摘要：气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）具有占地面积小，灭弧能力强，运行可靠、检修周期长且不受环境污染和高海拔影响等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。然而，电网现场安装运行过程中，GIS设备的缺点也日渐增多，特别是对于全封闭的GIS设备来说，出现故障后定位和检修都比较困难。本文主要分析了SF6气体现场检测方法，抛砖引玉，以期为促进电力企业的长足发展进上绵薄之力。
关键词：SF6气体；带电检测；GIS设备缺陷；分析
GIS主要是把母线、断路器、电流互感器、电压互感器、隔离开关、避雷器都组合在一起。一旦GIS设备出现故障，相对其他敞开式设备来说平均检修时间要比长很多，往往会造成较大范围的停电，导致非故障设备停电。近年来，GIS设备故障频发，在一定程度上影响电网供电可靠性，给电网安全运行造成很大的威胁。GIS内部SF6气体及绝缘材料在局部放电作用下会与少量的水分发生反应，生成一系列的分解产物。根据SF6分解产物判断设备缺陷类型在电网中得到广泛的应用，取得了良好的效果。
1 SF6气体成分分析
GIS内部SF6气体及绝缘材料在局部放电作用下会与少量的水分发生反应，生成一系列的分解产物。根据研究表明，当GIS内部放电类型、放电强度、电极材料及微水含量不同时，分解产物的组分也会有所不同。近年来根据SF6分解产物判断设备缺陷类型在电网中得到广泛的应用，取得了良好的效果。
采用SF6气体成分分析，对GIS内部局部放电检测的灵敏度较低，现场经常遇到特高频及超声波法均能检测到明显局部放电时，SF6气体成分无异常，或者在内部无放电缺陷的断路器气室检测到SF6气体分解组分，容易造成对GIS运行状态的漏判、错判。其原因是受以下三方面因素的影响:设备内部吸附剂的影响;短脉冲放电不一定会产生足够的分解物;断路器开断电弧也会造成分解物的变化。因此现场检测时，将特高频、超声波及SF6气体成分分析有效结合，对准确发现GIS设备缺陷具有十分重要的作用。
2 GIS设备带电检测技术不足
GIS五类典型局部放电缺陷中，绝缘材料的沿面放电缺陷无疑是对GIS运行健康状况影响最为严重的缺陷类型，沿面放电一旦发生极易造成绝缘击穿，导致闪络故障。然而根据现场实际运行经验表明，绝缘材料表面缺陷检出率较低，部分装设内置传感器的GIS在发生沿面闪络故障前未能准确检测到异常信号，甚至国内也多次存在刚开展完带电检测后发生闪络故障的案例。说明现有的特高频及超声波检测手段不能够在沿面放电早期准确的检测出来。造成该现象的原因有如下几种:
（1）由于沿面放电发生在绝缘材料表面，绝缘材料对超声波具有一定的吸收作用，放电产生的超声波信号大部分被绝缘材料吸收，因此以目前超声波检测仪器灵敏度，在GIS壳体只能检测到很小的超声波信号或者完全检测不到；
（2）沿面放电本身会导致电荷的泄漏，因此会造成放电脉冲的前沿相比其他放电类型要缓，其所激发的特高频信号也相对较弱，以目前特高频检测仪器灵敏度，在沿面缺陷发展的早期较难检测到明显的特高频信号；
（3）沿面放电一般持续时间较短，极易导致闪络故障，放电产生的气体分解产物被GIS内部吸附剂吸收造成SF6气体中分解组分含量较少，现场基本较难检测到。
因此，研究更为精准的检测技术，提高检测仪器现场检测灵敏度，开展SF6气体成分痕量研究对准确发现GIS内部缺陷，提高缺陷检出率具有重要作用也是后续局部放电检测技术研究重要内容。
3问题概述
运行人员利用电化学传感器检测仪对GIS进行分解产物例行试验时，发现两个电压互感器(PT)气室5×24与5×14气体分解产物异常，各测试结果见表1。此外，对气体进行了湿度和纯度测试，湿度符合标准要求，但5×24PT气室的纯度不符合要求。
