六氟化硫氣體含量分析在GIS故障分析判斷中的應用-基礎電子

精品文檔-下載后可編輯六氟化硫氣體含量分析在GIS故障分析判斷中的應用-基礎電子摘要：六氟化硫（SF6）氣體在電弧、電火花和電暈放電的作用下會發(fā)生分解，產(chǎn)生二氧化碳（CO2）、四氟化碳（CF4）等分解產(chǎn)物。SF6氣體組分分析（可在設備帶電狀態(tài)下進行）是診斷SF6氣體絕緣設備內(nèi)部運行情況的一個強有力的手段，據(jù)此可判斷設備是否故障，并確定故障的具體部位，近年來已有不少成功。

本文主要探討了GIS中典型放電性故障特征及相應的SF6氣體分解產(chǎn)物和分解機理，給出了不同放電類型故障相關試驗結果，并對常見的電暈放電故障給出了放電量與分解產(chǎn)物的關系。在此基礎上，歸納了不同放電故障下主要氣體分解產(chǎn)物的反應方程，并應用于一起GIS故障分析，為GIS潛伏性故障及其故障類型判斷累積經(jīng)驗。

0引言

GIS在城市電網(wǎng)中得到廣泛的應用，目前由于此類設備的結構和接線方式上的特殊性，傳統(tǒng)的檢測方法很難監(jiān)督其運行狀況，常規(guī)的SF6氣體的檢測方法僅檢測氣體濕度，無法判斷設備內(nèi)部是否存在潛伏性故障。

SF6氣體在設備正常的運行情況下均含有一定量雜質(zhì)，當設備內(nèi)部存在故障時，在電弧或高溫的作用下，SF6氣體本身或SF6與設備內(nèi)部的絕緣材料相互作用會產(chǎn)生一定種類和一定量的雜質(zhì)，通過對雜質(zhì)種類和含量的分析，可以分析并判斷SF6電氣設備內(nèi)部存在故障的情況。

采用SF6氣體分析技術判斷設備內(nèi)部故障，類似于采用絕緣油中溶解氣體分析方法判斷充油設備內(nèi)部故障，具有無需設備停電、可及時跟蹤設備內(nèi)部故障的發(fā)展狀況、方法簡便等優(yōu)點。

1GIS設備中典型放電性故障及SF6氣體產(chǎn)物

GIS設備在運輸、儲存和安裝中可能發(fā)生零部件松動，電極表面刮傷或安裝錯位引起的電極表面缺陷，導電微粒進入或工具遺忘在裝置內(nèi)等，這些隱患的存在和發(fā)展會造成設備內(nèi)部發(fā)生電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

筆者針對以上多種類型放電性故障及相關SF6分解機理分別展開討論。

1.1放電性故障類型

在SF6氣體絕緣設備中，放電性故障是使SF6氣體發(fā)生分解的主要原因。放電形式主要有3種：電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

表1對3種放電類型的產(chǎn)生機理、信號特征、持續(xù)時間和放電能量等方面的特點進行了簡單的歸納與總結。

1.2SF6氣體分解產(chǎn)物及規(guī)律

自20世紀70年代以來，國內(nèi)外對SF6氣體在不同放電條件下的分解特性進行了大量基礎研究，深入探討了SF6分解生成物的種類以及SF6分解的一般過程。如CHUFY于1986年對SF6氣體分解物的研究進行了總結，后續(xù)研究又進一步完善了SF6氣體分解產(chǎn)物種類，其中典型3種放電下產(chǎn)生的SF6分解產(chǎn)物如表2所示。

目前國內(nèi)外對典型放電故障下的SF6氣體分解產(chǎn)物特征形成了如下的共識：

（1）電弧放電，溫度往往可達20000K,會發(fā)生氣體熱分解現(xiàn)象。高溫下SF6及其分解物會與金屬發(fā)生反應，形成金屬氟化物。在分解產(chǎn)物中，SOF2是主要的穩(wěn)定分解產(chǎn)物；CF4是當電弧接觸有機材料時形成的；SO2是由SOF2水解形成。

