設(shè)備運(yùn)行狀況分析

分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)中，華新?lián)Q流站4個(gè)檢測(cè)到SO2組分的隔離開(kāi)關(guān)編號(hào)分別為50112A、50222C、50411A和50432C，其中隔離開(kāi)關(guān)50411A和50432C均與母線(xiàn)相通，氣室體積較大。

為準(zhǔn)確判斷設(shè)備狀態(tài)，對(duì)4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)研分析。分析發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝期間，在GIS設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)中，這4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)的絕緣拉桿均發(fā)生了閃絡(luò)，導(dǎo)桿和拉桿呈現(xiàn)明顯的黑色碳化痕跡，如圖4所示。隨后，對(duì)所有缺陷設(shè)備部件進(jìn)行了更換，設(shè)備整體通過(guò)了交流耐壓試驗(yàn)。

圖4 隔離開(kāi)關(guān)氣室絕緣拉桿閃絡(luò)圖Fig.4 Insulating rod flashover in gas cell of disconnector

3.2 設(shè)備狀態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)

結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀況，制定了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)措施，每月對(duì)4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)的分解產(chǎn)物進(jìn)行連續(xù)跟蹤檢測(cè)，輔以局放檢測(cè)，以提供設(shè)備狀態(tài)判斷的重要參量。

3.2.1 分解產(chǎn)物檢測(cè)

采用電化學(xué)傳感器法，對(duì)4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了5個(gè)月的分解產(chǎn)物跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)到的SO2和CO含量隨時(shí)間的變化如圖5所示，圖中，序號(hào)1—5分別對(duì)應(yīng)4月、5月、6月、10月和12月，序號(hào)6對(duì)應(yīng)12月設(shè)備停電后的檢測(cè)。

圖5 隔離開(kāi)關(guān)氣室檢測(cè)到的SO2和CO含量變化Fig.5 Variation of SO2and CO detected in gas cells of disconnector

由圖5可見(jiàn)，設(shè)備在運(yùn)行期間一直檢測(cè)到SO2和CO 組分，含量范圍分別為[1，7）μL/L、[5，70]μL/L，發(fā)展趨勢(shì)較穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)突變。其中，隔離開(kāi)關(guān)50222C和50411A隔離開(kāi)關(guān)的SO2含量大于5μL/L，處于警示值范圍，需對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷，確定后續(xù)的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)措施。

為了使分解產(chǎn)物不同檢測(cè)方法相互印證檢測(cè)結(jié)果，在6月和10月對(duì)隔離開(kāi)關(guān)50222C和50411A氣室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氣體取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜-質(zhì)譜方法進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。該方法除檢測(cè)到SO2和CO外，還檢測(cè)出CF4和CO2組分，檢測(cè)出的SO2和CO含量與電化學(xué)傳感器法檢測(cè)的結(jié)果基本一致，CF4和 CO2含量在正常運(yùn)行范圍內(nèi)[22]。

表5 氣相色譜-質(zhì)譜的分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Results of decomposition products detection by gas chromatography-mass spectrum

綜合圖5和表5的結(jié)果分析可知，2種方法得到的規(guī)律一致，設(shè)備檢測(cè)到的分解產(chǎn)物發(fā)展穩(wěn)定，未出現(xiàn)突變，驗(yàn)證了跟蹤檢測(cè)結(jié)果的有效性。

3.2.2 局放檢測(cè)

對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷，在檢測(cè)到分解產(chǎn)物含量最大的6月，分別用內(nèi)置式和外置式2種局放傳感器對(duì)4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了超高頻局放檢測(cè)。圖6為隔離開(kāi)關(guān)氣室的超高頻局放檢測(cè)典型譜圖，圖中，x軸上的+pk、-pk分別表示正、負(fù)峰值，0表示過(guò)零點(diǎn)。由圖可見(jiàn)未檢測(cè)到設(shè)備內(nèi)部局放典型特征，局放信號(hào)未出現(xiàn)明顯異常，表明設(shè)備內(nèi)未發(fā)生嚴(yán)重放電缺陷。

圖6 隔離開(kāi)關(guān)的超高頻局放檢測(cè)典型譜圖Fig.6 Typical UHF PD spectrum of disconnector

3.3 設(shè)備狀態(tài)判斷驗(yàn)證

基于設(shè)備狀態(tài)的分解產(chǎn)物跟蹤監(jiān)測(cè)和局放檢測(cè)結(jié)果，分析設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷，判斷設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)，通過(guò)解體驗(yàn)證分解產(chǎn)物監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的可行性。

3.3.1 運(yùn)行負(fù)荷水平

對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)期間的運(yùn)行負(fù)荷水平進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，列于表6。設(shè)備在5、6月的運(yùn)行負(fù)荷水平最高，12月運(yùn)行于最低負(fù)荷水平，待轉(zhuǎn)檢修。

