特高压换流站设备SF6气体分解产物检测的应用分析

特高压换流站设备 SF6 气体分解产物检测的应用分析

刘进鹏 徐晓明 张京 黄国鉴 韩风玉 张韶帮 王亮 保万民

国网青海省电力公司检修公司 青海 格尔木 816000

摘要：SF₆分解产物检测是气体绝缘设备绝缘故障监测以及状态监测的有效方法，目前SF₆的应用多处于开关设备和GIS设备等。对于特高压换流站环流变压器阀侧套管以及直流穿墙套管的分解产物检测方面，针对换流站设备的SF₆分解物成分以及含量等参数进行分析，利用SF₆分解产物检测需要结合实验室检测和电声气联合检测等方法与信息针对异常检测结果进行全面分析。对此本文便围绕特高压换流站设备的SF₆气体分解产物检测的应用展开论述，分析了SF₆气体分解的特征和参考依据，并提出了有关的应用策略。

关键词：特高压换流站设备；SF₆气体分解产物；应用策略

引言：为了能够满足特高压换流站设备故障的检修要求，运用绝缘设备SF₆气体分解产物来实现设备绝缘故障的检测与状态分析，这种方法普遍在设备现场检测中运用，也是传统电气试验的补充方法。与超声波局部放检测和超高频检测等方法，对绝缘设备SF₆气体分解产物进行检测的方法有着灵活性高、稳定性强、易定性等特征。近些年随着电力系统建设的不断推进，针对GIS和SF₆分解物成分含量等参数进行分析，提高SF₆气体分解产物检测的应用实效。高压直流输电工程的发展，我国在换流站建设方面具有着明显进步，应阀厅防水和设备无油的标准，自上个世纪90年代后，换流变压器阀侧套管和直流穿墙套管都开始运用SF₆设备，针对SF₆气体分解产物检测的研究也多处于开关设备和GIS设备，但环流变阀侧套管等设备特点不同，所以研究气体组分和含量等针对设备故障检测工作来说具有明显帮助。

一、SF₆气体分解的特征以及参考依据

（一）SF₆气体分解特征分析

SF₆气体具有稳定的化学性质和较高的分解条件，约500℃以上的高温才能分解，在设备运作过程中SF₆气体分解产物相对较少，但若是设备存在漏电、高热故障、电火花等故障问题时则会导致SF₆气体出现化学分解反应，从而产生诸如CO₂、SOF₄、CO、SOF₂等有毒害气体。气体分解产物中的水分含量也会影响SF₆气体分解物的成分与含量。而SF₆气体的灭弧效果和修复效果较为优异，在点火熄灭之后，多数分解产物会重新结合生成较为稳定的SF₆气体和分子。含水分的法制气体的形成在放点结束后，SF₆气体符合期间会受到干扰，生成低氟化物以及SO₂等气体分解产物。水分子分解为O以及OH，OH会和低氟硫化物生成化学反应产生SOF₂或SOF₄等稳定的气体，而且气体也会逐渐向周边扩散，和水发生化学反应对设备绝缘材料带来一定的腐蚀影响。

（二）SF₆气体分解的参考依据

在SF₆开关设备稳定运作的条件下，SF₆气体分解产物很少，而在断路器灭弧气室中SF₆气体合成和分解效率都会比较高，气体介质绝缘恢复能力较强。SF₆气体分解后能够快速复合，复合率能够接近99.9%，在设备中设计吸附剂，因此设备内部一般不会监测到SF₆气体分解产物。所以SF₆气体分解产物能够作为设备现场监测的依据，一般将H₂S气体或SO₂气体作为设备故障的监测依据，辅助监测CO、CO₂、HF等气体的成分能够快速找出设备中的故障情况，从而制定针对性的解决措施。对于不同气室中所监测出的气体具有不同的判断阈值和监测周期以及方法，监测的SO₂等气体成分参考依据需要达到预定的量值区间，能够结合参考的范围针对被检测设备进行检测和检修^[1]。

