SF_6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用

通过检测GIS设备中SF6气体分解产物对设备内部绝缘进行故障诊断和状态评估,具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点,正在被应用于设备现场检测分析。笔者分析了SF6分解产物不同检测方法的特点,选用适合现场检测的方法和仪器,对耐压试验后的设备进行气体成分分析,根据SF6分解产物的组分及体积分数进行设备的状态评价和故障诊断。

电弧作用下SF_6气体分解产物的试验研究

SF6开关设备发生故障或存在缺陷时,设备内部会产生SF6分解产物,通过检测这些分解产物为设备故障定位和缺陷诊断提供了有效手段。试验研究了SF6开关设备在不同开断电流、不同燃弧时间以及有无吸附剂情况下SF6气体分解产物的变化情况,分析了设备在电弧放电故障时SF6气体分解产物体积分数变化趋势及影响因素,为设备的故障诊断提供了有效手段。

稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率分析

采用有限元方法和等效电路法对稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率进行计算,将求解结果与实验测试结果进行比较,验证了计算结果的准确性。

应用SF_6气体分解产物的高压开关设备故障诊断

全封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)、SF6断路器等高压开关设备广泛应用于110 kV及以上电压等级的电网中,设备故障诊断及状态判断是亟待解决的关键问题。分析SF6开关设备发生放电、过热等故障产生的气体分解产物,提出不同故障类型的分解产物特征气体,比较设备故障诊断现有判据,提出开关设备故障现场预判的参考指标及综合诊断依据。给出基于SF6气体分解产物的开关设备故障诊断应用案例,分析悬浮电位放电、零件连接异常和导体异常发热故障等设备潜伏性缺陷诊断和GIS设备故障间隔定位,结果表明SF6气体分解产物的开关设备故障诊断技术具有可行性和广阔的应用前景。

气体绝缘开关设备中SF6气体分解产物检测与设备故障诊断的研究进展

气体绝缘设备中SF6气体分解产物检测为设备故障诊断提供了有效依据,笔者对SF6气体分解产物的检测技术、试验研究、数据建模及其在设备故障诊断应用等方面的国内外研究现状进行了综述,概要总结了国家电网公司近年来在SF6气体分解产物研究方面取得的新进展,提出了SF6气体分解产物相关方面仍需进一步研究的内容,结合设备状态评价的需求,以期得到设备故障诊断的SF6气体分解产物判据,直接指导气体绝缘设备的运行管理。

气体绝缘设备中SF_6气体分解产物与设备故障关系的建模

运行表明SF6气体分解产物检测方法成为了气体绝缘设备状态检测的有效手段,但分解产物与设备故障关系及其现场应用参考指标等有待深入研究。本文提出了SF6气体分解产物与设备故障的建模方法和流程,对开断电弧、局放和异常发热下的分解产物实验数据进行了统计分析,建立了设备在典型工况下的分解产物概率模型,并通过现场实测验证了建模方法和概率模型的有效性。利用建立的概率模型,提出了设备故障概率估计的贝叶斯构想,为运行设备状态评价提供了有效依据。

开关设备中SF_6气体分解产物检测的应用

运行经验表明,通过检测开关设备中SF6气体分解产物对设备内部绝缘进行故障诊断和状态评估,具有抗干扰能力强、灵敏度高等优势,被广泛用于设备现场检测分析。通过分析开关设备的SF6气体检测理论,在SF6气体分解产物检测技术的指导下,对运行中设备、故障设备和型式试验后设备的SF6气体分解产物进行检测和结果分析,确定了设备在不同状态下的SF6气体组分及其含量。基于大量设备的SF6气体分解产物现场检测结果,指出了SF6气体绝缘设备故障的特征气体及其在设备故障诊断中的应用前景。

基于SF_6气体分解产物检测的气体绝缘开关设备状态监测

分析了SF6气体分解产物检测方法,开展了气体绝缘开关设备(GIS)设备分解产物带电检测,对检测结果进行了统计分析,得到了不同类型设备中的分解产物特性。统计分析结果表明,正常运行设备均未检测到SO2和H2S组分,50%以上的设备检测到CO组分但含量不超过20μL/L,互感器检测到CO组分概率稍高且含量较大。对检测到SO2组分的设备气室进行了跟踪检测,结合设备运行工况,对设备状态进行了综合判断,通过解体检查验证了SF6气体分解产物检测措施及状态监测结果的有效性。

