浅谈GIS设备SF_6气体泄漏及气压低补气关键点分析

GIS设备运行过程中,SF_6气体泄漏会影响设备的稳定运行,频繁补气也会增加工作量,降低工作效率,甚至水分进入其中还会对GIS设备造成损失。为避免GIS设备SF_6气体泄漏影响发电厂正常工作,本文从设备质量、安装检修和运行不当几方面,分析了GIS设备SF_6气体泄漏原因,以及GIS设备SF_6气体泄漏检查技术,重点探究了GIS设备SF_6气压低补气关键点,希望能够对相关工作提供一定帮助。

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。

绝缘材料受热对SF_6气体分解物影响的试验研究

对绝缘材料受热时SF_6气体分解物中的SO_2和H_2S含量进行了详细的分析研究。通过大量的试验,分别研究和分析了电气绝缘材料加热时间、加热温度及SF_6气体的压强等因素对SF_6分解物中SO_2和H_2S含量的影响,并在各因素下对有吸附剂和无吸附剂时SO_2和H_2S含量进行了对比试验研究和分析。本文结果对根据SF_6分解物含量进行SF_6设备状态判断和缺陷、故障判断以及为电气设备带电检测提供参考。

SF_6气体纯度在线监测系统的研究与设计

GIS电器设备的灭弧和绝缘特性取决于SF_6气体的纯度,而已有的检测SF_6气体纯度的仪器都是采取在线抽取样气,离线标准测量的方式。现提出采用高稳定性、红外原理的传感器测量SF_6气体纯度的在线监测系统。在简要介绍现有GIS监测技术的基础上,详细阐述了该系统的气路结构和硬件,并经传感器自动标定和检测试验验证了该装置具有较高的的准确性和可靠性。

苏通GIL综合管廊SF_6气体泄漏分布特性数值模拟研究

苏通特高压气体绝缘输电线路(GIL)综合管廊输送容量大,电压等级高,输送距离长,管廊内存在SF_6气体泄漏和累积的可能性要远高于其他管廊,目前针对管廊中SF_6的泄漏量测量实施困难,缺乏数据,因此需要借助数值模拟的方法对管廊内SF_6气体分布特性进行研究。依据管廊结构,建立管廊的物理模型;采用计算流体力学(CFD)理论进行了数值模拟计算,研究了不同泄漏口朝向、不同泄漏口高度以及不同泄漏口面积对管廊内SF_6空间分布特性的影响,为管廊内SF_6监测器布点方案提供参考。结果表明:管廊内的SF_6分布特性主要受流动方式的影响,涡旋区域的SF_6体积分数较高;管廊下部体积分数要大于上部体积分数,靠近管廊两侧的体积分数比中心体积分数高;泄漏口面积越大,泄漏量越大,管廊内的高体积分数区域越多。

一种基于PLC控制的SF_6气体监控系统

PLC控制的SF_6气体监控系统主要用于水电站高压配电室的复杂情况,使用这种监控系统可以随时监控到SF_6与氧气的浓度。本文对这种监控系统的工作原理以及该系统的硬件电气设计进行介绍,采用硬件设备的联机调试对SF_6以及其他气体的浓度进行检测,以实现预期目标。

基于恒定应力加速寿命试验的SF_(6)气体密度表可靠性研究

SF_(6)气体密度表作为电网体系中一次设备的重要监测设备,其可靠性关乎变电设备的安全运行。为了确保SF_(6)气体密度表的可靠运行,有必要对其可靠性和寿命进行评估,而恒定应力加速寿命试验方法是结构复杂机械产品可靠性评估的有效方法之一。文章分析了SF_(6)气体密度表的加速应力和正常应力水平,确定了多应力加速寿命试验方案,利用Weibull寿命-应力模型综合估计了SF_(6)气体密度表的中位寿命、特征寿命、可靠寿命、平均寿命及相应的失效率,得到了其正常应力下可靠度曲线,为SF_(6)气体密度表生产制造和使用维护提供了理论依据和数据参考。

