摘要：基于设备生产制造工艺要求以及安装维护等因素，实际SF6气体绝缘电气设备经常会出现内部故障等情况，从而对变电站正常运行造成影响，严重的甚至可能引发电力事故。因此有必要对SF6气体绝缘电气设备进行必要工况检测，排查潜在故障。目前常见的SF6气体绝缘电气设备故障主要包括火花放电、设备过热、电弧放电以及局部放电等几个部分。硫化物、氟化物以及碳化物是SF6气体绝缘电气设备故障主要产物。通过对此类设备的检测可以及时发现潜在故障隐患，从而避免事故的进一步扩大。
关键词：电气设备；内部故障；SF6；检测诊断；
引言
六氟化硫气体（SF6）在绝缘性以及灭弧性等方面性能优异，因此被广泛应用于电气设备中。近些年我国城市化发展越来越快，城市化规模不断扩大，人们生活质量有了极大提高。与此同时对于电气设备等的质量要求也越来越高[1]。SF6气体绝缘电气设备对于空间要求较小，且工作性能稳定，因此在现代化城市建设中有关SF6气体绝缘电气设备的应用越来越频繁。由此不难看出，对于SF6气体绝缘电气设备内部气体成分的检测，对于有效识别SF6气体绝缘电气设备内部故障，确保当地电力系统安全运行意义重大[2]。更为全面科学的了解SF6气体绝缘电气设备内部构造及其发生机理，综合SF6气体绝缘电气设备内部产物电气结构与运行环境等要素有助于提高对SF6气体绝缘电气设备检测准确率[3]。
1.SF6气体绝缘电气设备内部气体分解过程探讨
当设备发生放电或者产生大量高温时，内部充有的SF6气体将会被分解。该分解过程不但涉及SF6气体自身，同时也包括F以及电极材料中金属蒸汽与固体绝缘材料的相关反应。一系列的反应最终反馈至设备，为设备正常运行带来隐患。而实际SF6气体绝大多数经过高温以及放电等会产生复合效应。除此之外，绝大多数电气设备由于生产工艺的限制或者运输过程环境条件的影响等等，或多或少都会存在一些水分，而SF6气体分解产物则会与其中水分进行反应，最终生成较为复杂的产物。而该反应也使得SF6气体难度大大降低，其它杂质含量升高，一定程度上影响设备的正常运行，同时也埋下了安全隐患。目前已知，在电弧的高温高热电解作用下，SF6气体主要可以分解为SOF2、SO2F2、SO2、HF以及其它金属氟化物。通过对SF6气体中氧气以及水分的有效管控可以进一步提升SF6气体的纯度，从而相关电气绝缘性能也将大大提高。
2.SF6气体绝缘电气设备分解气体检测方式探讨
当前用于检测的主要方式包括气相色谱法、户外分光光度法、电化学传感器法以及质朴和色质联法等等，不同的检测方法检测优势有所不同，实际应用场景也有所不同。采用电化学传感器的检测方式实际检测效率更高，检测速度也更快，普遍受到业界的青睐，目前许多单位已经配备了该技术设备，检测较为快捷因此现阶段现场的检测大都采用该方式。化学气敏传感器是该检测法主要用到设备，主要基于其对被测气体的构成以及分子结构特点等选择性俘获的特点，将实际所俘获的化学量进一步转换为电信号的方式进行工作。当实际被俘获气体接触到气敏传感器表面时，相关导电体电阻值则会相对应的发生改变。现阶段，检测组分较少时该方法主要补助住处，但大多数设备均可以有效检测出SO2、HF、H2S以及CO等特征气体，因此应用于现场故障设备的查找以及诊断等较为普遍，如若需要进行更为精确的数据分析，则可携带相关气体样品至实验室采用气相色谱法进行深度分析。
