李 鵬

（葛洲壩老河口水泥有限公司 湖北省老河口市 441800）

SF6氣體絕緣電氣設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)故障診斷分析

李 鵬

（葛洲壩老河口水泥有限公司 湖北省老河口市 441800）

由于制造安裝工藝和運(yùn)行維護(hù)環(huán)境等原因，往往使SF6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部存在絕緣缺陷乃至出現(xiàn)事故。SF6氣體絕緣電氣設(shè)備故障可以分為電弧放電、火花放電、局部放電和過(guò)熱等故障。SF6氣體本身是無(wú)毒性的氣體，當(dāng)SF6電氣設(shè)備存在故障時(shí)，故障區(qū)域的SF6氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下裂解，主要產(chǎn)生硫化物、氟化物和碳化物等。氣室中SO2、H2S的產(chǎn)生是內(nèi)部故障的征兆，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)氣室中SF6氣體分解產(chǎn)物的含量，可以初步分析出SF6氣體絕緣電氣設(shè)備的內(nèi)部故障，避免事故進(jìn)一步發(fā)生和擴(kuò)散。

SF6；電氣設(shè)備；分解產(chǎn)物；故障診斷分析

引言：

SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，在電力高壓設(shè)備中得到了廣泛的使用。隨著城市的發(fā)展和需求，SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）占地面積小和空間體積小的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)的越來(lái)越明顯，城市中心區(qū)域和工業(yè)密集區(qū)域變電站的建設(shè)中，SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的使用數(shù)量迅速增大，因此我們對(duì)SF6氣體絕緣電氣設(shè)備中的氣體成分現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)SF6氣體絕緣電氣設(shè)備故障的診斷分析是對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重大意義的。

掌握SF6氣體在電氣設(shè)備內(nèi)部存在和發(fā)生變化的過(guò)程和原理，結(jié)合對(duì)SF6氣體分解產(chǎn)物成分、電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境條件等因素綜合考慮可以幫助我們準(zhǔn)確的進(jìn)行設(shè)備故障診斷分析。

1 SF6氣體在電氣設(shè)備中的分解過(guò)程

SF6的分解反應(yīng)是在設(shè)備放電或高溫作用下發(fā)生，不僅有本身的分解，而且還涉及 F與電極材料中金屬蒸汽及固體絕緣材料的反應(yīng)。但 SF6大部分高溫或放電產(chǎn)物具有復(fù)合效應(yīng)，然而，電氣設(shè)備中不可避免有著微量水分的存在（來(lái)源于生產(chǎn)運(yùn)輸殘余、SF6氣體自身攜帶以及固體材料析出等），SF6的分解物會(huì)繼續(xù)與設(shè)備中微量水分發(fā)生反應(yīng)，生成較為復(fù)雜的產(chǎn)物，SF6氣體在電弧作用下分解的主要成分是SOF2、SO2F2、SOF4、SO2、HF和金屬氟化物等，控制好SF6氣體中水分和氧氣的含量可以提高電氣設(shè)備中SF6氣體的純度，進(jìn)而提高其電氣絕緣能力。

2 SF6氣體絕緣電氣設(shè)備放電氣體成分檢測(cè)方法

目前國(guó)內(nèi)外對(duì) SF6氣體分解氣體檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、紅外分光光度法、質(zhì)譜和色—質(zhì)聯(lián)用法、核磁共振波譜分析法、氣體檢測(cè)管法和電化學(xué)傳感器法等。

由于電化學(xué)傳感器法具有檢測(cè)速度快，效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)SF6氣體絕緣電氣設(shè)備的故障進(jìn)行有效定位和故障診斷分析的需求，因而在現(xiàn)場(chǎng)工作中使用較為廣泛。該方法是利用化學(xué)氣敏器件檢測(cè)氣體組分?；瘜W(xué)氣敏傳感器是利用對(duì)被測(cè)氣體的形狀或分子結(jié)構(gòu)具有選擇性俘獲的功能和將俘獲的化學(xué)量有效轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能來(lái)工作的。當(dāng)被測(cè)氣體被吸附到氣敏半導(dǎo)體表面時(shí)，其阻值會(huì)發(fā)生變化。目前該方法存在檢測(cè)組分較為少的缺點(diǎn)，但大部分儀器能檢測(cè)出SO2、HF、H2S、CO等特征氣體，因而能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)查找設(shè)備故障位置和絕大多數(shù)故障診斷分析的要求，如需更為精確的數(shù)據(jù)分析可取氣樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣相色譜分析。

SF6發(fā)生分解后產(chǎn)物的量與放電能量大致成比例關(guān)系，并且當(dāng)處在高能放電形式下時(shí)將產(chǎn)生大量的分解氣體，出現(xiàn)局部放電下很少出現(xiàn)的氣體成分如SF4、CF4，且產(chǎn)物中SOF2含量較其他形式放電要高。目前普遍認(rèn)為通過(guò)SO2、SOF2、SO2F2含量可分析判斷放電劇烈程度，放電能量增大時(shí)SO2含量將增大，SOF2/SO2F2體積分?jǐn)?shù)比將增大；通過(guò) H2S組分的含量大小可判斷故障的放電能量及故障是否涉及固體絕緣；通過(guò)CF4含量可判斷故障是否涉及固體絕緣。電流互感器和電壓互感器氣室內(nèi)出現(xiàn)的CO與CO2含量達(dá)到一定比例，可以推測(cè)出固體絕緣的狀態(tài)。SF6氣體分解成分在發(fā)生熱故障時(shí)隨著溫度的升高依次產(chǎn)生HF、SOF2、SO2、SO2F2等氣體組分。對(duì)于運(yùn)行中的SF6設(shè)備，若檢出SO2或H2S等雜質(zhì)組分含量異常，應(yīng)結(jié)合CO、CF4含量及其他檢測(cè)結(jié)果、設(shè)備電氣特性、運(yùn)行工況等進(jìn)行綜合分析。而SO2是不穩(wěn)定氣體，可以和水分等復(fù)合成其它產(chǎn)物，故在故障初期SO2含量可能較高，過(guò)一段時(shí)間再測(cè)量就會(huì)減小。