SF_(6)替代气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)喷口灭弧性能分析

近几年,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体因为较低的温室效应和优异的绝缘性能受到广泛关注,但是C_(4)F_(7)N的电弧分断性能实验昂贵、费时,所以文中以SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体为研究对象,建立了在固定开距直流电源条件下的电弧模型。通过电弧累计能量和电导的计算结果分析SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧性能,通过对径向温度、物性参数的分析和能量运输的计算分析SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的换热机理研究。结果表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的电弧特性比较接近SF_(6)气体,可以通过适当提高气压和C_(4)F_(7)N气体占比来提高C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧性能,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的能量交换方式也和SF_(6)气体比较接近,说明C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体有较好的灭弧性能,为其在SF_(6)替代气体断路器的应用提供参考。

一种内置式SF_(6)气体绝缘设备多参量融合感知传感器研制

SF_(6)气体广泛用于高压电器设备,是一种重要的绝缘和灭弧介质,其密度和微水含量是描述其性能的主要参数。文中针对目前SF_(6)气体状态监测现状,在分析密度、微水表征方法和检测原理的基础上,根据密度、微水传感器中温度和压力数据可复用的特点,提出了密度和微水含量的融合感知方法及技术实现方式,研制了具有无线传输功能的SF_(6)气体温度、压力、密度和微水在线智能融合感知传感器,并在实验室完成了其性能的测实验证。该传感器的成功研制,不仅使技术实现更加经济、整体性更好,而且可以提供高质量的为SF_(6)气体状态监测时空数据,对提升高压电器设备的故障诊断及健康管理技术水平具有重要意义。

SF_(6)混合气体和环保替代气体设备标准化研究

为助力“双碳”目标,适应SF6气体限制使用需求,提升电网设备环境友好性,需要开展SF_(6)混合气体和环保替代气体设备标准化研究。立足环保气体设备研发与应用现状,梳理了SF_(6)/N_(2)混合气体设备技术标准,从设备材料、运维检修、试验检测、仪器仪表等方面构建标准化框架;并针对环保替代SF_(6)的C_(4)F_(7)N气体设备,构建了包含气体性能检测技术和方法、设备运行维护、试验检测、回收再利用等标准化框架,在此基础上提出了SF_(6)混合气体和环保替代气体设备准体系,6个子分支与原电力行业GIS设备标准体系一致,体现了环保气体设备标准化建设方向。

基于SF_(6)气体温度迟滞模型的密度监测失效判定策略

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)设备SF_(6)气体密度监测失效可能会导致泄漏状态误判断,威胁电网安全运行。为此,针对数字式SF_(6)气体密度监测装置特点,构建并优化了基于热力学的SF_(6)气体温度迟滞模型。通过温度迟滞实验,获取了模型中未知参数。模拟实验表明,SF_(6)气体温度迟滞模型温度补偿偏差为±0.6℃,基于补偿后温度的计算压力与压力传感器检测压力偏差为±0.002 MPa。设计基于计算压力与检测压力相互验证的密度监测失效判定策略,结合某220 kV变电站中试点设备数据进行验证,经SF_(6)气体温度迟滞模型温度补偿并归算至20℃下的压力与实际值均不超过0.002 MPa,验证了该模型的准确度以及SF_(6)气体密度监测失效判定策略现场应用的可行性。

