gis設(shè)備內(nèi)部絕緣檢測(cè)與故障評(píng)估

gis設(shè)備內(nèi)部絕緣檢測(cè)與故障評(píng)估

0fpsd檢測(cè)sf6氣體分解產(chǎn)物的特點(diǎn)由于氣體泄漏壓閉設(shè)備（gis）的占領(lǐng)面積小、可靠性高，在電氣系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。由于GIS全部元件都封閉在金屬殼中,其早期故障較常規(guī)變電站更難發(fā)現(xiàn),故障造成的損失也更大,對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),避免事故的發(fā)生一直是國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。相關(guān)試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,通過檢測(cè)GIS設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物對(duì)設(shè)備內(nèi)部絕緣進(jìn)行故障診斷和狀態(tài)評(píng)估,具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn),被廣泛用于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析。SF6氣體化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定,是一種不燃、無(wú)臭、無(wú)毒的惰性氣體,密度約為空氣的5倍,其分解溫度約為500℃以上,水分存在時(shí),能加速其分解。在放電作用下,SF6分解形成低氟化物和游離氟,若是純凈的SF6氣體,上述分解產(chǎn)物將隨著溫度降低而快速?gòu)?fù)合,還原為SF6氣體。在實(shí)際的GIS設(shè)備中,SF6氣體含有微量的空氣、水分和礦物油等雜質(zhì),這些雜質(zhì)參與反應(yīng)生成穩(wěn)定的分解物,如SO2、SOF2、H2S、HF等。因此,通過檢測(cè)SF6氣體分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性故障和故障定位有很大幫助。通過大量模擬設(shè)備故障的試驗(yàn)和對(duì)運(yùn)行設(shè)備氣體成分的檢測(cè)分析,得到如下結(jié)論:(1)對(duì)發(fā)生故障或存在缺陷的GIS設(shè)備,SO2和SOF2是其主要特征組分,SOF2易水解生成SO2;(2)設(shè)備故障或缺陷涉及固體絕緣時(shí),CF4會(huì)明顯增加且常伴有H2S產(chǎn)生。1氣體sp6分解產(chǎn)物的檢測(cè)和應(yīng)用1.1檢測(cè)方法分類目前,GIS設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法、紅外吸收光譜法、檢測(cè)管法、電化學(xué)傳感器法等。這些方法的測(cè)量原理各異,適用于不同場(chǎng)合、檢測(cè)分解產(chǎn)物的不同組分。筆者對(duì)幾種檢測(cè)方法的原理、技術(shù)特點(diǎn)及適用條件進(jìn)行介紹。1.1.1氣體雜質(zhì)檢測(cè)氣相色譜是以惰性氣體(載氣)為流動(dòng)相,以固體吸附劑或涂漬有固定液的固體載體為固定相的柱色譜分離技術(shù),配合熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)、火焰光度檢測(cè)器(FPD)、電子捕獲檢測(cè)器(ECD)和氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)等,可對(duì)氣體樣品中的硫化物、含鹵素化合物和電負(fù)性化合物等物質(zhì)靈敏響應(yīng),其檢測(cè)精度較高,主要用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析。氣相色譜儀在實(shí)驗(yàn)室分析SF6氣體雜質(zhì)得到的典型色譜圖見圖1。色譜—質(zhì)譜聯(lián)用和色譜—紅外聯(lián)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)未知物質(zhì)的定性。根據(jù)IEC60480—2004中對(duì)SF6氣體現(xiàn)場(chǎng)分析方法的規(guī)定,可采用配有熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)的氣相色譜儀檢測(cè)SF6氣體中的SO2、SOF2、空氣和CF4等雜質(zhì)成分。目前,便攜式氣相色譜儀可實(shí)現(xiàn)SF6電氣設(shè)備內(nèi)空氣、CF4、CO2等組分的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,但因色譜進(jìn)樣的檢測(cè)時(shí)間過長(zhǎng)、色譜柱分離效果受環(huán)境條件等因素影響較大,使得檢測(cè)結(jié)果難以滿足要求,可見氣相色譜法不適合用于開關(guān)設(shè)備內(nèi)SF6氣體分解產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)。1.1.2紅外光譜分析技術(shù)紅外吸收光譜法是利用一束紅外光穿過樣品氣體時(shí),由于樣品氣體對(duì)紅外光的吸收,紅外光的吸收量與該氣體體積分?jǐn)?shù)之間呈線性關(guān)系。透過的光與發(fā)射的光的比值對(duì)波長(zhǎng)的函數(shù)就構(gòu)成了樣品物質(zhì)的紅外吸收光譜。特定氣體的紅外吸收光譜將在該氣體的吸收波長(zhǎng)處表現(xiàn)出尖峰。