于建龍

(國網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350003)

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應(yīng)用氣體分析診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障

于建龍

(國網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350003)

介紹SF6電氣設(shè)備發(fā)生故障時內(nèi)部絕緣材料的分解特征，提出其分解物是危及設(shè)備安全的重大威脅。闡明了通過分解物、水分和純度檢測，能準(zhǔn)確、方便、快速地診斷出設(shè)備內(nèi)部的故障；介紹了分解物的檢測方法、正常含量和檢測周期，總結(jié)出設(shè)備故障類型、可能部位和故障診斷方法。

氣體檢測；SF6電氣設(shè)備；內(nèi)部故障；維修

SF6氣體具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，在電力系統(tǒng)中不僅應(yīng)用于斷路器和互感器，也廣泛應(yīng)用在全密封的SF6氣體絕緣組合電器(GIS)。電氣設(shè)備在生產(chǎn)過程中如存在材質(zhì)、工藝方面的問題，靠試驗方法難以完全檢出，設(shè)備可能帶隱患運行，在熱和電的作用下，隱患處的SF6氣體和固體絕緣材料慢慢分解，絕緣性能下降，最終釀成事故。國家電網(wǎng)運檢部于2015年和2016年連續(xù)兩年開展330 kV及以上GIS分解產(chǎn)物、水分、局部放電、紅外測溫和泄漏檢測，發(fā)現(xiàn)數(shù)百臺異常設(shè)備，其中通過分解物和水分檢出數(shù)十臺設(shè)備隱患,說明分解物的檢測是一種有效的手段。

國網(wǎng)福建省電力有限公司(簡稱福建省電力公司)于2005年3月頒發(fā)了《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》(Q/FJG 10029.2—2004)，在全國率先將分解產(chǎn)物測試納入SF6斷路器和GIS的監(jiān)督項目，認為固體絕緣材料的分解是危及設(shè)備安全的重大威脅。幾年來檢測出220 kV漳州風(fēng)園變和500 kV福州笠里變等數(shù)十臺故障設(shè)備，避免了事故的發(fā)生，證明了通過檢測特征氣體可有效診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障。

1 應(yīng)用特征氣體分析診斷的原理

SF6電氣設(shè)備內(nèi)部有電回路和磁回路，發(fā)生故障時材料受局部放電的影響，會生成分解物和水分。隨分解物和濕度的增加，SF6純度降低，其絕緣性能逐漸下降，引起局部放電能量不斷增加，直至釀成事故。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料得知，近年來的事故中，絕緣事故約占60%，其中固體絕緣材質(zhì)不良引起的事故又占約80%。因此，及時檢出固體絕緣材料的絕緣缺陷，是提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的重要措施。在SF6電氣設(shè)備發(fā)生故障時，故障區(qū)域的SF6氣體和固體絕緣材料會分解產(chǎn)生SO2，H2S，CO和CF4等特征氣體。CF4是聚四氟乙烯分解的主要成分，屬于SF6生產(chǎn)過程的附屬物，但CF4的檢測方法較復(fù)雜，現(xiàn)場難以實現(xiàn)。在聚四氟乙烯熱解產(chǎn)生CF4的同時也產(chǎn)生CO，通過檢測CO可以較靈敏地反映出內(nèi)部隱患。因此，檢測CF4的必要性不大，《SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物試驗方法》(DL/T 1205—2013)和國家電網(wǎng)公司《SF6氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則》(Q/GDW 1896—2013)對檢測儀的配置中都只檢測SO2，H2S和CO特征氣體，能滿足故障分析的要求。

2 SF6氣體與絕緣材料的分解特性

2.1 SF6氣體的分解特性

SF6氣體在電氣設(shè)備中起著絕緣、滅弧和冷卻散熱的作用，它的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在常溫常壓下，不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在1個大氣壓下分解溫度大于500 ℃，但對于運行設(shè)備，氣體壓力在0.4 MPa以上，其分解溫度降低到250 ℃左右。SF6氣體在電弧作用下主要產(chǎn)生SO2，SOF2，HF。典型反應(yīng)式為式(1)及式(2)：

SF6→SOF2+HF

(1)

SOF2+H2O→ SO2+HF

(2)