从检测结果可以看出，5×24PT气室SO2、H2S以及CO体积分数均超过国网公司标准Q/GDW1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》中的规定，初步判断设备内部存在缺陷。技术人员建议立即将5×24间隔停电，进一步试验并查找故障。5×14PT气室同样出现H2S、CO体积分数超标，考虑到电网运行稳定性，建议每周对5×14PT气室进行一次跟踪检测。
4试验与分析
4.1电化学传感器法复测与比对
针对两个气室分解产物异常，特别是5×24PT气室CO体积分数罕见高的问题，5×24PT气室停电24h后进行了气体成分复测，采用不同的厂家设备进行了比对测试，对5×14PT气室也进行了同步测试，结果见表2。
由表2可以确定，5×24气室存在明显的SO2和H2S等故障气体组分，且CO体积分数很高。考虑到GIS中的吸附剂在停电后仍可能吸附分解产物，停电后仍存在故障气体组成，说明5×24气室肯定存在缺陷点，需进一步试验以确定故障点与故障类型[20]。对比不同厂家的电化学仪器测试数据存在较大的差异，推测两个气室中CO体积分数均较高，而电化学传感器法容易受到干扰导致传感器失真。
一般而言，大量的CO对SO2传感器有一定的干扰，不同仪器干扰程度不一致，从而导致数值出现差异。因此，需进一步采用气相色谱法准确地分析气体成分和体积分数。
4.2色谱法分析
采用便携式氦离子化气相色谱检测仪对两个气室的气体成分进行了准确测定，经归一化计算获得各气体组分体积分数列于表3。
从氦离子化色谱仪检测结果可知，两个气室中的主要气体成分为H2，CO、CF4、CO2、C2F6、C3F8。两个气室中均未检出特征放电产物SO2F2、SOF2、H2S等气体，5×24的SO2体积分数也非常低(0.1μL/L)，同时两个气室中CO、CO2等涉及固体绝缘的组分体积分数也较低，这与电化学传感器法测试的结果截然不同。气相色谱显示，两个气室中的H2体积分数明显异常，特别是5×24PT气室中H2体积分数高达1385μL/L，这是以往检测结果以及文献中未发现的一种现象。考虑气相色谱仪测试结果更为准确，而电化学仪器并不能区分还原性气体，因此推测电化学仪器中分解产物结果可能是受到大量H2干扰所导致。由于SF6分解产物中出现H2异常的案例未见报道，其对不同电化学传感器的干扰研究也较少，因此需在今后继续关注并深入研究这一问题。
5原因分析及措施建议
5.1原因分析
根据SF6分解产物带电检测、电气试验和解体检查结果分析，判断该GIS气室缺陷原因为：电压互感器生产时使用了退役变压器硅钢片表面的变压器油未清除干净，导致气室中带入了变压器油等污染物。变压器油中溶解气体随着运行时间的增加逐步析出进入气室。制造工艺不完善使铁心磁通异常，运行过程中设备放热导致带入的变压器油和其余物质分解，特别是低能故障容易分解产生氢气，使氢气体积分数异常。
5.2处理措施及建议
（1）该设备的缺陷为潜伏性故障，其余部位无明显缺陷点，绝缘材料及连接部位均完好，要求厂家更换铁心和线圈，使用新的干净硅钢片重制铁心，并确保无污染物带入气室，经出厂试验合格后再重新安装运行。重新安装后运行测试未再出现异常。
（2）对于同类设备5×14PT，应加强带电检测，设备出现异常情况应及时分析，查找是否存在与5×24PT相同的问题，必要时应停电检修。
（3）SF6气体分解产物检测是一种快速、有效评估设备状态和查找设备缺陷的手段，应加强该技术的应用。现场应用电化学传感器法测试结果异常时应仔细核查，必要时采用气相色谱法比对复测，确保测试结果准确以帮助问题分析。
参考文献
[1]SF6气体带电检测方法的研究[J].杨少才,武哲,苗宇.东北电力技术.2016(11).
[2]安徽马鞍山:带电检测绝缘子保障电网安全运行[J].陶洋.供电企业管理.205(06).
[3]带电检测大数据的分析与应用研究[J].万轶伦,汤蕾.科学技术创新.2018(05).
论文作者:王蒲
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：气体论文; 分解论文; 产物论文; 设备论文; 缺陷论文; 电化学论文; 体积论文; 《电力设备》2019年第3期论文;