紅外光譜的特征性和化學(xué)鍵的振動(dòng)是密切相關(guān)的。凡是能用于鑒定原子基團(tuán)存在并有較高強(qiáng)度的吸收峰,稱之為特征峰,對(duì)應(yīng)的頻率稱之為特征頻率,該基團(tuán)其他的振動(dòng)形式的吸收峰,習(xí)慣上把這些相互依存而又相互可以佐證的吸收峰稱之為相關(guān)峰。由于在中紅外光譜范圍內(nèi),幾乎自然界的所有氣體都有吸收效應(yīng)(包括SF6及其分解產(chǎn)物),故采用紅外寬譜光源的吸收光譜技術(shù)可有效的測(cè)量SF6組分混和氣體的體積分?jǐn)?shù)。紅外吸收光譜法存在的問題是:SF6及其部分分解氣體的吸收峰十分接近,有交叉干擾現(xiàn)象,必須使用標(biāo)準(zhǔn)氣體得到參考圖譜對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行校正,而有些標(biāo)氣如SOF4非常不穩(wěn)定;紅外光源強(qiáng)度低,檢測(cè)器靈敏度低,造成其定量精度不如紫外—可見光譜等方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需氣體分離、需要樣氣少、可在分解氣體組分定性的同時(shí)完成定量、檢測(cè)時(shí)間短,可形成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1.1.3氣體檢測(cè)管的基本原理檢測(cè)管是以化學(xué)顯色反應(yīng)(如酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)等)為基礎(chǔ)的化學(xué)方法,用于檢測(cè)SF6氣體分解產(chǎn)物中SO2、HF、H2S、CO2和礦物油等雜質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)。氣體檢測(cè)管的測(cè)量原理是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)與物理吸附效應(yīng)的干式微量氣體分析法,即“化學(xué)氣體色層分離(析)法”。氣體檢測(cè)管是裝有檢測(cè)劑的帶刻度玻璃管,檢測(cè)劑是將某些能與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并可改變顏色的化學(xué)試劑吸附在固體載體顆粒表面上加工而得,如H2S氣體檢測(cè)管的反應(yīng)原理為式(1)中:Pb(AC)2為白色試劑;PbS為棕褐色沉淀。H2S氣體檢測(cè)管(量程為10μL/L)的示意圖見圖2,當(dāng)含有H2S的被測(cè)氣體通過檢測(cè)管時(shí),與吸附在載體上的Pb(AC)2反應(yīng)產(chǎn)生棕褐色染色段,染色段長(zhǎng)度與H2S氣體體積分?jǐn)?shù)成正比,從而確定被測(cè)氣體中的H2S體積分?jǐn)?shù)。不同氣體檢測(cè)管的檢測(cè)劑成分不同,但化學(xué)分析原理基本相同?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí),氣體檢測(cè)管可直接利用設(shè)備的壓力進(jìn)樣,其與設(shè)備直接相連,在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)以標(biāo)定的流速流過檢測(cè)管,根據(jù)管內(nèi)顏色變化的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)刻度,可得到所測(cè)氣體的濃度。由于檢測(cè)管的量程范圍大,操作簡(jiǎn)便、分析快速,適應(yīng)性較好,又具有攜帶方便、不需維護(hù)等特點(diǎn),在電氣設(shè)備SF6氣體分解產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中應(yīng)用較廣,但氣體檢測(cè)管的檢測(cè)精度較低,且不同氣體之間的化學(xué)反應(yīng)易發(fā)生干擾現(xiàn)象。1.1.4傳感電極氧化電化學(xué)傳感器技術(shù)是利用被測(cè)氣體在高溫催化劑作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而改變傳感器輸出電信號(hào)的原理,確定被測(cè)氣體成分及其體積分?jǐn)?shù)。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極(工作電極)和反電極組成,并由一個(gè)薄電解層隔開。氣體先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng),經(jīng)過憎水屏障,到達(dá)傳感電極表面。此方法允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng),以產(chǎn)生足夠的電信號(hào)輸出,同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。傳感電極采用氧化或還原機(jī)理,針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料可催化氣體與電極反應(yīng)。在連接兩電極間的電阻上流過與被測(cè)氣體體積分?jǐn)?shù)成正比的電流,測(cè)量該電流或相應(yīng)的電壓信號(hào)即可確定氣體體積分?jǐn)?shù)。采用電化學(xué)傳感器法的檢測(cè)儀器具有檢測(cè)速度快、效率高、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)等優(yōu)勢(shì),但也存在組分間的交叉干擾問題、儀器的零漂及溫漂問題、傳感器壽命短等問題。