二、特高压换流站设备SF₆气体分解产物检测的应用

（一）检测方法

SF₆气体的物理化学形状较为复杂，所以SF₆气体分解产物的现场检测也具有一定难度。当前针对SF₆气体分解产物的检测方法氛围气相色谱法和红外光谱法以及气体检测管法等多种，这些监测方法都具有不同的原理和适用条件。气相色谱法是当前实验室SF₆气体放电分解气体组分监测的常用手段，但针对SO₂气体的检测效果不太理想，整体上检测周期较长，所需的仪器设备维护难度较大等，对于设备现场快速检测来说应用效果难以达到预期。电化学气体传感器的检测效率较高，而且具有将哦啊哦的灵敏度，能够做到现场带电检测等，这也是现场分析检测的有效设备手段，因此近些年设备现场检测大多沿用便携式检测设备和电化学气体传感器。这一方法主要通过被检测气体在高温催化的条件下产生的化学反应改变传感器输出电信号，从而得出被检测气体的成分。电化学传感器通过传感电极以及反电极等结构组成，通过薄点解层间隔，气体经过细小的毛管型孔隙和传感器产生反应，利用憎水屏障达到传感电极。这一方法允许部分气体和传感电极产生反应，生成足够的电信号输出，而且能够避免电解质溢出传感器。传感电极选择氧化或还原机理，对于被检测气体设计电极材料能够催化气体和电极产生反应，连接两个电极的电阻上流过和被检测气体体积参数成正比的电流，监测电流或对应的电压信号便能够得到气体的体积分数

^[2]。

（二）现场检测

利用电化学传感器便携式检测设备对±800kV的某换流站直流穿墙套管以及部分变压器阀侧套管进行检测。为了方便和GIS以及开关设备气体分解产物进行明确比对，并且检测设备也具有一定设备，只能利用SO₂和H₂S等气体组分进行检测和分析。经过对设备SF₆气体的检测结果来看，直流穿墙套管中并没有检测出SO₂和H₂S气体，换流变阀侧套管检测不出H₂S气体，而一些阀侧套管则可以检测到含量不高的SO₂气体、对比之下，部分换流变套管中的SO₂气体含量较高，但也在IEC标准之中。

某±500kV换流站年度检修工作中进行SF₆气体分解物的检测，在3个换流变阀侧套管中检测出SO₂气体，而且经分析后气体含量较高，约达到了300μL/L，对其中的一个套管进行返厂检查，包含绝缘常规测试和吸附剂释放SO₂测试以及短时通流试验等，绝缘常规试验能够检查套管有无明显的绝缘缺陷，而短时通流试验则主要检查是否存在SF₆气体分解热点。解题检查没有发现放电现象，吸附剂释放SO₂试验则证明套观众的吸附剂可以吸附一部分的SO₂气体，当套管进入新气之后SO₂气体则会逐渐释放。对于返厂检查的套管并没有找出SO₂气体生成的主要原因在于以下两点，其一为套管安装之后充气环节中新气不够纯，其中也含有SO₂气体。其二为运行期间具有微弱低能量放电，导致SO₂气体的生成。返厂检测电气试验和解体监测并没有发现明显的绝缘缺陷现象，所以新气不纯的几率较大，将经过检测维修的套管投入运行，套管的检测结果和运行情况也证明了原因在于新气不纯^[3]。

（三）SF₆气体分解产物各组分的检测规定

为确定SF₆气体是否需要回收处理而进行现场检测，检测项目一般有纵火性气体分解物、空气、SF₄、水、矿物油等。国网规范和南网预试规程对于SF₆断路器以及GIS设备现场分解产物检测结果的判断也给出了参考，具体如表1所示。

表1

结束语：对于特高压换流站设备来说，SF₆气体分解产物的检测过程中，在设备正常运作的情况下，SO₂以及H₂S等气体含量与GIS设备没有较大差别。在新建换流站试运行之后，条件允许的情况下需要对气体绝缘套管进行SF₆气体分解物检测，能够为以后的设备检修提供参考。

参考文献：

[1]许杨,郝跃东,欧阳震.特高压换流站设备SF_6气体分解产物检测的应用[J].东北电力技术,2013:28-30+34.

[2]蒋俊凤,孙金奇,蔡京京,郝春来.应用SF6气体分解产物的高压开关设备故障诊断[J].黑龙江科技信息,2017:66-66.

[3]颜湘莲,王承玉,季严松,郭媛媛.开关设备中SF_6气体分解产物检测的应用[J].电网技术,2010:166-171.