SF6氣體的溫室效應(yīng)系數(shù)很大，約為CO2的23 000倍，因此，要盡量減少排放，并做好氣體回收利用。

2.2 固體絕緣材料的分解特性

電氣設(shè)備所使用的固體絕緣材料主要成分是環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂有雙酚型和酚醛型兩類，為多種大分子量的混合物，由C，H，O，S和N等元素構(gòu)成，還添加氧化鋁，以增強機械性能。環(huán)氧樹脂具有很好的絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，其分解溫度為500 ℃，主要產(chǎn)生H2S，CO，AlF3和少量低分子烴(CH4，C2H4，C3H8)，典型反應(yīng)式為(3)及式(4)：

SF6+H2O→H2S+SOF2+HF+S+O2

(3)

9S+6H2O→6H2S+3SO2

(4)

3 分解產(chǎn)物的檢測方法和案例

目前國內(nèi)通用的SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的檢測方法有電化學(xué)法、化學(xué)比色法、色譜法3種方法，《SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物試驗方法》(DL/T 1205—2013)推薦采用電化學(xué)法。福建省電力公司根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，普遍選用廈門加華JH型氣體綜合檢測儀，在現(xiàn)場能同時檢測分解物、水分和純度，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、操作方便、檢測速度快、耗氣量少等優(yōu)點。檢測時SF6氣體從設(shè)備排氣口閥門經(jīng)導(dǎo)氣管進入儀器，流入傳感器進行檢測，將分解物、水分和純度濃度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，當(dāng)檢測的濃度超過正常值時，儀器發(fā)出聲光警報，檢測結(jié)束后專家診斷系統(tǒng)分析判斷故障類型和能量大小，并提出處理意見；檢測后的氣體從排氣口流到集氣袋進行處理。應(yīng)用的典型案例如下。

案例1：2015年3月13日，漳州220 kV風(fēng)圓變運行人員在巡視時發(fā)現(xiàn)1#主變220 kV側(cè)22A開關(guān)附近有異常聲響后，當(dāng)日下午檢測發(fā)現(xiàn)22A3刀閘氣室內(nèi)氣體含有SO2(19.5 μL/L)、CO(21.2 μL/L)，儀器診斷“分解物含量較高，內(nèi)部可能存在放電性故障，但未涉及固體絕緣材料分解”，當(dāng)晚進行特高頻和超聲波復(fù)測，發(fā)現(xiàn)特高頻和超聲波局放信號異常，判斷該氣室內(nèi)部可能存在懸浮放電。解體發(fā)現(xiàn)傳動絕緣桿表面及GIS筒壁有大量白色分解物，絕緣桿下方傳動撥叉處的等電位彈簧已燒毀，有一小段彈簧掉落在導(dǎo)電桿的槽中，動觸頭傳動軸銷與等電位彈簧連接處有電腐蝕的痕跡，分析結(jié)果與設(shè)備解體相吻合。故障照片見圖1。

圖1 某220 kV變動觸頭傳動軸銷處有電腐蝕痕跡

案例2：2015年8月29日，500 kV福州笠里變5031斷路器跳過閘后檢測檢出5031A相CT故障A相SO2(1.6 μL/L)、CO(165 μL/L)，SO2濃度雖然略微超過國家電網(wǎng)規(guī)定的注意值，但考慮到該設(shè)備投運才7天，氣體總量達80 kg，因此產(chǎn)生的SO2與CO總量大，判斷內(nèi)部存在放電故障，并涉及固體絕緣材料裂解。設(shè)備返回廠家解體，確認就是盆式絕緣子放電。故障情況見圖2。

圖2 某500 kV變5031A相電流互感器(CT)放電故障

4 SF6電氣設(shè)備中分解產(chǎn)物的正常含量和檢測周期

4.1 運行設(shè)備分解物、純度和水分參考指標(biāo)

根據(jù)福建省電力公司十幾年來對近萬臺設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)和數(shù)十個故障實例的統(tǒng)計分析結(jié)果，提出檢測參考指標(biāo)。

表1 運行設(shè)備分解物、純度和水分參考指標(biāo)

4.2 運行設(shè)備分解物的評價參考標(biāo)準(zhǔn)