SF_(6)混合气体放电的极性反转特性研究

SF_(6)混合气体可在极寒条件下替代SF_(6)气体用于气体绝缘电气设备,当设备中存在缺陷时会显著降低击穿电压,因此有必要研究缺陷产生的极不均匀电场中SF_(6)混合气体的放电特性。开展了针板电极下SF_(6)/CF_(4)、SF_(6)/N_(2)混合气体的放电试验,并和SF_(6)气体对比,分析其击穿电压随气压增大呈现的驼峰曲线变化规律。发现SF_(6)混合气体的驼峰曲线相比SF_(6)气体会发生右移,且SF_(6)/N_(2)混合气体的右移现象更加明显。进一步对比研究了不同气压下SF_(6)混合气体的击穿与局放特性,发现SF_(6)/CF_(4)、SF_(6)/N_(2)混合气体的击穿电压均随气压升高出现极性反转,即从负极性击穿转化为正极性击穿,极性反转对应的气压即为驼峰曲线峰谷处的气压;同时,局放特性也会随气压升高出现变化,即从正负极性局放共存转化为只存在正极性局放。通过分析SF_(6)混合气体的局放起始电压随气压的变化趋势,发现当高于峰谷气压时,局放起始电压与击穿电压相差较小,这一现象说明SF_(6)混合气体设备在较高气压时也更易出现无晕击穿,与SF_(6)气体设备的运维经验一致。研究结果对于SF_(6)混合气体设备的运维检修和设计具有参考意义。

SF_(6)分解气体光声光谱检测的交叉干扰及其标定方法研究

SF_(6)气体绝缘设备内发生局部放电时会分解生成一系列微量气体产物,实现对该分解产物的实时检测对及时发现设备的绝缘缺陷、维护电网安全运行具有重要意义。文中针对SF_(6)分解气体的光声光谱在线检测技术,分析了其技术难点,并对SF_(6)分解物的交叉干扰以及标定等关键技术进行研究讨论。提出了SF_(6)分解物滤光片的科学选择方法,并通过大量实验确定了7种SF_(6)分解物的特征气体组合及其对应的滤光片红外吸收峰参数;同时,采用多组分气体标定方法消除分解物气体组分在检测中的交叉干扰影响。通过文中的研究,对解决SF_(6)分解气体光声光谱在线检测技术的关键问题提供了参考思路。

SF_(6)气体密度状态检测的快速算法

针对SF_(6)气体密度计算过程复杂的问题,提出了快速判定SF_(6)气体密度的算法,以220 kV气体绝缘金属封闭开关设备灭弧室外其他气室中SF_(6)气体密度状态的判定为例,介绍了该算法的基本原理和实现过程,并通过仿真计算比较了本文算法与现有算法的实时性,结果表明,本文算法实现过程简单,实时性大幅提高,可促进大范围、多节点SF_(6)气体密度状态统一集中检测的数字化电子设备的发展和应用。

基于GA-BP神经网络的SF_(6)/N_(2)混合气体GIS设备故障诊断

为实现SF_(6)/N_(2)混合气体GIS设备的潜伏性故障诊断,搭建实验平台探究SO_(2)浓度与放电量之间的关系,以SO_(2)浓度增量为输入参数之一,建立BP、GA-BP神经网络模型来预测四种缺陷类型下的放电量,分析预测结果后选取最优诊断算法。结果表明:每种缺陷类型下的放电量与SO_(2)浓度之间呈现正相关性,GA-BP神经网络模型的预测准确率和拟合度分别为0.86和0.9386,平均相对误差为1.23%,在评估结果中占明显优势,可为SF_(6)/N_(2)混合气体GIS设备的潜伏性故障建立诊断算法提供基础性数据。

采用热释电原理检测SF_(6)气体中CO体积分数的方法与应用

高压电气设备SF_(6)绝缘气室中的发热故障会导致从绝缘材料中析出CO气体,因此,SF_(6)绝缘气室中CO气体体积分数变化可作为判断绝缘气室发热故障程度的依据之一。文中研究采用热释电原理检测SF_(6)气体中CO体积分数的方法,并采用该方法设计开发一种CO热释电光谱传感器:采用折叠光程,理论检出限为1.99μL/L。采用该光谱传感器可实现高压电气设备SF_(6)绝缘气室发热故障的无损在线监测,也可将该光谱传感器取代CO电化学传感器安装在便携式仪器中以克服采用电化学传感器检测CO、H_(2)两种兼容气体并存时的交叉干扰,确保对CO、H_(2)的准确测量。