3 事故實(shí)例與典型案例分析

2014年2月，襄陽(yáng)供電公司運(yùn)行中的110kV廣場(chǎng)變電站110kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。經(jīng)檢查#2主變壓器無(wú)異常，GIS設(shè)備整體外觀無(wú)明顯異常工況痕跡。在對(duì)母差保護(hù)II母線范圍內(nèi)所有氣室進(jìn)行SF6氣體成分檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)110kV II段母線氣室（非滅弧室）內(nèi)SO2和H2S組分嚴(yán)重超標(biāo)，其余氣室未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)診斷分析可以確定110kV II段母線氣室內(nèi)存在故障，由于大量H2S的存在懷疑故障已經(jīng)涉及到固體絕緣。經(jīng)設(shè)備廠家派專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn) II母線下端一側(cè)支撐絕緣子已經(jīng)被擊穿炸裂，罐體內(nèi)部存在放電粉塵，設(shè)備內(nèi)部現(xiàn)狀與試驗(yàn)人員在設(shè)備解體前進(jìn)行的故障判斷基本一致。此故障警示我們要加強(qiáng)電力設(shè)備出廠及交接驗(yàn)收試驗(yàn)工作。

2010年5月，一座500kV變電站內(nèi)無(wú)任何操作。220kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，連接在#4母線的線路及母聯(lián)斷路器三相跳閘。故障錄波顯示故障為A相，短路電流為30200A。雷電定位系統(tǒng)工作正常，檢查變電站內(nèi)避雷器未動(dòng)作，無(wú)內(nèi)部或外部過(guò)電壓侵入記錄；設(shè)備外觀檢測(cè)正常；對(duì)227單元A相#2氣室SF6氣體成分檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)SO2含量達(dá)3.77*10-4，且H2S含量超標(biāo)。檢測(cè)#4母線上其他設(shè)備氣室未見(jiàn)故障特征氣體。經(jīng)試驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷分析，確定故障部位 227單元，內(nèi)部存在電弧放電。通過(guò)窺視孔發(fā)現(xiàn)227單元2272隔離刀閘開(kāi)關(guān)A相內(nèi)部有粉末狀物質(zhì)。待專業(yè)工作人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行解體檢查，打開(kāi)2272A相檢修孔和隔離開(kāi)關(guān)法蘭盤，發(fā)現(xiàn)該氣室內(nèi)充滿由于電弧燃燒產(chǎn)生的SF6分解粉末，2272A相絕緣拉桿低電位側(cè)被電弧碳化熏黑，絕緣拉桿開(kāi)裂。故障原因分析認(rèn)定事故原因?yàn)?272隔離開(kāi)關(guān)A相絕緣拉桿閃絡(luò)。拉桿絕緣下降、發(fā)生對(duì)地閃絡(luò)的原因?yàn)榻^緣拉桿本身受到機(jī)械損傷，產(chǎn)生局部裂紋，在運(yùn)行電壓的作用下，發(fā)生沿面放電；同時(shí)SF6分解產(chǎn)生的H2S在長(zhǎng)期運(yùn)行中，導(dǎo)致絕緣拉桿加速老化，最終閃絡(luò)擊穿。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì) SF6氣體分解產(chǎn)物的形成過(guò)程分析，可以清晰發(fā)現(xiàn)水分會(huì)對(duì)電氣設(shè)備中SF6氣體的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞，微量水會(huì)與SF6氣體分解產(chǎn)物發(fā)生水解反應(yīng)而阻礙SF6氣體的復(fù)原，從而增加氣體中的有毒有害雜質(zhì)的組分和含量；部分水解產(chǎn)物如HF和SO2等酸性氣體有極強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)加速設(shè)備的腐蝕；若水分含量超過(guò)一定限度還會(huì)使SF6氣體耐壓和擊穿電壓下降，對(duì)電氣設(shè)備的危害很大。因此一定要在日常工作中對(duì)設(shè)備的每個(gè)SF6氣室微水的含量做好控制和維護(hù)工作。

（2）通過(guò)實(shí)際工作經(jīng)歷和大量典型故障案例的學(xué)習(xí)，結(jié)合理論分析可以確定通過(guò)對(duì) SF6氣體分解產(chǎn)物的成分分析，能夠準(zhǔn)確判斷設(shè)備氣室內(nèi)是否存在事故隱患；能夠在工作現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確的找出SF6氣體絕緣電氣設(shè)備的故障部位，防止鄰近氣室受到破壞；能對(duì)SF6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部的故障產(chǎn)生原因和發(fā)展程度，結(jié)合設(shè)備解體后的綜合分析做出較為準(zhǔn)確的診斷。

[1]郝有明，溫念珠，范玉華，鄧育紅.電力用油（氣）實(shí)用技術(shù)問(wèn)答.中國(guó)水利水電出版社，2000.

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1007-6344（2017）02-0130-01