福建省電力公司根據(jù)國家電網(wǎng)《SF6氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則》(Q/GDW 1896—2013)，提出運行設(shè)備分解物的評價標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 運行設(shè)備分解物的評價參考標(biāo)準(zhǔn)

4.3 SF6電氣設(shè)備分解產(chǎn)物的檢測周期

根據(jù)福建省電力公司多年經(jīng)驗總結(jié)，在福建省《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》(Q/FJG 10029.2—2004)中規(guī)定了分解產(chǎn)物檢測周期，見表3。

5 內(nèi)部故障的判斷方法

用分解的特征氣體含量診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障，已在全國各省市電力系統(tǒng)及設(shè)備制造行業(yè)得到應(yīng)用，通過總結(jié)可歸納出幾種主要故障類型的判斷方法，見表4。

當(dāng)檢出“SO2+SOF2”含量高，但是H2S和CO都正常時，可能為懸浮電位放電，故障電流小，且未涉及固體絕緣材料分解，設(shè)備可以繼續(xù)運行。但若CO含量有明顯增長，認為設(shè)備內(nèi)部存在固體絕緣材料嚴(yán)重裂解故障時，應(yīng)加強跟蹤監(jiān)視，并結(jié)合局部放電進行綜合分析，盡快處理。

表4 故障類型的判斷方法

在進行內(nèi)部故障診斷時，福建省電力公司具體采用“一看、二比、三了解”的方法，具體如下。

一看：看分解產(chǎn)物的組分種類和濃度是否超過正常值。

二比：比較上次檢測分解產(chǎn)物的組分種類和濃度是否有變化；與相鄰氣室比較分解產(chǎn)物的組分種類和濃度。

三了解：要了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)、氣室大小、排氣口至本體的距離；要了解運行情況，如有否發(fā)生近區(qū)短路，有否受過電壓嚴(yán)重沖擊時和設(shè)備是否有異常聲響及強烈電磁場等；要了解設(shè)備的檢修、氣體質(zhì)量、電氣試驗、繼電保護動作和故障錄波情況。

6 結(jié)論

實踐證明通過SF6氣體檢測能有效檢出設(shè)備內(nèi)部故障，為了使該法發(fā)揮更大作用，對檢測儀器、使用和分析判斷提出以下看法。

1)儀器性能必須滿足檢測潛伏性故障要求。選用符合潛伏性故障檢測要求的產(chǎn)品，建議能同時檢測分解物、水分和純度的綜合檢測儀。

2)將分解物列入技術(shù)監(jiān)督的正常檢測項目，其含量納入評價的參考標(biāo)準(zhǔn)。

3)當(dāng)檢出分解物異常時以電化學(xué)法為基礎(chǔ)，加上比色管法、色譜法和局部放電進行佐證，并結(jié)合設(shè)備的運行、結(jié)構(gòu)、檢修、電氣試驗和氣體總量等作綜合分析。

本文提出的福建省電力公司分解物的評價指標(biāo)、檢測周期和故障診斷方法僅供大家參考，隨著這項檢測技術(shù)的發(fā)展，將不斷地完善和提高。

[1] 游榮文，潘騰.應(yīng)用分解產(chǎn)物含量診斷SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障[C]// 中國電力企業(yè)聯(lián)合會科技開發(fā)服務(wù)中心.2009年全國輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會論文集，2009：869-877.

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A Study on the Application of Gas Analysis in the Fault Diagnosis of the SF6Electrical Equipment

YU Jianlong

(State Grid Fujian Electric Power Company，F(xiàn)uzhou Fujia 350003，P.R.China)

This paper introduces the characteristics of the decomposition of the internal insulating materials when the SF6electrical equipment malfunctions and points out that the decomposed substances pose a big threat to the security of the equipment．In addition，it expounds that accurate，convenient and rapid diagnoses of the internal faults of the device can be obtained by means of tests of the decomposed substances，moisture and purity．Furthermore，it introduces the testing methods，normal contents and testing periods of the decomposed substances as well as summarizing different types of faults，possible locations and ways of fault diagnosis．

gas testing；SF6electrical equipment ；internal faults；maintenance

2016-08-22

于建龍 (1962-)，高級工程師，主要從事高電壓研究及技術(shù)監(jiān)督管理工作。

TM595

A

1008- 8032(2016)05- 0043- 04