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檢測分解產物來判斷SF6電氣設備故障方法

發布日期:2021-03-03 13:09瀏覽次數:
因為絕緣性能好、體積小等優點,近些年,SF6電氣設備大行其道,逐步取代了以絕緣油和干燥空氣作為絕緣介質的電氣設備,據不完全統計,全國SF6電氣設備達數十萬臺,已成為電力系統的主要設備,其應用對提高電力生產的安全經濟運行起到了很好的作用。但是SF6電氣設備也不是完美無缺的,由于在設計、材質、工藝和維護等方面存在些盲目性,使SF6電氣設備內部存在局部的絕緣缺陷,而現有電氣試驗方法不能直接反映其內部的缺陷。因此,將這些隱患藏之于電網,在熱和電的作用下,故障區域的SF6氣體和固體絕緣材料不斷分解,絕緣性能不斷下降,直至事故發生。據國內外近年的統計資料得知,電網運行事故中絕緣事故占60%以上,嚴重地影響了電力行業的安全經濟運行。
 
通過檢測分解產物來判斷SF6電氣設備故障方法的機理
 
SF6電氣設備內部絕緣材料,包括SF6氣體和固體絕緣材料兩類。SF6氣體是所有SF6電氣設備共有的,而固體絕緣材料則不同設備有所差異,主要有熱固形環氧樹脂、聚酯尼龍、聚酯乙烯、聚四氟乙烯、絕緣紙和絕緣漆等。不同絕緣材料的分解溫度和分解產物各不相同。其中,130℃時聚脂乙烯、紙和漆開始分解,主要產生CO、CO2和低分子烴;400℃以上時聚四氟乙烯開始分解,主要產生CF4;500℃以上時,SF6氣體和熱固形環氧樹脂開始分解,主要產生SO2、SOF2、H2S、CO和HF。
 
從上述得知,SF6氣體和熱固型環氧樹脂有很好的熱穩定性,對于正常運行的SF6電氣設備,其內部溫度僅僅比環境溫度高5℃~10℃,因此,不會有絕緣材料的分解,SF6氣體中沒有上述分解產物。但若設備內部存在局部放電、重燃和嚴重過熱性故障時,將使故障區域的固體絕緣材料和SF6氣體發生分解,產生SO2、H2S、CO、HF等分解產物。
 
SF6電氣設備安全研究方面的專家學者,在長期從事電氣設備的技術監督和故障診斷處理的過程中,對SF6電氣設備的原理、結構和內部絕緣材料有深入的了解,在研究設備故障時各種絕緣材料的裂解機理、分解產物的特征和對大量的故障實例進行統計分析后,提出通過檢測SF6氣體中特征組分(SO2、SOF2和HF是SF6分解的特征組分;H2S是熱固型環氧樹脂分解的特征組分;CO是聚酯乙烯、絕緣紙和絕緣漆分解的特征組分;CF4是聚四氟乙烯分解的特征組分)含量來判斷SF6電氣設備故障的方法。
 
現有檢測分解產物的方法及儀器
 
從上文可知,當SF6電氣設備內部存在故障時,故障區域的SF6氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下將裂解產生SO2、SOF2、H2S、CO、HF和CF4等特征組分,因此,檢測這些特征組分的含量便可診斷出設備內部故障。但由于內部潛伏性故障特征氣體的含量較小,SF6氣體的流動性又很差,分解產物主要借助于溶解、擴散和環境溫度的變化產生的微弱對流而緩慢地溶解到SF6氣體中。因此,選用靈敏度高和穩定性好、反應速度快的檢測方法和儀器十分必要。
 
目前,SF6電氣設備分解產物的檢測方法有電化學法、化學比色法、色譜法、電離法、動態離子法和紅外法。這些方法的優缺點見表1:
 
 
 
由表1我們可以得出這樣的結論:只有采用流動方式檢測的電化學法適用于SF6電氣設備分解物的檢測。近年來電化學傳感器技術有了很大的提高,這為SF6電氣設備分解產物現場檢測創造了條件。
 
目前,市場上銷售的檢測SF6分解產物的產品很多,性能和價格差別也很大。其中,我們公司的SF6分解產物分析儀,選擇優質電化學傳感器,改進了采樣氣路的設計,并對所有管道及閥門材料進行特殊處理,既保證了樣氣的進入與排出的平衡問題,又避免采樣氣路因材質原因對樣氣的干擾與吸附,能再現樣氣的真實狀態;該儀表不僅具有很高的靈敏度和穩定性,而且反應速度快、使用壽命長、耗氣量少,可以有效地檢出電氣設備內部的潛伏性故障。目前,該產品已被列入國家電網公司推薦產品采購目錄。
 
結束語
 
通過檢測分解產物來判斷SF6電氣設備故障的方法,雖然是最近幾年才研制出來的新方法,目前尚無行業標準,但幾年來, 我們公司的 SF6分解產物分析儀已在福建、江蘇、廣東、四川、云南等20多個省市進行了試點應用,已檢測出一百多臺設備故障,而其中60多臺系為系統運行中查出的隱患,避免了多起事故的發生。因此,隨著我們公司的 SF6分解產物分析儀在全國的推廣普及,將為SF6電氣設備的可靠運行提供保證,也為設備的維修診斷提供科學依據,有力地保障電力行業的安全運行。
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