开关设备中SF6气体分解产物检测的应用

童洁

摘要：文章以ＳＦ６气体组分的现场检测手段为出发点，对SF6电气设备内SF6气体分解产物的产生与危害进行了分析，进而探讨了SF6气体分解产物检测在开关设备中的应用。

关键词：开关设备；SF6气体分解产物；检测应用

1.前言

SF6绝缘金属封闭式开关设备是利用具有优异绝缘性能的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的组合电器，其对现场的安装有着严格的要求，本文就开关设备中SF6气体分解产物检测的应用进行了讨论。

2．ＳＦ６气体组分的现场检测手段

ＳＦ６气体组分的现场检测手段

ＳＦ６分解产物大多性质活泼、含量低、种类多，很难用一种方法进行定量检测。ＧＢ８９０５－１９９６推荐便携式气相色谱仪、气体检测管和电化学传感器检测仪为ＳＦ６气体分解产物的现场分析有效设备。由于气体检测管法受温度、湿度和存放时间的干扰较大，因此目前现场检测较少使用气体检测管。

电化学传感器检测仪主要可以检测ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＨＦ和ＣＯ四种气体，而对其它的ＳＦ６分解产物则

无能为力。此外，被测组分间还存在相互干扰，如Ｈ２Ｓ传感器会对ＳＯ２有响应。不过由于电化学传感器法检测速度快，效率高，操作简单，目前在现场检测中应用较多。

3.SF6电气设备内SF6气体分解产物的产生与危害

SF6电气设备可分为有电弧产生的断路器和无电弧产生的变压器、互感器、避雷器、电容器、隔离刀闸、接地刀闸、套管和母线两大类。

正常运行的SF6电气设备，内部温度不高于80℃，SF6气体不会分解，也不会与其他材料发生反应。在非电弧气室中没有分解产物；在有电弧的断路器室中，分合闸动作会产生2000℃以上高温，但因为SF6气体复合速度快，灭弧能力强，复合率达99.8％，所剩余少量的SO2、H2S和HF等分解产物会被放置于设备内部的吸附剂所吸收。因此，正常运行的SF6电气设备里不会有明显的分解产物。

SF6电气设备内部绝缘材料，除了SF6气体，还有固体绝缘材料。固体绝缘材料主要有热固性环氧树脂、聚酯尼龙、聚酯乙烯、聚四氟乙烯、绝缘纸和绝缘漆等。以上绝缘材料由S、F、C、H和O等元素组成。引起SF6气体分解的主要原因有：局部放电、火花放电和电弧放电等，设备内部不同的绝缘缺陷会引起不同的放电类型，产生不同的电能，不同的温度。当设备出现故障，故障点温度达到以下温度时，会产生不同的分解产物：

①故障点温度达到130℃时，聚酯尼龙、聚酯乙烯、纸和漆开始分解，主要产生CO2、CO、低分子烃和少量的SO2；

②故障点温度达到400℃时，聚四氟乙烯开始分解，主要产生CF4；

③故障点温度达到500℃以上时，SF6气体、环氧树脂开始分解，主要产生SO2；SOF2、H2S、CF4、CO、CO2和低分子烃等。

上述这些SF6气体分解产物在分解过程中造成设备内部有机绝缘材料的性能劣化，低氟化物与金属反应，造成设备内部金属的腐蚀，致使设备性能下降。不仅危及设备的安全，危及电网的安全运行，也给工作人员带来潜在的危险。

多年来，经多个省市检测机构多年研究SF6电气设备发生故障时设备内部绝缘材料的裂解机理、分解产物的特征组分，并对各种故障实例进行统计后提出，SO2是SF6气体分解的特征组分，H2S是热固型环氧树脂分解的特征组分，CO是聚酯乙烯、绝缘纸和绝缘漆分解的特征组分。这样可通过检测特征组分来判断故障类型。

依据新的试验规程进行现场试验，检测SO2、H2S和CO这几个特征组分的含量是否超过标准要求的参考指标，能准确、快速及方便的判断出设备内部是否存在缺陷或故障。

4.SF6气体分解产物检测在开关设备中的应用

4.1检测方法

基于SF6气体分解产物检测理论，对运行中设备、故障设备和型式试验后设备进行了SF6分解产物SO2、H2S和HF等组分的检测，分析设备内部绝缘状况，统计设备运行状态与气体分解产物的关系。

4.2运行中设备的分解产物检测

为掌握SF6开关设备运行状态，对110kV及以上电压等级的运行设备已逐步开展SF6气体分解产物普测工作，取得了一定的应用效果，为及时消除设备运行隐患和潜伏性故障提供了依据和指导。

以某换流站的运行中交流开关设备的SF6气体分解产物检测为例，用气体检测管先粗测气体分解产物SO2、H2S和HF组分的含量，均未检测到H2S和HF组分，SO2组分含量较小，进而采用具备电化学传感器的便携式检测仪器确定SO2+SOF2气体组分的总含量，检测结果如表1所示。

4.4型式试验后设备的分解产物检测

对开关设备进行型式试验，主要目的是检验设备操动机构及其辅助设备的动作性能，考核开关设备的极限状态。国家高压电器质量监督检验中心（和机械工业高压电器产品质量检测中心是进行开关型式试验的两个大功率试验站，型式试验项目有10%额定短路开断电流（T10）、30%额定短路开断电流（T30）、60%额定短路开断电流（T60）、对称条件下100%额定短路开断电流（T100s）、非对称条件下100%额定短路开断电流（T100a）（修改为中文，或者给出相关的参考文献）试验和关合试验、电寿命试验、近区故障和切空载架空长线试验等方式。

开关设备进行型式试验后，气室中会产生大量SF6气体分解产物，一般用气体检测管和气相色谱仪对型式试验前后设备的气体成分进行检测分析。以在2大试验站进行的断路器试验为例，对型式试验后开关设备的SF6分解产物进行了现场检测和实验室分析。

5.结束语

随着我国电力工业的发展，SF6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，可见研究设备故障诊断的有效方法显得尤为重要。

参考文献：

[1]孟玉婵，朱芳菲.电力设备用六氟化硫的检测与监督[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]张晓星，姚尧等.SF6放电分解气体组分分析的现状和发展[J].高电压技术，2010，34（40）：664-670.