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摘要：全封闭式组合电器(gas insulated switchgear，GIS)、SF6断路器等高压开关设备广泛应用于110 kV及以上电压等级的电网中，设备故障诊断及状态判断是亟待解决的关键问题。分析SF6气体绝缘开关设备潜伏性故障时，要对发生放电、过热等故障产生的气体分解产物，提出不同故障类型的分解产物特征气体，比较设备故障诊断现有判据，对SF6气体绝缘开关设备的潜在性故障进行诊断分析。
关键词：高压开关；故障诊断；SF6气体分解产物；潜伏性故障
ABSTRACT: High voltage switchgears such as gas insulted switchgear (GIS) and circuit breaker (CB) are widely applied to power networks in voltage grades of 110 kV and above, thus the fault diagnosis of HV switchgears and the state judgment of their states are key problems to be solved urgently. By means of analyzing gas decomposition products produced by such faults as overheat and discharging occurred in SF6-filled HV switchgears, it is proposed to distinguish different fault types by characteristic gases in decomposition product; comparing with existing criteria for equipment fault diagnosis, to diagnostic analyze for SF6 gas switchgear latent defects .
KEY WORDS: high voltage switchgear; fault diagnosis; decomposition products of SF6; latent defects
0引言
随着我国电力工业的发展，SF6气体绝缘高压开关设备在输电网中的应用日益广泛，设备运行可靠性对确保电网安全稳定运行起决定性作用，但开关设备内部故障诊断和状态评价仍存在重大技术难题，可见对设备潜伏性故障的诊断性分析显得尤为重要。 现场运行经验表明，通过检测设备内SF6气体分解产物判断潜伏性故障的方法，具有灵敏度高、抗干扰性好等优势。本文对SF6气体绝缘开关类设备发生不同内部故障产生的SF6气体分解产物进行理论分析，并对其在设备内部潜伏性故障诊断和GIS设备事故后故障气室定位等方面的应用，并通过实例分析，指出SF6气体分解产物检测方法在设备潜伏性缺陷诊断和故障定位方面具有广阔的应用前景。
1 SF6气体绝缘开关设备故障类型诊断原理
高压开关设备的内部故障主要表现为放电和过热故障，导致设备中的SF6分解产生大量的气体分解产物，引起设备绝缘性能下降 ，给电网稳定运行带来安全隐患。
1.1放电故障
SF6开关设备内部出现的局部放电，体现为悬浮电位(零件松动)放电、零件间放电、绝缘物表面放电等设备潜在缺陷，这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短(路桥)接而不形成导电通道为限，主要因设备受潮、零件松动、表面尖端、制造工艺差和运输过程维护不当而造成。开关设备发生气体间隙局部放电故障的能量较小，通常会使SF6气体分解产生微量的SO2、HF和H2S等气体。 SF6开关设备因内部绝缘缺陷导致导电金属对地放电及气体中的导电颗粒杂质引起对地放电时，释放能量较大，表现为电晕、火花或电弧放电，故障区域的SF6气体、金属触头和固体绝缘材料分解产生大量的SO2、SOF2、H2S、HF、金属氟化物等。在电弧作用下，SF6气体的稳定性分解产物主要是SOF2，在火花放电中，SOF2也是主要分解物，但SO2F2/SOF2比值有所增加，还可检测到S2F10和S2OF10，分解产物含量的顺序为SOF2>SOF4> SiF4>SO2F2>SO2；在电晕放电中，主要分解物仍是SOF2，但SO2F2/SOF2比火花放电中的比值高。
1.2过热故障
SF6开关设备因导电杆连接的接触不良，使导电接触电阻增大，导致故障点温度过高。当温度超过500℃，SF6气体发生分解，温度达到600℃时，金属导体开始熔化，并引起支撑绝缘子材料分解。试验表明，在高气压、温度高于190℃时，固体绝缘材料会与SF6气体发生反应，温度更高时绝缘材料甚至直接分解。此类故障主要生成SO2、HF、H2S和SO2F2等分解产物。设备发生内部故障时，SF6气体分解产物还有CF4、SF4和SOF2等物质，由于设备气室中存在水分和氧气，这些物质会再次反应生成稳定的SO2和HF等。在放电和热分解过程中，及水分作用下，SF6气体分解产物主要为SO2、HF、SOF2和SO2F2，当故障涉及固体绝缘时，还会产生CF4和H2S。
2 SF6开关设备故障诊断应用
2.1 设备的潜伏性故障诊断
研究表明，SF6气体分解产物与设备故障之间有直接对应关系，是SF6开关设备隐患排查的重要检测手段。在电弧、火花和电晕放电作用下，设备的SF6气体分解产物主要有SO2、H2S、HF和SOF2，发生局部放电故障时，会产生微量的SO2、H2S和HF，设备发生过热故障生成SO2、HF、H2S和SO2F2等分解产物。可见，在放电和过热故障下，SF6气体分解产物有SO2、HF、SOF2和SO2F2，SOF2和SO2F2会水解生成稳定的SO2和HF等。若故障涉及固体绝缘，还会产生CF4、H2S、CO和CO2等，因此在现阶段，主要以 SO2和H2S气体作为判断被检测开关设备是否存在故障的特征分解产物，辅以检测HF、CF4、CO和CO2等组分，这样可准确、快速诊断设备内部潜伏性缺陷或故障。
SF6开关设备发生故障时，可能引起设备中SF6气体纯度、湿度、酸度和分解产物其他特征组分的变化。若设备中SF6气体的SO2或H2S含量出现异常，应结合SF6气体纯度、湿度、酸度及其他特征组分(HF、CF4、CO和CO2)的变化、设备电气特性、运行工况等，对设备进行综合诊断，确定开关设备运行状态，从而判断设备是否存在潜伏性缺陷或故障。
1）悬浮电位放电故障。
实例，对某供电局110kV变电站进行现场SF6分解产物测试时，发现110kV 1#断路器C相、110kV 2#断路器A相气室SF6气体分解物含量异常，将采样带回实验室进行综合分析后，诊断这2台设备存在悬浮电位潜伏性故障。
试验结果表明此变电站110kV 1#断路器B相开断异常，该诊断在设备解体后得到印证。
上述案例分析表明，开关设备中SF6气体分解产物检测技术的前期研究成果，已在国家电网公司范围内SF6开关设备隐患排查和GIS设备带电检测工作中初步应用。
3 结论
1）设备内部故障主要体现为放电、过热等情形，产生的SF6气体分解产物主要有SO2、HF、SOF2和SO2F2，若故障涉及固体绝缘，还会产生H2S、CF4、CO和CO2等。
2）以检测SO2和H2S为主，辅以检测HF、CF4、CO和CO2组分，可准确、快速诊断设备内部潜伏性缺陷或故障。
3）实例证实，SF6气体分解产物检测手段对设备的潜伏性进行诊断性分析具有可行性和有效性。
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作者简介：秦文丽，女，1988年08月出生，高级工程师，现在国网山西省电力公司检修公司工作。
论文作者:秦文丽 李锐锋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：气体论文; 分解论文; 故障论文; 潜伏性论文; 设备论文; 产物论文; 开关设备论文; 《电力设备》2016年第18期论文;