結(jié)合圖5與表6可知，發(fā)現(xiàn)各氣室檢測(cè)到的分解產(chǎn)物含量隨運(yùn)行負(fù)荷正向變化。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行電流增大時(shí)，設(shè)備內(nèi)部溫度升高，使得分解產(chǎn)物含量增加；運(yùn)行負(fù)荷下降時(shí)，在吸附劑作用下，分解產(chǎn)物含量下降?？梢?jiàn)，運(yùn)行負(fù)荷對(duì)分解產(chǎn)物的影響較小，設(shè)備檢測(cè)到的分解產(chǎn)物含量變化不明顯，表明設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)惡化。

表6 隔離開(kāi)關(guān)的負(fù)荷水平和運(yùn)行電流Tab.6 Load level and operating current of disconnectors

3.3.2 設(shè)備狀態(tài)判斷

由3.1節(jié)分析可知，設(shè)備投運(yùn)前發(fā)生了絕緣閃絡(luò)故障，造成了氣室中SF6氣體的污染，雖進(jìn)行了換氣處理，但缺乏設(shè)備投運(yùn)的分解產(chǎn)物檢測(cè)原始數(shù)據(jù)，難以排除氣源帶入問(wèn)題。同時(shí)，設(shè)備閃絡(luò)產(chǎn)生的分解產(chǎn)物易被GIS外殼吸附，特別是體積較大的氣室，更換氣體難以完全處理干凈，設(shè)備投運(yùn)后，隨著設(shè)備內(nèi)溫度升高，外殼吸附的分解產(chǎn)物會(huì)脫附進(jìn)入氣室。由此，設(shè)備內(nèi)檢測(cè)到的分解產(chǎn)物存在氣源和脫附的可能性。

根據(jù)3.2節(jié)的設(shè)備狀態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果，4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)一直檢測(cè)到SO2和CO組分，其含量變化不明顯，未檢測(cè)到H2S組分，局放檢測(cè)結(jié)果正常，且計(jì)及上述氣源和脫附的干擾，難以明確判斷設(shè)備狀態(tài)。結(jié)合2.2節(jié)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)嚴(yán)重放電，但存在運(yùn)行隱患，其缺陷不涉及固體絕緣材料。需加強(qiáng)監(jiān)控，嚴(yán)防隱患失控釀成事故。

3.3.3 設(shè)備解體驗(yàn)證

在12月設(shè)備檢修期間，考慮到設(shè)備拆裝的便利性，對(duì)SO2含量最高的隔離開(kāi)關(guān)50222C進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)了2處運(yùn)行隱患：該氣室的絕緣拉桿開(kāi)槽處出現(xiàn)了機(jī)械裂紋；隔離開(kāi)關(guān)50231C（與50222C共氣室）側(cè)橫盆上、靜觸頭下方有固體微粒。用掃描電子顯微鏡對(duì)微粒進(jìn)行了元素分析，其主要成分為鋁（Al），圖7為微粒成分的譜線(xiàn)圖?，F(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果表明，該隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭存在輕度不對(duì)中，使得設(shè)備處于異常運(yùn)行工況，產(chǎn)生了SF6氣體分解產(chǎn)物和金屬雜質(zhì)。

圖7 固體微粒的元素分析譜線(xiàn)圖Fig.7 Spectrum of elements analysis for solid particle

隨后更換了存在缺陷的設(shè)備部件，恢復(fù)設(shè)備至正常運(yùn)行狀態(tài)。由此，通過(guò)設(shè)備解體檢查，驗(yàn)證了用SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法進(jìn)行開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的可行性和有效性，表明該方法對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的潛伏性故障或缺陷診斷具有較高的靈敏度，是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的有效手段。

4 結(jié)論

a.通過(guò)檢測(cè)設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物的特征氣體SO2、H2S組分，可判斷氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)，提出了設(shè)備狀態(tài)判斷的SO2和H2S評(píng)價(jià)指標(biāo)。

b.開(kāi)展了跨區(qū)電網(wǎng)550 kV和1100 kV GIS設(shè)備共1480個(gè)氣室的SF6氣體分解產(chǎn)物帶電檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，正常運(yùn)行設(shè)備均未檢測(cè)到SO2和H2S組分，50%以上的設(shè)備檢測(cè)到CO組分且含量不超過(guò)20 μL/L，互感器檢測(cè)到CO組分概率稍高且含量較大。

c.對(duì)檢測(cè)到SO2組分的4個(gè)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，分解產(chǎn)物跟蹤檢測(cè)表明SO2和CO含量穩(wěn)定；結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況分析，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備解體檢查發(fā)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行隱患，驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)措施和檢測(cè)結(jié)果的有效性。

d.SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法已成為高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的有效手段，仍需進(jìn)一步深入研究分解產(chǎn)物組分及含量與設(shè)備狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。