一种测量真空开关灭弧室真空度的新方法

提出了一种无需施加磁场、利用发射电流衰减速度测量真空开关灭弧室真空度的新方法。首先利用500μA发射电流对触头表面轰击,除去触头表面上多余的分子吸附层。然后利用35μA发射电流与触头间残余气体分子的碰撞电离,形成离子流。离子流又撞击触头表面,被表面捕获,形成新增吸附层。这些新增吸附层的存在会增大触头材料逸出功,导致发射电流的衰减。真空度不同,发射电流的衰减速度就不同,故在发射电流衰减量一定的条件下,通过检测发射电流衰减时间就可以测量灭弧室内的真空度。文中通过理论分析,给出了发射电流衰减时间与真空度的关系并进行了实验验证。

瞬态过电压波形的滤波、重建与拟合

在测量电力系统瞬态过电压时,分压器的响应特性、测量和采样中产生的误差及各种背景噪声的干扰,很容易导致实际测量得到的波形产生畸变,从而影响对波形的观察与分析。为此,提出了一套解决上述问题的方案:先通过对实际测得的波形进行离散Gabor滤波,去除采样误差与背景噪声引入的畸变;再经过Wiener反卷积,消除分压器响应特性引入的畸变,从而较好地还原原波形;最后通过该方案中的波形拟合功能,更直观地得到各种参数,从而更便于分析。对IEC1083-2TDG(Test Data Generator)所产生的波形进行的测试结果证实,该方案具有上述功能,并具有相当的准确性与稳定性。

柱式断路器用复合套管耐腐蚀性能的试验研究

柱式断路器用复合套管需要耐受断路器开断后SF6分解产物的腐蚀作用,笔者使用断路器单次短路电流开断和连续短路电流开断后的SF6气体,开展了内壁涂覆聚四氟乙烯复合套管的加速腐蚀试验,加速腐蚀后的复合套管通过工频电压试验和雷电冲击电压试验,以及吸附剂完全失效的极端情况下的绝缘性能验证试验。试验结果表明,内壁涂覆聚四氟乙烯的复合套管耐腐蚀性能理论上可以满足断路器的性能要求。

气体绝缘开关设备内部故障下的SF_6气体分解产物特性研究

气体绝缘开关设备长期运行出现电弧、局部放电和过热等内部故障,产生多种SF_6气体分解产物,影响设备安全运行,因此,有必要研究设备故障下的SF_6气体分解产物特性,及时判断设备故障类型。从理论上分析开关设备在电弧放电、局部放电和异常发热情形下的SF_6气体分解机理,并开展电弧、局部放电和过热下的分解产物试验研究,对不同故障下的分解产物分布进行统计,提出以特征组分含量比值为特征参量,得到各故障模式下的特征参量范围,建立分解产物与设备故障的关系,为运行开关设备内部故障类型判断提供依据。

SF_6/N_2混合气体温度与压力特性的计算及相关试验

使用SF_6/N_2混合气体代替纯SF_6气体作为GIS母线气室的绝缘介质,是一种大幅降低SF_6气体使用量的新型技术。文中对该混合气体的温度和压力特性开展了研究,利用道尔顿分压定律、贝蒂—布里奇曼方程、理想气体状态方程对SF_6/N_2混合气体状态方程进行了推导,开展了混合气体温度压力试验,对SF_6占体积比30%±2%的SF_6/N_2混合气体的试验测量数据和理论计算数据进行了对比分析,确定了该方程在工程应用上的有效性。根据研究绘制了混合气体温度压力特性曲线,为相关GIS设备以及气体监测仪表仪器的设计研发提供了依据。

一种高性能SF6/N2混合气体密度继电器的研制

为了环保,同时解决SF6高压电器设备在低温下可靠运行的问题,研制和应用SF6/N2混合气体的电器设备是非常必要的。而同样压力下的SF6所占比例越高,其密度越大,绝缘能力越强,但节能减排的意义就越小,因此需要研制SF6/N2混合气体密度继电器,用于监测其气体密度,从而既确保高压电器设备安全运行,又能达到较好的节能减排效果。文中提出研制高性能的SF6/N2混合气体密度继电器,并阐述了高性能的SF6/N2混合气体密度继电器的实现方法,以及通过性能测试,证实该SF6/N2混合气体密度继电器具有较好的性能。

不同原理的SF_6混合气体密度监测技术差异分析

SF_6或SF_6/N2混合绝缘气体的密度直接决定着气体的绝缘性能,因此对气体密度的监测尤为重要。SF_6混合绝缘气体被认为是短期内最具发展前景的SF_6替代介质,国家电网公司目前正大力推广GIS母线用SF_6/N_2混合绝缘气体的应用。由于SF_6混合绝缘气体具有新的特性,原有的SF_6气体密度继电器无法反映设备内SF_6混合绝缘气体密度,为此,亟需开发SF_6混合绝缘气体的密度监测装置。文章对比分析了两种不同原理的SF_6/N_2混合绝缘气体密度监测技术,并探讨了具备混合比监测功能的SF_6/N_2混合绝缘气体密度监测技术。