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)定期對(duì)檢測(cè)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。1.2設(shè)備內(nèi)分解產(chǎn)物的檢測(cè)1)運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)。正常運(yùn)行的SF6氣體絕緣電氣設(shè)備非開斷氣室一般沒有分解產(chǎn)物,即使在有電弧的斷路器室,也因其分合速度快、良好的滅弧功能、SF6氣體的高復(fù)合性(復(fù)合率達(dá)99.8%以上)以及內(nèi)部裝有吸附劑,不會(huì)有明顯的分解產(chǎn)物。而存在缺陷的SF6電氣設(shè)備,則會(huì)因較強(qiáng)的局部放電及設(shè)備異常發(fā)熱產(chǎn)生大量分解物,分解物的產(chǎn)生速率和吸附劑的吸附速率達(dá)到一定程度的平衡,從而設(shè)備內(nèi)部的SF6分解產(chǎn)物濃度相對(duì)穩(wěn)定或隨著設(shè)備缺陷的惡化而增加。因此,通過檢測(cè)運(yùn)行SF6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)分解產(chǎn)物可有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷。2)故障設(shè)備檢測(cè)。對(duì)于突發(fā)性設(shè)備故障,其放電能量較大,故障氣室的SF6氣體分解產(chǎn)物濃度達(dá)到幾百甚至幾千μL/L,可利用檢測(cè)管在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障氣室進(jìn)行定位。對(duì)故障氣室的氣體取樣,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步分析,對(duì)GIS設(shè)備故障產(chǎn)生的分解產(chǎn)物進(jìn)行準(zhǔn)確定性和定量分析可以為判斷故障類型提供參考,同時(shí)為深入研究GIS設(shè)備故障類型與特征組分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系提供分析數(shù)據(jù)。3)耐壓試驗(yàn)后設(shè)備檢測(cè)。在GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)過程中,可采用SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)作為擊穿放電定位技術(shù),該方法還可用于檢測(cè)GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)過程中的局放。GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)的交流電壓源多采用串聯(lián)諧振裝置,設(shè)備擊穿時(shí),由于電路失去諧振條件,電源輸出電流自動(dòng)減小,試品兩端的電壓驟然下降,擊穿放電能量較小,放電產(chǎn)生的SF6氣體分解產(chǎn)物量級(jí)不大,同時(shí),由于部分GIS設(shè)備氣室容積較大且裝有吸附劑對(duì)SF6分解產(chǎn)物有很強(qiáng)的吸附作用,因此SF6分解產(chǎn)物濃度很小,對(duì)檢測(cè)儀器的檢測(cè)靈敏度要求較高。2接地開關(guān)氣室繼承1)故障設(shè)備檢測(cè)。某換流站500kVGIS5211斷路器C相跳閘,為確定故障情況,對(duì)相關(guān)氣室的SF6氣體放電分解產(chǎn)物進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)521167接地開關(guān)C相氣室內(nèi)部SF6氣體分解物體積分?jǐn)?shù)很高(SO2體積分?jǐn)?shù)大于300μL/L),其余氣室未見異常。結(jié)合故障錄波情況,初步認(rèn)定521167C相接地開關(guān)氣室發(fā)生了嚴(yán)重的電弧放電故障。對(duì)該氣室的解體照片見圖3。接地開關(guān)動(dòng)觸頭燒蝕嚴(yán)重,并有大量固體粉末產(chǎn)生。2)耐壓試驗(yàn)后設(shè)備檢測(cè)。為了判斷GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)時(shí)的狀況,某變電站對(duì)500kVGIS設(shè)備工頻耐壓試驗(yàn)后進(jìn)行了SF6氣體分解物檢測(cè)。檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn),51431A相隔離刀閘氣室和51132A相CT氣室存在SF6分解產(chǎn)物,具體檢測(cè)結(jié)果見表1、2,同期檢測(cè)的其他氣室均未檢出SF6分解產(chǎn)物。通過對(duì)上述2個(gè)氣室的解體,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有明顯的沿面放電痕跡,驗(yàn)證了對(duì)放電定位的準(zhǔn)確性,解體的故障氣室見圖4、5。對(duì)于SF6氣體分解物特征組分及體積分?jǐn)?shù)與GIS設(shè)備內(nèi)部不同類型故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系還需要大量的模擬試驗(yàn)和運(yùn)行設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步確定。3異常放電的定位應(yīng)用SF6氣體分解物檢測(cè)技術(shù)對(duì)某換流站故障后的GIS設(shè)備進(jìn)行了準(zhǔn)確的故障定位,對(duì)某變電站500kVGIS設(shè)備工頻耐壓試驗(yàn)后的狀態(tài)