【摘要】 纯净的六氟化硫气体是一种惰性气体，在电气设备正常运行条件下，六氟化硫不与金属材料和有机固体材料发生化学反应，但在高热或放电等情况下SF6气体会在电弧作用下会分解，并产生一系列的分解产物，通过检测分解产物成分含量可对SF6电气设备运行趋势、故障部位进行分析和判断。
【关键词】 SF6 分解产物 故障定位 电弧放电 故障气室
0 前言
六氟化硫是负电性气体，具有良好的灭弧和绝缘性能，在101.3kPa压力下的均匀电场中，六氟化硫气体的耐电压强度约为氮气的2.5倍。纯净的六氟化硫气体是一种惰性气体，在电气设备正常运行条件下，六氟化硫不与金属材料和有机固体材料发生化学反应，但SF6气体在电弧作用下会分解，当温度高达4000K以上时，大部分的分解物为硫和氟的单原子。电弧熄灭后，绝大部分的分解产物又重新合成稳定的六氟化硫分子，其中极少量的分解物在重新结合过程中与游离的金属原子、水和氧发生化学反应，产生金属氟化物及氧、硫氟化物，所以通过检测GIS气室中的SF6气体分解产物成份及含量可以GIS室设备的故障进行分析和判断。
一、六氟化硫分解产物产生的机理
在以SF6气体作为绝缘介质的电力设备中，其对SF6气体的纯度要求极高，因此在电力设备正常运行时，SF6气体非常纯净，化学性质也相对稳定，即使灭弧过程中分解的低氟产物也能够立即恢复成SF6气体。但在设备发生绝缘故障时，一般会伴随有电弧、电火花、发热光等温度极高的现象，此时，SF6气体会分解为SF5、SF4等低氟化合物并再与气体中的微量的水、氧气、金属及绝缘材料发生反应，生成十几种化合物。这些化合物包括SO2、H2S、CCF4、HF、SOF2、A1F3、CUF2等，SO2、H2S、HF等气体较容易取样分析，因此现被广泛用作设备故障诊断的特征气体。
二、应用案例介绍
2.1 案例故障情况
光照发电厂500kV系统主接线采用GIS封闭母线三角形接线方式，出线为单回线路（光换线），2017年5月11日下午，光照发电厂光换线遭受雷击，电厂500kV主二保护（光距保护）、主一保护（光差保护）、T区保护（母线保护）动作，500kV断路器5001、5002、5003跳闸，经电厂工作人员对保护动作情况分析，初步断定故障在5001与5002开关之间。由于设备外观检查无异常，电厂决定采用检测各气室内的SF6气体分解产物来检测设备故障气室，电厂工作人员5001开关、5002开关及之间设备进行SF6气体分解产物、微水等检测。其中SO2+SOF2实测值为75μL/L，CO含量为7.5μL/L，H2S为29.3μL/L，微水含量为496.2μL/L，经对比规程分析SO2+SOF2、H2S、微水含量均超标，初步判断故障气室为5002开关A相气室。
2.2故障气室特征气体分析
经研究表明，电力设备中六氟化硫气体分解主要有两种类型：放电分解与过热分解。其中，放电分解是电力设备中电力设备中SF6气体分解的主要形式，根据放电能量的不同，可分为：电弧放电、火花放电和局部放电，这其中以电弧放电的能量最高，但三种放电分解形式下其主要产物均为SOF2，但在火花放电和电弧放电情况下均会产生SO2F2；在裸金属低能量放电和电晕放电情况下，一般H2S很少或检测不出来，只有在故障大电流下，才能检测出一点含量的H2S来。根据对5002开关A相气室测量的SO2+SOF2、H2S含量分析，该气室发生来有高能量放电现象的故障。
一般情况下，SF6气体的分解及化学反应均会消耗气室中的水分，且高热情况下水分子也会分解，所以气室中水分增加属极不正常现象。工作人员调取了上年度该气室的微水含量，远远低于规程规定值；同时工作人员对露点仪进行了检查，检查发现露点仪镜面上附着有大量的灰白色颗粒物质。经分析，该气室内微水含量增加的原因为：镜面露点仪其工作原理是将被检测气体接入到露点仪内部，经冷凝后计算镜面上冷凝的水分含量与引入气室内的气体含量比例得出，所以当工作人员将露点仪与故障气室相连，故障气室内的分解物经连接管进入露点仪，并附着在镜面上造成镜面污染，导致了测量数据异常。
2.3 设备故障情况
经对500kV系统5002开关A相开盖检查，发现绝缘拉杆有明显的放电灼伤痕迹、且产生大量的白色粉末分解物附着在整个气室内（如下图）。经对该气室进行解体检查，发现了设备故障，同时也验证了通过检测故障气室内SF6气体分解产物成分判断设备故障点的有效性。
图1 故障气室开盖检查情况
三 、总结
虽然在过热情况下SF6气体会分解，但鉴于当前各行业SF6电气设备的运环境分析，正常运行的SF6电气设备一般不会存在放电或过热，所以正常运行的SF6电气设备中SF6气体分解产物较少，同时只有在大电流放电情况下才会产生H2S气体，所以定期对SF6电气设备进行分解产物测试有助与用电企业正确判断SF6电气设备的运行情况。
虽然SF6气体无毒、无味，但SF6气体分解产物都会对人体产生极大的伤害，所以在对运行年限时间长的设备或已产生故障的设备进行解体检查时一定要做好防护，避免发生气体中毒事件，同时检修过程中产生的检修垃圾也必须经专业处理后填埋。
参考文献：
[1] 唐峰，浅析检测电力设备中SF6气体分解产物进行故障诊断的应用.企业技术开发.下旬刊 ，2015第01期.
[2] 李宁，高压设备中SF6气体分解的原理与应用.中国电业技术，2013年第一期.
[3] 卢立秋 郭军科，张桂贤，李兴，放电故障的SF6设备分解产物总量分析.华北电力技术 2007 增刊1.
作者简介:
孔祥坤，男，本科，工程师，主要从事水电厂设备检修及维护工作。
李超，男，本科，助理工程师，主要从事水电设备运行维护工作。
论文作者:孔祥坤1,李超2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/20
标签：分解论文; 气体论文; 故障论文; 产物论文; 电弧论文; 设备论文; 含量论文; 《电力设备》2018年第28期论文;