（2）火花放電能量相對電弧放電較低，SOF2是主要的分解產(chǎn)物；SO2F2的體積分數(shù)較電弧放電有所增加；SF4是火花放電中重要的初始產(chǎn)物。

（3）電暈或局部放電，SO2F2的體積分數(shù)相對電弧放電，火花放電情況下要高得多，被認為是主要的氣體產(chǎn)物[5],可作為電暈或低能放電的一種特征。隨著放電能量降低（從電弧到火花），SO2F2體積分數(shù)增大。電暈放電時，有微量水份和氧氣的前提下，主要的穩(wěn)定氣體是SOF2、SO2F2和SOF4[9].雖然電弧放電和火花放電的信號特征、持續(xù)時間和放電能量有所差別，但其放電機理和試驗結果有相似之處，故在后文中將這兩種放電故障類型的機理和試驗結果在一起描述和分析。

2故障分析判斷實例

2.1故障經(jīng)過

2022年2月20日，某220kV站V4甲#、4乙#、5#母線A相電壓降低至0V（兩母線并列運行方式），同時2212線路A相電流及零序電流突增，故障性質(zhì)為線路發(fā)生A相接地故障。220kV縱聯(lián)差動保護動作跳閘，重合不成功，初次短路電流達12.39A（二次值），折合值為30.98kA.再次故障時短路電流達11.76A,折合值為29.40kA.

2.2SF6氣體分析

對八昆二2212間隔SF6氣體進行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)2212-2刀閘氣室（內(nèi)含2212線路側電流互感器、2212-2-27、2212-17）SO2氣體嚴重超標，初步判定為氣室內(nèi)部有放電故障。后又取氣體進行實驗室分析，檢測結果見表3.從檢測數(shù)據(jù)可以看出SO2,H2S,HF含量均遠遠高于注意值（50ppm），可初步判斷為電弧放電，CF4,CO2,CO含量出現(xiàn)是當放電故障涉及到固體絕緣材料時的產(chǎn)物；可確定其故障為涉及到固體絕緣材料的貫穿性電弧放電，同時又檢測同期投運的兩個相鄰的氣室，其組分除空氣外均為0,可推斷該故障可能已經(jīng)潛伏了一段時間由火化放電逐步變成電弧放電。

2.3GIS解體分析

開倉檢查2212-2氣室，發(fā)現(xiàn)倉體內(nèi)部和導體上均有一層白色粉末，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2212-2刀閘動觸頭導向屏蔽罩嚴重燒損，燒損殘片已散落至倉體內(nèi)和附著于倉體內(nèi)壁上。動觸頭座靠近B相側有明顯放電點，靜觸頭屏蔽罩處有明顯放電點，2212-2刀閘倉動觸頭座靠近B相一側倉體上附著大量殘片。2212-2刀閘倉解體后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)動觸頭一側的均壓罩缺失，如圖1所示，但是在倉壁上發(fā)現(xiàn)一塊故障殘留物，初步分析，其可能是故障時，均壓罩燒損后留下的殘留物。

2.4事故分析

故障發(fā)生后，將故障GIS返廠分析故障原因。2022年3月5日，在廠家進行故障GIS部件解體檢查，檢查發(fā)現(xiàn)2212-2刀閘動觸頭銅桿上有兩處放電痕跡，屏蔽罩鉚沖槽內(nèi)無鉚沖痕跡。電科院對附著在桶壁上的分解產(chǎn)物做了成分檢測，主要成分為F、Fe、Al、Cr,可判斷為屏蔽罩受電弧作用后的分解產(chǎn)物。結合在該站內(nèi)開倉檢查情況進行分析，初步判斷2212-2A相刀閘動觸頭導向屏蔽罩因鉚沖不實，造成脫落至動觸頭銅桿上，且在掉落過程中對筒壁圓筒與直筒相貫線處放電，是造成本次故障的直接原因。