微水对SF_(6)气体工频击穿特性影响的实验研究

运行在工频电压条件下的气体绝缘全封闭组合电器(GIS)受到微量水分侵入时会严重降低气室内SF_(6)气体的绝缘性能,影响高压电器设备安全运行。为此,自主设计了GIS绝缘结构实验装置,并搭建了气体放电实验平台,通过控制电极微水体积分数、气压以及电极间隙距离,对SF_(6)气体在稍不均匀电场下的工频击穿特性进行实验研究。研究发现:在稍不均匀电场中,SF_(6)气体工频绝缘性能随微水体积分数的增大呈下降趋势;气压范围在0.4~0.6 MPa时,微水体积分数超过800μL/L后,随着其增大SF_(6)气体工频击穿电压下降较为明显;在相同气压下,电极间隙距离越大,微水体积分数增大对SF_(6)气体工频绝缘性能的影响越大。根据实验结果,建议在工频电压下,设备运行温度为15℃时,0.4 MPa和0.5、0.6 MPa下气体绝缘设备中水分体积分数限值分别为450μL/L和250μL/L。

考虑微水微氧下的SF_(6)/N_(2)混合气体电晕分解特性实验研究

SF_(6)目前是使用最广泛的绝缘气体,但SF_(6)的GWP极高且不易降解,使用SF_(6)/N_(2)混合气体可以有效减少SF_(6)的使用从而降低温室效应的影响。因此,文中开展了考虑微水微氧下的SF_(6)/N_(2)混合气体电晕放电分解实验,利用色谱仪对产物进行检测并分析产物特体积分数变化趋势,得出不同外界条件对分解产物的影响规律。实验结果表明:SF_(6)/N_(2)混合气体在电晕放电下的分解产物中SO_(2)F_(2)与SOF_(2)随时间具有明显的线性增加趋势,CO与CH_(4)的体积分数与放电时间无明显变化趋势,CO_(2)、N_(2)O、NF_(3)、SO_(2)与H_(2)S随着放电时间小幅增加,但相较于SOF_(2)与SO_(2)F_(2)变化规律不明显。电压升高后,电晕放电能量会得到提升,进而促进SF_(6)/N_(2)混合气体的分解作用;气压的增加会抑制SF_(6)/N_(2)的分解;微水或微氧含量增加均会使得SO_(2)F_(2)与SOF_(2)的体积分数增加,对于SO_(2)、CO_(2)、NF_(3)、H_(2)S和N_(2)O的影响不明显。文中实验结果为SF_(6)/N_(2)混合气体绝缘设备内部故障的快速识别与响应奠定了基础。

一种新型SF_(6)气体绝缘高压隔离开关的研制

随着我国的电力系统规模的不断扩大,电力设备的安全性、可靠性和易维护性已成为电力系统建设与发展的重要指标。高压隔离开关是电力系统中重要的电气设备之一,且数量众多,安装调试及维护工作量大,故障率高。本文针对传统型空气绝缘隔离开关存在的主要问题,研制出了一种新型的252kV SF_(6)气体绝缘隔离开关,该设备采用SF_(6)气体为绝缘介质,采用全封闭结构形式。意图解决户外空气绝缘高压隔离开关长期以来多种易发故障问题。本文重点介绍了其结构特点、工作原理以及结构仿真计算、试验情况,以及通过与空气绝缘隔离开关的对比,阐述了新型高压隔离开关的技术优势和经济效益优势,并对其应用前景和未来隔离开关方向进行了预测。

基于红外光谱法的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别研究

当前GIS设备SF_(6)气体泄漏识别的特征提取一般为独立形式,导致识别效率较低。为此进行基于红外光谱法的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别研究。根据当前设备的需求及标准,首先进行气体泄漏异常数据的采集,并提取泄漏信号的共性特征,以此来提高识别的效率;然后构建红外光谱SF_(6)气体泄漏识别模型,并采用多维修正的方式来强化识别结果。测试结果表明,针对随机选定的4台GIS设备,经过3个周期的测试,最终得出的泄漏位置识别数均可达到15次以上,说明在红外光谱法的辅助下,设计的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别方法更加灵活且针对性强,具有实际的应用价值与创新意义。