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实际放电量大小与SF6气体分解程度成正比关系，与此同时当处于高能放电环境时则会生成大量气体，如若只是局部放电情况则很少会出现SF4、CF4等等，且实际产物中SOF2浓度相较于其它形式要更高。当前业内普遍认为，基于对SO2、SOF2、SO2F2等的浓度分析即可判断其实际放电情况。如若实际检测到SO2气体浓度不断增加，则表明放电量不断增加，与此同时SOF2、SO2F2的体积分数也会迅速增加。基于对H2S组分的浓度大小测量，即可了解到故障的放电能量以及该故障是否涉及固体绝缘物质。除此之外，通过对CF4的浓度判断也可以得到当前故障是否涉及固体绝缘。包括电流互感器以及电压互感器等一类设备，当实际检测到的其室内一氧化碳以及二氧化碳难度达到一定情况下时，则可判断出当前设备固体绝缘工况。随着环境温度的不断升高，实际SF6气体将会逐渐被分解，而不同的温度等级分解所得到的气体产物也有所不同。随着环境温度不断升高，SF6气体将逐次被分解为HF、SOF2、SO2、SO2F2等气体，此外这些分解产物也可与环境中存在的少量水分子进行反应得到其它产物。因此当设备发生故障初始阶段，实际SO2的浓度可能较高，而过一段时间后SO2的浓度则会出现下降。
3.案例分析
2014年，某110kV变电站母线跳差动保护导致断路器跳闸。后由专业人员对变压器进行检测并未发现任何异常，GIS设备也未有明显异常情况。在对母差保护II母线范围内所有气室进行六氟化硫气体检测，结果发现位于该110kV线路II段母线气室内检测到大量的二氧化硫气体以及硫化氢气体，气体含量严重超过标准范围值，而其它气室则并未见该情况。后经过详细诊断可以断定110kV线路II端母线气室确实存在故障，而实际检测到严重超标的硫化氢气体因此判断故障可能发生于固体结缘材料处。随后由设备厂家委派专业人员前往该变电站进行检测，对设备进行分解后发现该II段母线下端一侧支撑绝缘子已然被击穿炸裂，而在该罐体内存在大量的放电粉尘，设备内部情况与相关检验人员判断基本一致。因此对于该变电站人员应当制定完善的巡检计划，提高对设备的检查力度，在前期设备交接时应当对设备出厂检验以及现场检验工作完善到位，从而可以有效避免此类事故发生。此外，通过对SF6气体分解后的产物进行检测分析，可以有效判断设备故障点并采取有效措施进行处理，确保现场用电可靠性。
4.结束语
本文对SF6气体分解产物进行分析，从中不难看出设备内残留的水分会对其中填充的SF6气体工作稳定性造成影响，少量的水和SF6气体分解产物与水反应后会进一步阻止SF6气体的恢复，一定程度上增加了气体中的其它杂质成分。而一些水解所得到的杂质包括氟化氢以及二氧化硫等气体有较强的腐蚀性，因此严重影响设备使用寿命；而如若设备内水分含量超过极限值则可能使得SF6气体耐压以及击穿电压大大降低，对电气设备的危害也更大。因此务必在日常工作期间注重检测SF6气室内的水含量，从而将其控制在允许合理范围内。
通过案例分析充分证明了基于对SF6气体分解产物的检测可以准确判断出实际气室内的故障情况，对于工作现场而言基于该方法可以立即找出SF6气体绝缘电气设备故障点，避免周边其它气室受到影响。综上所述，通过对SF6气体分解产物的检测可以快速排查相关设备故障并及时采取应对措施，对现场供电可靠与安全具有重要意义。
参考文献：
[1]任敬国，彭飞，李杰.SF6气体绝缘金属封闭断路器气室的典型故障分析[J].山东电力技术，2017，44（3）：38-41.
[2]王俊波，徐鑫，刘志陆，et al.电气设备SF6气体泄漏的红外检测技术[J].无损检测，2017，39（8）：43-46.
[3]袁小芳，马凤翔，赵跃，et al.六氟化硫气体质量在线检测和分析系统的设计及应用[J].大气与环境光学学报，2017，12（6）：163.
论文作者:朱宁,董伟,徐肖庆,陈欣,赵荣普,李骞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/24
标签：气体论文; 电气设备论文; 设备论文; 分解论文; 故障论文; 产物论文; 浓度论文; 《电力设备》2018年第35期论文;