利用六氟化硫分解产物诊断高压电气设备内部故障
摘要：高压电气设备中，SF6气体因其优良的灭弧性能和绝缘特性，被作为灭弧和绝缘的介质而广泛应用，高压电气设备中不同绝缘缺陷引起的局部放电会产生分解化合气体，相应的分解化合气体成分、含量以及产生速率等也有差异，这样使得通过分析分解产物的组分来判断故障类型成为可能，并可以通过检测设备中SF6气体分解气体组分及化合产物，来判断绝缘缺陷类型、性质、程度及发展趋势。 关键词：高压电气设备；分解产物；故障 1 概述
高压电气设备已成为电力系统的主要设备，为电力生产的安全经济运行发挥积极的作用。但近年来，也暴露出一些设备内部的固体绝缘材料的质量、设计安装和运行维护工艺存在一些问题，使设备内部存在绝缘缺陷，乃至发生事故，严重的威胁了电力生产的安全。实践证明了应用二氧化硫、硫化氢、氟化亚硫酰( SOF2 )等含量测试可以快速、方便、准确地检出设备内部故障，由于内部故障被早期检出，从而避免了事故的发生，为六氟化硫电气设备的安全经济运行发挥了很好的作用。 2 故障检测原理及分析
2.1 高压电气设备内部故障时绝缘材料分解产物的特征
对于正常运行的电气设备，其内部温度不高于80℃，因此，不会有SF6等绝缘材料的分解产物，但若设备内部存在局部放电和严重过热性故障时，将使故障区域的固体绝缘材料和SF6气体发生分解。
若进行所有的产物检测，虽能更准确的判断内部故障的部位，但是由于上述的物质中除二氧化硫、硫化氢、四氟化碳、一氧化碳毒性较少外，其它都是剧毒，在设备内部的含量极少，又不稳定。含量稍多的四氟化硫、二氟化氧硫等有很快会与SF6气体中的水分进行水解反应产生稳定的二氧化硫和氟化氢。因此，气室中的二氧化硫含量除了由SF6和固体绝缘材料分解直接生成外，还会由二氟化氧硫等的水解产生。固体绝缘材料主要有环氧树脂、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚脂乙烯、聚酰胺树脂、绝缘纸和漆等，当故障点温度达到200℃时，聚脂乙烯、绝缘纸和漆开始分解，主要产生二氧化碳一氧化碳和低分子烃；当故障点温度达到500℃时，SF6气体和其他固体绝缘材料开始分解，主要产生二氧化硫、硫化氢、二氟化氧硫、四氟化碳、氟化氢、二氧化碳一氧化碳和低分子烃。 2.2 高压电气设备内部故障的分类
高压电气设备内部故障可分为放电和过热两大类。而放电又分为电晕放电、火花放电和电弧放电。内部常见的故障部位可归纳为以下六种：（1）导电金属对地放电。这类故障主要表现在SF6气体中存在导电颗粒和绝缘子、拉杆缺陷引起导电杆对地放电。这种放电性故障能量大，产生大量的二氧化硫、二氟化氧硫、硫化氢和氟化氢等。景洪案例。。。（2）悬浮电位放电。这类故障通常表现在断路器动触头于绝缘拉杆间的接触不良和CT二次引出线电容屏上部固定螺丝松动引起插销两侧金属或螺帽与螺杆间悬浮电位放电，这种放电性故障能量不是很大，一般情况下只有SF6分解产物，主要生成二氧化硫、氟化氢和硫化氢。如例子
（3）导电杆的连接接触不良。当故障点温度超过500℃时，SF6和周围固体绝缘材料开始热分解。当温度达700℃以上时，将造成动、静触头或导电杆连接处梅花触头外的抱箍蠕变断裂，最后引起触头融化脱落，引起绝缘材料的分解，其主要产物为二氧化硫、氟化氢、硫化氢等。（4）互感器和套管电容屏短路。当内部故障时，将使故障区域的六氟化硫气体和聚酯乙烯、绝缘纸和漆等绝缘材料裂解，主要产生二氧化硫、二氟化氧硫、氟化氢、一氧化碳和低分子烃。（5）断路器重燃。断路器正常开断时，电弧一般在一个正常周波内熄灭，但当灭弧不正常或电流不过零的时候，电弧不能熄灭，将灭弧室和触头灼伤，此时SF6气体和聚四氟乙烯分解，主要产生二氧化硫、二氟化氧硫和氟化氢。
3 高压电气设备内部故障的主要检测对象
由于高压电气设备内部的SF6气体和环氧树脂等绝缘材料的分解温度较高而故障初期的能量一般都较低，所产生的分解产物的浓度偏小，加上设备中放置有能吸附水和分解产物的吸附剂，而且预防性试验周期又长，因此，要检出内部早期故障就必须严格控制分解产物的浓度。从以上分析中得知，设备内部故障时，虽然分解产物很多，但主要的分解产物为二氧化硫、二氟化氧硫、硫化氢、四氟化碳、氟化氢和一氧化碳。对内部绝缘材料的裂解机理和对各种故障实例进行统计分析后，认为选择二氧化硫、二氟化氧硫、硫化氢作为检测对象，也完全能准确检出设备内部故障。 4 结束语
检测分解产物中的含量诊断设备故障，有助于及时发现设备的内部隐患，结合检测相关的电气设备本身的特性变量、局部放电量、环境温度、气压、微水、部位等，评估缺陷的危险性，避免事故的发生以及故障的快速修复，对于电气设备的管理和安全有重大突破，具有巨大的经济效益和社会效益。
总之，检测电气设备SF6气体的分解产物中的含量，可以检测出电气设备的早期故障。SF6电气设备出现异常时，其分解产物的浓度能够将设备内部的故障缺陷直接反映出来，设备缺陷的不同，故障过程中产生的SO2、H2S和CO的浓度也会有所差异，需要工作人员依据环境温度、气压、微水、部位等实际情况进行分析和判断，提高故障诊断的准确性，以期找到有效的解决对策，避免事故的发生。
【摘要】： SF_6气体是一种具有良好电绝缘性气体,被广泛应用到高压电器设备中,使用该气体的设备具有体积小、噪音低、维护工作量小等特点。但是随着数量和运行年限的增长,SF_6设备的安全事故频有发生,现有的检测手段不能满足SF_6电力输送系统高速发展的需求。我校与长春超高压局共同立项,设立专项小组共同研究SF_6气体的安全检测方案。本论文与实际课题相结合,采用气相色谱-质谱联用法及傅立叶变换红外光谱法,对高压电器中在放电条件下SF_6分解气体进行定性、定量分析。通过采集分析大量的模拟实验样品和高压电流互感器、高压断路器设备中气体样品,得出SF_6在生成强腐蚀性气体之前,会生成多种化合物成分,称这些混合气体为早期分解物。通过标定这些早期的气体成分,跟踪分析其在不同实验条件下的变化规律,得到的实验结论证明,使用定性、定量分析方法能够做到对高压电器设备中SF_6分解情况进行预先判断,为SF_6高压电器设备提出新的测检方案。本项目小组研制一台故障气体模拟放电装置。该装置可以模拟高压电器中SF_6气体在压力、温度、湿度、能量等条件变化情况下的分解过程,为论文结论提供大量数据。