SF6/N2混合气体分解产物检测方法及试验研究

近年来,国家电网公司为响应国家节能减排号召,组织开展了SF6/N2混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作,研究确定了SF6/N2混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%:70%的混合比,多个厂家的产品通过了型式试验和新产品技术鉴定,并在变电站开展了工程试用。为了研究SF6/N2混合气体GIS设备运维手段,文中研究了SF6/N2混合气体分解产物检测方法及设备故障情况下分解产物特征组分。针对SF6/N2混合气体设备中的N2由于设备故障或异常可能发生反应,生成氮氧化物和氮氟化物,文中研究提出了气相色谱分析方法和流程,应用该方法和流程可实现17种气体组分的分析。通过模拟设备局部放电、异常发热和开断电弧的缺陷,研究提出了SF6/N2混合气体在局部放电、异常发热和开断电弧情况下分解产物的特征气体组分及其变化趋势,为设备故障诊断和状态评价提供了依据。

SF_(6)/N_(2)混合气体在电弧作用下分解产物试验研究

SF_(6)/N_(2)混合气体具有良好的绝缘性能和一定的开合电流能力并且可以降低对局部电场畸变的敏感程度、解决SF_(6)气体的液化问题,可以大大减少SF_(6)气体的使用量和排放量,减小对环境的温室效应影响,对加强节能减排和实现低碳发展具有重要意义。近年来,国家电网公司为响应国家节能减排号召,组织开展了SF_(6)/N_(2)混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作,研究确定了SF_(6)/N_(2)混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%混合比(SF_(6):N_(2)=30%:70%),多个厂家的产品通过了型式试验和新产品技术鉴定,并在变电站开展了工程试用。为了研究基于气体分解物检测的GIS设备运维方法,文中基于一台密封间隙模拟GIS设备故障电弧,开展SF_(6)/N_(2)混合气体在电弧作用下分解产物试验,研究分解产物的特征组分及其变化趋势。并与SF_(6)气体在相同条件下分解产物比较分析,提出SF_(6)/N_(2)混合气体GIS设备运维与SF_(6)设备的差异。对SF_(6)/N_(2)混合气体GIS隔离和接地开关在开合电流型式试验后的分解产物进行了检测分析,以此判断GIS隔离和接地开关在正常开合电流过程产生的分解产物情况。

悬浮放电下微氧及气压对C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体分解特性的影响

随着"碳达峰、碳中和"目标的提出,SF_(6)替代型环保C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体得到了广泛关注。为探究不同微氧和气压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体悬浮放电分解特性,开展了一系列气体分解实验,利用色谱质谱联用仪和脉冲氦离子化检测器色谱仪对分解产物进行了定性和定量分析。结果表明:在氧气体积分数为0%~10%和气压为0.25~0.65 MPa时,C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体主要分解产物为CF4、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6)、C_(3)F_(8)、CNCN和CF_(3)CN;随着氧气体积分数的增加,主要分解产物生成量的变化趋势均呈"U"型,氧气体积分数为4%时对气体分解的抑制效应最为明显;C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体分解产物生成量与气压呈负相关,C_(3)F_(6)和C_(3)F_(8)等大分子相较如CF4、C_(2)F_(6)等小分子在高气压下更难产生;不含氧气时C_(3)F_(6)/C_(3)F_(8)体积比值和0.25 MPa下C_(2)F_(6)/C_(3)F_(6)体积比值基本保持不变,适合作为这两类工况的悬浮放电特征量,在对悬浮放电进行类型识别时,必须考虑氧气体积分数和气压的影响并进行校正。

混合气体绝缘设备充、补气技术研究

混合绝缘气体充气、补气是混合气体绝缘设备运维的重要环节。现有的分压充、补气方法,难以精确控制气体混合比例,不能满足混合气体绝缘设备大规模推广的技术要求。为此结合SF_6气体现场充、补气技术经验,提出以动态配气原理为基础的SF_6、N_2等组分精确加压配气技术方案,研制新型混合气体加压配气补气装置,装置能够实现SF_6气体与N_2等两组分混合绝缘气体的现场连续精确配制,气体混合比例范围0%～100%可调,配气误差小于1%,满足不同设备精确配比加压充补气要求。同时提出混合绝缘气体现场补气比例的计算公式,可根据混合气体绝缘设备实际比例,获得合适的补气浓度。

GIS母线用SF_6-N_2混合气体混合比例的研究

为减少温室效应气体SF6的使用量,从SF_6-N_2混合气体绝缘特性理论分析和试验研究两方面分析GIS设备用SF_6-N_2混合气体作为绝缘介质的可行性,结合SF_6-N_2混合气体绝缘性能和GIS母线罐体及元件承受压力能力,提出了GIS母线试应用SF_6-N_2混合气体绝缘时最佳体积混合比例。